本發(fā)明屬于變換器，具體涉及一種中點(diǎn)鉗位雙有源橋式變換器及其調(diào)制方法。
背景技術(shù)：
1、中點(diǎn)鉗位雙有源橋式(npc?dab)變換器開關(guān)方式靈活，常應(yīng)用于高電壓電力電子變換器。傳統(tǒng)移相調(diào)制方法簡單，但是僅在輸入和輸出電壓匹配時，軟開關(guān)性能好，效率較高。電壓不匹配的時候，損耗較高。
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種中點(diǎn)鉗位雙有源橋式變換器及其調(diào)制方法。本發(fā)明方案能夠解決上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題。
2、本發(fā)明的技術(shù)解決方案：
3、根據(jù)第一方面，提供一種中點(diǎn)鉗位雙有源橋式變換器，包括開關(guān)組一，變壓器、開關(guān)組二和工作模式選擇單元，所述的開關(guān)組一與所述的變壓器的主邊連接，所述的開關(guān)組二與所述變壓器的副邊連接，所述的工作模式選擇單元根據(jù)歸一化功率p*以及電壓增益k，計算獲得開關(guān)組一和開關(guān)組二中各個開關(guān)的工作狀態(tài)，使兩邊實現(xiàn)電壓匹配；所述的開關(guān)組一包括依次串聯(lián)的開關(guān)q1、開關(guān)q2、開關(guān)q3和開關(guān)q4，依次串聯(lián)的開關(guān)q5、開關(guān)q6、開關(guān)q7和開關(guān)q8，串聯(lián)后的兩組軟件開關(guān)并聯(lián)，所述的變壓器原邊的一端與開關(guān)q2、開關(guān)q3之間的電路連接，所述的變壓器原邊的另一端與開關(guān)q6、開關(guān)q7之間連接；所述的開關(guān)組二包括依次串聯(lián)的開關(guān)s1、開關(guān)s2、開關(guān)s3和開關(guān)s4，依次串聯(lián)的開關(guān)s5、開關(guān)s6、開關(guān)s7和開關(guān)s8，串聯(lián)后的兩組軟件開關(guān)并聯(lián)，所述的變壓器副邊的一端與開關(guān)s2、開關(guān)s3之間的電路連接，所述的變壓器副邊的另一端與開關(guān)s6、開關(guān)s7之間連接。
4、進(jìn)一步的，所述的一種中點(diǎn)鉗位雙有源橋式變換器還包括電感和隔離電容，所述的電感的一端與開關(guān)q2、開關(guān)q3連接，另一端與變壓器原邊的正極連接，所述的隔離電容有兩個，隔離電容cb1一端與變壓器原邊的負(fù)極連接，另一端與開關(guān)q6、開關(guān)q7連接，隔離電容cb2一端與變壓器副邊的負(fù)極連接，另一端與開關(guān)s6、開關(guān)s7連接。
5、進(jìn)一步的，所述的工作模式選擇單元包括歸一化功率計算組件、開關(guān)條件計算單元、zvs邊界圖繪制單元和模式選擇單元，根據(jù)開關(guān)條件計算單元計算獲得開關(guān)條件，并發(fā)送給所述的zvs邊界圖繪制單元，所述的歸一化功率計算組件根據(jù)傳輸功率、基準(zhǔn)功率和電壓增益計算歸一化功率，并將結(jié)果傳送給所述的zvs邊界圖繪制單元，所述的zvs邊界圖繪制單元根據(jù)獲得的數(shù)據(jù)畫出zvs邊界圖，所述的模式選擇單元選擇各個開關(guān)的工作狀態(tài)，使電路工作在zvs邊界圖內(nèi)。
6、優(yōu)選的，所述的開關(guān)為mosfet。
7、進(jìn)一步的，所述的各個開關(guān)的工作狀態(tài)包括：
8、模式mn狀態(tài)，是指原邊為模式m，副邊為模式n的狀態(tài)，其中m＝a,b,c,d；n＝a,b,c,d；
9、其中，模式a，是指：原邊或者副邊兩個橋臂，前半個周期，左側(cè)橋臂為p狀態(tài)，右側(cè)橋臂為n狀態(tài)，后半個周期左側(cè)橋臂為n狀態(tài)，右側(cè)橋臂為p狀態(tài)；
10、模式b，是指：原邊或者副邊兩個橋臂，前半個周期左側(cè)橋臂為p狀態(tài)，右側(cè)為n狀態(tài)；后半個周期左側(cè)為n狀態(tài)，右側(cè)為o狀態(tài)；
