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CN106787914A - Lc串联谐振型三相高频链矩阵式逆变器拓扑及调制方法 - Google Patents

Lc串联谐振型三相高频链矩阵式逆变器拓扑及调制方法 Download PDF

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CN106787914A
CN106787914A CN201710124842.1A CN201710124842A CN106787914A CN 106787914 A CN106787914 A CN 106787914A CN 201710124842 A CN201710124842 A CN 201710124842A CN 106787914 A CN106787914 A CN 106787914A
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current
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刘爽
赵丁选
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Yanshan University
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Abstract

一种LC串联谐振型三相高频链矩阵式逆变器拓扑及调制方法，所述LC串联谐振三相高频链矩阵式逆变器拓扑由全桥LC串联谐振逆变器、高频变压器T、矩阵变换器、CL型滤波器依次连接构成；调制方法是SVPWM与电流型解结耦相结合的半周期激励谐振调制，给予变压器前级LC串联谐振逆变器是互补的PWM信号，将PWM信号与SVPWM信号进行电流型解结耦的逻辑处理得到变压器后级矩阵变换器的驱动信号，以此实现向输出负载侧传递能量的控制；该调制将变压器后级的矩阵变换器解耦成两个普通的电流型逆变器进行控制，开关管在变压器零电流输出期间进行切换，减小了开关管的损耗，实现能量双向流动和四象限运行。本发明具有功率变换等级少、控制方法简单、电路稳定性性高等优点。

Description

LC串联谐振型三相高频链矩阵式逆变器拓扑及调制方法
技术领域
本发明涉及电力电子功率变换器拓扑及调制领域，尤其是一种LC串联谐振型三相高频链矩阵式逆变器的SVPWM与电流型解结耦相结合的半周期激励谐振调制方法。
背景技术
逆变器是一种把直流电能转换成交流电能的拓扑装置。高频链逆变器采用高频变压器替代工频变压器克服了传统变压器体积大、噪声大、成本高等缺点。高频链矩阵式逆变器的变换过程有DC/HFAC/LFAC三种功率特征，其中，HFAC：高频交流，LFAC：低频交流。可知此类逆变器中出现了DC/AC即直流/交流逆变环节，该环节位于变压器原边，又出现了AC/AC即交流/交流变换环节，该环节也常称为周波变换器或矩阵变换器环节，位于变压器副边。矩阵变换器与传统变换器相比，没有中间储能环节，采用双向开关，可以实现能量的双向流动，结构紧凑、体积小、效率高，且输出电压幅值和频率可以独立控制。
由于高频变压器漏感的存在，高频链矩阵式逆变器换流时，在变压器副边矩阵变换器的功率管上产生较大的电压过冲，因此变压器副边矩阵/周波变换器的安全换流一直是制约高频链逆变器实现大范围推广的技术难点。目前主要有以下几种安全换流策略：①通过加入有源箝位来抑制电压过冲，可以实现软开关，但引入的箝位电路增加了成本，增加的可控功率管也使控制更为复杂；②单极性和双极性移相控制策略借助周波变换器的换流重叠实现了电感电流的自然换流，并且实现了功率管的ZVS，但存在换流重叠时间不易控制等问题；③在前级逆变器引入串联谐振电路来实现功率管的软换流，此时要求功率管切换发生在零电流时刻，且控制输出能量需要判断谐振电路谐振工作状态，使得控制方式复杂。
然而，上述策略虽然能够实现安全换流，但造成逆变器的调制和控制更为复杂，导致系统可靠性降低以致影响了该类变换器的推广使用。
发明内容
本发明目的在于提供一种功率变换等级少、调制简单的LC串联谐振三相高频链矩阵式逆变器的SVPWM与电流型解结耦相结合的串联谐振调制方法。
为实现上述目的，采用了以下技术方案：本发明所述逆变器拓扑由全桥LC串联谐振逆变器、高频变压器T、矩阵变换器、CL型滤波器依次连接构成；
