CN113839573A - 一种高效单相隔离双向矩阵型ac-dc变换器装置 - Google Patents

一种高效单相隔离双向矩阵型ac-dc变换器装置 Download PDF

Info

Publication number
CN113839573A
CN113839573A CN202110618321.8A CN202110618321A CN113839573A CN 113839573 A CN113839573 A CN 113839573A CN 202110618321 A CN202110618321 A CN 202110618321A CN 113839573 A CN113839573 A CN 113839573A
Authority
CN
China
Prior art keywords
bridge circuit
transformer
type
phase
collector
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202110618321.8A
Other languages
English (en)
Inventor
言书田
孙尧
邓国良
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Central South University
Original Assignee
Central South University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Central South University filed Critical Central South University
Priority to CN202110618321.8A priority Critical patent/CN113839573A/zh
Publication of CN113839573A publication Critical patent/CN113839573A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/02—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal
    • H02M7/04—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/12—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/21—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M7/217—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M7/219—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only in a bridge configuration
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/08—Circuits specially adapted for the generation of control voltages for semiconductor devices incorporated in static converters
    • H02M1/088—Circuits specially adapted for the generation of control voltages for semiconductor devices incorporated in static converters for the simultaneous control of series or parallel connected semiconductor devices
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M5/00—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases
    • H02M5/02—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases without intermediate conversion into dc
    • H02M5/04—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases without intermediate conversion into dc by static converters
    • H02M5/22—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases without intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M5/275—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases without intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M5/293—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases without intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B70/00—Technologies for an efficient end-user side electric power management and consumption
    • Y02B70/10—Technologies improving the efficiency by using switched-mode power supplies [SMPS], i.e. efficient power electronics conversion e.g. power factor correction or reduction of losses in power supplies or efficient standby modes

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Ac-Ac Conversion (AREA)

Abstract

本发明涉及一种高效单相隔离双向矩阵型AC‑DC变换器装置，该变换器装置可以接入交流电源，经过AC‑DC变换之后给直流电源充电。所述的变换器装置由输入滤波器，交流电源、单相矩阵型H桥、高频变压器、电压型H桥电路、输出电容、直流电源组成。本发明利用两个H桥输出不同相位的电压实现功率双向传输，不同于传统由AC‑DC再由DC‑DC的两级式结构，其中省去了两级式结构中的直流母线电容，从而提高了功率密度和效率；且本发明的变换器装置能够配合对应的开关控制方法来实现软开关，以进一步降低开关损耗并提高传输效率。

