CN107395043A - 一种有二次谐波抑制支路的串并联谐振逆变电路 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种有二次谐波抑制支路的串并联谐振逆变电路，包括串联谐振腔、并联谐振腔、E类逆变开关组和二次谐波抑制的串联谐振支路，其中，所述E类逆变开关组的输入端连接于直流电压输入端，所述E类逆变开关组的输出端分别与所述串联谐振腔和二次谐波抑制的串联谐振支路连接，所述串联谐振腔的输出端与所述并联谐振腔连接。本发明的有益效果是：以E类逆变结构为基础，能够继承E类逆变的串并联谐振逆变电路的优点，有可以通过L‑C串联谐振支路消除二次谐波，减少输出电压中的二次谐波，保持整流侧电流对称。

Description

一种有二次谐波抑制支路的串并联谐振逆变电路
技术领域
本发明涉及串并联谐振逆变电路，尤其涉及一种有二次谐波抑制支路的串并联谐振逆变电路。
背景技术
传统的串并联谐振逆变电路如图1所示，包括串联谐振腔LS和CS，并联谐振腔LP和CP，半桥或全桥逆变电路。工作时全桥逆变电路（MH1，MH2，ML1，ML2）生成矩形波，再经过串并联谐振腔，保留基波分量滤除高次谐波得到接近正弦的输出电压。也有如图2所示的基于E类逆变结构的串并联谐振逆变电路，电路保留了LS，CS，LP和CP构成的谐振腔，并将全桥开关管（MH1，MH2，ML1，ML2）替换为E类逆变结构（M0，LN，CN）。
在传统的串并联谐振逆变电路中（图1），由于采用的是全桥结构，开关管电压波形在大部分负载范围内不满足ZVS，因此有较大的开关损耗，所以限制了在高频逆变电路中的应用；而且输入电流不连续，有较大的电磁干扰。基于E类逆变的串并联谐振逆变电路（图2），开关管电压电流满足ZVS及ZDS如图3，所以能够适合于高频逆变的应用。但是由于Vds波形中含有较高的二次谐波（图4），如果后续整流电路中存在变压器，会产生变压器电流偏置的问题，增加变压器容量需求。
发明内容
为了解决现有技术中的问题，本发明提供了一种有二次谐波抑制支路的串并联谐振逆变电路。
本发明提供了一种有二次谐波抑制支路的串并联谐振逆变电路，包括串联谐振腔、并联谐振腔、E类逆变开关组和二次谐波抑制的串联谐振支路，其中，所述E类逆变开关组的输入端连接于直流电压输入端，所述E类逆变开关组的输出端分别与所述串联谐振腔和二次谐波抑制的串联谐振支路连接，所述串联谐振腔的输出端与所述并联谐振腔连接。
作为本发明的进一步改进，所述E类逆变开关组包括电感LN、电容CN和开关管M，所述电感LN的一端连接于直流电压正极，所述电感LN的另一端先后与开关管M的漏极、电容CN的一端连接，所述电容CN和开关管M相并联。
作为本发明的进一步改进，所述串联谐振腔包括相串联的电感LS和电容CS，所述电感LN的另一端先后与开关管M的漏极、电容CN的一端、电容CS的一端连接，所述电容CS的另一端与所述电感LS的一端连接。
作为本发明的进一步改进，所述并联谐振腔包括相并联的电感LP和电容CP，所述电感LS的另一端先后与所述电容CP的一端、电感LP的一端连接
作为本发明的进一步改进，所述二次谐波抑制的串联谐振支路包括相串联的电感LB和电容CB，相串联的电感LB、电容CB与所述电容CN相并联。
本发明的有益效果是：通过上述方案，以E类逆变结构为基础，能够继承E类逆变的串并联谐振逆变电路的优点，有可以通过L-C串联谐振支路消除二次谐波，减少输出电压中的二次谐波，保持整流侧电流对称。
附图说明
图1是传统的串并联谐振逆变电路图。
图2是传统的基于E类逆变结构的串并联谐振逆变电路图。
图3是基于E类逆变的串并联谐振逆变电路的开关管电压电流波形图。
图4是图2的谐波构成图。
图5是本发明一种有二次谐波抑制支路的串并联谐振逆变电路的电路图。
图6是本发明一种有二次谐波抑制支路的串并联谐振逆变电路的开关管电压电流波形。
图7是图5的谐波构成图。
具体实施方式
下面结合附图说明及具体实施方式对本发明作进一步说明。
如图5所示，一种有二次谐波抑制支路的串并联谐振逆变电路，包括串联谐振腔、并联谐振腔、E类逆变开关组和二次谐波抑制的串联谐振支路，其中，所述E类逆变开关组的输入端连接于直流电压输入端，所述E类逆变开关组的输出端分别与所述串联谐振腔和二次谐波抑制的串联谐振支路连接，所述串联谐振腔的输出端与所述并联谐振腔连接。
如图5所示，所述E类逆变开关组包括电感LN、电容CN和开关管M，所述电感LN的一端连接于直流电压正极，所述电感LN的另一端先后与开关管M的漏极、电容CN的一端连接，所述电容CN和开关管M相并联。