全桥LC串联谐振逆变器由直流输入电压Ui、可控开关管S1、可控开关管S2、可控开关管S3、可控开关管S4、电感Lr、电容Cr组成；
矩阵变换器由可控开关管S1a、可控开关管S4b、可控开关管S4a、可控开关管S1b、可控开关管S3a、可控开关管S6b、可控开关管S6a、可控开关管S3b、可控开关管S5a、可控开关管S2b、可控开关管S2a、可控开关管S5b组成；
CL型滤波器由第一电感Lf1、第二电感Lf2、第三电感Lf3、第一电容Cf1、第二电容Cf2、第三电容Cf3、负载R1、负载R2、负载R3组成；
直流输入电压Ui的正极分别与可控开关管S1的集电极、可控开关管S3的集电极相连，直流输入电压Ui的负极分别与可控开关管S2的发射极、可控开关管S4的发射极相连；
可控开关管S1的发射极分别与电感Lr的一端、可控开关管S2的集电极相连；可控开关管S3的发射极分别与高频变压器T原边一端、可控开关管S4的集电极相连，电感Lr的另一端与电容Cr的一端连接，电容Cr的另一端与高频变压器T原边的另一端相连；
高频变压器T副边的一端分别与可控开关管S1a的集电极、可控开关管S3a的集电极、可控开关管S5a的集电极相连，变压器T副边的另一端分别与可控开关管S1b的集电极、可控开关管S3b的集电极、可控开关管S5b的集电极相连；可控开关管S1a的发射极与可控开关管S4b的发射极相连，可控开关管S3a的发射极与可控开关管S6b的发射极相连，可控开关管S5a的发射极与可控开关管S2b的发射极相连；可控开关管S1b的发射极与可控开关管S4a的发射极相连，可控开关管S3b的发射极与可控开关管S6a的发射极相连，可控开关管S5b的发射极与可控开关管S2a的发射极相连；
可控开关管S4a的集电极与可控开关管S4b的集电极相连后分别与第一电容Cf1一端、第一电感Lf1一端相连，第一电感Lf1另一端与负载R1一端相连，负载R1另一端分别与负载R2、负载R3相连；第一电容Cf1另一端分别与第二电容Cf2、第三电容Cf3相连；
可控开关管S6a的集电极与可控开关管S6b的集电极相连后分别与第二电容Cf2、第二电感Lf2一端相连，第二电感Lf2另一端与负载R2一端相连，负载R2另一端分别与负载R1、负载R3相连；第二电容Cf2另一端分别与第一电容Cf1、第三电容Cf3相连；
可控开关管S2a的集电极与可控开关管S2b的集电极相连后分别与第三电容Cf3、第三电感Lf3一端相连，第三电感Lf3另一端与负载R3一端相连，负载R3另一端分别与负载R1、负载R2相连；第三电容Cf3另一端分别与第一电容Cf1、第二电容Cf2相连。
本发明所述LC串联谐振三相高频链矩阵式逆变器拓扑的激励调制方法，全桥LC串联谐振逆变器采用一定占空比的PWM控制，所述可控开关管S1、可控开关管S4组成的桥臂和可控开关管S2、可控开关管S3组成的桥臂交替导通，使电路处于半激励谐振状态，即在未达到谐振半周期时关断可控开关管S1、可控开关管S2、可控开关管S3、可控开关管S4，结束电路激励谐振工作状态；变压器输出面积一定且谐振电流周期性回归为零；变压器后级的矩阵变换器等效为两组普通的电流型逆变器进行解结耦控制，依据电流型解结耦逻辑调制电路对可控开关管S1a～可控开关管S6a、可控开关管S1b～可控开关管S6b进行控制，将变压器T输出的高频谐振电流转换低频脉动电流。
进一步的，全桥LC串联谐振逆变器在谐振半周期内可控开关管S导通占空比一定，可控开关管S关断后其激励谐振工作状态结束，谐振电流迅速回归为零，此时变压器后级矩阵变化器进行正负组开关管的切换。
进一步的，变压器T后级的矩阵变换器采用电流型解结耦控制，将矩阵变换器开关管分解成正负两组，即可控开关管S1a～S6a和可控开关管S1b～S6b，正组开关管工作时负组开关管全部关断，而负组开关管工作时正组全部关断，后级矩阵变换器可以等效成两组普通电流型逆变器。
进一步的，在矢量计算过程中，矢量作用时间与三相输入电流的瞬时值成正比，通过给定的三相指令输入电流的瞬时值就可以直接确定相应的矢量作用时间。
工作过程大致如下：
变压器前级高频逆变器引入LC串联谐振槽，采用一定占空比的PWM控制方法，使谐振槽工作于半激励谐振状态。变压器后级的矩阵变换器采用新型SVPWM与电流型解结耦相结合的调制方法，将变压器输出的高频交流电流转换成工频电流。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：LC谐振槽的应用使变压器原边的功率管零电流开通，而且变压器原副边的电压无尖峰，变压器副边开关管的开通是在变压器原边电流为零期间，这样减少了因打断副边漏感电流而引起电压过冲的时刻，使得开关的损耗降低，提高了电路可靠性和效率。
