本發明屬于dc-ac變換器，具體涉及一種用于高頻交流配電系統的高效組合型諧振dc-ac變換器。
背景技術：
1、高頻交流配電系統已廣泛應用于許多工業場合。高頻逆變器作為高頻交流(hfac)系統的關鍵組成部分，是連接直流電源與hfac母線的核心樞紐，對整個配電系統的可靠性和電能質量有著重要的影響。與直流分布式電源系統相比，具有高效、安全和結構簡單的優點。然而，現有高頻逆變器的性能仍顯不足。ieee?energy?conversion?congress?andexposition期刊于2020年發表論文《high?frequency?ac?power?distribution?networkfor?electric?vehicle?auxiliary?electrical?system》，提出了一種電流源型半橋clcl高頻諧振逆變器拓撲，濾波器采用clcl并串聯諧振網絡，能夠有效降低輸出電壓thd，且具有輸出電壓不受負載變化影響的特性，但開關管存在硬開關問題；ieee?transactions?ontransportation?electrification期刊于2024年發表論文《a?soft-switching?current-fed?resonant?inverter?for?hfac?ev?auxiliary?electrical?system》，提出了一種改進型clcl諧振逆變器拓撲，該拓撲具備輸出電壓調節能力，能夠運行在寬輸入電壓條件下，在整個負載范圍內，thd均小于2％，輸出電壓質量較高，但是效率有待提升。
技術實現思路
1、針對上述現有技術的不足，本發明的目的在于提供一種用于高頻交流配電系統的高效組合型諧振dc-ac變換器，提高電能傳輸效率與系統可靠性，實現軟開關，具備輸出電壓總諧波失真低、具有寬輸入和寬負載范圍等諸多優點。
2、為實現上述目的，本發明提供如下技術方案：
3、一種用于高頻交流配電系統的高效組合型諧振dc-ac變換器，所述變換器由主功率電路clcl諧振變換器和部分功率電路buck變換器組合而成；其中，所述主功率電路clcl諧振變換器包括高頻變壓器t原邊電路和高頻變壓器t副邊電路；主功率電路clcl諧振變換器高頻變壓器t副邊電路包括變壓器副邊繞組ns、負載ro；主功率電路clcl諧振變換器高頻變壓器t原邊電路包括變壓器原邊繞組np、h橋電路、諧振網絡、直流電壓源vin；所述h橋電路包括帶結電容和反并聯二極管的第一功率管s1、第二功率管s2、第三功率管s3、第四功率管s4；所述諧振網絡包括串聯諧振電容cs、串聯諧振電感ls、并聯諧振電容cp、并聯諧振電感lp；所述部分功率電路buck變換器包括降壓電感l、直流側電容cin、第五功率管s5、第六功率管s6。
4、進一步的，所述諧振網絡通過連接第一橋臂中點和第二橋臂中點構成回路；原邊繞組np的同名端接并聯諧振電容cp的正極、并聯諧振電感lp上端串聯諧振電感ls的右側，原邊繞組np的異名端接并聯諧振電容cp的負極、并聯諧振電感lp下端、第三功率管s3的源極、第四功率管s4的漏極；第一功率管s1的漏極接直流側電容cin，第三功率管s3的漏極接直流電壓源vin的正極，第二功率管s2和第四功率管s4的源極接直流電壓源vin的負極；主功率電路clcl諧振變換器高頻變壓器副邊電路的繞組ns的同名端接負載ro上端，副邊繞組ns的異名端接負載ro下端。
5、進一步的，所述部分功率電路buck變換器與clcl諧振變換器共用一個直流電壓源vin，buck變換器的輸出側與h橋電路的第一橋臂相連，由第一功率管s1、第二功率管s2構成的第一橋臂；部分功率電路buck變換器包括降壓電感l、直流側電容cin、反并聯二極管的第五功率管s5、以二極管為第六功率管s6；降壓電感l的左端接第五功率管s5源極和第六功率管s6的陰極，降壓電感l的右端接直流側電容cin的正極和第一功率管s1漏極，輸出電容cin的負極接第二功率管s2、第四功率管s4的源極、第六功率管s6的陽極、直流電壓源vin的負極。
6、進一步的，所述主功率電路clcl諧振變換器開關頻率fs工作在諧振頻率，占空比固定；原邊h橋電路第一功率管s1、第四功率管s4占空比為0.5且采用相同驅動，第二功率管s2、第三功率管s3占空比為0.5且采用相同驅動，第一功率管s1與第二功率管s2為互補導通，第三功率管s3與第四功率管s4為互補導通；主功率電路clcl諧振變換器開關頻率fs為：
7、
8、其中，lp為并聯諧振電感、cp為并聯諧振電容、cs為串聯諧振電容、ls為串聯諧振電感。
9、進一步的，所述部分功率電路buck變換器采用變占空比的調制策略，記直流電壓源vin的電壓值為uin，則部分功率電路buck變換器的輸出電壓ua為：
10、ua＝duin
11、其中，d為部分功率電路buck變換器的占空比，uin為直流電壓源vin的電壓值。
12、進一步的，在正半周期驅動原邊h橋電路第一功率管s1、第四功率管s4時，諧振網絡輸入電壓uab為部分功率電路buck變換器的輸出電壓ua，在負半周期驅動第二功率管s2、第三功率管s3時，諧振網絡輸入電壓uab為直流電壓源vin的電壓值uin的相反數，可以概括為：
13、
