本發(fā)明屬于dc-ac變換器，具體涉及一種用于高頻交流配電系統(tǒng)的高效組合型諧振dc-ac變換器。
背景技術：
1、高頻交流配電系統(tǒng)已廣泛應用于許多工業(yè)場合。高頻逆變器作為高頻交流(hfac)系統(tǒng)的關鍵組成部分，是連接直流電源與hfac母線的核心樞紐，對整個配電系統(tǒng)的可靠性和電能質量有著重要的影響。與直流分布式電源系統(tǒng)相比，具有高效、安全和結構簡單的優(yōu)點。然而，現(xiàn)有高頻逆變器的性能仍顯不足。ieee?energy?conversion?congress?andexposition期刊于2020年發(fā)表論文《high?frequency?ac?power?distribution?networkfor?electric?vehicle?auxiliary?electrical?system》，提出了一種電流源型半橋clcl高頻諧振逆變器拓撲，濾波器采用clcl并串聯(lián)諧振網(wǎng)絡，能夠有效降低輸出電壓thd，且具有輸出電壓不受負載變化影響的特性，但開關管存在硬開關問題；ieee?transactions?ontransportation?electrification期刊于2024年發(fā)表論文《a?soft-switching?current-fed?resonant?inverter?for?hfac?ev?auxiliary?electrical?system》，提出了一種改進型clcl諧振逆變器拓撲，該拓撲具備輸出電壓調節(jié)能力，能夠運行在寬輸入電壓條件下，在整個負載范圍內，thd均小于2％，輸出電壓質量較高，但是效率有待提升。
技術實現(xiàn)思路
1、針對上述現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種用于高頻交流配電系統(tǒng)的高效組合型諧振dc-ac變換器，提高電能傳輸效率與系統(tǒng)可靠性，實現(xiàn)軟開關，具備輸出電壓總諧波失真低、具有寬輸入和寬負載范圍等諸多優(yōu)點。
2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術方案：
3、一種用于高頻交流配電系統(tǒng)的高效組合型諧振dc-ac變換器，所述變換器由主功率電路clcl諧振變換器和部分功率電路buck變換器組合而成；其中，所述主功率電路clcl諧振變換器包括高頻變壓器t原邊電路和高頻變壓器t副邊電路；主功率電路clcl諧振變換器高頻變壓器t副邊電路包括變壓器副邊繞組ns、負載ro；主功率電路clcl諧振變換器高頻變壓器t原邊電路包括變壓器原邊繞組np、h橋電路、諧振網(wǎng)絡、直流電壓源vin；所述h橋電路包括帶結電容和反并聯(lián)二極管的第一功率管s1、第二功率管s2、第三功率管s3、第四功率管s4；所述諧振網(wǎng)絡包括串聯(lián)諧振電容cs、串聯(lián)諧振電感l(wèi)s、并聯(lián)諧振電容cp、并聯(lián)諧振電感l(wèi)p；所述部分功率電路buck變換器包括降壓電感l(wèi)、直流側電容cin、第五功率管s5、第六功率管s6。
4、進一步的，所述諧振網(wǎng)絡通過連接第一橋臂中點和第二橋臂中點構成回路；原邊繞組np的同名端接并聯(lián)諧振電容cp的正極、并聯(lián)諧振電感l(wèi)p上端串聯(lián)諧振電感l(wèi)s的右側，原邊繞組np的異名端接并聯(lián)諧振電容cp的負極、并聯(lián)諧振電感l(wèi)p下端、第三功率管s3的源極、第四功率管s4的漏極；第一功率管s1的漏極接直流側電容cin，第三功率管s3的漏極接直流電壓源vin的正極，第二功率管s2和第四功率管s4的源極接直流電壓源vin的負極；主功率電路clcl諧振變換器高頻變壓器副邊電路的繞組ns的同名端接負載ro上端，副邊繞組ns的異名端接負載ro下端。