附图说明
图1为本发明逆变器电路拓扑图。
图2为本发明方法的系统原理框图。
图3为新型SVPWM与电流型解结耦相结合的半激励谐振调制方法工作原理波形图。
图4为谐振槽电路的谐振状态等效工作示意图。
图5为变压器副边矩阵变换器在电流型解结耦原理图。
图6为三相高频逆变器的新型SVPWM与电流型解结耦相结合的半激励谐振逻辑处理电路图。
图7为本发明方法控制下的LC串联谐振型三相高频链矩阵式逆变器一个高频周期内的模态电路图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明：
本发明所述LC串联谐振三相高频链矩阵式逆变器拓扑由全桥LC串联谐振逆变器、高频变压器T、矩阵变换器、CL型滤波器依次连接构成；变压器前级高频逆变电路引入LC串联谐振槽，输出变为由电流主导，直流输入电压Ui转换为谐振电流ip，由高频变压器耦合输出到变压器副边，经变压器后级矩阵变换器调制，由滤波器滤波输出低频正弦电压Uo。
全桥LC串联谐振逆变器由直流输入电压Ui、可控开关管S1、可控开关管S2、可控开关管S3、可控开关管S4、电感Lr、电容Cr组成；矩阵变换器由可控开关管SP1、可控开关管SP2、可控开关管SP3、可控开关管SP4、可控开关管SN1、可控开关管SN2、可控开关管SN3、可控开关管SN4组成；CL型滤波器由第一电感Lf1、第二电感Lf2、第三电感Lf3、第一电容Cf1、第二电容Cf2、第三电容Cf3、负载R1、负载R2、负载R3组成；
如图1所示，直流输入电压Ui的正极分别与可控开关管S1的集电极、可控开关管S3的集电极相连，直流输入电压Ui的负极分别与可控开关管S2的发射极、可控开关管S4的发射极相连；
可控开关管S1的发射极分别与电感Lr的一端、可控开关管S2的集电极相连；可控开关管S3的发射极分别与高频变压器T原边一端、可控开关管S4的集电极相连，电感Lr的另一端与电容Cr的一端连接，电容Cr的另一端与高频变压器T原边的另一端相连；
高频变压器T副边的一端分别与可控开关管S1a的集电极、可控开关管S3a的集电极、可控开关管S5a的集电极相连，变压器T副边的另一端分别与可控开关管S1b的集电极、可控开关管S3b的集电极、可控开关管S5b的集电极相连；可控开关管S1a的发射极与可控开关管S4b的发射极相连，可控开关管S3a的发射极与可控开关管S6b的发射极相连，可控开关管S5a的发射极与可控开关管S2b的发射极相连；可控开关管S1b的发射极与可控开关管S4a的发射极相连，可控开关管S3b的发射极与可控开关管S6a的发射极相连，可控开关管S5b的发射极与可控开关管S2a的发射极相连；
可控开关管S4a的集电极与可控开关管S4b的集电极相连后分别与第一电容Cf1一端、第一电感Lf1一端相连，第一电感Lf1另一端与负载R1一端相连，负载R1另一端分别与负载R2、负载R3相连；第一电容Cf1另一端分别与第二电容Cf2、第三电容Cf3相连；
可控开关管S6a的集电极与可控开关管S6b的集电极相连后分别与第二电容Cf2、第二电感Lf2一端相连，第二电感Lf2另一端与负载R2一端相连，负载R2另一端分别与负载R1、负载R3相连；第二电容Cf2另一端分别与第一电容Cf1、第三电容Cf3相连；
可控开关管S2a的集电极与可控开关管S2b的集电极相连后分别与第三电容Cf3、第三电感Lf3一端相连，第三电感Lf3另一端与负载R3一端相连，负载R3另一端分别与负载R1、负载R2相连；第三电容Cf3另一端分别与第一电容Cf1、第二电容Cf2相连。
如图2所示，本发明调制方法如下：
全桥LC串联谐振逆变器采用一定占空比的PWM控制，所述可控开关管S1、可控开关管S4组成的桥臂和可控开关管S2、可控开关管S3组成的桥臂交替导通，使电路处于半激励谐振状态，即在未达到谐振半周期时关断可控开关管S1、可控开关管S2、可控开关管S3、可控开关管S4，结束电路激励谐振工作状态；变压器输出面积一定且谐振电流周期性回归为零；变压器后级的矩阵变换器等效为两组普通的电流型逆变器进行解结耦控制，依据电流型解结耦逻辑调制电路对可控开关管S1a～可控开关管S6a、可控开关管S1b～可控开关管S6b进行控制，将变压器T输出的高频谐振电流转换低频脉动电流。
