高频链技术的发展与应用

目前,DC／AC逆变电源已经在很多领域得到了十分广泛的应用,而且在新能源,如太阳能电池、燃料电池等的DC／AC变换中也得到了广泛应用。传统的低频逆变技术,采用的是工频变压器,具有体积大、重量大、音频噪声大等缺点。为了克服这些缺点,Mr. Espelage于1977年提出了高频链逆变技术的新概念,利用高频变压器实现了输入与输出的电气隔离,减小了变压器的体积和重量,该系统由一个并联逆变器和12个晶闸管组成的周波变换器构成,具有简单的自适应换流、高频电气隔离、独立的有功能量和无功能量控制、固有的四象限工作能力等优点,但受当时半导体器件的限制,谐振储能电路工作频率局限在2~4kH。范围,未完全体现高频链逆变技术的优越性。近年来,随着功率半导体器件的发展,高频链技术引起人们越来越多的兴趣。
高频链逆变技术用高频变压器替代了低频逆变技术中的工频变压器,克服了低频逆变技术的缺点,显著提高了逆变器的符性。高频链逆变技术按功率的传输方向可分为单向型和双向型,按功率变换器的类型町分为电压源型和电流源型。

1 高频链逆变器简介
传统的低频逆变电路结构如图1所示。在把直流逆变成各种工作频率的交流这一科研领域中,国内外许多的专家和学者都进行了大量的深入研究,以期去掉低频变压器,从而达到简化结构、减小体积和重量,提高效率等目的。

单向高频链逆变电路结构如图2所示,两次使用了逆变器,一次是通过逆变获得高频,以便利用高频变压器进行变压和隔离,再经高频整流得到所需电压等级的直流,第二次是为了获得低频正弦交流电压,具有单向功率流、三级功率变换(DC一HFAC—DC—LFAC)、输出电压纹波小、技术成熟、应用广泛等优点,但是环节多增加厂功率损耗,而且随着开关频率的升高,采用传统PWM技术方案时存在过大的功率器件损耗和严重的电磁干扰问题。

为了提高高频逆变电路的效率,以期直接利用高频变压器同时完成变压、隔离、SPWM逆变的任务,因此提出了双向高频链逆变技术,如图3所示。由于少用了一级功率逆变器,从而达到简化结构、减小体积和重量、提高效率的目的,为实现电力电子没备的高频、高效、高功率密度创造了条件。

2 双向电压源高频链逆变器
双向电压源高频链逆变拓扑族如图4所示,从输入侧逆变级看,推挽式电路适用于低压输入变换场合;半桥和全桥电路适用于高压输入场合。从输出侧周波变换级看,全波式电路功率开关电压应力高,功率开关数少,变压器绕组利用率低,适用于低压输出变换场合;全桥式电路功率开关电压应力低,功率开关数多,变压器绕组的利用率高,适用于高压输出场合。