一种集成可变有源阻抗模块的混合LC谐振电路及控制方法

本发明属于电力电子领域，具体涉及一种集成可变有源阻抗模块的混合lc谐振电路及控制方法，尤其适用于单相ac-dc变换器的直流侧二次谐波滤波、需要频率自适应调整的谐振应用场景。

背景技术：

1、lc谐振电路在电力电子变换器中广泛应用，如滤波、功率传输、谐波抑制等。传统被动lc谐振电路的谐振频率由无源电感和电容的参数固定决定，无法在线调节。然而，实际运行中，电感磁芯的饱和效应、电容器老化、温度变化等因素会导致元件参数发生偏移，从而使谐振频率偏离设计值，降低滤波或谐振性能。为了维持频率稳定，通常需要采用高精度、低公差的无源元件，并定期维护，这增加了系统体积、重量和成本。

2、为解决上述问题，已有研究者提出混合谐振电路方案，例如将有源滤波器与无源lc电路串联或并联。然而，现有混合方案只能工作在预设的单一频率附近，无法主动调节谐振频率；或者需要完整的无源谐振网络，有源电路仅用于补偿偏差，不能实现频率的自主设定。因此，如何实现一种结构简单、体积小、损耗低且谐振频率可在线调节的混合lc谐振电路，是当前亟待解决的问题。

技术实现思路

1、针对现有被动lc谐振电路频率固定、易漂移，以及现有混合谐振电路结构复杂、频率调节能力有限的缺陷，本发明的目的在于提供一种集成可变有源阻抗模块的混合lc谐振电路及控制方法。本发明能够动态调整谐振频率，补偿元件参数变化，同时减小系统体积和损耗。

2、为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

3、一种集成可变有源阻抗模块的混合lc谐振电路，包括：

4、有源阻抗模块，所述有源阻抗模块包括一个h桥变换器；

5、通过功率继电器s与所述h桥变换器串联连接的无源电容

c

1或无源电感

ls；

6、其中，所述有源阻抗模块通过所述功率继电器s的切换，选择性地工作于容性阻抗模式或感性阻抗模式；当所述有源阻抗模块工作于容性阻抗模式时，所述h桥变换器与所述无源电容

c

1串联，等效为一个可变电容器，等效电容

cab可调；当所述有源阻抗模块工作于感性阻抗模式时，所述h桥变换器与所述无源电感

ls串联，等效为一个可变电感器，等效电感

lab可调；

7、一个与所述有源阻抗模块配对的无源谐振元件；当所述有源阻抗模块工作于容性阻抗模式时，所述无源谐振元件为无源电感

lr；当所述有源阻抗模块工作于感性阻抗模式时，所述无源谐振元件为无源电容

cr；

8、其中，当所述有源阻抗模块工作于容性阻抗模式时, 所述有源阻抗模块与所述无源电感

lr串联或并联，构成基于可变电容的混合lc谐振电路，谐振频率

fr根据公式(1)确定：

9、       (1)

10、当所述有源阻抗模块工作于感性阻抗模式时，所述有源阻抗模块与所述无源电容

cr串联或并联，构成基于可变电感的混合lc谐振电路，谐振频率

fr根据公式(2)确定：

11、         (2)

12、可选的，所述有源阻抗模块的等效电容

cab或等效电感

lab通过控制函数

g(

s)进行调节；

13、当工作于容性阻抗模式时，所述等效电容

cab与所述无源电容

c

1及所述控制函数

g(

s)的关系由公式(3)确定：

14、        (3)

15、当工作于感性阻抗模式时，所述等效电感

lab与所述无源电感

ls、辅助电感

l

1及所述控制函数

g(

s)的关系由公式(4)确定：

16、      (4)

17、可选的，混合lc谐振电路包括谐振频率闭环控制环路，用于使所述混合lc谐振电路的实际谐振频率

fr跟踪参考谐振频率

fr_ref；

18、所述谐振频率闭环控制环路根据公式（5）更新当前控制周期的控制函数g(s)：

19、       (5)

20、其中，

p(

s)为正比例增益函数，

gprev(

s)为上一控制周期的控制函数。

21、可选的，当所述实际谐振频率

fr低于所述参考谐振频率

fr_ref时，所述控制函数g(s)增加，使所述等效电容

cab减小或所述等效电感

lab减小，从而升高所述实际谐振频率

fr；

22、当所述实际谐振频率

fr高于所述参考谐振频率

fr_ref时，所述控制函数g(s)减小，使所述等效电容

cab增大或所述等效电感

lab增大，从而降低所述实际谐振频率

fr。

23、可选的，混合lc谐振电路包括功率损耗补偿环路，所述功率损耗补偿环路通过提取所述无源电容c1的电压或所述无源电感

ls的电流，并经微分器进行相位同步，使所述有源阻抗模块从外部电路吸收有功功率，补偿所述混合lc谐振电路中的功率损耗。

24、可选的，所述混合lc谐振电路为串联结构或并联结构；

25、当为串联结构时，所述混合lc谐振电路在谐振频率处呈现低阻抗特性；

26、当为并联结构时，所述混合lc谐振电路在谐振频率处呈现高阻抗特性。

27、一种应用于所述集成可变有源阻抗模块的混合lc谐振电路的控制方法，包括以下步骤：

28、s1，根据系统需求，通过功率继电器s选择有源阻抗模块的工作模式，工作于容性阻抗模式或感性阻抗模式；

29、s2，将所述有源阻抗模块与无源谐振元件以串联或并联方式连接，构成混合lc谐振电路；

30、s3，设定目标谐振频率

fr_ref，并检测,混合lc谐振电路的实际谐振频率

fr；

31、s4，计算频率误差e =

fr_ref-

fr，并将所述误差e通过正比例增益函数p(s)生成校正项η；

32、s5，根据公式（5）更新控制函数g(s)，其中g(s)=η+gprev(s)；

33、       (5)

34、其中，

p(

s)为正比例增益函数，

gprev(

s)为上一控制周期的控制函数；

35、s6，将更新后的控制函数g(s)作用于有源阻抗模块，调整等效电容

cab或等效电感

lab，使实际谐振频率

fr趋近于目标谐振频率

fr_ref；

36、s7，重复步骤s3至s6，直至频率误差e为零，保持混合lc谐振电路稳定工作于目标谐振频率。

37、可选的，无源谐振元件采用具有放宽公差或小体积的元件，有源阻抗模块用于补偿因无源谐振元件参数偏移或运行条件变化引起的谐振频率漂移。

38、可选的，所述混合lc谐振电路应用于单相ac-dc变换器，当设定所述目标谐振频率

fr_ref为所述单相ac-dc变换器交流侧频率的任意整数倍数时，所述混合lc谐振电路滤除直流侧对应倍数的纹波频率。

39、可选的，根据系统体积最小化或功率损耗最小化设置混合lc谐振电路中的无源电容c1或无源电感

ls的取值。

40、一种芯片系统，包括至少一个处理器和接口，所述接口用于接收数据和/或信号，所述至少一个处理器被配置为用于执行上述的方法。

41、一种计算机可读存储介质，其上存储有指令，当所述指令在计算机上运行时，使得计算机执行上述的方法。

42、一种计算机程序产品，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被执行时实现上述的方法。