图2中包括PWM及SVPWM信息发生环节、SVPWM与电流型解结耦相结合的半周期激励谐振调制逻辑处理电路、及被控对象LC串联谐振三相高频链矩阵式逆变器，其中PWM及SVPWM信息发生环节产生一对互补的PWM信号和六路SPWM信号，并交由SVPWM与电流型解结耦相结合的半激励谐振调制逻辑电路进行信号处理，所得驱动信号可将变压器后级矩阵变换器调制成两个普通的电流型逆变器进行解结耦控制，而控制变压器前级LC串联谐振逆变器的信号与PWM信号同频不同占空比，进而实现DC/AC变换，在变压器零电流输出期间进行矩阵变换器开关管的切换，实现了零电流开关。
本发明所述的半周期激励谐振是指变压器前级高频逆变器开关管的导通时间为LC串联谐振的半个周期，开关管关断后谐振电流依靠开关管的反并联二极管续流，迅速结束激励谐振状态，前级谐振电路谐振电流迅速归零。对于本发明所述的电流型解结耦，包含“解耦”和“结耦”两部分工作。其一，解耦工作是针对电路特征和物理连接的分析，分解变压器输出交流电流为直流脉动电流，分解双向可控开关电路为单向可控开关电路，故可将周波变换器解耦成正负两组普通的电流型逆变器。其二，结耦工作则侧重于逻辑变换和控制实现，其核心控制思路为：正组逆变器工作时负组逆变器的功率管全部处于关断状态，同理，负组逆变器工作时正组逆变器的功率管全部关断，根据变压器输出电流极性和输出端三相工频正弦调制信号的极性选择开关管导通。
图3为新型SVPWM与电流型解结耦相结合的半周期激励谐振调制方法工作原理波形图。图中Up、Un分别是变压器原副边电压，ir是变压器原边谐振电流，S1、S4和S2、S3为变压器前级高频逆变器功率管的驱动信号，V1、V2为与载波频率相同的互补高频方波信号，S1a～S6a、S1b～S6b为变压器后级矩阵式变换器功率管的驱动信号。由图3可以看出，变压器原边高频逆变器开关管S1、S4和S2、S3是在谐振半周期内导通的，开关管关断后电路激励谐振状态结束，谐振槽中的谐振电流迅速下降到零，结束向负载侧的能量传递，所以称为半周期激励谐振调制。在任意时刻，为了避免换流时滤波电容短路，变压器后级矩阵变换器的双向开关管不可以同时开通与关断，需要分时驱动，即每只双向开关管都只有一只开关管开通，另一只相当于二极管，开关切换存在死区时间。
图4为谐振槽电路的谐振状态等效工作示意图。其中Ui为直流输入电压，UCf/n为输出滤波电容电压等效到变压器原边的电压值，n为变压器变比，Ur为谐振网络两端电压，ir为谐振电流。在该调制方式下谐振电路可分为激励谐振和反馈谐振两种状态，当开关管S1、S4或S2、S3导通时，电路处于激励谐振状态，直流输入电压Ui作为电压激励源，与等效电压UCf/n相减作用于谐振网络，谐振网络两端电压Ur和谐振电流ir保持同相位，能量由直流电压经谐振网络向输出侧传递；当开关管全部关断后，电路处于回馈谐振状态，直流输入电压Ui与等效电压UCf/n相加反向作用于谐振网络，使谐振电流迅速下降，谐振网络两端电压Ur和谐振电流ir保持180度反相，能量由谐振网络向直流电压和输出侧传递，谐振电流迅速减小。
图5为变压器后级矩阵变换器的电路解耦原理图。该调制方法使矩阵变换器等效分解成两个普通的电流型逆变器。当变压器输入电流为正时，正组逆变器的S1a、S2a、S3a、S4a、S5a、S6a导通，负组逆变器S1b、S2b、S3b、S4b、S5b、S6b处于关断状态；变压器输入电流信号为负时，负组逆变器S1b、S2b、S3b、S4b、S5b、S6b导通，正组逆变器的S1a、S2a、S3a、S4a、S5a、S6a处于关断状态。
图6为该LC串联谐振型三相高频链矩阵式逆变器的SVPWM与电流型解结耦相结合的半周期激励谐振逻辑处理电路。V1、V2是与载波同频的信号，V1取反便得到了V2，经过电压矢量调制输出的的六路信号分别是SPWM1、SPWM2、SPWM3、SPWM4、SPWM5、SPWM6，将SPWM1与V1进行逻辑与运算得到S1a，SPWM3与V1进行逻辑与运算得到S3a，SPWM5与V1进行逻辑与运算得到S5a，SPWM4与V2进行逻辑与运算得到S4b，SPWM6与V2进行逻辑与运算得到S6b，SPWM2与V2进行逻辑与运算得到S2b，SPWM4与V1进行逻辑与运算得到S4a，SPWM6与V1进行逻辑与运算得到S6a，SPWM2与V1进行逻辑与运算得到S2a，SPWM1与V2进行逻辑与运算得到S1b，SPWM3与V2进行逻辑与运算得到S3b，SPWM5与V2进行逻辑与运算得到S5b。
图7为本发明SVPWM与电流型解结耦相结合的半周期激励谐振调制方法控制下的LC谐振型三相高频链矩阵式逆变器各阶段等效电路图。图(a)～(j)分别为下述工作模态1～10。假定拓扑中的所有元器件均为理想元器件，根据工作原理，在一个高频周期内存在10个工作状态，具体模态分析如下：
