本(ben)發明涉及整(zheng)流(liu)器(qi)領(ling)域，尤其(qi)涉及一種半(ban)橋(qiao)隔(ge)離矩陣式ac-dc整(zheng)流(liu)器(qi)及其(qi)控制方法。

背景技術：

1、現(xian)代電(dian)(dian)能(neng)產業發(fa)展迅速，ac-dc轉(zhuan)換器已被(bei)廣泛(fan)應(ying)用于(yu)ac-dc配電(dian)(dian)系統(tong)、電(dian)(dian)池充電(dian)(dian)器和儲能(neng)系統(tong)等領域。通常情況下，需要隔離式變(bian)壓器實現(xian)安全性和高(gao)壓比轉(zhuan)換。傳統(tong)的ac-dc轉(zhuan)換器由具有功(gong)(gong)率因數校正（pfc）功(gong)(gong)能(neng)的整流級和隔離dc-dc級組(zu)成。這(zhe)些ac-dc轉(zhuan)換器配置有大(da)升壓電(dian)(dian)感(gan)和大(da)體積的dc電(dian)(dian)容，具有低(di)效率、高(gao)復雜性等缺點。

2、采(cai)用由全波有(you)(you)源整流器(qi)和雙(shuang)有(you)(you)源變換器(qi)組(zu)成的單級ac-dc拓撲結(jie)構可(ke)以提高效率，整流器(qi)中使(shi)用有(you)(you)源開(kai)關代(dai)替二極(ji)管(guan)，降(jiang)低傳導損耗。

3、以(yi)上(shang)背景技(ji)(ji)(ji)(ji)術(shu)(shu)(shu)內容的(de)(de)公(gong)開(kai)僅用(yong)于(yu)(yu)輔助理解本(ben)技(ji)(ji)(ji)(ji)術(shu)(shu)(shu)的(de)(de)構思(si)及(ji)技(ji)(ji)(ji)(ji)術(shu)(shu)(shu)方案，其并不(bu)(bu)必然屬于(yu)(yu)本(ben)技(ji)(ji)(ji)(ji)術(shu)(shu)(shu)的(de)(de)現(xian)有技(ji)(ji)(ji)(ji)術(shu)(shu)(shu)，也不(bu)(bu)必然會給(gei)出技(ji)(ji)(ji)(ji)術(shu)(shu)(shu)教導；在(zai)沒有明確的(de)(de)證據表(biao)明上(shang)述(shu)內容在(zai)本(ben)技(ji)(ji)(ji)(ji)術(shu)(shu)(shu)的(de)(de)申請(qing)日之前已經公(gong)開(kai)的(de)(de)情況下，上(shang)述(shu)背景技(ji)(ji)(ji)(ji)術(shu)(shu)(shu)不(bu)(bu)應當用(yong)于(yu)(yu)評(ping)價本(ben)技(ji)(ji)(ji)(ji)術(shu)(shu)(shu)的(de)(de)新穎性和創造性。

技術實現思路

1、本(ben)發(fa)明的(de)目(mu)的(de)是提(ti)供一(yi)種在主側和次側均使用半橋結構(gou)的(de)ac-dc變換(huan)器，結構(gou)更加簡單，并(bing)能夠實現高(gao)可靠性(xing)和功率密度。

2、為達到(dao)上述(shu)目的，本(ben)發明采用的技術方案如下：

3、一(yi)(yi)(yi)種半橋(qiao)隔離(li)矩陣式ac-dc整流(liu)(liu)器，包(bao)括交流(liu)(liu)側(ce)(ce)(ce)電(dian)(dian)(dian)路(lu)(lu)(lu)(lu)(lu)、變壓(ya)器、直(zhi)流(liu)(liu)側(ce)(ce)(ce)電(dian)(dian)(dian)路(lu)(lu)(lu)(lu)(lu)，所(suo)(suo)述(shu)交流(liu)(liu)側(ce)(ce)(ce)電(dian)(dian)(dian)路(lu)(lu)(lu)(lu)(lu)和直(zhi)流(liu)(liu)側(ce)(ce)(ce)電(dian)(dian)(dian)路(lu)(lu)(lu)(lu)(lu)均(jun)采用(yong)半橋(qiao)結構，其(qi)中，所(suo)(suo)述(shu)交流(liu)(liu)側(ce)(ce)(ce)電(dian)(dian)(dian)路(lu)(lu)(lu)(lu)(lu)包(bao)括并(bing)聯在(zai)(zai)交流(liu)(liu)側(ce)(ce)(ce)輸入電(dian)(dian)(dian)壓(ya)兩(liang)端的(de)第(di)一(yi)(yi)(yi)電(dian)(dian)(dian)容(rong)(rong)支(zhi)(zhi)路(lu)(lu)(lu)(lu)(lu)和第(di)一(yi)(yi)(yi)開(kai)關(guan)(guan)支(zhi)(zhi)路(lu)(lu)(lu)(lu)(lu)，其(qi)中所(suo)(suo)述(shu)第(di)一(yi)(yi)(yi)電(dian)(dian)(dian)容(rong)(rong)支(zhi)(zhi)路(lu)(lu)(lu)(lu)(lu)包(bao)括相互串(chuan)(chuan)聯的(de)第(di)一(yi)(yi)(yi)電(dian)(dian)(dian)容(rong)(rong)和第(di)二電(dian)(dian)(dian)容(rong)(rong)，所(suo)(suo)述(shu)第(di)一(yi)(yi)(yi)開(kai)關(guan)(guan)支(zhi)(zhi)路(lu)(lu)(lu)(lu)(lu)包(bao)括相互串(chuan)(chuan)聯的(de)第(di)一(yi)(yi)(yi)組(zu)開(kai)關(guan)(guan)和第(di)二組(zu)開(kai)關(guan)(guan)；所(suo)(suo)述(shu)直(zhi)流(liu)(liu)側(ce)(ce)(ce)電(dian)(dian)(dian)路(lu)(lu)(lu)(lu)(lu)包(bao)括并(bing)聯在(zai)(zai)直(zhi)流(liu)(liu)側(ce)(ce)(ce)輸出(chu)電(dian)(dian)(dian)壓(ya)兩(liang)端的(de)第(di)二電(dian)(dian)(dian)容(rong)(rong)支(zhi)(zhi)路(lu)(lu)(lu)(lu)(lu)和第(di)二開(kai)關(guan)(guan)支(zhi)(zhi)路(lu)(lu)(lu)(lu)(lu)，其(qi)中，所(suo)(suo)述(shu)第(di)二電(dian)(dian)(dian)容(rong)(rong)支(zhi)(zhi)路(lu)(lu)(lu)(lu)(lu)包(bao)括第(di)三電(dian)(dian)(dian)容(rong)(rong)，所(suo)(suo)述(shu)第(di)二開(kai)關(guan)(guan)支(zhi)(zhi)路(lu)(lu)(lu)(lu)(lu)包(bao)括相互串(chuan)(chuan)聯的(de)第(di)一(yi)(yi)(yi)單向開(kai)關(guan)(guan)和第(di)二單向開(kai)關(guan)(guan)；

4、所(suo)(suo)(suo)述(shu)(shu)(shu)變壓(ya)器將所(suo)(suo)(suo)述(shu)(shu)(shu)交流側(ce)(ce)電路的(de)高頻脈沖電壓(ya)傳遞至所(suo)(suo)(suo)述(shu)(shu)(shu)直(zhi)流側(ce)(ce)電路，所(suo)(suo)(suo)述(shu)(shu)(shu)交流側(ce)(ce)電路的(de)第(di)一(yi)組開(kai)關(guan)和第(di)二(er)(er)組開(kai)關(guan)均以恒定開(kai)關(guan)頻率工作，所(suo)(suo)(suo)述(shu)(shu)(shu)變壓(ya)器的(de)電感電流由(you)所(suo)(suo)(suo)述(shu)(shu)(shu)直(zhi)流側(ce)(ce)電路的(de)半(ban)橋結構來控制(zhi)，包括：由(you)所(suo)(suo)(suo)述(shu)(shu)(shu)第(di)一(yi)單向(xiang)開(kai)關(guan)和第(di)二(er)(er)單向(xiang)開(kai)關(guan)的(de)占(zhan)空比來控制(zhi)所(suo)(suo)(suo)述(shu)(shu)(shu)變壓(ya)器的(de)電感電流。

5、進一步地，承前所(suo)(suo)述的(de)(de)任一技(ji)術(shu)(shu)方(fang)案或多個(ge)技(ji)術(shu)(shu)方(fang)案的(de)(de)組合，所(suo)(suo)述第一單向(xiang)開關的(de)(de)占空比通過以下公(gong)式確定(ding)：

6、

7、其中， d1為(wei)(wei)(wei)第一單向(xiang)開(kai)關的(de)(de)占(zhan)空(kong)比， db為(wei)(wei)(wei)整流(liu)(liu)器(qi)在連續導(dao)通模(mo)式(shi)(shi)與不連續導(dao)通模(mo)式(shi)(shi)運(yun)行之間的(de)(de)占(zhan)空(kong)比邊(bian)界值， lσ為(wei)(wei)(wei)變壓(ya)(ya)器(qi)漏感， fs為(wei)(wei)(wei)交(jiao)流(liu)(liu)側的(de)(de)開(kai)關切(qie)換頻率(lv)， vac為(wei)(wei)(wei)交(jiao)流(liu)(liu)側的(de)(de)輸入電(dian)壓(ya)(ya)， vdc為(wei)(wei)(wei)直(zhi)流(liu)(liu)側的(de)(de)輸出(chu)電(dian)壓(ya)(ya)， n為(wei)(wei)(wei)變壓(ya)(ya)器(qi)的(de)(de)原副邊(bian)的(de)(de)線圈(quan)匝(za)數(shu)比， i l *為(wei)(wei)(wei)變壓(ya)(ya)器(qi)的(de)(de)電(dian)感電(dian)流(liu)(liu)；

8、根據 d1的實(shi)時計算結果與(yu)  db的大(da)小關系(xi)的變換(huan)，所述整流器的實(shi)際運行狀(zhuang)態在連(lian)續導(dao)通模式與(yu)不連(lian)續導(dao)通模式之間切換(huan)。

9、進一步地，承前所(suo)述(shu)(shu)的(de)任一技(ji)術方案(an)或多(duo)個技(ji)術方案(an)的(de)組合(he)，通過以下公式計算所(suo)述(shu)(shu)變(bian)壓(ya)器的(de)電感(gan)電流：

10、 i l *=2× iac×sin(θac)，其中， i l *為變壓(ya)器的(de)電(dian)感電(dian)流(liu)， iac為所述交流(liu)側(ce)電(dian)路的(de)干路電(dian)流(liu)的(de)絕對值(zhi)，θac為利用鎖相環檢測得到(dao)的(de)交流(liu)側(ce)的(de)電(dian)壓(ya)相位角。

11、進一步地，承前所(suo)述(shu)的任一技術方案或(huo)多個技術方案的組合，所(suo)述(shu)交(jiao)流側電路(lu)的干路(lu)電流的絕對(dui)值由比例(li)積分(fen)控制器(qi)輸出：

12、所(suo)(suo)述比(bi)例(li)積分(fen)控制器預配置有比(bi)例(li)參(can)數和積分(fen)參(can)數，以根(gen)據輸(shu)入的(de)所(suo)(suo)述直(zhi)流側(ce)電路的(de)輸(shu)出直(zhi)流電壓和/或干路電流輸(shu)出所(suo)(suo)述交流側(ce)電路的(de)干路電流的(de)絕對值。

13、進一(yi)步地(di)，承(cheng)前所(suo)(suo)述(shu)的任一(yi)技術方案或多個技術方案的組合，本發明提供(gong)的半橋隔離(li)矩陣(zhen)式ac-dc整流(liu)(liu)(liu)(liu)器還包括電(dian)(dian)(dian)(dian)流(liu)(liu)(liu)(liu)檢測(ce)電(dian)(dian)(dian)(dian)路(lu)和/或電(dian)(dian)(dian)(dian)壓檢測(ce)電(dian)(dian)(dian)(dian)路(lu)，所(suo)(suo)述(shu)電(dian)(dian)(dian)(dian)流(liu)(liu)(liu)(liu)檢測(ce)電(dian)(dian)(dian)(dian)路(lu)被配(pei)置為實時測(ce)量(liang)(liang)所(suo)(suo)述(shu)直流(liu)(liu)(liu)(liu)側(ce)電(dian)(dian)(dian)(dian)路(lu)的干路(lu)電(dian)(dian)(dian)(dian)流(liu)(liu)(liu)(liu)，所(suo)(suo)述(shu)電(dian)(dian)(dian)(dian)壓檢測(ce)電(dian)(dian)(dian)(dian)路(lu)被配(pei)置為實時測(ce)量(liang)(liang)所(suo)(suo)述(shu)直流(liu)(liu)(liu)(liu)側(ce)電(dian)(dian)(dian)(dian)路(lu)的輸(shu)出直流(liu)(liu)(liu)(liu)電(dian)(dian)(dian)(dian)壓。

14、進(jin)一步地，承前所(suo)述(shu)的(de)任一技(ji)術方案(an)或多個技(ji)術方案(an)的(de)組合，所(suo)述(shu)交流(liu)側電路的(de)干路電流(liu)的(de)絕對值(zhi)由電流(liu)傳感器檢測得到(dao)。

15、進一步地，承(cheng)前所述(shu)的(de)任一技術(shu)方(fang)案(an)或多個技術(shu)方(fang)案(an)的(de)組合，所述(shu)整(zheng)流器在連(lian)續導通模式與(yu)不連(lian)續導通模式運行之間(jian)的(de)占(zhan)空比邊界值通過以下公(gong)式計算得(de)到(dao)： db=0.5－ vac/(2× n× vdc)；

16、和/或，所述第(di)二單(dan)(dan)向開關的(de)占(zhan)空(kong)比(bi)通過以(yi)下公(gong)式計算得(de)到： d2= d1×(  vac+ n× vdc)/( -vac+ n× vdc)，其中(zhong)， d2為第(di)二單(dan)(dan)向開關的(de)占(zhan)空(kong)比(bi)， d1為第(di)一單(dan)(dan)向開關的(de)占(zhan)空(kong)比(bi)。

17、進一(yi)(yi)步地，承前所述的(de)任一(yi)(yi)技術方案或(huo)多個技術方案的(de)組合，所述交流側電路的(de)第一(yi)(yi)組開(kai)(kai)關(guan)和第二(er)組開(kai)(kai)關(guan)均以(yi)恒定開(kai)(kai)關(guan)頻率工作(zuo)，其占空比范圍介(jie)于45%至(zhi)55%之間。

18、進一步地，承前所述(shu)(shu)的(de)任(ren)一技術方(fang)案或多個技術方(fang)案的(de)組(zu)(zu)合(he)，所述(shu)(shu)變(bian)壓器的(de)原邊接入點分別(bie)位于所述(shu)(shu)第一組(zu)(zu)開(kai)關與第二組(zu)(zu)開(kai)關之間(jian)(jian)、所述(shu)(shu)第一電(dian)容與第二電(dian)容之間(jian)(jian)；

19、所(suo)(suo)述變壓器的(de)(de)副邊接入點分別位(wei)于所(suo)(suo)述第一(yi)單向(xiang)開關與第二(er)單向(xiang)開關之間、所(suo)(suo)述第三電容的(de)(de)一(yi)側極(ji)板；

20、所(suo)述第一組開(kai)關(guan)與所(suo)述第二組開(kai)關(guan)互(hu)補選(xuan)通(tong)，所(suo)述第一單向開(kai)關(guan)與第二單向開(kai)關(guan)互(hu)補選(xuan)通(tong)。

21、進(jin)一(yi)步地，承前所(suo)(suo)述的(de)(de)任一(yi)技(ji)術方案或多個(ge)技(ji)術方案的(de)(de)組(zu)合，所(suo)(suo)述半橋隔離矩陣(zhen)式(shi)ac-dc整流器還(huan)包括第一(yi)電感、第二電感和第三電容支路，其中(zhong)，所(suo)(suo)述第一(yi)電感設置(zhi)在交流側的(de)(de)干路上(shang)，所(suo)(suo)述第二電感的(de)(de)兩(liang)端分(fen)別連接所(suo)(suo)述第二開關(guan)支路和第二電容支路；

22、所述(shu)第(di)三電(dian)容支路(lu)包(bao)括相互(hu)串聯(lian)的第(di)四電(dian)容和(he)第(di)五電(dian)容，所述(shu)第(di)三電(dian)容支路(lu)并聯(lian)在(zai)所述(shu)第(di)二(er)開(kai)關(guan)支路(lu)的兩(liang)端。

23、根(gen)據本(ben)發明的另(ling)一(yi)方面，本(ben)發明提供了一(yi)種如上所(suo)述的半(ban)橋隔離矩陣式ac-dc整流器的控制方法，包括以下(xia)步(bu)驟：

24、檢測(ce)整流器(qi)的(de)交流側(ce)的(de)電壓(ya)相位角；

25、設(she)置電(dian)壓(ya)檢測(ce)電(dian)路(lu)來測(ce)量整流(liu)器的(de)直流(liu)側的(de)輸出電(dian)壓(ya)，和/或設(she)置電(dian)流(liu)檢測(ce)電(dian)路(lu)來測(ce)量直流(liu)側的(de)干路(lu)電(dian)流(liu)；

26、將所(suo)述電(dian)(dian)壓檢測(ce)電(dian)(dian)路測(ce)量的(de)電(dian)(dian)壓值和(he)/或電(dian)(dian)流檢測(ce)電(dian)(dian)路測(ce)量到的(de)電(dian)(dian)流值輸入(ru)pi控制(zhi)器，由所(suo)述pi控制(zhi)器輸出所(suo)述交流側的(de)干路電(dian)(dian)流的(de)絕對值；

27、根據所述(shu)電(dian)壓相(xiang)位角和所述(shu)交流(liu)(liu)側的(de)干(gan)路(lu)電(dian)流(liu)(liu)的(de)絕對值，計算(suan)整(zheng)流(liu)(liu)器的(de)變壓器的(de)電(dian)感電(dian)流(liu)(liu)；

28、根據(ju)所述(shu)變壓(ya)器的(de)(de)電感電流(liu)(liu)、變壓(ya)器漏感、交流(liu)(liu)側(ce)的(de)(de)開關切換(huan)頻(pin)率(lv)、交流(liu)(liu)側(ce)的(de)(de)輸入(ru)電壓(ya)、直流(liu)(liu)側(ce)的(de)(de)輸出電壓(ya)、變壓(ya)器的(de)(de)原副邊的(de)(de)線圈匝數比(bi)，計(ji)算整流(liu)(liu)器直流(liu)(liu)側(ce)的(de)(de)兩個單向開關各(ge)自的(de)(de)占空(kong)比(bi)；

29、控制所(suo)述直流側的第(di)一(yi)單(dan)向(xiang)開關、第(di)二單(dan)向(xiang)開關按照(zhao)占空比計(ji)算結果來輸出。

30、進一步地(di)，承前所述(shu)的任一技(ji)術方(fang)案或多個技(ji)術方(fang)案的組合，所述(shu)pi控(kong)制器通過以下方(fang)式預先配置比例參數和積分參數：

31、搭建所述整流器(qi)的仿真模(mo)型；

32、根據(ju)所述仿真模型，獲取多組交(jiao)流(liu)側(ce)的干(gan)路(lu)電流(liu)的絕對值以(yi)及與(yu)其(qi)對應的直流(liu)側(ce)的輸出電壓、直流(liu)側(ce)的干(gan)路(lu)電流(liu)中的一者(zhe)或(huo)兩者(zhe)的數據(ju)；

33、根據(ju)獲取的(de)數(shu)據(ju)，調試(shi)所述(shu)(shu)pi控(kong)制器(qi)的(de)比例參數(shu)和積分參數(shu)，使直流側(ce)的(de)輸(shu)出電(dian)(dian)壓、直流側(ce)的(de)干(gan)路(lu)(lu)電(dian)(dian)流中的(de)一者(zhe)或兩者(zhe)的(de)數(shu)據(ju)輸(shu)入所述(shu)(shu)pi控(kong)制器(qi)之(zhi)后，所述(shu)(shu)pi控(kong)制器(qi)輸(shu)出的(de)數(shu)值(zhi)與對(dui)應(ying)的(de)交流側(ce)的(de)干(gan)路(lu)(lu)電(dian)(dian)流的(de)絕對(dui)值(zhi)之(zhi)間的(de)差值(zhi)小于預(yu)設的(de)閾值(zhi)；

34、保(bao)存所述pi控制(zhi)器的(de)比例參(can)(can)數和積分參(can)(can)數。

35、進一步地(di)，承前所(suo)述(shu)的(de)任(ren)一技術方(fang)案(an)或多個技術方(fang)案(an)的(de)組合，通過以下公式(shi)計算所(suo)述(shu)變壓器的(de)電感(gan)電流(liu)：

36、 i l *=2× iac×sin(θac)，其(qi)中， i  l  *為變壓(ya)器的電(dian)感電(dian)流(liu)(liu)， iac為所述(shu)交流(liu)(liu)側(ce)的干(gan)路電(dian)流(liu)(liu)的絕對值，θac為利用鎖相環檢(jian)測得到的交流(liu)(liu)側(ce)的電(dian)壓(ya)相位角(jiao)。

37、進一步地，承前所述(shu)的任一技術(shu)方(fang)(fang)案或(huo)多個(ge)技術(shu)方(fang)(fang)案的組合，通過(guo)以下公式計算所述(shu)直(zhi)流側(ce)的兩個(ge)單向開關各(ge)自的占(zhan)空比：

38、

39、 d2= d1×( vac+ n× vdc)/( -vac+ n× vdc)，其中， d1為第(di)一單向開關的占空比， d2為第(di)二單向開關的占空比； 

40、 db=0.5－ vac/(2× n× vdc)， db為整流(liu)(liu)器(qi)在(zai)連續(xu)導(dao)通模(mo)式與(yu)不(bu)連續(xu)導(dao)通模(mo)式運(yun)行之間的(de)占空比邊界值， lσ為變(bian)壓(ya)(ya)器(qi)漏感(gan)， fs為交流(liu)(liu)側(ce)的(de)開(kai)關切換頻率， vac為交流(liu)(liu)側(ce)的(de)輸入電壓(ya)(ya)， vdc為直流(liu)(liu)側(ce)的(de)輸出電壓(ya)(ya)， n為變(bian)壓(ya)(ya)器(qi)的(de)原(yuan)副邊的(de)線圈匝(za)數比， i l *為變(bian)壓(ya)(ya)器(qi)的(de)電感(gan)電流(liu)(liu)；

41、若(ruo) d1≤ db，則(ze)所述整(zheng)流器運行在不連(lian)續導(dao)通模式(shi)； 

42、若 d1＞ db，則所述整流(liu)器(qi)運(yun)行在連續(xu)導通(tong)模式。

43、本發明提供的(de)(de)技術方案帶來(lai)的(de)(de)有益效果如下：

44、a.?整流(liu)(liu)器在交(jiao)流(liu)(liu)側和(he)直流(liu)(liu)側均(jun)采用半橋結(jie)構，電路結(jie)構更加簡單，節(jie)約成本；

45、b.?可實(shi)(shi)現(xian)無電流傳感器的(de)交流電控制方案，經試驗可知能夠實(shi)(shi)現(xian)高可靠性、高單位功率(lv)因數以及低(di)總諧波失真(zhen)。