一种大功率高频四象限电源及其控制方法与流程

本发明涉及四象限电源，具体涉及一种大功率高频四象限电源及其控制方法。

背景技术：

1、四象限电源技术分为线性和开关两种技术方案。线性方案频率可以做的很高，相应的指标参数也很高，但受线性器件发热的制约功率往往不大。开关技术在可用器件上有两个方向，一个是高频小容量开关器件，比如氮化镓，这类高频小容量开关器件能使四象限电源的开关频率上去，性能指标参数也不错，但受器件容量限值，功率也做不大。另一个方向是大容量低频开关器件igbt和碳化硅mos，这类器件容量大但开关频率低，使四象限电源开关频率低，整体性能指标参数如动态响应速度都较低。

2、能用大容量开关器件实现高频且可以四象限运行的技术有一定的研究价值，以追求四线电源的容量和性能指标参数都有保证。

技术实现思路

1、本发明目的是提供一种大功率高频四象限电源及其控制方法，能够实现电源四象限运行的基础上，同时保证低频大容量器件的等效高频运行，提升四象限电源的容量和性能指标。

2、本发明为实现上述目的，通过以下技术方案实现：

3、一种大功率高频四象限电源，包括母线电容c1、多组开关模块、第一输出电感、第二输出电感和输出电容，每组开关模块均包括第一桥臂、第二桥臂，第一桥臂第一端与第二桥臂第一端均连接到母线电容c1的第一端，第一桥臂第二端与第二桥臂第二端均连接到母线电容c1的第二端，第一桥臂中点均连接到第一输出电感的第一端，第二桥臂中点均连接到第二输出电感的第一端，第一输出电感的第二端与第二输出电感的第二端分别连接到输出电容的两端。

4、进一步的，第k组的第一桥臂包括开关管t（4k-3）及其反向并联二极管d（4k-3）、开关管t(4k-2) 及其反向并联二极管d（4k-2），第二桥臂包括开关管t（4k-1）及其反向并联二极管d（4k-1）、开关管t（4k）及其反向并联二极管d（4k）。

5、进一步的，工作在第一象限，是源，电压电流均为正，功率因数为1；工作在第二象限，是载，电压为正，电流为负，功率因数为-1；工作在第三象限，是源，电压电流均为负，功率因数为1；工作在第四象限，是载，电压为负，电流为正，功率因数为-1。

6、进一步的，开关管均为igbt或mos管。

7、一种大功率高频四象限电源控制方法，预设开关周期为t，将t分为2n个长度为t/2n的时间序列，n为正整数，每个时间序列包括dt/2n和t(1-d)/2n长度的前后两段时间序列，uo=d*udc，udc为母线电容c1的电压，d为输出电压为uo时的占空比，定义在第t/n个时间序列内的dt/2n、t(1-d)/2n、dt/2n、t(1-d)/2n四个时间序列分别为第一时序、第二时序、第三时序、第四时序；

8、当电源在第一、第二象限工作时，第k个t/n时间序列内的第一时序、第二时序、第三时序、第四时序对应开通的开关管为t(4k-3)和t(4k)、t(4k-3)和t(4k-1)、t(4k-3)和t(4k)、t(4k-2)和t(4k)；

9、当电源在第三、第四象限工作时，第k个t/n时间序列内的第一时序、第二时序、第三时序、第四时序对应开通的开关管为t(4k-2)和t(4k-1)、t(4k-2)和t(4k)、t(4k-2)和t(4k-1)、t(4k-3)和t(4k-1)。

10、进一步的，电源在第一象限工作时，输出电压uo-1为正，电流il-1为正，电流波动依次先正向上升再正向下降，在第二象限工作时输出电压uo-2为正，电流il-2为负，电流波动依次先负向下降再负向上升；在第三象限工作时输出电压uo-3为负，电流il-3为负，电流波动依次先负向上升再负向下降；在第四象限工作时输出电压uo-4为负，电流il-4为正，电流波动依次先正向下降再正向上升。

11、进一步的，预设开关频率为f，等效开关频率feq=2nf。

12、本发明的优点在于：为每个象限工作给出了对应的控制方法，实现了大功率的四象限输出。在大容量开关器件的条件下，实现了等效高频器件的开关频率输出。

技术特征：

1.一种大功率高频四象限电源，其特征在于，包括母线电容c1、多组开关模块、第一输出电感、第二输出电感和输出电容，每组开关模块均包括第一桥臂、第二桥臂，第一桥臂第一端与第二桥臂第一端均连接到母线电容c1的第一端，第一桥臂第二端与第二桥臂第二端均连接到母线电容c1的第二端，第一桥臂中点均连接到第一输出电感的第一端，第二桥臂中点均连接到第二输出电感的第一端，第一输出电感的第二端与第二输出电感的第二端分别连接到输出电容的两端。

2.根据权利要求1所述大功率高频四象限电源，其特征在于，第k组的第一桥臂包括开关管t（4k-3）及其反向并联二极管d（4k-3）、开关管t(4k-2) 及其反向并联二极管d（4k-2），第二桥臂包括开关管t（4k-1）及其反向并联二极管d（4k-1）、开关管t（4k）及其反向并联二极管d（4k）。

3.根据权利要求1所述大功率高频四象限电源，其特征在于，工作在第一象限，是源，电压电流均为正，功率因数为1；工作在第二象限，是载，电压为正，电流为负，功率因数为-1；工作在第三象限，是源，电压电流均为负，功率因数为1；工作在第四象限，是载，电压为负，电流为正，功率因数为-1。

4.根据权利要求2所述大功率高频四象限电源，其特征在于，开关管均为igbt或mos管。

5.一种大功率高频四象限电源控制方法，其特征在于，预设开关周期为t，将t分为2n个长度为t/2n的时间序列，n为正整数，每个时间序列包括dt/2n和t(1-d)/2n长度的前后两段时间序列，uo=d*udc，udc为母线电容c1的电压，d为输出电压为uo时的占空比，定义在第t/n个时间序列内的dt/2n、t(1-d)/2n、dt/2n、t(1-d)/2n四个时间序列分别为第一时序、第二时序、第三时序、第四时序；

6.根据权利要求5所述大功率高频四象限电源，其特征在于，电源在第一象限工作时，输出电压uo-1为正，电流il-1为正，电流波动依次先正向上升再正向下降，在第二象限工作时输出电压uo-2为正，电流il-2为负，电流波动依次先负向下降再负向上升；在第三象限工作时输出电压uo-3为负，电流il-3为负，电流波动依次先负向上升再负向下降；在第四象限工作时输出电压uo-4为负，电流il-4为正，电流波动依次先正向下降再正向上升。

7.根据权利要求6所述大功率高频四象限电源，其特征在于，预设开关频率为f，等效开关频率feq=2nf。

技术总结
本发明提出一种大功率高频四象限电源及其控制方法，涉及四象限电源技术领域，限定了电源在每个象限工作时各时间序列的开关管开通顺次，为每个象限工作给出了对应的控制方法，实现了大功率的四象限输出，在大容量开关器件的条件下，能够保证等效高频器件的开关频率输出。

技术研发人员：白洪超,禹金标,朴富勇,董会娜
受保护的技术使用者：山东艾诺智能仪器有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/24