1)工作模态1[t0-t1]，t0时刻开关管S1、S4导通，直流输入电压Ui加在LC串联谐振槽上，谐振电流ip上升，且速度较快，矩阵变换器开关管S3a、S6a处于导通状态，其他开关管处于关断状态，直流输入侧能量通过谐振槽向负载侧传递，此时谐振电路处于激励谐振状态，输出滤波电容Cf和电感Lf处上一阶段的续流状态。
2)工作模态2[t1-t2]，t1时刻开关管S1、S4继续导通，矩阵变换器开关管S3a关断，开关管S5a导通，此时直流输入电压Ui和滤波电容等效到变压器原边的电压差值加在谐振槽上，使谐振电流ir继续上升，速度比之前要慢，直流输入侧能量继续向负载侧传递。滤波网络中c相电容充电，a、b相电容放电。
3)工作模态3[t2-t3]，t2时刻开关管S1、S4继续导通，矩阵变换器开关管S5a关断，开关管S1a导通，直流输入电压Ui和滤波电容等效到变压器原边的电压差值仍加在谐振槽上，谐振电流ir保持上升，速度较慢，直流输入能量继续向负载侧传递。滤波网络中a相电容充电，b、c相电容放电。
4)工作模态4[t3-t4]，在t3时刻开关管S1、S4继续导通，矩阵变换器开关管S1a关断，开关管S3a导通，谐振电流ir上升，且速度较快，输出滤波网络保持着上一模态的状态。
5)工作模态5[t4-t5]，在t4时刻开关管S1、S4关断，激励谐振状态结束，谐振电流通过开关管S2、S3的反并联二极管续流，能量由谐振网络回流到直流端，直到谐振电流为零，滤波网络仍保持着上一模态的续流回路。
6)工作模态6[t5-t6]，在t5时刻开关管S2、S3开通，直流输入电压Ui反向加在谐振槽上，此时谐振电路处于激励谐振状态，谐振电流ir负向增长。后级矩阵变换器开关管S3b、S6b处于导通状态，副边电压钳位到零。滤波网络状态与前一模态相同。
7)工作模态7[t6-t7]，在t6时刻开关管S2、S3继续导通，此时直流输入电压Ui和滤波电容电压等效到变压器原边的电压差值加在谐振槽上，谐振电流ir上升速度减缓。后级矩阵变换器开关管S6b关断，S2b处于导通状态，滤波网络中b相电容充电，a、c相电容放电。
8)工作模态8[t7-t8]，在t7时刻开关管S2、S3仍导通，直流输入电压Ui和滤波电容电压等效到变压器原边的电压差值加在谐振槽上，谐振电流ir上升速度缓慢。矩阵变换器开关管S2b关断，S4b处于导通状态，滤波网络中b相电容充电，a、c相电容放电。
9)工作模态9[t8-t9]，在t8时刻开关管S2、S3仍导通，只有直流电源作用于谐振网络，谐振电流ir上升速度较快。开关管S4b关断，S6b开通，变压器副边电压钳位到零。滤波网络处于续流状态。
10)工作模态10[t9-t10]，在t9时刻开关管S2、S3关断，谐振电流ir通过开关管S1、S4的反并联二极管进行续流，谐振网络的能量回馈到直流端，直到谐振电流为零，副边电压仍被钳位到零。滤波网络的状态与前一模态相同。
由以上工作过程可以看出，变压器前级谐振电路激励谐振状态的工作占空比是定值，如果改变占空比的大小，那么向负载侧传递的能量随之变化，在保证谐振电流周期性回零的一定占空比的条件下，变压器后级周波变换器正负组开关管在零电流输出期间切换，减小了开关损耗。
以上所述的实例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (5)

1.一种LC串联谐振型三相高频链矩阵式逆变器拓扑，其特征在于：所述逆变器拓扑由全桥LC串联谐振逆变器、高频变压器T、矩阵变换器、CL型滤波器依次连接构成；
全桥LC串联谐振逆变器由直流输入电压Ui、可控开关管S1、可控开关管S2、可控开关管S3、可控开关管S4、电感Lr、电容Cr组成；
矩阵变换器由可控开关管S1a、可控开关管S4b、可控开关管S4a、可控开关管S1b、可控开关管S3a、可控开关管S6b、可控开关管S6a、可控开关管S3b、可控开关管S5a、可控开关管S2b、可控开关管S2a、可控开关管S5b组成；
CL型滤波器由第一电感Lf1、第二电感Lf2、第三电感Lf3、第一电容Cf1、第二电容Cf2、第三电容Cf3、负载R1、负载R2、负载R3组成；
直流输入电压Ui的正极分别与可控开关管S1的集电极、可控开关管S3的集电极相连，直流输入电压Ui的负极分别与可控开关管S2的发射极、可控开关管S4的发射极相连；
可控开关管S1的发射极分别与电感Lr的一端、可控开关管S2的集电极相连；可控开关管S3的发射极分别与高频变压器T原边一端、可控开关管S4的集电极相连，电感Lr的另一端与电容Cr的一端连接，电容Cr的另一端与高频变压器T原边的另一端相连；
