一种单级zvs型推挽式高频环节dc/ac变换器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种将直流电变换为交流电的DC/AC变换器，尤其是涉及一种单级 ZVS型推挽式高频环节DC/AC变换器，属于电力电子变换器领域。
【背景技术】
[0002] 传统的逆变器具有结构简单、技术成熟、性能可靠等优点，但也存在体积笨重、低 频噪声严重、负载动态响应差等不足之处。随着电力电子技术的发展，对逆变器的要求是体 积小、重量轻、噪声低、响应快等等，为此出现了高频环节DC/AC变换技术以提高逆变器的 性能。目前，高频环节DC/AC变换技术主要可分为直流变换器型高频环节DC/AC变换器与周 波变换器型高频环节DC/AC变换器两大类：前一类直流变换器型包括"DC/HFAC/DC/AC"的 三级变换结构，变换级数与结构相对复杂，三级能量传输的方式导致变换效率不高；后一类 周波变换器型则包括"DC/HFAC/AC"两级的功率传输结构，结构相对简单，功率可双向传输， 两级的能量传输方式使得其变换效率得到很大的提高，为此后一类DC/AC变换器得到了广 泛的研究与应用。
[0003] 周波变换器型高频环节DC/AC变换器是先将输入直流电压调制成高频脉冲交流 电压，高频脉冲交流电压再经过高频变压器进行电压匹配与电气隔离，再经周波变换器解 调成低频交流脉冲电压，最后经LC滤波电路滤波后得到正弦交流电。但是采用传统PffM控 制的周波变换器存在器件换流时电压过冲及EMI等问题。针对这个问题，目前主要做法有 采用有源箝位电路吸收漏感中的能量以减小功率开关管上的电压尖峰；采用串联谐振技术 以实现功率管的ZVS或ZCS ;采用周波变换器的换流重叠单极性、双极性移相控制策略等 等；这些方法可以较好的解决电压过冲、开关损耗及EMI等问题，但同时也增加了电路及控 制的复杂性。为此，研究一种电路结构简单，同时其功率管可以实现软开关的高频环节DC/ AC变换器具有重大意义。
【发明内容】
[0004] 本发明针对【背景技术】中高频环节DC/AC变换器中存在的问题而提出了一种结构 简单，变换效率高，具有隔离效果的一种单级ZVS型推挽式高频环节DC/AC变换器。
[0005] 本发明的一种单级ZVS型推挽式高频环节DC/AC变换器通过以下技术方案实现， 如附图1所示，其包括高频隔离变压器原边电路与副边电路，高频隔离变压器（3)包括原边 第一绕组P 1、原边第二绕组P2及副边绕组N ;变压器原边电路包括直流电压源U ιη (1)，带反 并联二极管及外并电容的第一功率管S1、第二功率管S2和第三功率管S 3(2);变压器副边电 路则包含一个周波变换器（4)和LC滤波电路（5) ;LC滤波电路则包括滤波电感Lf与滤波 电容C。。其中，直流电压源Uin的正极接第三功率管S 3的漏极；第三功率管S3的源极接变压 器原边第一绕组P1的异名端和第二绕组P 2的同名端，第一功率管S i的源极接第二功率管 S2的源极和直流电压源U ιη的负极，第一功率管S ^勺漏极接原边第一绕组P ^勺同名端，第二 功率管S2的漏极接原边第二绕组P 2的异名端；原边第一绕组P i的异名端接第二绕组P 2的 同名端，变压器的副边绕组N的同名端与周波变换器的上输入端相连，副边绕组N的异名端 与周波变换器的下输入端相连；滤波电感Lf的左端则与周波变换器的上输出端相连，滤波 电感Lf的右端接滤波电容C。的上端，滤波电容C。的下端与周波变换器的下输出端相连。 [0006] 本发明的一种单级ZVS型推挽式高频环节DC/AC变换器变压器原边三个功率管 开关控制策略如附图2所示。其中，第一功率管S 1的驱动信号为Ugsl，第二功率管 S2的驱动信号为u gs2，第三功率管S3的驱动信号为u gs3。第三功率管S3的驱动信号u gs3采用 正弦波单极性调制得到，而第一功率管S1、第二功率管S2的驱动信号u gsl、ugs2与第三功率管 S3的驱动信号u rs3的关系有：
[0007](1)
[0008] ugsl，Ugs2与u
gs3网网之丨日」摘入一定的死区时间以实现功率管S S 3的ZVS开通。
[0009] 本发明的一种单级ZVS型推挽式高频环节DC/AC变换器的周波变换器部分可为全 波式周波变换器或全桥式周波变换器，其结构如附图3(a)、（b)所示。
[0010] 本发明的一种单级ZVS型推挽式高频环节DC/AC变换器所有功率管均是双向的， 可采用MOSFET或带反并联二极管的IGBT。
[0011] 综上所述可知，本发明的ZVS型推挽式高频环节DC/AC变换器的有如下技术特 征：
[0012] 1)电路结构简单。
[0013] 2)输入输出高频电气隔离且输入输出电压匹配能力强，适用于中低压输入场合。
