CN105591559A - 一种基于高频逆变的多端口变换器 - Google Patents

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刘俊峰
胡仁俊
曾君
许敏
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Abstract

本发明公开了一种基于高频逆变的多端口变换器,包括:相串联的交错boost电路单元X和LCLC谐振单元Y,所述交错boost电路单元X包括第一输入电感Lb1、第二输入电感Lb2、第一电解电容Cbus、第二电解电容Cin、第一谐振电容C1、第二谐振电容C2、第三谐振电容C3、第四谐振电容C4、第一二极管VD1、第二二极管VD2、第三二极管VD3、第四二极管VD4、第一开关管S1、第二开关管S2、第三开关管S3和第四开关管S4;所述LCLC谐振网络Y包括串联谐振电感Ls、串联谐振电容Cs、并联谐振电感Lp和并联谐振电容Cp。本发明的多端口变换器具有输出稳定、传递效率高和控制简单等优点。

Description

一种基于高频逆变的多端口变换器
技术领域
本发明涉及高频交流配电(HFACPDS)系统的功率转换技术,特别涉及一种基于高频逆变的多端口变换器,该基于高频逆变的多端口变换器是一种多端口功率变换以及LCLC谐振逆变结构的应用。
背景技术
高频交流配电(HFACPDS)方式与直流配电(DCPDS)方式相比,具有电压转换方便、功率变换级数少、功率密度高和效率高等优点。多端口变换器常用于分布式发电系统,与传统多个单输入单输出变换器相比,具有所用元器件少、成本低、结构紧凑、功率密度大、能量传递效率高等优点。从而,如何利用多端口变换器的优点来克服现有技术中的缺点与不足,成为了亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足与缺点,提出一种基于高频逆变的多端口变换器;该多端口变换器具体应用于太阳能板、燃料电池等新型能源,通过多端口以及LCLC谐振的应用,产生连续稳定的高频交流电,同时完成多个端口电能的双向传输,并且能够将直流电转换成高频交流电,馈送至高频交流母线(HFACBUS),同时完成多个端口双向能量传递。
本发明的目的通过以下技术方案实现:一种基于高频逆变的多端口变换器,包括:相互串联的交错boost电路单元X和LCLC谐振网络单元Y;所述交错boost电路单元X包括第一输入电感Lb1、第二输入电感Lb2、第一电解电容Cbus、第二电解电容Cin、第一谐振电容C1、第二谐振电容C2、第三谐振电容C3、第四谐振电容C4、第一二极管VD1、第二二极管VD2、第三二极管VD3、第四二极管VD4、第一开关管S1、第二开关管S2、第三开关管S3和第四开关管S4;所述第一输入电感Lb1与第二输入电感Lb2的电感值相等;所述第一输入电感Lb1的一端和第二输入电感Lb2的一端均与第二电解电容Cin正极相连,所述第一输入电感Lb1的另一端与开关管S1源极相连,第二输入电感Lb2的另一端与开关管S3源极相连;所述第一开关管S1的漏极、第一二极管VD1阴极、第一谐振电容C1的一端均与第一电解电容Cbus正极相连;所述第一开关管S1源极、第一二极管VD1阳极、第一谐振电容C1的另一端均与第二开关管S2漏极相连;所述第二开关管S2漏极、第二二极管VD2阴极和第二谐振电容C2的一端均与第一开关管S1的源极相连;所述第二开关管S2的源极、第二二极管VD2的阳极和第二谐振电容的另一端均与第一电解电容Cbus的负极相连;所述第三开关管S3的漏极、第三二极管VD3的阴极和第三谐振电容C3的一端均与第二开关管S2的漏极相连;所述第三开关管S3的源极、第三二极管VD3的阳极和第三电解电容C3的另一端均与第四开关管S4的漏极相连;所述第四开关管S4的漏极、第四二极管VD4的阴极和第四电解电容C4的一端均与第三开关管S3源极相连;所述第四开关管S4的源极、第四二极管VD4的阳极和第四电解电