CN208158457U - 一种高效率有源无损吸收高频链单级逆变电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供的一种高效率有源无损吸收高频链单级逆变电路包括半桥逆变电路、周波变换器、有源钳位电路、变压器；所述半桥逆变电路、周波变换器、有源钳位电路通过变压器连接；双向开关管S₂和双向开关管S₄之输出低频交流电压。该电路为采用有源无损吸收的高频链单级逆变电路，可实现周波变换器开关管两端电压钳位，并可回收滤波电感与漏感能量，具有低电压应力与高效率的优点。

Description

一种高效率有源无损吸收高频链单级逆变电路

技术领域

本实用新型涉及一种高效率有源无损吸收高频链单级逆变电路，属于电学领域。

背景技术

两级功率变换以及高开关损耗导致传统两级逆变器整体效率不高。高频链单级逆变器(High frequency link single stage inverter,HFL-SSI)能够实现单级功率变换并通过PWM波型倍频降低开关损耗，有效提高功放效率。但是，HFL-SSI滤波电感电流与漏感电流在周波变换器换流死区时间内被阻断，进而在周波变换器开关管两端引起严重的尖峰电压，导致很高的电压应力与输出电压波形失真。因此，实现周波变换器可靠换流，是HFL-SSI在实际应用中需要解决的关键问题。

实用新型内容

技术问题：为了解决现有技术的缺陷，本实用新型提供了一种高效率有源无损吸收高频链单级逆变电路。

技术方案：本实用新型提供的一种高效率有源无损吸收高频链单级逆变电路，包括半桥逆变电路、周波变换器、有源钳位电路、变压器；

所述半桥逆变电路包括开关管S_P1、开关管S_P2、电容C_P1、电容C_P2、直流输入电源V_dc；所述开关管S_P1的源极和开关管S_P2的漏极连接，并与电容C_P1和电容C_P2的串联电路并联，并联电路两端分别与直流输入电源V_dc的正极和负极连接；

所述有源钳位电路包括开关管S_C1、开关管S_C2、电容C₁、电容C₂、二极管D₁、二极管D₂、二极管D₃、二极管D₄；所述开关管S_C1的源极和开关管S_C2的漏极连接；二级管D₁的阳极和二极管D₂的阴极连接；二级管D₃的阳极和二极管D₄的阴极连接；电容C₁和电容C₁连接；所述开关管S_C1的漏极、二极管D₁的阴极、二极管D₃的阴极和电容C₁的一端连接；所述开关管S_C2的源极、二极管D₂的阳极、二极管D₄的阳极和电容C₂的一端连接；

所述半桥逆变电路、周波变换器、有源钳位电路通过变压器连接；

所述周波变换器包括开关管S₁、开关管S₂、开关管S₃、开关管S₄；所述开关管S₁的源极和开关管S₂的源极连接形成双向开关管S₁-S₂；所述开关管S₃的源极和开关管S₄的源极连接形成双向开关管S₃-S₄；

所述变压器包括一个初级线圈、两个次级线圈以及副边漏感L_k1和副边漏感L_k2，初级线圈一端连接于开关管S_P1的源极和开关管S_P2的漏极之间，另一端连接于电容C_P1和电容C_P2之间；变压器的第一次级线圈、副边漏感L_k1、双向开关管S₁-S₂、双向开关管S₃-S₄、副边漏感L_k2、第二次级线圈依次连接成环；开关管S₂的漏极与开关管S₄的漏极连接，并与滤波电感L的一端连接；滤波电感L的另外一端与滤波电容C和负载电阻R所形成的并联电路连接；滤波电容C和负载R所形成的并联电路另外一端与参考地连接；

副边漏感L_k1和开关管S₁的漏极之间与开关管S_C1的源极和开关管S_C2的漏极之间连接，副边漏感L_k2和开关管S₃的漏极之间与二级管D₁的阳极和二极管D₂的阴极之间连接，二极管D₃的阳极和二极管D₄的阴极之间与开关管S₂的漏极和开关管S₄的漏极之间连接。