高频变压器T副边的一端分别与可控开关管S1a的集电极、可控开关管S3a的集电极、可控开关管S5a的集电极相连，变压器T副边的另一端分别与可控开关管S1b的集电极、可控开关管S3b的集电极、可控开关管S5b的集电极相连；可控开关管S1a的发射极与可控开关管S4b的发射极相连，可控开关管S3a的发射极与可控开关管S6b的发射极相连，可控开关管S5a的发射极与可控开关管S2b的发射极相连；可控开关管S1b的发射极与可控开关管S4a的发射极相连，可控开关管S3b的发射极与可控开关管S6a的发射极相连，可控开关管S5b的发射极与可控开关管S2a的发射极相连；
可控开关管S4a的集电极与可控开关管S4b的集电极相连后分别与第一电容Cf1一端、第一电感Lf1一端相连，第一电感Lf1另一端与负载R1一端相连，负载R1另一端分别与负载R2、负载R3相连；第一电容Cf1另一端分别与第二电容Cf2、第三电容Cf3相连；
可控开关管S6a的集电极与可控开关管S6b的集电极相连后分别与第二电容Cf2、第二电感Lf2一端相连，第二电感Lf2另一端与负载R2一端相连，负载R2另一端分别与负载R1、负载R3相连；第二电容Cf2另一端分别与第一电容Cf1、第三电容Cf3相连；
可控开关管S2a的集电极与可控开关管S2b的集电极相连后分别与第三电容Cf3、第三电感Lf3一端相连，第三电感Lf3另一端与负载R3一端相连，负载R3另一端分别与负载R1、负载R2相连；第三电容Cf3另一端分别与第一电容Cf1、第二电容Cf2相连。
2.一种基于权利要求1所述LC串联谐振三相高频链矩阵式逆变器拓扑的激励调制方法，其特征在于：全桥LC串联谐振逆变器采用一定占空比的PWM控制，所述可控开关管S1、可控开关管S4组成的桥臂和可控开关管S2、可控开关管S3组成的桥臂交替导通，使电路处于半激励谐振状态，即在未达到谐振半周期时关断可控开关管S1、可控开关管S2、可控开关管S3、可控开关管S4，结束电路激励谐振工作状态；变压器输出面积一定且谐振电流周期性回归为零；变压器后级的矩阵变换器等效为两组普通的电流型逆变器进行解结耦控制，依据电流型解结耦逻辑调制电路对可控开关管S1a～可控开关管S6a、可控开关管S1b～可控开关管S6b进行控制，将变压器T输出的高频谐振电流转换低频脉动电流。
3.根据权利要求2所述的激励调制方法，其特征在于：全桥LC串联谐振逆变器在谐振半周期内可控开关管S导通占空比一定，可控开关管S关断后其激励谐振工作状态结束，谐振电流迅速回归为零，此时变压器后级矩阵变化器进行正负组开关管的切换。
4.根据权利要求2所述的激励调制方法，其特征在于：变压器T后级的矩阵变换器采用电流型解结耦控制，将矩阵变换器开关管分解成正负两组，即可控开关管S1a～S6a和可控开关管S1b～S6b，正组开关管工作时负组开关管全部关断，而负组开关管工作时正组全部关断，后级矩阵变换器可以等效成两组普通电流型逆变器。
5.根据权利要求2所述的半周期激励调制方法，其特征在于：在矢量计算过程中，矢量作用时间与三相输入电流的瞬时值成正比，通过给定的三相指令输入电流的瞬时值就可以直接确定相应的矢量作用时间。
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Cited By (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108233746A (zh) * 2018-02-12 2018-06-29 燕山大学 Llc串联谐振型三相高频链矩阵式逆变器拓扑及控制方法
CN109412447A (zh) * 2018-11-28 2019-03-01 燕山大学 一种移相型三相高频链矩阵式逆变器拓扑结构及调制方法
CN110233522A (zh) * 2019-05-14 2019-09-13 陈林 基于h桥逆变器的无线能量传输装置及能量传输控制方法
CN110943641A (zh) * 2019-11-22 2020-03-31 燕山大学 一种电流型三相高频链矩阵式逆变器的脉宽调制方法
CN111147002A (zh) * 2019-08-12 2020-05-12 东南大学 一种基于双向无线电能传输的矩阵式电机驱动系统
CN111327222A (zh) * 2019-05-28 2020-06-23 南昌杜迪电子技术有限公司 一种变流电路