容C4的另一端均与第二开关管S2源极相连;所述第一谐振电容C1的电容值、第二谐振电容C2的电容值、第三谐振电容C3的电容值和第四谐振电容C4的电容值相等;所述LCLC谐振网络Y包括串联谐振电感Ls、串联谐振电容Cs、并联谐振电感Lp和并联谐振电容Cp;所述串联谐振电感Ls的一端与串联谐振电容Cs的一端相连接;所述并联谐振电感Lp的一端和并联谐振电容Cp的一端均与串联谐振电容Cs的另一端相连接;所述LCLC谐振网络单元串联电感Ls的一端与第一开关管S1的源极相连;所述LCLC谐振网络单元并联电感Lp与并联电容的另一端均与第三开关管S3的源极相连;所述第一开关管S1的第一驱动信号G1、第二开关管S2的第二驱动信号G2、第三开关管S3的第三驱动信号G3和第四开关管S4的第四驱动信号G4均通过三角载波Tri与直流电压Vref比较获得;所述第一开关管S1在三角波Tri小于直流电压Vref1时导通,第二开关管S2在三角波Tri大于直流电压Vref1时导通,第一开关管S1和第二开关管S2互补导通;所述第三开关管S3在三角波Tri小于直流电压Vref2时导通,第四开关管S4在三角波Tri大于直流电压Vref1时导通,第三开关管S3和第四开关管S4互补导通;所述第一开关管S1和第三开关管S3之间存在180°相移,所述第二开关管S2和第四开关管S4之间存在180°相移;所述多端口变换器的稳态工作周期分为8个阶段,所述稳态工作周期包括上半周期和下半周期;所述上半周期[t0,t4]包括以下四个阶段:
阶段Ⅰ[t0,t1]:t0时刻之前,第二开关管S2和第四开关管S4导通,开关网络输出电压值UAB为零,第一输入电感Lb1和第二输入电感Lb2同时充电。t0时刻,第二开关管S2关断,第一谐振电容C1放电,第二谐振电容C2充电,当第一谐振电容C2两端电压因放电至零时,第一二极管VD1导通,第二开关管S2两端电压为总线电压即第一电解电容Cbus两端的电压Vbus,同时第一开关管S1实现了零电压开通;
阶段Ⅱ[t1,t2]:t1时刻之后,第一开关管S1导通,此时第一开关管S1和第四开关管S4保持导通状态,第一输入电感Lb1放电,第二输入电感Lb2继续充电,开关网络输出电压值UAB等于总线电压Vbus,同时保持关断状态的第二开关管S2和第四开关管S4两端的电压同为Vbus,谐振电流小于零并逐渐增加;
阶段Ⅲ[t2,t3]:t2时刻之后和t3时刻之前,第一开关管S1关断,此时第四开关管S4保持开通,第一谐振电容C1开始充电,第二谐振电容C2开始放电,当第二谐振电容C2两端电压因放电至零时,第二二极管VD2导通,此时第一开关管两端的电压为Vbus,第一开关管S1零电流关断,第二开关管S2零电压开通;
阶段Ⅳ[t3,t4]:t4时刻,第二开关管S2导通,第二开关管S2和第四开关管S4保持导通状态,保持关断状态的第一开关管S1和第三开关管S3两端的电压都为Vbus,由于第二开关管S2和第四开关管S4同时导通,开关网络输出电压值UAB等于零,LCLC谐振网络单元Y单独向负载供电,谐振电流快速下降;
所述下半周期[t4,t8]包括以下四个阶段:
阶段Ⅴ[t4,t5]:t4时刻之前,第二开关管S2和第四开关管S4导通,开关网络输出电压值UAB为零,第一输入电感Lb1和第二输入电感Lb2同时充电;t4时刻,第四开关管S4关断,第三谐振电容C3放电,第四谐振电容C4充电,当第三谐振电容C3两端的电压因放电至零时,第三二极管VD3导通,第二开关管S2两端电压为总线电压即第一电解电容Cbus两端的电压Vbus,同时第一开关管S3零电压导通;
阶段Ⅵ[t5,t6]:t5时刻之后,第三开关管S3导通,第二开关管S2和第三开关管S3保持导通状态,第一输入电感Lb1放电,第二输入电感Lb2继续充电,开关网络输出电压值UAB等于总线电压Vbus的负值,同时保持关断状态的第一开关管S1和第三开关管S3两端的电压同为Vbus,谐振电流大于零并逐渐减小;