Description

一种高效单相隔离双向矩阵型AC-DC变换器装置
技术领域
本发明涉及小型的整流器电路设计技术领域，具体涉及一种高效单相隔离双向矩阵型AC-DC变换器装置。
背景技术
近年来，随着电动汽车行业的高速发展，电动汽车的配套设施也随之步入人们的视野中。电动汽车的充电器就是电动汽车发展中所必须研究的问题。电动汽车的充电器要求满足几个主要条件，单位功率因数、高功率密度、带隔离、双向功率转换、高效率等。
从提高功率密度的角度来看，减小变换器中的电感和电容是最主要的手段。因此，通常采用高频变压器，使变换器工作在高频状态，减少对滤波电感和电容的需求，同时减少对变压器漏感的需求，从而减少变换器的体积，提高功率密度减少成本。
从减少功率损耗的角度来看，由于变换器工作在高频状态下，开关损耗是不可忽视的一部分。因此，通过使变换器工作在软开关条件下，能够十分有效的减少损耗。
而现有技术中，传统的充电器通常采用两级结构，即先AC-DC再DC-DC的组合，但是这样两级之间需要增加一个直流母线电容，且还存在以上提及的体积大和效率低的问题。
为了减少这一部分的成本，进一步提高功率密度。本发明设计了一种高效单相隔离双向矩阵型AC-DC变换器装置，既能够省去两级结构中间的直流电容，又满足充电器所要求的单位功率因数、高功率密度、带隔离、双向功率转换、高效率等条件。
发明内容
(一)要解决的技术问题
针对现有供电器的缺陷，本发明提供一种高效单相隔离双向矩阵型AC-DC变换器装置，消除了两级式AC-DC、DC-DC式变换器的结构，同时能够实现软开关提高效率，同时减少了直流母线电容的使用，以降低成本、提高功率密度，使得其特别适合用于电动汽车的充电器中。
(二)技术方案
为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：
本发明提供了一种高效单相隔离双向矩阵型AC-DC变换器装置，包括依次连接的交流输入电源(1)、输入滤波器(2)、单相矩阵型H桥电路(3)、变压器(4)、电压型H桥电路(5)、输出电容(6)和直流电源(7)；所述输入滤波器(2)包括滤波电感L1和滤波电容C1；所述单相矩阵型H桥电路(3)包括八个功率三极开关管S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7、S8；所述滤波电感L1的一端与交流输入电源(1)的一端连接，滤波电感L1的另一端与滤波电容C1的一端以及S1的集电极和S5的集电极相连；所述滤波电容C1的另一端与交流输入电源(1)的另一端和S4、S8的集电极相连；S1的发射极与S2的发射极相连；S2的集电极与S3的集电极和变压器(4)的原边的一端相连；S3的发射极与S4的发射极相连；S4的集电极与输入滤波器(2)的另一端和S8的集电极相连；S5的发射极与S6的发射极相连；S6的集电极与S7的集电极和变压器(4)的原边的另一端相连；S7的发射极与S8的发射极相连。
进一步的，所述电压型H桥电路(5)包括四个功率三极开关管S9、S10、S11、S12；S9的集电极与S11的集电极、输出电容(6)的一端和直流电源(7)的一端相连；S9的发射极与S10的集电极和变压器(4)的副边的一端相连；S10的发射极与S12的发射极、输出电容(6)的另一端和直流电源(7)的另一端相连；S11的发射极与S12的集电极和变压器(4)的副边的另一端相连。
进一步的，所述变压器(4)包括一个原副边变比为1：n的高频变压器以及一个变压器漏感L2；所述高频变压器原边的一端与S2、S3的集电极相连；高频变压器原边的另一端与S6、S7的集电极相连；高频变压器副边的一端与变压器漏感L2的一端相连；高频变压器副边的另一端与电压型H桥电路(5)中的功率三极管S11的发射极和S12的集电极相连；变压器漏感L2的另一端与电压型H桥电路(5)中的功率三极管S9的发射极和S10的集电极相连。
进一步的，所述功率三极开关管S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7、S8、S9、S10、S11、S12具体类型是IGBT或者MOSFET。
进一步的，假设功率要求正向传输时，该AC-DC变换器装置按照如下方式运行：
当交流输入电源的电压vs＞0时，运行状态依次为1,2,3,4；
当交流输入电源电压vs≤0时，运行状态依次为5,6,7,8；
1)运行状态1时，单相矩阵型H桥电路(3)中S1、S2、S7、S8导通，S3、S4、S5、S6关断，电压型H桥电路(5)中S9、S12关断，S10、S11导通；