11、模式c，是指：原邊或者副邊兩個橋臂，前半個周期左側(cè)橋臂為p狀態(tài)，右側(cè)為o狀態(tài)；后半個周期左側(cè)為n狀態(tài)，右側(cè)為o狀態(tài)；
12、模式d，是指：原邊或者副邊兩個橋臂，前半個周期左側(cè)橋臂為p狀態(tài)，右側(cè)為o狀態(tài)；后半個周期左側(cè)為o狀態(tài)，右側(cè)為o狀態(tài)；
13、其中以原邊舉例，q1和q2開通，q3和q4關(guān)斷的情況下，橋臂電壓uao1＝0.5vi，這種開關(guān)狀態(tài)稱之為p狀態(tài)，當(dāng)q3和q4，q1和q2關(guān)斷的時候，uao1＝-0.5vi，這種開關(guān)模式稱之為n狀態(tài)；當(dāng)q2和q3開通，q1和q4關(guān)斷的時候，uao1＝0，這種開關(guān)狀態(tài)稱之為o狀態(tài)。
14、進(jìn)一步的，在開關(guān)的若干工作狀態(tài)都滿足電路工作在zvs邊界圖內(nèi)時，選擇模式的優(yōu)先順序為：模式a>模式b>模式c>模式d。
15、進(jìn)一步的，若開關(guān)的工作狀態(tài)都不滿足電路工作在zvs邊界圖內(nèi)時，根據(jù)歸一化功率和電壓增益就近選擇工作模式。
16、進(jìn)一步的，所述的歸一化功率的表達(dá)式為：
17、其中，k1＝uae/vi,k2＝ucf/vo,k＝nvo/vi，uae是變壓器的原邊電壓，vi是變換器的輸入電壓，ucf是變壓器的副邊電壓，vo是變換器的輸出電壓。
18、根據(jù)第二方面，提供一種中點(diǎn)鉗位雙有源橋式變換器的調(diào)制方法，包括以下步驟：
19、檢測變換器的輸入電壓電流，輸出電壓電流和傳輸功率參數(shù)，計算歸一化功率p*以及電壓增益k；
20、根據(jù)歸一化功率p*以及電壓增益k計算獲得zvs邊界圖；
21、根據(jù)獲得的zvs邊界圖確定滿足該邊界條件的開關(guān)的工作狀態(tài)；
22、根據(jù)開關(guān)工作狀態(tài)的選擇方法，選擇最佳的工作狀態(tài)，完成變換器的調(diào)制。
23、進(jìn)一步的，所述的開關(guān)工作狀態(tài)的選擇方法為：在開關(guān)的若干工作狀態(tài)都滿足電路工作在zvs邊界圖內(nèi)時，選擇模式的優(yōu)先順序為：模式a>模式b>模式c>模式d；在開關(guān)只有一種工作狀態(tài)滿足電路工作在zvs邊界圖內(nèi)時，則采用此工作狀態(tài)；在開關(guān)的工作狀態(tài)都不滿足電路工作在zvs邊界圖內(nèi)時，根據(jù)歸一化功率和電壓增益就近選擇工作模式。
24、本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的有益效果：
25、本發(fā)明通過調(diào)節(jié)開關(guān)的工作模式，使電路工作在zvs邊界圖內(nèi)，從而達(dá)到變換器在輸入輸出電壓不匹配時通過切換模式也能工作在電壓匹配點(diǎn)附近，從而提高變換器效率。
1.一種中點(diǎn)鉗位雙有源橋式變換器，其特征在于，包括開關(guān)組一，變壓器、開關(guān)組二和工作模式選擇單元，所述的開關(guān)組一與所述的變壓器的主邊連接，所述的開關(guān)組二與所述變壓器的副邊連接，所述的工作模式選擇單元根據(jù)歸一化功率p*以及電壓增益k，計算獲得開關(guān)組一和開關(guān)組二中各個開關(guān)的工作狀態(tài)，使兩邊實現(xiàn)電壓匹配；所述的開關(guān)組一包括依次串聯(lián)的開關(guān)q1、開關(guān)q2、開關(guān)q3和開關(guān)q4，依次串聯(lián)的開關(guān)q5、開關(guān)q6、開關(guān)q7和開關(guān)q8，串聯(lián)后的兩組軟件開關(guān)并聯(lián)，所述的變壓器原邊的一端與開關(guān)q2、開關(guān)q3之間的電路連接，所述的變壓器原邊的另一端與開關(guān)q6、開關(guān)q7之間連接；所述的開關