阶段Ⅶ[t6,t7]:t6时刻之后t7时刻之前,第三开关管S3关断,第四开关管S4保持开通,第三谐振电容C3开始充电,第四谐振电容C4开始放电,当第四谐振电容C4两端电压因放电至零时,第四二极管VD4导通,第三开关管两端的电压为总线电压Vbus,第三开关管S3进行零电流关断,第四开关管S2零电压导通;
阶段Ⅷ[t7,t8]:t7时刻,第四开关管S4导通,第二开关管S2和第四开关管S4都保持导通状态,保持关断状态的第一开关管S1和第三开关管S3两端的电压都为总线电压Vbus,由于第二开关管S2和第四开关管S4同时导通,开关网络输出电压UAB的值等于零,所述LCLC谐振网络单元Y单独向多端口变换器的负载供电,所述LCLC谐振网络单元Y的谐振电流快速下降。
所述三角波频率为ω1,对开关网络输出电压UAB进行傅里叶分解可得:
U A B = Σ n = 1 , 3 , 5 ... 4 V b u s n π . s i n ( n α 2 ) . c o s ( nω 1 t ) , - - - ( 1 )
式中α=2πD,n为正整数,t为时间,D为第一开关管S1的占空比,第一开关管通过第一开关管占空比D来控制开关管网络输出电压值UAB的大小以及总线电压Vbus的大小。
所述串联谐振电感Ls和串联谐振电容Cs组成的串联谐振电路固有谐振频率为并联谐振电感Lp和并联谐振电容Cp组成的并联谐振电路固有谐振频率为负载电阻为R,参数参数参数参数其中参数λ1、参数λ2分别体现了串联谐振电路和并联谐振电路的固有谐振频率偏离电路工作频率ω1的程度,参数Q1、参数Q2分别体现了串联谐振电路和并联谐振电路相较于负载电阻R的品质因数。
输出电压总谐波畸变率THD的表达式为:
T H D = [ Σ n = 3 , 5... 4 V b u s n π s i n ( n α 2 ) c o s ( nω 1 t ) ] 2 4 V b u s π s i n ( n a 2 ) cos ( ω 1 t ) , - - - ( 2 )
式中,α=2πD,Vbus总线电压,t为时间,n为正整数,D为第一开关管的占空比,ω1为三角波频率,输出电压谐波畸变率较小。
与现有技术相比本发明具有如下优点和有益效果:
(1)本变换器采用PWM控制,相较于移向控制,控制更加简单方便。
(2)本发明通过双boost电路能够实现输入电压的升压,通过PWM调制,使得输入电流纹波保持在较小值。而保持关断状态的开关管两端的电压也被有效控制为总线电压,减小了开关管的电压应力。
(3)本发明通过引入第一电解电感Cbus,以实现了多端口输入,通过电容Cbus的充放电,使得电能有着较高的利用率,同时也使总线保持稳定的总线电压Vbus,开关网络能够保持连续稳定的输出。
(4)本发明采用LCLC谐振网络对开关网络输出电压进行滤波,变换器输出电压谐波畸变率小。
(5)本发明由于采用了交错boost升压电路,引入了第一输入电感Lb1和第二输入电感Lb2,同时谐振网络单元也在工作频率下为感性,从而使得第一开关管S1、第二开关管S2、第三开关管S3和第四开关管S4在较大范围内实现软开关,有效的减小了开关损耗,提高能量的传递效率。
附图说明
图1是本发明的基于高频逆变的多端口变换器的结构图。
图2是本发明的基于高频逆变的多端口变换器的开关管驱动信号以及关键电压电流波形图。
具体实施方式
为进一步阐述本发明的内容及特点,以下结合附图对本发明的具体实施方案进行具体说明,但本发明的具体实施方案不局限于此。
实施例