2)运行状态2时，单相矩阵型H桥电路(3)中S1、S2、S7、S8导通，S3、S4、S5、S6关断，电压型H桥电路(5)中S9、S12导通，S10、S11关断；
3)运行状态3时，单相矩阵型H桥电路(3)中S1、S2、S7、S8关断，S3、S4、S5、S6导通，电压型H桥电路(5)中S9、S12导通，S10、S11关断；
4)运行状态4时，单相矩阵型H桥电路(3)中S1、S2、S7、S8关断，S3、S4、S5、S6导通，电压型H桥电路(5)中S9、S12关断，S10、S11导通；
5)运行状态5时，单相矩阵型H桥电路(3)中S1、S2、S7、S8导通，S3、S4、S5、S6关断，电压型H桥电路(5)中S9、S12关断，S10、S11导通；
6)运行状态6时，单相矩阵型H桥电路(3)中S1、S2、S7、S8导通，S3、S4、S5、S6关断，电压型H桥电路(5)中S9、S12导通，S10、S11关断；
7)运行状态7时，单相矩阵型H桥电路(3)中S1、S2、S7、S8关断，S3、S4、S5、S6导通，电压型H桥电路(5)中S9、S12导通，S10、S11关断；
8)运行状态8时，单相矩阵型H桥电路(3)中S1、S2、S7、S8关断，S3、S4、S5、S6导通，电压型H桥电路(5)中S9、S12关断，S10、S11导通。
进一步的，所述变换器装置的输出功率为
Figure BDA0003098625350000031
v1和v2分别为滤波电容C1和输出电容C2的电压，n为原副边变比，L2和fs分别为变压器漏感L2的电感值和开关频率，移相角占空比
Figure BDA0003098625350000032
满足
Figure BDA0003098625350000033
的条件。
进一步的，交流输入电源(1)的输入端电流i1与输入端电压vs同相位，在输入端电流i1如下式所示时
i1(t)＝kcosωt
其中，ω为工频频率，k为控制一个工频周期内传输功率的参数值
则k的约束条件为
Figure BDA0003098625350000041
(三)有益效果
由上述技术方案可知，本发明具备如下有益效果：本发明利用两个H桥输出不同相位的电压实现功率双向传输，不同于传统由AC-DC再由DC-DC的两级式结构，本发明中省去了两级式结构中的直流母线电容，从而提高了功率密度和效率；且体积小，还能够实现软开关，降低开关损耗并提高转换效率。
附图说明
通过参考附图会更加清楚的理解本发明的特征和优点，附图是示意性的而不应理解为对本发明进行任何限制，在附图中：
图1为是本发明AC-DC供电装置的电路结构示意图；
图2为本发明的变换器运行状态示意图；
图3为本发明的变换器开关动作示意图；
图4为本发明的DSP+FPGA控制***控制框图；
图5为本发明控制输出电流为5A，0.1s处变化-5A，0.2s处再变化为5A时的Matlab-Simulink仿真波形图。
图6为本发明的变换器运行时输入电流FFT分析结果图；
附图标记说明：1、交流输入电源；2、输入滤波器；3、单相矩阵型H桥电路；4、变压器；5、电压型H桥电路；6、输出电容；7、直流电源；8、采样调理电路；9、控制器；10、IGBT驱动电路。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例提供了一种高效单相隔离双向矩阵型AC-DC变换器装置及其使用方法:
下面将结合附图1-6对本发明进行详细说明如下：
如图1所示，本发明公开的一种高效单相隔离双向矩阵型AC-DC变换器装置，包括交流输入电源(1)、输入滤波器(2)、单相矩阵型H桥电路(3)、变压器(4)、电压型H桥电路(5)、输出电容(6)和直流电源(7)。本装置通过调节H桥的功率开关占空比控制传输功率以及功率的传输方向，并给出了其中一种最优的控制方式。
其中，交流输入电源(1)连接到输入滤波器(2)，输入滤波器(2)连接到单相矩阵型H桥电路(3)，单相矩阵型H桥电路(3)连接到变压器(4)，变压器连接到电压型H桥电路(5)，电压型H桥电路(5)连接到输出电容(6)，输出电容(6)连接到直流电源(7)；其中输入滤波器(2)包括一个滤波电感L1、一个滤波电容C1；滤波电感L1的一端与交流输入电源(1)的一端连接，滤波电感L1的另一端与滤波电容C1的一端以及单相矩阵型H桥电路(3)中的功率三极开关管S1、S5的集电极相连；滤波电容C1的另一端与交流输入电源(1)的另一端和单相矩阵型H桥电路(3)中的功率三极开关管S4、S8的集电极相连。