5、進一步的，所述部分功率電路buck變換器與clcl諧振變換器共用一個直流電壓源vin，buck變換器的輸出側與h橋電路的第一橋臂相連，由第一功率管s1、第二功率管s2構成的第一橋臂；部分功率電路buck變換器包括降壓電感l(wèi)、直流側電容cin、反并聯(lián)二極管的第五功率管s5、以二極管為第六功率管s6；降壓電感l(wèi)的左端接第五功率管s5源極和第六功率管s6的陰極，降壓電感l(wèi)的右端接直流側電容cin的正極和第一功率管s1漏極，輸出電容cin的負極接第二功率管s2、第四功率管s4的源極、第六功率管s6的陽極、直流電壓源vin的負極。
6、進一步的，所述主功率電路clcl諧振變換器開關頻率fs工作在諧振頻率，占空比固定；原邊h橋電路第一功率管s1、第四功率管s4占空比為0.5且采用相同驅動，第二功率管s2、第三功率管s3占空比為0.5且采用相同驅動，第一功率管s1與第二功率管s2為互補導通，第三功率管s3與第四功率管s4為互補導通；主功率電路clcl諧振變換器開關頻率fs為：
7、
8、其中，lp為并聯(lián)諧振電感、cp為并聯(lián)諧振電容、cs為串聯(lián)諧振電容、ls為串聯(lián)諧振電感。
9、進一步的，所述部分功率電路buck變換器采用變占空比的調制策略，記直流電壓源vin的電壓值為uin，則部分功率電路buck變換器的輸出電壓ua為：
10、ua＝duin
11、其中，d為部分功率電路buck變換器的占空比，uin為直流電壓源vin的電壓值。
12、進一步的，在正半周期驅動原邊h橋電路第一功率管s1、第四功率管s4時，諧振網(wǎng)絡輸入電壓uab為部分功率電路buck變換器的輸出電壓ua，在負半周期驅動第二功率管s2、第三功率管s3時，諧振網(wǎng)絡輸入電壓uab為直流電壓源vin的電壓值uin的相反數(shù)，可以概括為：
13、
14、其中，vin為直流電壓源，d為部分功率電路buck變換器的占空比，ts為主功率電路開關周期。
15、進一步的，諧振網(wǎng)絡增益|g|可以通過基波分析法得到：
16、
17、其中為諧振網(wǎng)絡輸出側等效負載，和分別為并聯(lián)諧振支路阻抗和串聯(lián)諧振支路阻抗，和分別為并聯(lián)諧振網(wǎng)絡品質因數(shù)和串聯(lián)諧振網(wǎng)絡品質因數(shù)，和分別為并聯(lián)諧振角速度和串聯(lián)諧振角速度，和分別為諧振網(wǎng)絡角速度ωo與并聯(lián)諧振網(wǎng)絡諧振角頻率ωp和串聯(lián)諧振網(wǎng)絡角頻率ωs之比。
18、本發(fā)明采用以上技術方案與現(xiàn)有技術相比，具有以下有益效果：
19、(1)、本發(fā)明提出的一種用于高頻交流配電系統(tǒng)的高效組合型諧振dc-ac變換器，結構相對簡單，實現(xiàn)了變換器功率管的軟開關工作，減小了變換器的開關損耗，有利于變換器的高頻化工作和裝置體積的減小。
20、(2)、本發(fā)明提出的一種用于高頻交流配電系統(tǒng)的高效組合型諧振dc-ac變換器，主功率電路采用clcl諧振變換器，部分功率電路采用buck變換器，能夠實現(xiàn)能量高效流動。
21、(3)、本發(fā)明提出的一種用于高頻交流配電系統(tǒng)的高效組合型諧振dc-ac變換器，利用兩個橋臂不同的輸入電壓實現(xiàn)部分功率處理，有利于減少元器件總數(shù)和成本，實現(xiàn)兩種連接架構。
22、(4)、本發(fā)明提出的一種用于高頻交流配電系統(tǒng)的高效組合型諧振dc-ac變換器，主功率電路clcl諧振變換器工作在諧振點，輸出電壓具有非常低的總諧波失真。
