[发明专利]零回流功率的双有源桥调制方法及变换器

说明书

本发明提供一种零回流功率的双有源桥调制方法，双有源桥包括通过高频变压器连接的直流侧桥式结构和交流侧桥式结构，直流侧桥式结构和交流侧桥式结构分别具有总数为偶数的多个开关，方法实施时，所述直流侧桥式结构的多个开关的开启时间具有设定时间差，交流侧桥式结构在输出电压的正、负半周期内分别有一半开关处于关断状态同时另一半开关处于开启状态。与现有技术相比，本发明利用断续电流模式，完全消除回流功率；可以在所有开关实现软开关，既减小了开关损耗，又减小了导通损耗，可有效提高功率传递效率。

技术领域

本发明涉及功率变换技术领域，尤其是涉及一种零回流功率的双有源桥调制方法及变换器。

背景技术

随着新能源发电、分布式发电、智能电网等技术的发展，直流-交流的功率变换应用场景越来越多，目前最常用的是直流-交流功率变换设备。由于交流侧的电压极性会发生变化，普通的直流-直流功率变换器会发生反向短路，无法直接应用于交流系统。对于专门为直流-交流变换设计的功率变换器，由于交流侧的瞬时功率变化很大，以往的调制方法通常利用回流功率来调整功率传输。然而，这会产生较高的导通损耗，降低了功率传递的效率。另外，很多调制方法使用了硬开关技术，这会导致较高的开关损耗，同样降低了功率传递效率。

现有的一种直流-交流半桥功率变换器拓扑结构如图1所示。直流侧使用一个电容CIN稳压，并连接一个全桥结构，全桥的输出电压连接到高频变压器T1的输入端口。高频变压器T1的匝数比为n₁:n₂，漏感为L。高频变压器T1的输出端口通过半桥，最终连接到交流侧。交流侧通过两个串联的电容COUT1和COUT2稳压。对于上述拓扑结构，传统的调制方式是单移相调制。这种方法通过改变全桥和半桥开关信号的相位差，来调整传输的功率。单移相调制一个开关周期内的信号及电流电压波形如图2所示。在一个周期内每个开关受开关信号控制，可以使全桥和半桥的输出电压u₁、u₂极性发生变化。直流侧的全桥可以输出电压u₁＝U₁或者u₁＝-U₁，交流侧的半桥可以输出电压u₂＝U₂/2或者u₂＝-U₂/2。不同的开关信号组合可以在变压器漏感L上产生不同的电压，从而改变L上通过的电流。

现有的一种直流-交流全桥功率变换器拓扑结构如图3所示。与上述的半桥功率变换器类似，将交流侧的半桥换为全桥结构。直流侧使用一个电容稳压，并连接一个全桥结构，全桥的输出电压连接到高频变压器的输入端口。高频变压器T1的匝数比为n₁:n₂，漏感为L。高频变压器T1的输出端口通过全桥连接到交流侧。交流侧通过1个电容COUT稳压。在直流-交流全桥功率变换器中使用单移相控制，开关信号和波形如图4所示。和半桥结构相比，全桥结构有更多的开关，因此需要更多的控制信号。直流侧的全桥可以输出电压u1＝0、u₁＝U_in或者u₁＝-U_in，交流侧的全桥可以输出电压u₂＝U₂或者u₂＝-U₂。在不同的开关信号组合下，可以在变压器漏感L上产生不同的电压，从而改变通过L的电流。

上述单移相调制在运行过程中会产生回流功率。如图2和图4所示，在开关周期的初始处，直流侧的电压为正，但是电流为负，功率从交流侧流向直流侧，与整体的功率流动方向相反。回流电流在低功率的工作条件下尤为明显。直流-交流变换运行过程中，瞬时功率不断变化，在交流过零点附近会有较长时间处于低功率状态，因此单移相调制的综合功率传输效率较低。

发明内容

本发明的目的是：针对现有技术存在的缺陷，提供一种零回流功率的双有源桥调制方法和采用该方法的变换器，以提高现有同类功率变换器的功率传递效率。