单相矩阵型H桥电路(3)包括八个功率三极开关管S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7、S8；S1的集电极与输入滤波器(2)的一端和S5的集电极相连；S1的发射极与S2的发射极相连；S2的集电极与S3的集电极和变压器(4)的一端相连；S3的发射极与S4的发射极相连；S4的集电极与输入滤波器(2)的另一端和S8的集电极相连；S5的发射极与S6的发射极相连；S6的集电极与S7的集电极和变压器(4)的另一端相连；S7的发射极与S8的发射极相连。
变压器(4)包括一个原副边变比为1：n的高频变压器以及一个变压器漏感L2；高频变压器原边的一端与单相矩阵型H桥电路(3)中的S2、S3的集电极相连；高频变压器原边的另一端与相矩阵型H桥电路(3)中的S6、S7的集电极相连；高频变压器副边的一端与变压器漏感L2的一端相连；高频变压器副边的另一端与电压型H桥电路(5)中的功率三极管S11的发射极和S12的集电极相连；变压器漏感L2的另一端与电压型H桥电路(5)中的功率三极管S9的发射极和S10的集电极相连。
电压型H桥电路(5)包括四个功率三极开关管S9、S10、S11、S12；S9的集电极与S11的集电极、输出电容C2(6)的一端和直流电源vb(7)的一端相连；S9的发射极与S10的集电极和变压器(4)的一端相连；S10的发射极与S12的发射极、输出电容C2(6)的另一端和直流电源vb(7)的另一端相连；S11的发射极与S12的集电极和变压器(4)的另一端相连。
功率三极开关管S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7、S8、S9、S10、S11、S12具体类型是IGBT或者MOSFET，C1和C2分别为薄膜电容和电解电容。
图2是本发明公开的一种高效单相隔离双向矩阵型AC-DC变换器装置的开关运行状态示意图,假设功率要求正向传输；
当交流输入电源vs＞0时，运行状态为1,2,3,4；
当交流输入电源vs≤0时，运行状态为5,6,7,8；
运行状态1时，单相矩阵型H桥电路(3)中IGBT S1、S2、S7、S8导通，S3、S4、S5、S6关断，电压型H桥电路(5)中IGBT S9、S12关断，S10、S11导通；
运行状态2时，单相矩阵型H桥电路(3)中IGBT S1、S2、S7、S8导通，S3、S4、S5、S6关断，电压型H桥电路(5)中IGBT S9、S12导通，S10、S11关断；
运行状态3时，单相矩阵型H桥电路(3)中IGBT S1、S2、S7、S8关断，S3、S4、S5、S6导通，电压型H桥电路(5)中IGBT S9、S12导通，S10、S11关断；
运行状态4时，单相矩阵型H桥电路(3)中IGBT S1、S2、S7、S8关断，S3、S4、S5、S6导通，电压型H桥电路(5)中IGBT S9、S12关断，S10、S11导通；
运行状态5时，单相矩阵型H桥电路(3)中IGBT S1、S2、S7、S8导通，S3、S4、S5、S6关断，电压型H桥电路(5)中IGBT S9、S12关断，S10、S11导通；
运行状态6时，单相矩阵型H桥电路(3)中IGBT S1、S2、S7、S8导通，S3、S4、S5、S6关断，电压型H桥电路(5)中IGBT S9、S12导通，S10、S11关断；
运行状态7时，单相矩阵型H桥电路(3)中IGBT S1、S2、S7、S8关断，S3、S4、S5、S6导通，电压型H桥电路(5)中IGBT S9、S12导通，S10、S11关断；
运行状态8时，单相矩阵型H桥电路(3)中IGBT S1、S2、S7、S8关断，S3、S4、S5、S6导通，电压型H桥电路(5)中IGBT S9、S12关断，S10、S11导通；
本发明公开的一种高效单相隔离双向矩阵型AC-DC变换器装置，其稳态分析如下：
图3是本发明中变换器的开关动作示意图，对于本发明中所设计的变换器的调制，采用单移相控制的方法，移相角占空比为
Figure BDA0003098625350000071
根据双有源桥变换器的原理，可以得到单个开关周期内，本发明所设计的变换器输出功率为
Figure BDA0003098625350000072
其中
Figure BDA0003098625350000073
再根据功率守恒原理，一个开关周期Ts内输入端功率等于输出端功率，有
P0＝v1i1＝vbib (2)
根据(1)和(2)可知一个开关周期Ts内输入端电流i1的表达式
Figure BDA0003098625350000074
由式(3)可以得知，通过控制
Figure BDA0003098625350000075