(guān)組二包括依次串聯(lián)的開關(guān)s1、開關(guān)s2、開關(guān)s3和開關(guān)s4，依次串聯(lián)的開關(guān)s5、開關(guān)s6、開關(guān)s7和開關(guān)s8，串聯(lián)后的兩組軟件開關(guān)并聯(lián)，所述的變壓器副邊的一端與開關(guān)s2、開關(guān)s3之間的電路連接，所述的變壓器副邊的另一端與開關(guān)s6、開關(guān)s7之間連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種中點(diǎn)鉗位雙有源橋式變換器，其特征在于，所述的一種中點(diǎn)鉗位雙有源橋式變換器還包括電感和隔離電容，所述的電感的一端與開關(guān)q2、開關(guān)q3連接，另一端與變壓器原邊的正極連接，所述的隔離電容有兩個，隔離電容cb1一端與變壓器原邊的負(fù)極連接，另一端與開關(guān)q6、開關(guān)q7連接，隔離電容cb2一端與變壓器副邊的負(fù)極連接，另一端與開關(guān)s6、開關(guān)s7連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種中點(diǎn)鉗位雙有源橋式變換器，其特征在于，所述的工作模式選擇單元包括歸一化功率計算組件、開關(guān)條件計算單元、zvs邊界圖繪制單元和模式選擇單元，根據(jù)開關(guān)條件計算單元計算獲得開關(guān)條件，并發(fā)送給所述的zvs邊界圖繪制單元，所述的歸一化功率計算組件根據(jù)傳輸功率、基準(zhǔn)功率和電壓增益計算歸一化功率，并將結(jié)果傳送給所述的zvs邊界圖繪制單元，所述的zvs邊界圖繪制單元根據(jù)獲得的數(shù)據(jù)畫出zvs邊界圖，所述的模式選擇單元選擇各個開關(guān)的工作狀態(tài)，使電路工作在zvs邊界圖內(nèi)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種中點(diǎn)鉗位雙有源橋式變換器，其特征在于，所述的開關(guān)為mosfet。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種中點(diǎn)鉗位雙有源橋式變換器，其特征在于，所述的各個開關(guān)的工作狀態(tài)包括：
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種中點(diǎn)鉗位雙有源橋式變換器，其特征在于，在開關(guān)的若干工作狀態(tài)都滿足電路工作在zvs邊界圖內(nèi)時，選擇模式的優(yōu)先順序為：模式a>模式b>模式c>模式d。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種中點(diǎn)鉗位雙有源橋式變換器，其特征在于，若開關(guān)的工作狀態(tài)都不滿足電路工作在zvs邊界圖內(nèi)時，根據(jù)歸一化功率和電壓增益就近選擇工作模式。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種中點(diǎn)鉗位雙有源橋式變換器，其特征在于，所述的歸一化功率的表達(dá)式為：
9.使用如權(quán)利要求1到8任一所述的中點(diǎn)鉗位雙有源橋式變換器的一種中點(diǎn)鉗位雙有源橋式變換器的調(diào)制方法，其特征在于，包括以下步驟：
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種中點(diǎn)鉗位雙有源橋式變換器的調(diào)制方法，其特征在于，所述的開關(guān)工作狀態(tài)的選擇方法為：在開關(guān)的若干工作狀態(tài)都滿足電路工作在zvs邊界圖內(nèi)時，選擇模式的優(yōu)先順序為：模式a>模式b>模式c>模式d；在開關(guān)只有一種工作狀態(tài)滿足電路工作在zvs邊界圖內(nèi)時，則采用此工作狀態(tài)；在開關(guān)的工作狀態(tài)都不滿足電路工作在zvs邊界圖內(nèi)時，根據(jù)歸一化功率和電壓增益就近選擇工作模式。