14、其中，vin為直流電壓源，d為部分功率電路buck變換器的占空比，ts為主功率電路開關周期。
15、進一步的，諧振網絡增益|g|可以通過基波分析法得到：
16、
17、其中為諧振網絡輸出側等效負載，和分別為并聯諧振支路阻抗和串聯諧振支路阻抗，和分別為并聯諧振網絡品質因數和串聯諧振網絡品質因數，和分別為并聯諧振角速度和串聯諧振角速度，和分別為諧振網絡角速度ωo與并聯諧振網絡諧振角頻率ωp和串聯諧振網絡角頻率ωs之比。
18、本發明采用以上技術方案與現有技術相比，具有以下有益效果：
19、(1)、本發明提出的一種用于高頻交流配電系統的高效組合型諧振dc-ac變換器，結構相對簡單，實現了變換器功率管的軟開關工作，減小了變換器的開關損耗，有利于變換器的高頻化工作和裝置體積的減小。
20、(2)、本發明提出的一種用于高頻交流配電系統的高效組合型諧振dc-ac變換器，主功率電路采用clcl諧振變換器，部分功率電路采用buck變換器，能夠實現能量高效流動。
21、(3)、本發明提出的一種用于高頻交流配電系統的高效組合型諧振dc-ac變換器，利用兩個橋臂不同的輸入電壓實現部分功率處理，有利于減少元器件總數和成本，實現兩種連接架構。
22、(4)、本發明提出的一種用于高頻交流配電系統的高效組合型諧振dc-ac變換器，主功率電路clcl諧振變換器工作在諧振點，輸出電壓具有非常低的總諧波失真。
1.一種用于高頻交流配電系統的高效組合型諧振dc-ac變換器，其特征在于，所述變換器由主功率電路clcl諧振變換器和部分功率電路buck變換器組合而成；其中，所述主功率電路clcl諧振變換器包括高頻變壓器t原邊電路和高頻變壓器t副邊電路；主功率電路clcl諧振變換器高頻變壓器t副邊電路包括變壓器副邊繞組ns、負載ro；主功率電路clcl諧振變換器高頻變壓器t原邊電路包括變壓器原邊繞組np、h橋電路、諧振網絡、直流電壓源vin；所述h橋電路包括帶結電容和反并聯二極管的第一功率管s1、第二功率管s2、第三功率管s3、第四功率管s4；所述諧振網絡包括串聯諧振電容cs、串聯諧振電感ls、并聯諧振電容cp、并聯諧振電感lp；所述部分功率電路buck變換器包括降壓電感l、直流側電容cin、第五功率管s5、第六功率管s6；所述變換器利用電路中的諧振網絡與功率管的結電容配合，實現零電壓開關(zvs)，降低開關損耗。
2.根據權利要求1所述的一種用于高頻交流配電系統的高效組合型諧振dc-ac變換器，其特征在于，所述諧振網絡通過連接第一橋臂中點和第二橋臂中點構成回路；原邊繞組np的同名端接并聯諧振電容cp的正極、并聯諧振電感lp上端串聯諧振電感ls的右側，原邊繞組np的異名端接并聯諧振電容cp的負極、并聯諧振電感lp下端、第三功率管s3的源極、第四功率管s4的漏極；第一功率管s1的漏極接直流側電容cin，第三功率管s3的漏極接直流電壓源vin的正極，第二功率管s2和第四功率管s4的源極接直流電壓源vin的負極；主功率電路clcl諧振變換器高頻變壓器副邊電路的繞組ns的同名端接負載ro上端，副邊繞組ns的異名端接負載ro下端。
3.根據權利要求1所述的一種用于高頻交流配電系統的高效組合型諧振dc-ac變換器，其特征在于，所述部分功率電路buck變換器與clcl諧振變換器共用一個直流電壓源vin，buck變換器的輸出側與h橋電路的第一橋臂相連，由第一功率管s1、第二功率管s2構成的第一橋臂；部分功率電路buck變換器包括降壓電感l、直流側電容cin、反并聯二極管的第五功率管s5、以二極管為第六功率管s6；降壓電感l的左端接第五功率管s5源極和第六功率管s6的陰極，降壓電感l的右端接直流側電容cin的正極和第一功率管s1漏極，輸出電容cin的負極接第二功率管s2、第四功率管s4的源極、第六功率管s6的陽極、直流電壓源vin的負極。
4.根據權利要求1所述的一種用于高頻交流配電系統的高效組合型諧振dc-ac變換器，其特征在于，所述主功率電路clcl諧振變換器開關頻率fs工作在諧振頻率，占空比固定；原邊h橋電路第一功率管s1、第四功率管s4占空比為0.5且采用相同驅動，第二功率管s2、第三功率管s3占空比為0.5且采用相同驅動，第一功率管s1與第二功率管s2為互補導通，第三功率管s3與第四功率管s4為互補導通；主功率電路clcl諧振變換器開關頻率fs為：
5.根據權利要求1所述的一種用于高頻交流配電系統的高效組合型諧振dc-ac變換器，其特征在于，所述部分功率電路buck變換器采用變占空比的調制策略，記直流電壓源vin的電壓值為uin，則部分功率電路buck變換器的輸出電壓ua為：
6.根據權利要求1所述的一種用于高頻交流配電系統的高效組合型諧振dc-ac變換器，其特征在于，在正半周期驅動原邊h橋電路第一功率管s1、第四功率管s4時，諧振網絡輸入電壓uab為部分功率電路buck變換器的輸出電壓ua，在負半周期驅動第二功率管s2、第三功率管s3時，諧振網絡輸入電壓uab為直流電壓源vin的電壓值uin的相反數，可以概括為：
7.根據權利要求1所述的一種用于高頻交流配電系統的高效組合型諧振dc-ac變換器，其特征在于，諧振網絡增益|g|可以通過基波分析法得到：