可以控制一个开关周期内输入端电流的大小。如果要让输入端的功率因数为1，那么，只要使输入端电流i1与输入端电压vs同相位即可。假设输入电压vs的表达式如式(4)所示。
vs(t)＝Vs cosωt (4)
则输入端电流i1应该被控制为如式(5)所示。
i1(t)＝k cosωt (5)
其中k用来控制一个工频周期内传输功率的大小，ω为工频频率。由式(4)和(5)又可推得式(6)。
Figure BDA0003098625350000081
由式(6)可知，一个工频周期内变换器的输出功率为式(7)
Figure BDA0003098625350000082
由式(1)和(5)可以进一步推导得到移相角占空比φ的表达式。
当φ＞0时，
Figure BDA0003098625350000083
当φ≤0时，
Figure BDA0003098625350000084
根据式(8)和(9)中的约束条件，可以得出k的约束条件。
Figure BDA0003098625350000085
图4是本发明DSP+FPGA控制系框的控制框图，控制电路包括相应的采样调理电路(8)、包括DSP+FPGA的控制器(9)及IGBT驱动电路(10)；
采样调理电路(8)负责输入电压vs、输入电流i1、输出电流ib、输出电压vb的采样和调理，控制器(9)负责计算和调制等重要工作，并把各PWM开关信号传递给IGBT驱动电路(10)。
案例说明：
具体的，对电路进行定性分析，可设置交流输入电源为220Vrms/50Hz，电感L1、L2分别为0.633mH、0.09mH；电容C1、C2分别为10uF、2400uF；变压器变比n＝1；输出直流电源为200V；采样频率和开关频率均为20kHz，其中C1为薄膜电容，C2为电解电容。
图5为根据上述参数配置的情况下，控制输出电流ib为5A，0.1s时变化为-5A，0.2s时再变化为5A，基于Matlab-Simulink平台仿真实验结果。可见，变换器响应速度较快，且功率传输能够实现正反向切换。相较于传统AC-DC供电装置，本发明省去了两级AC-DC、DC-DC结构中的直流母线电容，节省了成本，提高了功率密度。图6为输入电流is的FFT分析，可以看出，谐波畸变率小于5％，符合电动汽车充电器的国家标准。
在本发明中，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。术语“多个”指两个或两个以上，除非另有明确的限定；虽然结合附图描述了本发明的实施方式，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下做出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种高效单相隔离双向矩阵型AC-DC变换器装置，其特征在于：包括依次连接的交流输入电源(1)、输入滤波器(2)、单相矩阵型H桥电路(3)、变压器(4)、电压型H桥电路(5)、输出电容(6)和直流电源(7)；所述输入滤波器(2)包括滤波电感L1和滤波电容C1；所述单相矩阵型H桥电路(3)包括八个功率三极开关管S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7、S8；所述滤波电感L1的一端与交流输入电源(1)的一端连接，滤波电感L1的另一端与滤波电容C1的一端以及S1的集电极和S5的集电极相连；所述滤波电容C1的另一端与交流输入电源(1)的另一端和S4、S8的集电极相连；S1的发射极与S2的发射极相连；S2的集电极与S3的集电极和变压器(4)的原边的一端相连；S3的发射极与S4的发射极相连；S4的集电极与输入滤波器(2)的另一端和S8的集电极相连；S5的发射极与S6的发射极相连；S6的集电极与S7的集电极和变压器(4)的原边的另一端相连；S7的发射极与S8的发射极相连。
2.根据权利要求1所述的一种高效单相隔离双向矩阵型AC-DC变换器装置，其特征在于，所述电压型H桥电路(5)包括四个功率三极开关管S9、S10、S11、S12；S9的集电极与S11的集电极、输出电容(6)的一端和直流电源(7)的一端相连；S9的发射极与S10的集电极和变压器(4)的副边的一端相连；S10的发射极与S12的发射极、输出电容(6)的另一端和直流电源(7)的另一端相连；S11的发射极与S12的集电极和变压器(4)的副边的另一端相连。