如图1所示,一种基于高频逆变的多端口变换器,包括:相互串联的交错boost电路单元X和LCLC谐振网络单元Y;所述交错boost电路单元X包括第一输入电感Lb1、第二输入电感Lb2、第一电解电容Cbus、第二电解电容Cin、第一谐振电容C1、第二谐振电容C2、第三谐振电容C3、第四谐振电容C4、第一二极管VD1、第二二极管VD2、第三二极管VD3、第四二极管VD4、第一开关管S1、第二开关管S2、第三开关管S3和第四开关管S4;所述第一输入电感Lb1与第二输入电感Lb2的电感值相等;所述第一输入电感Lb1的一端和第二输入电感Lb2的一端均与第二电解电容Cin正极相连,所述第一输入电感Lb1的另一端与开关管S1源极相连,第二输入电感Lb2的另一端与开关管S3源极相连;所述第一开关管S1的漏极、第一二极管VD1阴极、第一谐振电容C1的一端均与第一电解电容Cbus正极相连;所述第一开关管S1源极、第一二极管VD1阳极、第一谐振电容C1的另一端均与第二开关管S2漏极相连;所述第二开关管S2漏极、第二二极管VD2阴极和第二谐振电容C2的一端均与第一开关管S1的源极相连;所述第二开关管S2的源极、第二二极管VD2的阳极和第二谐振电容的另一端均与第一电解电容Cbus的负极相连;所述第三开关管S3的漏极、第三二极管VD3的阴极和第三谐振电容C3的一端均与第二开关管S2的漏极相连;所述第三开关管S3的源极、第三二极管VD3的阳极和第三电解电容C3的另一端均与第四开关管S4的漏极相连;所述第四开关管S4的漏极、第四二极管VD4的阴极和第四电解电容C4的一端均与第三开关管S3源极相连;所述第四开关管S4的源极、第四二极管VD4的阳极和第四电解电容C4的另一端均与第二开关管S2源极相连;所述第一谐振电容C1的电容值、第二谐振电容C2的电容值、第三谐振电容C3的电容值和第四谐振电容C4的电容值相等;所述LCLC谐振网络包括串联谐振电感Ls、串联谐振电容Cs、并联谐振电感Lp和并联谐振电容Cp;所述串联谐振电感Ls的一端与串联谐振电容Cs的一端相连接;所述并联谐振电感Lp的一端和并联谐振电容Cp的一端均与串联谐振电容Cs的另一端相连接;所述LCLC谐振网络单元串联电感Ls的一端与第一开关管S1的源极相连;所述LCLC谐振网络单元并联电感Lp与并联电容的另一端均与第三开关管S3的源极相连;所述第一开关管S1的第一驱动信号G1、第二开关管S2的第二驱动信号G2、第三开关管S3的第三驱动信号G3和第四开关管S4的第四驱动信号G4均通过三角载波Tri与直流电压Vref比较获得;所述第一开关管S1在三角波Tri小于直流电压Vref1时导通,第二开关管S2在三角波Tri小于直流电压Vref1时导通,第一开关管S1和第二开关管S2互补导通;所述第三开关管S3在三角波Tri大于直流电压Vref2时导通,第四开关管S4在三角波Tri大于直流电压Vref1时导通,第三开关管S)和第四开关管S4互补导通;所述第一开关管S1和第三开关管S3之间存在180°相移,所述第二开关管S2和第四开关管S4之间存在180°相移;如图2所示,所述多端口变换器的稳态工作周期分为8个阶段,所述稳态工作周期包括上半周期和下半周期;所述上半周期[t0,t4]包括以下四个阶段:
阶段Ⅰ[t0,t1]:t0时刻之前,第二开关管S2和第四开关管S4导通,开关网络输出电压值UAB为零,第一输入电感Lb1和第二输入电感Lb2同时充电。t0时刻,第二开关管S2关断,第一谐振电容C1放电,第二谐振电容C2充电,当第一谐振电容C2两端电压因放电至零时,第一二极管VD1导通,第二开关管S2两端电压为总线电压即第一电解电容Cbus两端的电压Vbus,同时第一开关管S1实现了零电压开通;
阶段Ⅱ[t1,t2]:t1时刻之后,第一开关管S1导通,此时第一开关管S1和第四开关管S4保持导通状态,第一输入电感Lb1放电,第二输入电感Lb2继续充电,开关网络输出电压值UAB等于总线电压Vbus,同时保持关断状态的第二开关管S2和第四开关管S4两端的电压同为Vbus,谐振电流小于零并逐渐增加;
阶段Ⅲ[t2,t3]:t2时刻之后和t3时刻之前,第一开关管S1关断,此时第四开关管S4保持开通,第一谐振电容C1开始充电,第二谐振电容C2开始放电,当第二谐振电容C2两端电压因放电至零时,第二二极管VD2导通,此时第一开关管两端的电压为Vbus,第一开关管S1零电流关断,第二开关管S2零电压开通;
阶段Ⅳ[t3,t4]:t4时刻,第二开关管S2导通,第二开关管S2和第四开关管S4保持导通状态,保持关断状态的第一开关管S1和第三开关管S3两端的电压都为Vbus,由于第二开关管S2和第四开关管S4同时导通,开关网络输出电压值UAB等于零,LCLC谐振网络单元Y单独向负载供电,谐振电流快速下降;
