高頻鏈技術的發展與應用

目前,DC／AC逆變電源已經在很多領域得到了十分廣泛的應用,而且在新能源,如太陽能電池、燃料電池等的DC／AC變換中也得到了廣泛應用。傳統的低頻逆變技術,采用的是工頻變壓器,具有體積大、重量大、音頻噪聲大等缺點。為了克服這些缺點,Mr. Espelage于1977年提出了高頻鏈逆變技術的新概念,利用高頻變壓器實現了輸入與輸出的電氣隔離,減小了變壓器的體積和重量,該系統由一個并聯逆變器和12個晶閘管組成的周波變換器構成,具有簡單的自適應換流、高頻電氣隔離、獨立的有功能量和無功能量控制、固有的四象限工作能力等優點,但受當時半導體器件的限制,諧振儲能電路工作頻率局限在2~4kH。范圍,未完全體現高頻鏈逆變技術的優越性。近年來,隨著功率半導體器件的發展,高頻鏈技術引起人們越來越多的興趣。
高頻鏈逆變技術用高頻變壓器替代了低頻逆變技術中的工頻變壓器,克服了低頻逆變技術的缺點,顯著提高了逆變器的符性。高頻鏈逆變技術按功率的傳輸方向可分為單向型和雙向型,按功率變換器的類型町分為電壓源型和電流源型。

1 高頻鏈逆變器簡介
傳統的低頻逆變電路結構如圖1所示。在把直流逆變成各種工作頻率的交流這一科研領域中,國內外許多的專家和學者都進行了大量的深入研究,以期去掉低頻變壓器,從而達到簡化結構、減小體積和重量,提高效率等目的。

單向高頻鏈逆變電路結構如圖2所示,兩次使用了逆變器,一次是通過逆變獲得高頻,以便利用高頻變壓器進行變壓和隔離,再經高頻整流得到所需電壓等級的直流,第二次是為了獲得低頻正弦交流電壓,具有單向功率流、三級功率變換(DC一HFAC—DC—LFAC)、輸出電壓紋波小、技術成熟、應用廣泛等優點,但是環節多增加廠功率損耗,而且隨著開關頻率的升高,采用傳統PWM技術方案時存在過大的功率器件損耗和嚴重的電磁干擾問題。

為了提高高頻逆變電路的效率,以期直接利用高頻變壓器同時完成變壓、隔離、SPWM逆變的任務,因此提出了雙向高頻鏈逆變技術,如圖3所示。由于少用了一級功率逆變器,從而達到簡化結構、減小體積和重量、提高效率的目的,為實現電力電子沒備的高頻、高效、高功率密度創造了條件。

2 雙向電壓源高頻鏈逆變器
雙向電壓源高頻鏈逆變拓撲族如圖4所示,從輸入側逆變級看,推挽式電路適用于低壓輸入變換場合;半橋和全橋電路適用于高壓輸入場合。從輸出側周波變換級看,全波式電路功率開關電壓應力高,功率開關數少,變壓器繞組利用率低,適用于低壓輸出變換場合;全橋式電路功率開關電壓應力低,功率開關數多,變壓器繞組的利用率高,適用于高壓輸出場合。