3.根据权利要求2所述的高效单相隔离双向矩阵型AC-DC变换器装置，其特征在于，所述变压器(4)包括一个原副边变比为1：n的高频变压器以及一个变压器漏感L2；所述高频变压器原边的一端与S2、S3的集电极相连；高频变压器原边的另一端与S6、S7的集电极相连；高频变压器副边的一端与变压器漏感L2的一端相连；高频变压器副边的另一端与电压型H桥电路(5)中的功率三极管S11的发射极和S12的集电极相连；变压器漏感L2的另一端与电压型H桥电路(5)中的功率三极管S9的发射极和S10的集电极相连。
4.根据权利要求2所述的一种高效单相隔离双向矩阵型AC-DC变换器装置，其特征在于，所述功率三极开关管S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7、S8、S9、S10、S11、S12具体类型是IGBT或者MOSFET，C1为薄膜电容，输出电容(6)为电解电容。
5.根据权利要求2所述的一种高效单相隔离双向矩阵型AC-DC变换器装置，其特征在于，假设功率要求正向传输时，该AC-DC变换器装置按照如下方式运行：
当交流输入电源的电压vs＞0时，运行状态依次为1,2,3,4；
当交流输入电源电压vs≤0时，运行状态依次为5,6,7,8；
1)运行状态1时，单相矩阵型H桥电路(3)中S1、S2、S7、S8导通，S3、S4、S5、S6关断，电压型H桥电路(5)中S9、S12关断，S10、S11导通；
2)运行状态2时，单相矩阵型H桥电路(3)中S1、S2、S7、S8导通，S3、S4、S5、S6关断，电压型H桥电路(5)中S9、S12导通，S10、S11关断；
3)运行状态3时，单相矩阵型H桥电路(3)中S1、S2、S7、S8关断，S3、S4、S5、S6导通，电压型H桥电路(5)中S9、S12导通，S10、S11关断；
4)运行状态4时，单相矩阵型H桥电路(3)中S1、S2、S7、S8关断，S3、S4、S5、S6导通，电压型H桥电路(5)中S9、S12关断，S10、S11导通；
5)运行状态5时，单相矩阵型H桥电路(3)中S1、S2、S7、S8导通，S3、S4、S5、S6关断，电压型H桥电路(5)中S9、S12关断，S10、S11导通；
6)运行状态6时，单相矩阵型H桥电路(3)中S1、S2、S7、S8导通，S3、S4、S5、S6关断，电压型H桥电路(5)中S9、S12导通，S10、S11关断；
7)运行状态7时，单相矩阵型H桥电路(3)中S1、S2、S7、S8关断，S3、S4、S5、S6导通，电压型H桥电路(5)中S9、S12导通，S10、S11关断；
8)运行状态8时，单相矩阵型H桥电路(3)中S1、S2、S7、S8关断，S3、S4、S5、S6导通，电压型H桥电路(5)中S9、S12关断，S10、S11导通。
6.根据权利要求5所述的一种高效单相隔离双向矩阵型AC-DC变换器装置，其特征在于，所述变换器装置的输出功率为
Figure FDA0003098625340000021
v1和v2分别为滤波电容C1和输出电容C2的电压，n为原副边变比，L2和fs分别为变压器漏感L2的电感值和开关频率，移相角占空比
Figure FDA0003098625340000022
满足
Figure FDA0003098625340000023
的条件。
7.根据权利要求6所述的一种高效单相隔离双向矩阵型AC-DC变换器装置，其特征在于，交流输入电源(1)的输入端电流i1与输入端电压vs同相位，在输入端电流i1如下式所示时
i1(t)＝k cosωt
其中，ω为工频频率，k为控制一个工频周期内传输功率的参数值。
则k的约束条件为
Figure FDA0003098625340000031
CN202110618321.8A 2021-06-03 2021-06-03 一种高效单相隔离双向矩阵型ac-dc变换器装置 Pending CN113839573A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110618321.8A CN113839573A (zh) 2021-06-03 2021-06-03 一种高效单相隔离双向矩阵型ac-dc变换器装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110618321.8A CN113839573A (zh) 2021-06-03 2021-06-03 一种高效单相隔离双向矩阵型ac-dc变换器装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN113839573A true CN113839573A (zh) 2021-12-24