所述下半周期[t4,t8]包括以下四个阶段:
阶段Ⅴ[t4,t5]:t4时刻之前,第二开关管S2和第四开关管S4导通,开关网络输出电压值UAB为零,第一输入电感Lb1和第二输入电感Lb2同时充电;t4时刻,第四开关管S4关断,第三谐振电容C3放电,第四谐振电容C4充电,当第三谐振电容C3两端的电压因放电至零时,第三二极管VD3导通,第二开关管S2两端电压为总线电压即第一电解电容Cbus两端的电压Vbus,同时第一开关管S3零电压导通;
阶段Ⅵ[t5,t6]:t5时刻之后,第三开关管S3导通,第二开关管S2和第三开关管S3保持导通状态,第一输入电感Lb1放电,第二输入电感Lb2继续充电,开关网络输出电压值UAB等于总线电压Vbus的负值,同时保持关断状态的第一开关管S1和第三开关管S3两端的电压同为Vbus,谐振电流大于零并逐渐减小;
阶段Ⅶ[t6,t7]:t6时刻之后t7时刻之前,第三开关管S3关断,第四开关管S4保持开通,第三谐振电容C3开始充电,第四谐振电容C4开始放电,当第四谐振电容C4两端电压因放电至零时,第四二极管VD4导通,第三开关管两端的电压为总线电压Vbus,第三开关管S3进行零电流关断,第四开关管S2零电压导通;
阶段Ⅷ[t7,t8]:t7时刻,第四开关管S4导通,第二开关管S2和第四开关管S4都保持导通状态,保持关断状态的第一开关管S1和第三开关管S3两端的电压都为总线电压Vbus,由于第二开关管S2和第四开关管S4同时导通,开关网络输出电压UAB的值等于零,所述LCLC谐振网络单元Y单独向多端口变换器的负载供电,所述LCLC谐振网络单元Y的谐振电流快速下降。
所述三角波频率为ω1,对开关网络输出电压UAB进行傅里叶分解可得:
U A B = Σ n = 1 , 3 , 5 ... 4 V b u s n π . s i n ( n α 2 ) . c o s ( nω 1 t ) , - - - ( 1 )
式中,α=2πD,t为时间,n为正整数,D为第一开关管S1的占空比,第一开关管通过第一开关管占空比D来控制开关管网络输出电压值UAB的大小以及总线电压Vbus的大小
所述串联谐振电感Ls和串联谐振电容Cs组成的串联谐振电路固有谐振频率为并联谐振电感Lp和并联谐振电容Cp组成的并联谐振电路固有谐振频率为负载电阻为R,参数参数参数参数其中参数λ1、参数λ2分别体现了串联谐振电路和并联谐振电路的固有谐振频率偏离电路工作频率ω1的程度,参数Q1、参数Q2分别体现了串联谐振电路和并联谐振电路相较于负载电阻R的品质因数。
输出电压总谐波畸变率THD的表达式为:
T H D = [ Σ n = 3 , 5... 4 V b u s n π s i n ( n α 2 ) c o s ( nω 1 t ) ] 2 4 V b u s π s i n ( n a 2 ) cos ( ω 1 t ) , - - - ( 2 )
式中,α=2πD,Vbus总线电压,t为时间,n为正整数,D为第一开关管S1的占空比,ω1为三角波频率。
实施例为本发明较佳的实施方式,但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制,其他的任何未背离本发明的原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化,均应为等效的置换方式,都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种基于高频逆变的多端口变换器,其特征在于,包括:交错boost电路单元(X)和LCLC谐振网络单元(Y),所述交错boost电路单元(X)与LCLC谐振网络单元(Y)串联。