如图5所示，所述串联谐振腔包括相串联的电感LS和电容CS，所述电感LN的另一端先后与开关管M的漏极、电容CN的一端、电容CS的一端连接，所述电容CS的另一端与所述电感LS的一端连接。
如图5所示，所述并联谐振腔包括相并联的电感LP和电容CP，所述电感LS的另一端先后与所述电容CP的一端、电感LP的一端连接
如图5所示，所述二次谐波抑制的串联谐振支路包括相串联的电感LB和电容CB，相串联的电感LB、电容CB与所述电容CN相并联。
本发明提供的一种有二次谐波抑制支路的串并联谐振逆变电路具有以下特点：
（1）为了在“E类逆变的串并联谐振逆变电路”的基础上减小二次谐波的含量，提出了一种“有二次谐波抑制支路的串并联谐振逆变电路”。其结构图如图5所示，同样包括了：串联谐振腔LS和CS，并联谐振腔LP和CP，E类逆变开关组（LN，CN和M0）；另外，电路加入了二次谐波抑制的串联谐振支路LB和CB。
（2）电路运行采用恒定开关频率和恒定占空比。在参数配比合适的情况下开关管M0上的驱动电压Vg，漏源极电压Vds和漏源极电流Id波形如图6所示。由图可见，系统可以达到ZVS和ZDS，可以大幅减少开关损耗，提高效率或提高工作频率以减少体积。由于二次谐波消除支路的存在，Vds的电压峰值（即开关管电压应力）得到有效减少。
（3）Vds电压经过LS-CS-LP-CP的串并联谐振网络，直流量被滤除，电压基波被保留，二次谐波经由电感LB和电容CB支路短路，其他高次谐波被一定程度地衰减，所以可以产生纯度较高的正弦电压波形；此外由于串并联谐振网络在负载变化时能够保持较为稳定的频率特性，所以输出电压和Vds电压基本不会随着负载的变轻而波动或产生畸变。
（4）图4所示是“基于E类逆变的串并联谐振逆变电路”（图2）中Vds典型波形（图3）的谐波构成图，二次谐波含量较高；而图7是“有二次谐波抑制支路的串并联谐振逆变电路”（图5）中Vds典型波形（图6）的谐波构成图，由图可见有二次谐波抑制支路的串并联谐振逆变电路能够基本完全消除二次谐波，使输出电压仅含有基波电压和少量三次谐波电压。
本发明提供的一种有二次谐波抑制支路的串并联谐振逆变电路的有益效果为：在传统的串并联谐振逆变电路中，由于采用的是全桥结构，开关管电压波形在大部分负载范围内不满足ZVS，因此有较大的开关损耗，并且输入电流不连续，所以限制了其在高频电路中的应用。基于E类逆变的串并联谐振逆变电路可以满足全范围ZVS以及额定负载时的ZDS提高效率，并且达到输入电流连续；但是其有二次谐波分量较高的问题，会引起整流环节电流不对称，对变压器容量需求较大。而本发明提出的有二次谐波抑制支路的串并联谐振逆变电路方案以E类逆变结构为基础，能够继承E类逆变的串并联谐振逆变电路的优点，有可以通过L-C串联谐振支路消除二次谐波，减少输出电压中的二次谐波，保持整流侧电流对称。
本发明提供的一种有二次谐波抑制支路的串并联谐振逆变电路，可以作为隔离型DC/DC变换器的一部分，也可以作为高频交流系统的供电部分，还可以作为线圈加热或无线能量传输系统的逆变电路，有着广泛的应用背景。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种有二次谐波抑制支路的串并联谐振逆变电路，其特征在于：包括串联谐振腔、并联谐振腔、E类逆变开关组和二次谐波抑制的串联谐振支路，其中，所述E类逆变开关组的输入端连接于直流电压输入端，所述E类逆变开关组的输出端分别与所述串联谐振腔和二次谐波抑制的串联谐振支路连接，所述串联谐振腔的输出端与所述并联谐振腔连接。
2.根据权利要求1所述的有二次谐波抑制支路的串并联谐振逆变电路，其特征在于：所述E类逆变开关组包括电感LN、电容CN和开关管M，所述电感LN的一端连接于直流电压正极，所述电感LN的另一端先后与开关管M的漏极、电容CN的一端连接，所述电容CN和开关管M相并联。
3.根据权利要求2所述的有二次谐波抑制支路的串并联谐振逆变电路，其特征在于：所述串联谐振腔包括相串联的电感LS和电容CS，所述电感LN的另一端先后与开关管M的漏极、电容CN的一端、电容CS的一端连接，所述电容CS的另一端与所述电感LS的一端连接。
4.根据权利要求3所述的有二次谐波抑制支路的串并联谐振逆变电路，其特征在于：所述并联谐振腔包括相并联的电感LP和电容CP，所述电感LS的另一端先后与所述电容CP的一端、电感LP的一端连接。
5.根据权利要求2所述的有二次谐波抑制支路的串并联谐振逆变电路，其特征在于：所述二次谐波抑制的串联谐振支路包括相串联的电感LB和电容CB，相串联的电感LB、电容CB与所述电容CN相并联。
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