1.一種用于高頻交流配電系統(tǒng)的高效組合型諧振dc-ac變換器，其特征在于，所述變換器由主功率電路clcl諧振變換器和部分功率電路buck變換器組合而成；其中，所述主功率電路clcl諧振變換器包括高頻變壓器t原邊電路和高頻變壓器t副邊電路；主功率電路clcl諧振變換器高頻變壓器t副邊電路包括變壓器副邊繞組ns、負載ro；主功率電路clcl諧振變換器高頻變壓器t原邊電路包括變壓器原邊繞組np、h橋電路、諧振網(wǎng)絡、直流電壓源vin；所述h橋電路包括帶結電容和反并聯(lián)二極管的第一功率管s1、第二功率管s2、第三功率管s3、第四功率管s4；所述諧振網(wǎng)絡包括串聯(lián)諧振電容cs、串聯(lián)諧振電感l(wèi)s、并聯(lián)諧振電容cp、并聯(lián)諧振電感l(wèi)p；所述部分功率電路buck變換器包括降壓電感l(wèi)、直流側電容cin、第五功率管s5、第六功率管s6；所述變換器利用電路中的諧振網(wǎng)絡與功率管的結電容配合，實現(xiàn)零電壓開關(zvs)，降低開關損耗。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種用于高頻交流配電系統(tǒng)的高效組合型諧振dc-ac變換器，其特征在于，所述諧振網(wǎng)絡通過連接第一橋臂中點和第二橋臂中點構成回路；原邊繞組np的同名端接并聯(lián)諧振電容cp的正極、并聯(lián)諧振電感l(wèi)p上端串聯(lián)諧振電感l(wèi)s的右側，原邊繞組np的異名端接并聯(lián)諧振電容cp的負極、并聯(lián)諧振電感l(wèi)p下端、第三功率管s3的源極、第四功率管s4的漏極；第一功率管s1的漏極接直流側電容cin，第三功率管s3的漏極接直流電壓源vin的正極，第二功率管s2和第四功率管s4的源極接直流電壓源vin的負極；主功率電路clcl諧振變換器高頻變壓器副邊電路的繞組ns的同名端接負載ro上端，副邊繞組ns的異名端接負載ro下端。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種用于高頻交流配電系統(tǒng)的高效組合型諧振dc-ac變換器，其特征在于，所述部分功率電路buck變換器與clcl諧振變換器共用一個直流電壓源vin，buck變換器的輸出側與h橋電路的第一橋臂相連，由第一功率管s1、第二功率管s2構成的第一橋臂；部分功率電路buck變換器包括降壓電感l(wèi)、直流側電容cin、反并聯(lián)二極管的第五功率管s5、以二極管為第六功率管s6；降壓電感l(wèi)的左端接第五功率管s5源極和第六功率管s6的陰極，降壓電感l(wèi)的右端接直流側電容cin的正極和第一功率管s1漏極，輸出電容cin的負極接第二功率管s2、第四功率管s4的源極、第六功率管s6的陽極、直流電壓源vin的負極。
4.根據(jù)權利要求1所述的一種用于高頻交流配電系統(tǒng)的高效組合型諧振dc-ac變換器，其特征在于，所述主功率電路clcl諧振變換器開關頻率fs工作在諧振頻率，占空比固定；原邊h橋電路第一功率管s1、第四功率管s4占空比為0.5且采用相同驅動，第二功率管s2、第三功率管s3占空比為0.5且采用相同驅動，第一功率管s1與第二功率管s2為互補導通，第三功率管s3與第四功率管s4為互補導通；主功率電路clcl諧振變換器開關頻率fs為：
5.根據(jù)權利要求1所述的一種用于高頻交流配電系統(tǒng)的高效組合型諧振dc-ac變換器，其特征在于，所述部分功率電路buck變換器采用變占空比的調制策略，記直流電壓源vin的電壓值為uin，則部分功率電路buck變換器的輸出電壓ua為：
6.根據(jù)權利要求1所述的一種用于高頻交流配電系統(tǒng)的高效組合型諧振dc-ac變換器，其特征在于，在正半周期驅動原邊h橋電路第一功率管s1、第四功率管s4時，諧振網(wǎng)絡輸入電壓uab為部分功率電路buck變換器的輸出電壓ua，在負半周期驅動第二功率管s2、第三功率管s3時，諧振網(wǎng)絡輸入電壓uab為直流電壓源vin的電壓值uin的相反數(shù)，可以概括為：
7.根據(jù)權利要求1所述的一種用于高頻交流配電系統(tǒng)的高效組合型諧振dc-ac變換器，其特征在于，諧振網(wǎng)絡增益|g|可以通過基波分析法得到：