諧振型變流器的輸出功率調節方法
2023-07-13 01:13:06
專利名稱：諧振型變流器的輸出功率調節方法
技術領域：
本發明涉及一種諧振型變流器輸出功率的調節方法。
背景技術：
諧振型逆變器是諧振型變流器的核心組成部分。諧振型逆變器依靠電感和電容諧振使開關器件容易工作在軟開關條件，其中全橋移相諧振型逆變器在大功率領域得到了廣泛應用，通過在移相全橋變換器中引入諧振電感、諧振電容和死區時間，使開關器件實現了零電壓開通，在負載較重時具有較好的調節效果。但在需要輸出功率較小的輕負載工況下，由於移相角很大，較難實現零電壓開通，開關損耗較大，致使諧振型逆變器在負載變化範圍寬和電源電壓波動範圍較大的場合性能受到很大影響。 專利201110078847. 8公布了一種降低移相全橋變換器開關損耗的方法及裝置，通過提供最佳死區時間，把開關損耗降低到最低，擴大軟開關頻率範圍，然而在輕載時的損耗仍較大。專利200610061264. 3公布了一種移相全橋電路的控制方法，使電路在不同負載下通過驅動電路調節逆變器的開關頻率或使驅動電路間歇工作，來降低輕載時的開關損耗。雖然降低了損耗，但是沒有指出如何調節頻率，同時由於電路間歇工作，負載電壓波動很大。現有移相諧振逆變器控制方法存在的問題是(I)在輕載時，移相角很大，很難實現軟開關，開關損耗高；(2)在輕載時，若使驅動電路間隙工作，會使得負載電壓波動加大；
(3)輕載時，逆變器輸出電壓中諧波含量大於基波含量，諧振電流中諧波含量大。
發明內容
本發明的目的是解決現有高頻諧振型逆變器在輕載時損耗高、負載電壓波動大、諧波含量多的問題，提出一種採用諧波移相的脈寬調製方法，在輕載時，降低逆變器輸出電壓的基波頻率，控制逆變器輸出電壓中的諧波成分工作在諧振狀態來傳遞功率，通過控制諧波有效值調節輸出功率。本發明特別適用於無線電能傳輸領域的高頻諧振逆變電路。典型諧振型逆變器輸出電壓頻率和逆變器開關頻率相同，逆變器輸出電壓中有豐富的諧波，且隨著逆變器輸出電壓脈寬和頻率的減小，諧波含量佔的比重顯著增大。本發明解決技術問題採用的技術方案如下本發明不改變已有主電路拓撲結構，採用一種功率調節方法，根據輸出功率的大小，令諧振型逆變器輸出電壓中不同諧波分別工作在諧振狀態，控制該諧波的有效值來調節輸出功率。輸出功率調節步驟如下I)首先，根據給定的諧振型逆變器輸出功率，得到諧振型逆變器輸出電壓基波工作在諧振狀態時輸出電壓中基波及各次諧波有效值的標麼值Gk，k = 1，3，5，7···，所述的標么值以諧振型逆變器輸出電壓波形50%佔空比情況下的基波有效值為參考值，Gk最大值為l/k;k為正奇數;2)當G1S 1/k時，k= 1，3，5，7···，找出滿足要求的最大的k值，控制諧振型逆變器開關頻率為諧振頻率的Ι/k，使k次諧波工作在諧振狀態。對於全橋移相式諧振型逆變器，通過調節變流器對角線開關器件驅動脈衝的移相角來調節輸出功率，在開關頻率為諧振頻
率時，若移相角大於參考移相角！
權利要求
1.一種諧振型變流器的輸出功率調節方法，其特徵在於，所述的輸出功率調節方法是通過降低諧振型逆變器的開關頻率，使諧振型逆變器的輸出電壓波形中某次諧波工作在諧振狀態，通過控制諧振型逆變器輸出電壓的佔空比來調節諧振型逆變器輸出電壓的某次諧波有效值，實現輸出功率的調節。
