基于SCC的高增益宽频带高频LCC谐振逆变器的研究

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逆变器作为电力装置和用电设备的核心部件,在电力电子技术近七十多年的发展过程中,得到众多学者的广泛关注,然而多数研究工作都是针对工频或者低频的应用。电声换能器、口罩机、超声波清洗设备、材料萃取提纯机、感应加热电器等一系列装备,表明高频逆变器具有广阔的应用前景,因此,研究和突破逆变器在高频、高增益以及宽工作频带等关键技术方面具有重要意义。可控开关电容技术(Switch-Controlled-Capacitor,SCC)由于其特殊的结构常被应用于变换器输出的调压或调流,本文在其基础上与LCC变换器进行结合,提出了一种新颖的基于SCC的LCC谐振逆变器拓扑。在原有SCC研究的基础上,提出了在SCC应用中,MOSFETs源极相连和漏极相连的两种连接方式。除此之外,分析了SCC的工作原理,推导了其数学模型,丰富了其控制方法。针对提出的SCC-LCC逆变器,从谐振的角度,对其理论和可行性进行了相关分析,阐述了电路的所有工作模态,推导了其关键时刻节点的数学模型,同时对SCC-LCC逆变器全部开关管的零电压导通的实现方式进行了阐明,最后介绍了变换器的控制策略。针对SCC-LCC逆变器中线性变量与非线性变量之间关联度大、相互影响复杂的情况,本文从频域的角度,建立了包含归一化频率、电容比、移相角以及品质因数的数学模型,提供了能够衡量SCC-LCC逆变器关于高增益、宽工作频带范围、零电压开关(Zero-Voltage-Switching,ZVS)、谐波畸变率(Total Harmonic Distortion,THD)等特性定量化的数学模型,降低了分析难度。综合考量上述因素,给出了能够满足高频、高增益、高稳定性、低谐波以及宽输出频带等性能的SCCLCC逆变器关键参数的设计方案。最后,运用PSIM软件进行仿真验证,结果验证了理论分析和参数设计的正确性。此外,设计并搭建了一台500W的SCC-LCC谐振逆变器样机,实验证实了所提拓扑的合理性和有效性。
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