高频链逆变技术发展综述

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1、高频链逆变技术发展综述孙向东，钟彦儒(西安理工大学，陕西西安710048）   摘 要：对高频链逆变技术进行了归纳分类，并分析了各自电路拓扑的特点，同时提出了其在未来的发展趋势。   关键词：高频链；逆变技术；发展趋势1引言   随着高频链逆变技术的不断发展，它的应用范围日益广泛。首先，电信、航空航天、军事等领域，常常要求供电装置重量轻、体积小、功率密度大和可靠性高；其次，随着石油、煤和天然气等矿产能源的不断消耗以及环境污染等问题，使用蓄电池、太阳能电池等作为能源的混合型电动汽车驱动系统日益成为研究热点，效率和体积是它的首要考虑因素；另外，在建筑行业，常常使用振动棒进行均匀混合浇注混凝土，

2、这也要求振动棒供电装置体积小、重量轻、使用安全和可靠性高等；以及UPS技术的日益兴起和广泛应用……。考虑到以上各种供电装置和负载之间都要解决安全与匹配问题，因此常常需要加隔离变压器。针对上述要求，需要研究具有隔离变压器的逆变器电路拓扑。高频链逆变技术正是在这种情况下蓬勃发展起来的。   所谓高频链逆变技术就是采用高频脉冲变压器替代低频变压器传输能量，并实现变流装置的一、二次侧电源之间的电气隔离。从不同角度看高频链逆变器，可以有不同的划分形式。按负载相数可分为单相和三相；按功率流动方向可分为双向和单向两种形式；按电路工作机理分为PWM方式和谐振方式两种类型；按功率变换器的类型可分为电压源（V

3、oltagemode或Buckmode）和电流源（Currentmode或Buckboostmode）两种；按电路拓扑结构又可分为AC/AC变换型、DC/DC变换型（DC/HFAC/DC/LFAC）和周波变流型（Cycloconvertertype）。下面以最后一种划分方法分别进行讨论。2高频链逆变技术分类2.1AC/AC变换型2.1.1工频变压器隔离型   1973年，由Bedford首先提出高频链（HFlink）转换器的思想[1]，接着由Gyugui和Pelly进行了深入发展。如图1所示，输入侧和输出侧都采用工频变压器隔离，由LC并联谐振网络为周波变换器提供自然换相点，可以实现AC/

4、AC或者DC/AC功能，并且功率可以双向流动，以及功率因数任意调整。这种变换型式存在如下主要缺点：   1）采用工频变压器，体积大、笨重；   2）具有音频噪音；   3）输入电压和负载波动时，系统响应速度慢。2.1.2高频变压器隔离型   Sood和Lipo用实验验证了在谐振转换器中使用双向GTO实现高频链电源分布系统的可行性[2]，如图2所示。这种变换型式的主要优点是   1）采用高频变压器，体积小，重量轻；   2）谐振软开关有利于降低开关损耗、提高效率。   主要缺点是   1）开关器件的耐流能力和耐压能力大；   2）采用双向开关，开关数目多，成本较高；   3）采用PDM控制方

5、式，需要严格的同步关系。2.2DC/DC变换型   这种类型高频链逆变器是目前应用最广泛的单向功率流动电压源高频链逆变器方案[3][4][5][6]，它的经典电路如图3所示。该拓扑是在直流侧和逆变器之间插入一级DC/DC变换器，使用高频变压器实现电压调整和电气隔离。很明显，它具有三级功率变换过程：DC/HFAC/DC/LFAC。这种变换型式的主要优点是   1）所有开关都是单向的；   2）DC/DC部分和DC/AC部分的控制相对独立，两部分配合起来比较简单，基本上不需要同步。   主要缺点是   1）功率单向流动；   2）通态损耗大；   3）由于功率级较多，导致可靠性降低。2.2.1

6、单端正激式高频链逆变器   如图4所示，前级部分由DC/DC正激电路及磁复位电路组成，采用PWM控制技术实现调压，后级部分由吸收电路、LC谐振电路和单相逆变器组成，采用PDM控制技术实现ZVS开关条件，以便减小开关损耗[7]。2.2.2桥式高频链逆变器[8][9]   1）控制方案1如图5所示，其主电路包括直流电压—PWM高频逆变—高频变压器—快恢复二极管整流—大电容滤波—SPWM逆变器—单相50Hz正弦波输出。   2）控制方案2如图6所示，其主电路包括直流电压—SPWM逆变—高频变压器—（具有正弦包络线的正弦调制高频交流电）—快恢复二极管整流—小电容滤波—工频电压全波整流—50Hz方波

7、驱动—50Hz正弦波输出。   由图5和图6可见，两种控制方案的主电路结构基本相同，但控制方法有所不同。在方案1中前后两部分电路不需要同步，相互独立，但开关损耗大。而在方案2中，50Hz方波驱动时相当于ZVS条件，开关损耗小，但要求严格同步。另外，由方案2可以实现三相输出负载，但是需要三套相同的单相电路，结构较复杂，而且相位需要严格同步。2.3周波变流型   它是目前实现双向功率传输的常用方案。该拓扑结构一般由一个逆变器