CN111835204A (zh) * 2020-07-28 2020-10-27 上海交通大学 谐振式双有源桥的零回流功率软开关调制方法及变换器
CN112260549A (zh) * 2020-10-23 2021-01-22 中国科学院电工研究所 减小谐振式无线电能传输系统原边侧逆变器损耗的方法
CN112436733A (zh) * 2020-11-13 2021-03-02 燕山大学 减小占空比丢失的三相谐振拓扑及其辅助开关调制方法
CN112506041A (zh) * 2020-11-19 2021-03-16 合肥工业大学 Pi控制器及dc/dc转换器
CN112600454A (zh) * 2020-12-21 2021-04-02 东南大学 一种电流源输入高频隔离矩阵变换器及其调控方法
CN113271029A (zh) * 2021-05-28 2021-08-17 青岛大学 一种低电压应力宽输出范围dab型单级双向ac/dc变换器
CN114157178A (zh) * 2021-11-01 2022-03-08 西南交通大学 一种新型牵引变流器
CN114355765A (zh) * 2022-01-19 2022-04-15 致瞻科技(上海)有限公司 一种多激励输出的全桥激励源和控制方法
CN114759804A (zh) * 2022-04-19 2022-07-15 燕山大学 一种三相spwm型解结耦空间矢量电流型混合控制方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010273487A (ja) * 2009-05-22 2010-12-02 Toyota Industries Corp 電力変換器
CN104578887A (zh) * 2015-01-30 2015-04-29 闫朝阳 单相高频链矩阵式逆变器的解结耦单极性移相调制方法
CN104579043A (zh) * 2015-01-30 2015-04-29 闫朝阳 电动汽车无刷电机高频链驱动器
CN105915095A (zh) * 2016-05-06 2016-08-31 燕山大学 Lc串联谐振高频链矩阵式逆变器拓扑及其谐振调制方法
CN106208772A (zh) * 2016-07-19 2016-12-07 燕山大学 高频链矩阵式逆变器并联改进虚拟阻抗及功率滤波的方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010273487A (ja) * 2009-05-22 2010-12-02 Toyota Industries Corp 電力変換器
CN104578887A (zh) * 2015-01-30 2015-04-29 闫朝阳 单相高频链矩阵式逆变器的解结耦单极性移相调制方法
CN104579043A (zh) * 2015-01-30 2015-04-29 闫朝阳 电动汽车无刷电机高频链驱动器
CN105915095A (zh) * 2016-05-06 2016-08-31 燕山大学 Lc串联谐振高频链矩阵式逆变器拓扑及其谐振调制方法
CN106208772A (zh) * 2016-07-19 2016-12-07 燕山大学 高频链矩阵式逆变器并联改进虚拟阻抗及功率滤波的方法

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
YAN Z等: "An integration SPWM strategy for high-frequency link matrix converter with adaptive commutation in one step based on De-Re-coupling idea", 《IEEE TRANSACTIONS ON INDUSTRIAL ELECTRONICS》 *
李黎等: "一种新颖的三相高频链矩阵式逆变器的控制方法研究", 《电源学报》 *
闫朝阳等: "一种用于三相高频链矩阵式逆变器的SPWM方法", 《电力电子技术》 *

Cited By (27)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108233746A (zh) * 2018-02-12 2018-06-29 燕山大学 Llc串联谐振型三相高频链矩阵式逆变器拓扑及控制方法
CN109412447A (zh) * 2018-11-28 2019-03-01 燕山大学 一种移相型三相高频链矩阵式逆变器拓扑结构及调制方法