[0014] 3)功率管可实现软开关，减小开关损耗，提高了 DC/AC变换器的工作效率。
[0015] 4)可实现能量的双向传输。
【附图说明】
[0016] 附图1本发明提出的一种单级ZVS型推挽式高频环节DC/AC变换器的电路原理 图。
[0017] 附图2本发明的一种单级ZVS型推挽式高频环节DC/AC变换器功率管S1- S 3的 驱动信号时序图。
[0018] 附图3本发明的一种单级ZVS型推挽式高频环节DC/AC变换器的周波变换器电路 原理图。
[0019] 附图4本发明采用全波式周波变换器的单级ZVS型推挽式高频环节DC/AC变换器 实施例电路原理图。
[0020] 附图5本发明实施例中功率管S 7的开关策略。
[0021] 附图6本发明实施例中的一个开关周期内主要波形示意图。
[0022] 附图7~附图11为本发明的一种单级ZVS型推挽式高频环节DC/AC变换器实施 例的各个开关模态示意图。
[0023] 以上附图中的主要符号名称：Uin:直流电源电压；S1-S 11:功率管；(^~C3:功率 管S1-S3的结电容与外并电容之和；D 1-D7:功率管S1-S7的体二极管；Tr :高频隔离变压 器；Lf:滤波电感；C。:滤波电容；u。:输出电压；u gsl~ugs3:功率管S广S3的驱动信号；U45~ u67:功率管S 4~S 7的驱动信号；L leak 1 > 2 :变压器原边绕组P ^匕的漏感；u dsl~u ds3:功 率管Si~S 3两端承受的电压；i i 3:流过功率管S S 3的电流；u P1:变压器原边绕组P i 的电压；UAB:变压器副边周波变换器输出电压；流过滤波电感电流；Uraf:标准正弦波电 压；Ucif:输出反馈电压；U误差信号；k与k :二分频信号与二分频反极性信号。
【具体实施方式】
[0024] 如附图1所示，本发明的一种单级ZVS型推挽式高频环节DC/AC变换器的结构包 括：高频隔离变压器原边电路与副边电路；变压器原边电路包括直流电压源U in(l)，带反并 联二极管及外并电容的第一功率管S1、第二功率管S2和第三功率管S 3(2);变压器副边电路 则包含一个周波变换器（4)和LC滤波电路（5);下面以附图4所示的电路为例来说明本发 明的单级ZVS型推挽式高频环节DC/AC变换器的具体开关控制策略与变换器稳态工作过 程。
[0025] 在此实施例中，本发明的单级ZVS型推挽式高频环节DC/AC变换器包括直流输入 电压源Uin，带反并联二极管及外并电容的第一功率管S1、第二功率S2和第三功率S 3，高频变 压器Tr，全波式周波变换器和LC滤波器。其中，高频隔离变压器包括原边第一绕组？1、原边 第二绕组P 2、副边第一绕组&和副边第二绕组N 2;周波变换器包括带反并联二极管的第四 功率管S4、第五功率管S5、第六功率管S 6和第七功率管S 7;LC滤波器则包括滤波电感L f与 滤波电容C。。变换器的连接关系为：直流电压源Uin的正极接第三功率管S 3的漏极；第三功 率管S3的源极接变压器原边第一绕组P1的异名端和原边第二绕组P 2的同名端，第一功率 管S1的源极接第二功率管S 2源极和直流电压源U ιη的负极，第一功率管S 漏极接原边第 一绕组同名端，第二功率管S 2的漏极接原边第二绕组P 2的异名端；高频隔离变压器的 原边第一绕组P1的异名端接原边第二绕组P 2的同名端；变压器的副边第一绕组N i的异名 端接副边第二绕组队的同名端，副边第一绕组N ^勺同名端接第四功率管S 4的集电极，副边 第二绕组N2的异名端接第六功率管S 6的集电极；第四功率管S 4的发射极接第五功率管S 5 的发射极，第四功率管S4的基极与第五功率管S 5的基极相连，第六功率管S 6的发射极接第 七功率管37的发射极，第六功率管S 6的基极接第七功率管S 7的基极，第五功率管S 5的集电 极接第七功率管37的集电极并与滤波电感L f的左端相连，滤波电感L f的右端接滤波电容 Cci的上端，滤波电容Cci的下端与变压器副边第一绕组叱的异名端与变压器副边第二绕组N 2 的同名端相连。
[0026] 本变换器采用附图5所示的开关控制策略，其中附图5(a)为产生各个驱动信号原 理框图，附图5(b)为主要的信号波形图。具体的控制方法为：
[0027] 1)基准标准正弦波电压Uraf与输出反馈电压Ucif经比较放大后产生误差信号u c，uc 的绝对值信号I u。I与锯齿波比较产生信号W，U1J卩为第三功率管S3的驱动信号u gs3。
[0028] 2)锯齿波下降沿二分频信号k和信号w与非后得到第一功率管S i的驱动信号 Ugsl;锯齿波下降沿二分频反极性信号k和信号u ^与非后得到第二功率管S 2的驱动信号 Ugs2O
[0029] 3)误差信号