Family

ID=78962620

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110618321.8A Pending CN113839573A (zh) 2021-06-03 2021-06-03 一种高效单相隔离双向矩阵型ac-dc变换器装置

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113839573A (zh)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105610331A (zh) * 2014-11-13 2016-05-25 曹智宇 包含(变压器)电气隔离的变流器电路结构和工作方法
CN110932577A (zh) * 2019-12-19 2020-03-27 珠海云充科技有限公司 三相交流-直流变换电源
CN111682787A (zh) * 2020-05-18 2020-09-18 天津大学 基于隔离变换器模块的单级式三相交直流变换器及方法
CN112600454A (zh) * 2020-12-21 2021-04-02 东南大学 一种电流源输入高频隔离矩阵变换器及其调控方法
US20210135581A1 (en) * 2017-08-17 2021-05-06 University Of Houston System Single phase single stage bi-directional level 1 electric vehicle battery charger

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105610331A (zh) * 2014-11-13 2016-05-25 曹智宇 包含(变压器)电气隔离的变流器电路结构和工作方法
US20210135581A1 (en) * 2017-08-17 2021-05-06 University Of Houston System Single phase single stage bi-directional level 1 electric vehicle battery charger
CN110932577A (zh) * 2019-12-19 2020-03-27 珠海云充科技有限公司 三相交流-直流变换电源
CN111682787A (zh) * 2020-05-18 2020-09-18 天津大学 基于隔离变换器模块的单级式三相交直流变换器及方法
CN112600454A (zh) * 2020-12-21 2021-04-02 东南大学 一种电流源输入高频隔离矩阵变换器及其调控方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ANDREI BLINOV等: ""Improved Modulation Method for Full-Bridge AC-DC HF-Link Converter"", 《2020 IEEE INTERNATIONAL CONFERENCE ON INDUSTRIAL TECHNOLOGY (ICIT)》, 16 April 2020 (2020-04-16), pages 1 - 3 *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10958180B2 (en) DC-DC converter for wide input voltage
WO2023098826A1 (zh) 谐振型双有源桥式变换电路的控制方法、控制器及变换器
WO2016146000A1 (zh) 一种高频隔离交直流变换电路及其控制方法
CN110890842B (zh) 宽电压增益低电流纹波双向谐振变换器及控制方法
US20160181925A1 (en) Bidirectional dc-dc converter
CN107968471B (zh) Lclc谐振电路、宽范围恒功率输出直流充电机及控制方法
CN202167993U (zh) 具有无损缓冲电路的移相全桥开关电源变换器
CN108512256B (zh) 一种多功能车载充放电一体化***
CN109039121B (zh) 一种高频隔离型交直流变换电路及其控制方法
CN108696140A (zh) 具有宽输出电压范围的全桥谐振dc-dc变换器及调制方法
WO2005091483A1 (ja) Ｄｃ−ｄｃコンバータ
KR102308809B1 (ko) 2단 전력 변환 장치
WO2021053911A1 (ja) 電力変換装置
CN108988646B (zh) 零电压开关下电压传输比大于1的dab优化控制方法
JP2019118234A (ja) 絶縁型の双方向ｄｃ／ｄｃコンバータおよびその制御方法
WO2021053910A1 (ja) 電力変換装置
JP2007221915A (ja) Ｄｃ−ｄｃコンバータ
CN110649802B (zh) 一种单级谐振式ac-dc功率因数校正变换装置的校正方法
CN115441695B (zh) 一种提高功率密度的低压输入高压输出的逆变器调制方法
CN113839573A (zh) 一种高效单相隔离双向矩阵型ac-dc变换器装置
CN1127796C (zh) 一种双向直流－直流变换器
WO2021227407A1 (zh) 一种面向新能源应用的直流电能生成电路
CN104935174B (zh) 一种含有可调电感网络的全桥dc/dc变换器
US20230322105A1 (en) Charging device and method for operating the charging device
KR100941935B1 (ko) 인터리브 방식의 삼상 절연 ｄｃ/ｄｃ 컨버터

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination