专利名称：高频链矩阵式逆变器同步且倍频的锯齿形载波发生电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种锯齿形载波信号发生电路，特别涉及一种高频链矩阵式变换器同 步且倍频的锯齿形载波发生电路，属于电力电子功率变换器PWM载波信号生成领域。
背景技术：
逆变器是一种把直流电能装换成交流电能的拓扑装置。高频链逆变器采用高频变 压器替代工频变压器克服了传统变压器的隔离应用的缺点。高频链矩阵式逆变器的变换过程顺序有DC/HFAC/LFAC三种功率特征，其中， HFAC 高频交流，LFAC 低频交流。可知此类逆变器中出现了 DC/AC即直流/交流逆变环节， 该环节位于变压器原边，又可知也出现了 AC/AC即交流/交流变换环节，该环节也常称为周 波变换器或矩阵变换器环节位于变压器副边。矩阵变换器与传统变换器相比，没有中间储 能环节，采用双向开关，可以实现能量的双向流动，结构紧凑、体积小、效率高，且输出电压 幅值和频率可以独立控制。PWM控制技术是在电力电子领域有着广泛的应用，并对电力电子技术产生了十分 深远影响的一项技术。PWM控制的思想源于通信技术，电力电子全控型器件的发展使得实现 PWM控制变得容易。PWM控制技术在逆变电路中的应用最具代表性，特别是由于在逆变电路 中广泛而成功的应用，奠定了 PWM控制技术在电力电子技术中的突出地位。常用的PWM控 制技术有计算法和调制法，其中计算法根据逆变电路的正弦波输出频率、幅值和半个周期 内的脉冲数，将PWM波形中各脉冲的宽度和间隔准确计算出来，按照计算结果控制逆变电 路中各开关器件的通断，得到所需要的PWM波形。调制法是把希望输出的波形作为调制信 号，把接受调制的信号作为载波，通过信号波的调制得到所期望的PWM波形，通常采用等腰 三角波或锯齿波作为载波。在电力电子变换器控制中，载波作为产生PWM斩控波形的基础信号可通过数字计 算或模拟振荡的形式发生，现有技术中产生的锯齿形载波信号是单独无同步的，用于满足 普通电力电子变换器的PWM控制要求。
发明内容本发明的目的在于提供一种适合于高频链矩阵式逆变器使用的，可使接于变压器 副边的矩阵变换器PWM控制用载波信号，与接于高频链变压器原边的高频逆变器输出交流 方波具有同步且倍频特征的锯齿形载波发生电路。本发明所采用的技术方案包括逆变器方波检测与整形电路、方波三角波变换电 路、电平调整电路、双向开关的选通触发及倍频锯齿波产生电路。首先是对高频链变压器原 边的高频方波逆变电路通过信号变压器进行信号检测，并将检测所得方波通过运放环节进 行整形和正反向处理，得到一组正负互补的复位方波和一个变换用方波，变换用方波通过 运放环节产生三角波，三角波再经过电平调整得到正负幅值对称的正斜率三角波，同时该 对称的三角波通过反相器反向得到负斜率三角波，将正负斜率两种三角波分别作为CD4016两个双向开关的输入信号，将正负互补的复位方波分别作为CD4016两个双向开关的复位 信号，将⑶4016两个双向开关的输出信号通过电阻共地连接，则在输出端产生与信号变压 器检出信号同步且倍频的锯齿形载波信号。本发明的有益效果是可以为高频链矩阵式逆变器的变压器副边矩阵变换器产生 用于PWM调制的，与变压器原边逆变器输出信号同步且倍频的锯齿形载波，依此进行PWM控 制时可以保障副边矩阵式变换器的开关动作与变压器原边逆变器输出信号同步，且有利于 实现矩阵式变换器的软开关。
图1为本发明所提及的高频链矩阵式逆变器举例。图2为本发明的同步且倍频的锯齿形载波转换系统框图。图3为本发明所设计的逆变器输出检出及复位方波的产生电路。图4为本发明所设计的方波_三角波转换电路。图5为本发明所设计的三角波输入同步且倍频的锯齿形载波发生电路。图中标记有R的元件为电阻，标记有S的元件为高频链功率变换电路的电力电子 器件，标记有τ的元件为变压器，标记有C的元件为电容，标记有D的元件为二极管，标记为 AMP的元件为运算放大器，标记为⑶4016的U8A和U8B是集成式双向开关器件的两个开关 部件。
具体实施方式
图1为本发明所提及的高频链矩阵式逆变器举例。可见该高频链矩阵式逆变器的 变换过程有DC/HFAC/LFAC三种功率特征，其中，HFAC 高频交流，LFAC 低频交流。可知此 类逆变器中出现了 DC/AC即直流/交流逆变环节，该环节位于变压器原边，又可知也出现了 AC/AC即交流/交流变换环节，该环节也常称为周波变换器或矩阵变换器环节位于变压器 副边。矩阵变换器与传统变换器相比，没有中间储能环节，采用双向开关，可以实现能量的 双向流动，结构紧凑、体积小、效率高，且输出电压幅值和频率可以独立控制。本发明即设计 一种可以为高频链矩阵式逆变器的变压器副边矩阵变换器产生用于PWM调制的，与变压器 原边逆变器输出信号同步且倍频的锯齿形载波发生电路。图2为本发明的同步且倍频的锯齿形载波转换系统框图。从左往右逆变器即变压 器原边的逆变器输出经过信号变压器隔离检测得到一方波信号，该方波信号经AMP整形后 一方面经过AMP运放做反向处理从而得到两个具有同样方波特征但相位相反的信号，这两 个方波信号将在锯齿波生成环节作为双向开关CD4016的选通信号；另一方面整形后的方 波信号送入方波-三角波转换环节产生三角波。所得三角波经电平调整得到正负半周幅值 相等的三角波，并进一步经AMP运放进行反向处理从而得到两个具有同样三角波特征但具 有正负两种斜率的信号。两个正负斜率三角波信号分别作为双向开关的输入信号，两个正 负反相的方波信号分别连接CD4016的选通端，在CD4016的输出端可得到与变压器原边逆 变器输出信号同步且倍频的锯齿形载波信号。图3为本发明所设计的逆变器输出检出及复位方波的产生电路。逆变器信号侧表 示从高频链变压器原边逆变器输出的信号，该信号经信号变压器Tl检测后送入AMP运放Ul
4处理，再送入U2处理后得到一标记为“方波检出以备变换”的方波信号，同时Ul输出的信 号分别送入U3和U4后得到两个具有方波特征但相位相反的信号即图2中所提及的正向及 反向方波，本图中分别标记为“复位方波之一”和“复位方波之二”。图4为本发明所设计的方波-三角波变换电路。图中单元TO用来完成方波向三角 波的变换工作，单元U6则将变换所得的三角波进行电平调整，使其正负幅值对称，单元U7 再次对U6所产生的正负对称的三角波进行反向。特别的是和普通的方波-三角波变换不 同，在单元TO的周围器件中引进了 D1、R18与D2、R17两组元件，其前者组用来控制电容Cl 充电的速度，其后者组则用来控制电容Cl放电的速度。通过独立的充电控制和放电控制的 配合可以有效克服方波占宽比的非平分性，使得三角波的两边上升和下降的速度可控，保 证三角波的零位线稳定。图中将具有三角波特征的分别有正负两种斜率的信号标记为“正 对称的三角波”和“负对称的三角波”。图5为本发明所设计的三角波输入同步且倍频的锯齿形载波发生电路。将前述 产生的“复位方波之一”、“复位方波之二”、“正对称的三角波”和“负对称的三角波”分别作 为两组双向开关的选通控制和输入信号，则可以在双向开关的输出端得到与检测逆变器输 出的方波信号同步且倍频的锯齿波载波信号。图中U8A的标记1处为信号输入端、标记13 处为选通控制端、标记2处为输出端。图中U8B的标记4处为信号输入端、标记5处为选 通控制端、标记3处为输出端。该电路中的两个选通信号和两个三角波信号对于双向开关 CD4016具有组合特征，从而保证输出的锯齿波的斜率取向。
权利要求一种高频链矩阵式逆变器同步且倍频的锯齿形载波发生电路，涉及一种锯齿形载波信号发生电路，其特征在于包括逆变器方波检测与整形电路、方波三角波变换电路、电平调整电路、双向开关的选通触发及倍频锯齿波产生电路，其中逆变器方波检测与整形电路对高频链变压器原边的高频方波逆变电路通过信号变压器进行信号检测，并将检测所得方波通过运放环节进行整形和正反向处理，得到一组正负互补的复位方波和一个变换用方波，方波三角波变换电路是将变换用方波通过运放环节转换成三角波，电平调整电路将前述三角波进行调整得到正负幅值对称的正斜率三角波，同时该对称的三角波通过反相器反向得到负斜率三角波，双向开关的选通触发及倍频锯齿波产生电路中将两个正负斜率三角波信号分别作为双向开关CD4016的输入信号，两个正负反相的方波信号分别连接CD4016的选通端，在CD4016的输出端可得到与变压器原边逆变器输出信号同步且倍频的锯齿形载波信号。
专利摘要一种高频链矩阵式逆变器同步且倍频的锯齿形载波发生电路，涉及一种锯齿形载波信号发生电路，特别涉及一种高频链矩阵式变换器同步且倍频的锯齿形载波发生电路，属于电力电子功率变换器PWM载波信号生成领域。包括高频链变压器原边逆变器方波检测与整形电路、方波三角波变换电路、电平调整电路、双向开关的选通触发及倍频锯齿波产生电路。该锯齿形载波发生电路的突出优点是，可使接于变压器副边的矩阵变换器PWM控制用载波信号，与接于高频链变压器原边的高频逆变器输出交流方波具有同步且倍频特征。据此载波进行PWM控制时可以保障副边矩阵式变换器的开关动作与变压器原边逆变器输出信号倍频同步，且有利于实现矩阵式变换器的软开关。
文档编号H02M5/22GK201663560SQ20092025467
公开日2010年12月1日 申请日期2009年11月20日 优先权日2009年11月20日
发明者张东, 张微, 张志辉, 邬伟扬, 郑颖楠, 闫朝阳, 魏艳君 申请人:燕山大学