有益效果：本实用新型提供的逆变电路为采用有源无损吸收的高频链单级逆变电路，可实现周波变换器开关管两端电压钳位，并可回收滤波电感与漏感能量，具有低电压应力与高效率的优点。

附图说明

图1为高效率有源无损吸收高频链单级逆变电路图。

图2为调制时序波形图。

图3为钳位开关管驱动时序图。

图4为钳位电容能量平衡过程图；其中，(a)S_P1与S_C1导通；(b)S_P2与S_C2导通；(c)F点与P点有源钳位。

图5为半桥有源无损吸收HFL-SSI漏感与滤波电感能量吸收与传递示意图。

图6为有源无损吸收高频链单级逆变电路变压器副边电压与PWM波形图。由图6可以看到通过有源无损吸收，变压器副边电压不存在尖峰电压。

图7为阻性负载时的工作波形。由图7可以看到输出电压具有很好的波形质量。

图8是感性负载时的工作波形。由图8可以看到输出电压具有很好的波形质量。

图9是容性负载时的工作波形。由图9可以看到输出电压具有很好的波形质量。

具体实施方式

下面对本实用新型高效率有源无损吸收高频链单级逆变电路作出进一步说明。

高效率有源无损吸收高频链单级逆变电路，见图1，包括半桥逆变电路、周波变换器、有源钳位电路、变压器；

所述半桥逆变电路包括开关管S_P1、开关管S_P2、电容C_P1、电容C_P2、直流输入电源V_dc；所述开关管S_P1的源极和开关管S_P2的漏极连接，并与电容C_P1和电容C_P2的串联电路并联，并联电路两端分别与直流输入电源V_dc的正极和负极连接；

所述有源钳位电路包括开关管S_C1、开关管S_C2、电容C₁、电容C₂、二极管D₁、二极管D₂、二极管D₃、二极管D₄；所述开关管S_C1的源极和开关管S_C2的漏极连接；二级管D₁的阳极和二极管D₂的阴极连接；二级管D₃的阳极和二极管D₄的阴极连接；电容C₁和电容C₁连接；所述开关管S_C1的漏极、二极管D₁的阴极、二极管D₃的阴极和电容C₁的一端连接；所述开关管S_C2的源极、二极管D₂的阳极、二极管D₄的阳极和电容C₂的一端连接；

所述半桥逆变电路、周波变换器、有源钳位电路通过变压器连接；

所述周波变换器包括开关管S₁、开关管S₂、开关管S₃、开关管S₄；所述开关管S₁的源极和开关管S₂的源极连接形成双向开关管S₁-S₂；所述开关管S₃的源极和开关管S₄的源极连接形成双向开关管S₃-S₄；

所述变压器包括一个初级线圈、两个次级线圈以及副边漏感L_k1和副边漏感L_k2，初级线圈一端连接于开关管S_P1的源极和开关管S_P2的漏极之间，另一端连接于电容C_P1和电容C_P2之间；变压器的第一次级线圈、副边漏感L_k1、双向开关管S₁-S₂、双向开关管S₃-S₄、副边漏感L_k2、第二次级线圈依次连接成环；开关管S₂的漏极与开关管S₄的漏极连接，并与滤波电感L的一端连接；滤波电感L的另外一端与滤波电容C和负载电阻R所形成的并联电路连接；滤波电容C和负载R所形成的并联电路另外一端与参考地连接；

副边漏感L_k1和开关管S₁的漏极之间与开关管S_C1的源极和开关管S_C2的漏极之间连接，副边漏感L_k2和开关管S₃的漏极之间与二级管D₁的阳极和二极管D₂的阴极之间连接，二极管D₃的阳极和二极管D₄的阴极之间与开关管S₂的漏极和开关管S₄的漏极之间连接。