2.根据权利要求1所述基于高频逆变的多端口变换器,其特征在于,所述交错boost电路单元(X)包括第一输入电感(Lb1)、第二输入电感(Lb2)、第一电解电容(Cbus)、第二电解电容(Cin)、第一谐振电容(C1)、第二谐振电容(C2)、第三谐振电容(C3)、第四谐振电容(C4)、第一二极管(VD1)、第二二极管(VD2)、第三二极管(VD3)、第四二极管(VD4)、第一开关管(S1)、第二开关管(S2)、第三开关管(S3)和第四开关管(S4);所述第一输入电感(Lb1)与第二输入电感(Lb2)的电感值相等;所述第一输入电感(Lb1)的一端和第二输入电感(Lb2)的一端均与与第二电解电容(Cin)正极相连接,所述第一输入电感(Lb1)的另一端与开关管(S1)源极相连,第二输入电感(Lb2)的另一端与开关管(S3)的源极相连;所述第一开关管(S1)的漏极、第一二极管(VD1)的阴极和第一谐振电容(C1)的一端均与第一电解电容(Cbus)正极相连;所述第一开关管(S1)的源极、第一二极管(VD1)的阳极和第一谐振电容(C1)的另一端均与第二开关管(S2)的漏极相连;所述第二开关管(S2)的漏极、第二二极管(VD2)的阴极和第二谐振电容(C2)的一端均与第一开关管(S1)的源极相连;所述第二开关管(S2)的源极、第二二极管(VD2)的阳极和第二谐振电容的另一端均与第一电解电容(Cbus)的负极相连;所述第三开关管(S3)的漏极、第三二极管(VD3)的阴极和第三谐振电容(C3)的一端均与第二开关管(S2)的漏极相连;所述第三开关管(S3)的源极、第三二极管(VD3)的阳极和第三电解电容(C3)的另一端均与第四开关管(S4)的漏极相连;所述第四开关管(S4)的漏极、第四二极管(VD4)的阴极和第四电解电容(C4)的一端均与第三开关管(S3)源极相连;所述第四开关管(S4)的源极、第四二极管(VD4)的阳极和第四电解电容(C4)的另一端均与第二开关管(S2)的源极相连;所述第一谐振电容(C1)的电容值、第二谐振电容(C2)的电容值、第三谐振电容(C3)的电容值和第四谐振电容(C4)的电容值相等;
所述LCLC谐振网络包括串联谐振电感(Ls)、串联谐振电容(Cs)、并联谐振电感(Lp)和并联谐振电容(Cp);所述串联谐振电感(Ls)的一端与串联谐振电容(Cs)的一端相连接;所述并联谐振电感(Lp)的一端和并联谐振电容(Cp)的一端均与串联谐振电容(Cs)的另一端相连接;所述LCLC谐振网络单元串联电感(Ls)的一端与第一开关管(S1)的源极相连;所述LCLC谐振网络单元(Y)的并联电感(Lp)与并联电容的另一端均与第三开关管S3的源极相连;
所述第一开关管(S1)的第一驱动信号(G1)、第二开关管(S2)的第二驱动信号(G2)、第三开关管(S3)的第三驱动信号(G3)和第四开关管(S4)的第四驱动信号(G4)均通过三角载波(Tri)与直流电压(Vref)比较获得;所述第一开关管(S1)在三角波(Tri)小于直流电压(Vref1)时导通,第二开关管(S2)在三角波(Tri)小于直流电压(Vref1)时导通,第一开关管(S1)和第二开关管(S2)互补导通;所述第三开关管(S3)在三角波(Tri)大于直流电压(Vref2)时导通,第四开关管(S4)在三角波(Tri)大于直流电压(Vref1)时导通,第三开关管(S3)和第四开关管(S4)互补导通;所述第一开关管(S1)和第三开关管(S3)之间存在180°相移,所述第二开关管(S2)和第四开关管(S4)之间存在180°相移。
3.根据权利要求1所述基于高频逆变的多端口变换器,其特征在于,所述多端口变换器的稳态工作周期分为8个阶段;所述稳态工作周期包括上半周期和下半周期;所述上半周期[t0,t4]包括以下四个阶段:
阶段Ⅰ[t0,t1]:t0时刻之前,第二开关管(S2)和第四开关管(S4)导通,开关网络输出电压值(UAB)为零,第一输入电感(Lb1)和第二输入电感(Lb2)同时充电;t0时刻,第二开关管(S2)关断,第一谐振电容(C1)放电,第二谐振电容(C2)充电,当第一谐振电容(C2)两端电压因放电至零时,第一二极管(VD1)导通,第二开关管(S2)两端电压为总线电压即第一电解电容(Cbus)两端的电压Vbus,同时第一开关管(S1)实现了零电压开通;