2.根據權利要求I所述的諧振型變流器的輸出功率調節方法，其特徵在於所述的輸出功率調節步驟如下 1)首先，根據給定的諧振型逆變器輸出功率，得到諧振型逆變器輸出電壓基波工作在諧振狀態時輸出電壓中基波及各次諧波有效值的標麼值Gk，k = 1，3，5，7···，所述的標么值以諧振型逆變器輸出電壓波形50%佔空比情況下的基波有效值為參考值，Gk最大值為Ι/k ；k為正奇數； 2)當G1彡Ι/k時，k= 1，3，5，7···，找出滿足要求的最大的k值，控制諧振型逆變器開 關頻率為諧振頻率的Ι/k，使k次諧波工作在諧振狀態，通過控制諧振型逆變器輸出電壓的佔空比來調節諧振型逆變器輸出電壓中k次諧波有效值，實現輸出功率的調節； 3)在k次諧波工作在諧振狀態時，若Gk( l/(k+2)時，k = 1，3，5，7···，則控制開關頻率降低為諧振頻率的l/(k+2)，使(k+2)次諧波工作在諧振狀態，通過控制諧振型逆變器輸出電壓的佔空比來調節諧振型逆變器輸出電壓中(k+2)次諧波有效值，實現輸出功率的調節。
3.根據權利要求2所述的諧振型變流器功率調節方法，其特徵在於，對於全橋移相式諧振型逆變器，通過調節變流器對角線開關器件驅動脈衝的移相角來調節輸出功率；所述的輸出功率調節步驟2)中，在開關頻率為諧振頻率時，若移相角大於參考移相角^-arccosj (k=l, 3,5,7...),則將開關頻率變為諧振頻率的Ι/k，使k次諧波工作在諧振πk狀態；所述的輸出功率調節步驟3)中，k次諧波工作在諧振狀態時的參考移相角範圍為 arccos^- (k=l, 3, 5, 7. . .) ο
4.根據權利要求2所述的諧振型變流器功率調節方法，其特徵在於，對於半橋式諧振型逆變器，通過調節變流器開關器件驅動脈衝的佔空比來調節輸出功率，所述的輸出功率調節步驟2 )中，在開關頻率為諧振頻率時，若佔空比小於參考佔空比一 arccos jπ K(k=l, 3，5，7...)則將開關頻率變為諧振頻率的Ι/k，使k次諧波工作在諧振狀態；所述的輸出功率調節步驟3)中，k次諧波工作在諧振狀態時的參考佔空比範圍為(k=l, 3，5，7. · ·)。
5.根據權利要求I所述的諧振型變流器功率調節方法，其特徵在於，所述的諧振型逆變器具有死區時間，對於全橋移相式諧振型逆變器，該死區時間等效為一定的移相角，所述的k次諧波的參考移相角應減去死區時間等效移相角；對於半橋式諧振型逆變器，該死區時間等效為開關器件驅動脈衝的佔空比，所述的k次諧波的參考佔空比應減去死區時間等效佔空比。
全文摘要
諧振型變流器的輸出功率調節方法。所述的方法根據諧振型變流器輸出功率的要求，在逆變器輸出電壓的基波有效值小於或等於k次諧波有效值的最大值時，選擇滿足要求的最大的k值，令開關頻率降低為諧振頻率的1/k，使k次諧波工作在諧振狀態，控制輸出電壓的佔空比來調節k次諧波的有效值進而調節輸出功率，利用逆變器輸出電壓的諧波成分傳遞功率，k為正奇數。本發明無需改變硬體電路，比通常的諧振型變流器具有更寬的功率調節範圍，開關損耗更小，電磁幹擾更低。
文檔編號H02M7/5395GK102969928SQ20121041433
公開日2013年3月13日 申請日期2012年10月25日 優先權日2012年10月25日
發明者史黎明, 蔡華, 李耀華 申請人:中國科學院電工研究所