该电路的工作原理：

有源钳位开关管S_C1、S_C2实现E点钳位，钳位电容C₁～C₂中点与参考地连接，以此为P点提供对参考地恒定的正负钳位电压。副边下绕组F点与P点类似，通过二极管D₁～D₂实现钳位。开关管S_C1、S_C2与原边开关管S_P1、S_P2同步开关，实现钳位电容功率双向流动，保持钳位电容电压恒定。

图4给出了钳位电容能量平衡过程，图4(a)为原边开关管S_P1与钳位开关管S_C1同步导通，实现钳位电容C₁功率双向流动；图4(b)为原边开关管S_P2与钳位开关管S_C2同步导通，实现钳位电容C₂功率双向流动；图4(c)为F点以及P点分别通过通过钳位二极管D₁/D₂以及D₃/D₄钳位至电容C₁/C₂。

图5给出了半桥有源无损吸收HFL-SSI漏感与滤波电感能量吸收与传递示意图。在周波变换器死区时间内，钳位电容C₁/C₂吸收漏感与滤波电感能量并通过开关管S_C1和S_C2传递至电源端，或者在双向开关管S₁/S₂或S₃/S₃导通后，传递至负载端。

Claims (1)

1.一种高效率有源无损吸收高频链单级逆变电路，其特征在于：包括半桥逆变电路、周波变换器、有源钳位电路、变压器；

所述半桥逆变电路包括开关管S_P1、开关管S_P2、电容C_P1、电容C_P2、直流输入电源V_dc；所述开关管S_P1的源极和开关管S_P2的漏极连接，并与电容C_P1和电容C_P2的串联电路并联，并联电路两端分别与直流输入电源V_dc的正极和负极连接；

所述有源钳位电路包括开关管S_C1、开关管S_C2、电容C₁、电容C₂、二极管D₁、二极管D₂、二极管D₃、二极管D₄；所述开关管S_C1的源极和开关管S_C2的漏极连接；二级管D₁的阳极和二极管D₂的阴极连接；二级管D₃的阳极和二极管D₄的阴极连接；电容C₁和电容C₁连接；所述开关管S_C1的漏极、二极管D₁的阴极、二极管D₃的阴极和电容C₁的一端连接；所述开关管S_C2的源极、二极管D₂的阳极、二极管D₄的阳极和电容C₂的一端连接；

所述半桥逆变电路、周波变换器、有源钳位电路通过变压器连接；

所述周波变换器包括开关管S₁、开关管S₂、开关管S₃、开关管S₄；所述开关管S₁的源极和开关管S₂的源极连接形成双向开关管S₁-S₂；所述开关管S₃的源极和开关管S₄的源极连接形成双向开关管S₃-S₄；

所述变压器包括一个初级线圈、两个次级线圈以及副边漏感L_k1和副边漏感L_k2，初级线圈一端连接于开关管S_P1的源极和开关管S_P2的漏极之间，另一端连接于电容C_P1和电容C_P2之间；变压器的第一次级线圈、副边漏感L_k1、双向开关管S₁-S₂、双向开关管S₃-S₄、副边漏感L_k2、第二次级线圈依次连接成环；开关管S₂的漏极与开关管S₄的漏极连接，并与滤波电感L的一端连接；滤波电感L的另外一端与滤波电容C和负载电阻R所形成的并联电路连接；滤波电容C和负载R所形成的并联电路另外一端与参考地连接；第一次级线圈与第二次级线圈相连且连接参考地；

副边漏感L_k1和开关管S₁的漏极之间与开关管S_C1的源极和开关管S_C2的漏极之间连接，副边漏感L_k2和开关管S₃的漏极之间与二级管D₁的阳极和二极管D₂的阴极之间连接，二极管D₃的阳极和二极管D₄的阴极之间与开关管S₂的漏极和开关管S₄的漏极之间连接。