阶段Ⅱ[t1,t2]:此阶段第一开关管(S1)导通,此时第一开关管(S1)和第四开关管(S4)保持导通状态,第一输入电感(Lb1)放电,第二输入电感(Lb2)继续充电,开关网络输出电压值(UAB)等于总线电压(Vbus),同时保持关断状态的第二开关管(S2)和第四开关管(S4)两端的电压同为(Vbus),谐振电流小于零并逐渐增加;
阶段Ⅲ[t2,t3]:t2时刻,第一开关管(S1)关断,此时第四开关管(S4)保持开通,第一谐振电容(C1)开始充电,第二谐振电容(C2)开始放电,当第二谐振电容(C2)两端电压因放电至零时,第二二极管(VD2)导通,此时第一开关管两端的电压为Vbus,第一开关管(S1)实现零电流关断,第二开关管(S2)实现零电压开通;
阶段Ⅳ[t3,t4]:此阶段第二开关管(S2)导通,此时第二开关管(S2)和第四开关管(S4)保持导通状态,保持关断状态的第一开关管(S1)和第三开关管(S3)两端的电压都为(Vbus),由于第二开关管(S2)和第四开关管(S4)同时导通,开关网络输出电压值(UAB)等于零,LCLC谐振网络单元(Y)单独向负载供电,谐振电流快速下降;
所述下半周期[t4,t8]包括以下四个阶段:
阶段Ⅴ[t4,t5]:t4时刻之前,第二开关管(S2)和第四开关管(S4)导通,开关网络输出电压值(UAB)为零,第一输入电感(Lb1)和第二输入电感(Lb2)同时充电;t4时刻,第四开关管(S4)关断,第三谐振电容(C3)放电,第四谐振电容(C4)充电,当第三谐振电容(C3)两端的电压因放电至零时,第三二极管(VD3)导通,第二开关管(S2)两端电压为总线电压即第一电解电容(Cbus)两端的电压Vbus,同时第一开关管(S3)零电压导通;
阶段Ⅵ[t5,t6]:t5时刻,第三开关管(S3)导通,第二开关管(S2)和第三开关管(S3)保持导通状态,第一输入电感(Lb1)放电,第二输入电感(Lb2)继续充电,开关网络输出电压值(UAB)等于总线电压(Vbus)的负值,同时保持关断状态的第一开关管(S1)和第三开关管(S3)两端的电压同为(Vbus),谐振电流大于零并逐渐减小;
阶段Ⅶ[t6,t7]:t6时刻,第三开关管(S3)关断,第四开关管(S4)保持开通,第三谐振电容(C3)开始充电,第四谐振电容(C4)开始放电,当第四谐振电容(C4)两端电压因放电至零时,第四二极管(VD4)导通,第三开关管两端的电压为总线电压(Vbus),第三开关管(S3)进行零电流关断,第四开关管(S2)零电压导通;
阶段Ⅷ[t7,t8]:t7时刻,第四开关管(S4)导通,第二开关管(S2)和第四开关管(S4)都保持导通状态,保持关断状态的第一开关管(S1)和第三开关管(S3)两端的电压都为总线电压(Vbus),由于第二开关管(S2)和第四开关管(S4)同时导通,开关网络输出电压(UAB)的值等于零,所述LCLC谐振网络单元(Y)单独向多端口变换器的负载供电,所述LCLC谐振网络单元(Y)的谐振电流快速下降。
4.根据权利要求3所述的基于高频逆变的多端口变换器,其特征在于,所述多端口变换器的输出电压谐波畸变率THD为:
T H D = [ Σ n = 3 , 5... 4 V b u s n π s i n ( n α 2 ) c o s ( nω 1 t ) ] 2 4 V b u s π s i n ( n a 2 ) cos ( ω 1 t ) ,
式中,α=2πD,Vbus总线电压,t为时间,n为正整数,D为第一开关管的占空比,ω1为三角波频率,输出电压谐波畸变率较小。
5.根据权利要求4所述的基于高频逆变的多端口变换器,其特征在于,所述第一开关管通过第一开关管的占空比D的大小控制开关网络输出电压(UAB)的大小。
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