CN109412447B (zh) * 2018-11-28 2023-08-22 燕山大学 一种移相型三相高频链矩阵式逆变器拓扑结构及调制方法
CN110233522B (zh) * 2019-05-14 2024-05-10 陈林 基于h桥逆变器的无线能量传输装置及能量传输控制方法
CN110233522A (zh) * 2019-05-14 2019-09-13 陈林 基于h桥逆变器的无线能量传输装置及能量传输控制方法
CN111327222B (zh) * 2019-05-28 2023-08-08 南昌杜迪电子技术有限公司 一种变流电路
CN111327222A (zh) * 2019-05-28 2020-06-23 南昌杜迪电子技术有限公司 一种变流电路
CN111147002A (zh) * 2019-08-12 2020-05-12 东南大学 一种基于双向无线电能传输的矩阵式电机驱动系统
CN111147002B (zh) * 2019-08-12 2021-09-03 东南大学 一种基于双向无线电能传输的矩阵式电机驱动系统
CN110943641B (zh) * 2019-11-22 2021-09-07 燕山大学 一种电流型三相高频链矩阵式逆变器的脉宽调制方法
CN110943641A (zh) * 2019-11-22 2020-03-31 燕山大学 一种电流型三相高频链矩阵式逆变器的脉宽调制方法
CN111835204B (zh) * 2020-07-28 2021-07-27 上海交通大学 谐振式双有源桥的零回流功率软开关调制方法及变换器
CN111835204A (zh) * 2020-07-28 2020-10-27 上海交通大学 谐振式双有源桥的零回流功率软开关调制方法及变换器
CN112260549A (zh) * 2020-10-23 2021-01-22 中国科学院电工研究所 减小谐振式无线电能传输系统原边侧逆变器损耗的方法
CN112436733A (zh) * 2020-11-13 2021-03-02 燕山大学 减小占空比丢失的三相谐振拓扑及其辅助开关调制方法
CN112506041A (zh) * 2020-11-19 2021-03-16 合肥工业大学 Pi控制器及dc/dc转换器
CN112506041B (zh) * 2020-11-19 2022-07-08 合肥工业大学 Dc/dc转换器
WO2022134278A1 (zh) * 2020-12-21 2022-06-30 东南大学 一种电流源输入高频隔离矩阵变换器及其调控方法
CN112600454B (zh) * 2020-12-21 2022-03-11 东南大学 一种电流源输入高频隔离矩阵变换器及其调控方法
US11736033B2 (en) 2020-12-21 2023-08-22 Southeast University Current fed high-frequency isolated matrix converter with the corresponding modulation and control schemes
CN112600454A (zh) * 2020-12-21 2021-04-02 东南大学 一种电流源输入高频隔离矩阵变换器及其调控方法
CN113271029A (zh) * 2021-05-28 2021-08-17 青岛大学 一种低电压应力宽输出范围dab型单级双向ac/dc变换器
CN114157178A (zh) * 2021-11-01 2022-03-08 西南交通大学 一种新型牵引变流器
CN114355765A (zh) * 2022-01-19 2022-04-15 致瞻科技(上海)有限公司 一种多激励输出的全桥激励源和控制方法
CN114355765B (zh) * 2022-01-19 2024-05-14 致瞻科技(上海)有限公司 一种多激励输出的全桥激励源和控制方法
CN114759804A (zh) * 2022-04-19 2022-07-15 燕山大学 一种三相spwm型解结耦空间矢量电流型混合控制方法
CN114759804B (zh) * 2022-04-19 2025-02-28 燕山大学 一种三相spwm型解结耦空间矢量电流型混合控制方法

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