本发明属于电力电子，具体涉及一种双向谐振逆变器及其控制方法。
背景技术：
1、双向逆变器主要由直流-交流（dc/ac）变换电路及其控制器构成，变换电路也称作变换器，电路拓扑或拓扑结构。高频链矩阵变换器是一种隔离型逆变器，也称作高频链周波变换器。高频链矩阵变换器交流侧，或称作副边，过去通常采用全桥电路，即使用四组两两背靠背串联功率开关管，由于使用大量功率开关管，限制了产业化大规模应用。这种变换器原边采用正弦波脉冲宽度调制（spwm），可以采用谐振软开关技术。
2、随着拓扑与控制的研究不断深入，原边采用固定占空比（d）调制方式，而副边改用spwm，但转换效率较低。为了减少功率器件数量，副边改用半桥电路以实现倍压整流，即使用两个交流电容替代原两组两两背靠前串联功率开关管，为了提高转换效率，并可采用谐振软开关技术。这类软开关技术主要来自谐振变换器，如llc串并联谐振，lc串联谐振等，通常采用变频（pfm）或移相（ps）控制。llc谐振变换器具有原边开关管零电压开关（zvs），副边开关管零电流开关（zcs）等内在软开关特性，且其电压增益较宽。电能双向流动时，为了实现另一个功率流向时也能工作于llc模式，可以增加一套谐振电路，从而构成双向cllc谐振变换器，原副边谐振频率一般取值相同。
3、如图1所示，这个电路包括直流滤波电容cdc，功率开关管q1~q8及其体二极管dq1~dq8，变压器tx，谐振电感lr和谐振电容cr，以及交流滤波电容cf，dc为直流侧电源，ac为交流侧电压，电能可以双向流动。标准型半桥矩阵变换器为单级变换，具有高频隔离及软开关等独特优势。
4、传统双向全桥逆变器，以及新型逆变拓扑结构，如单极性调制五管（h5）、六管（h6）或高效率高可靠逆变器概念（heric）等，都不能实现直流侧和交流侧安全隔离。高频链矩阵变换器结合正弦波逆变和谐振软开关技术，通常使用双向llc和双向cllc谐振电路，但只能达到单方向功率变换，无法实现双向逆变器功能。逆变器交流电压依正弦波规律变化，其电压范围相比dc/dc更宽，如果采用pfm变频控制，虽然能够实现原边zvs、副边zcs，但是存在较大关断损耗。同时轻载下，开关频率偏离谐振频率越多，无功环流损耗变得更大，转换效率也会下降较多，并且越难优化设计电磁兼容（emc）滤波器，以及谐振电路器件和变压器。ps控制重载时能够实现zvs软开关，但在轻载下或全电压时会丢失软开关特性，其全范围转换效率较低。另外实现软开关需要较大的谐振电感，这样又会导致有效占空比（d）丢失，从而导致输出调节范围变窄。
技术实现思路
1、本发明的目的在于提供一种双向谐振逆变器及其控制方法，既能实现全电压和全负载范围zvs、zcs软开关工作，达到更高转换效率和开关频率，同时没有额外增加元器件，也不增加变压器和emc滤波器设计复杂性，并且不能丢失有效占空比，以解决上述背景技术中提出的问题。
2、为实现上述目的，本发明一方面提供了一种双向谐振逆变器，包括：直流电源vdc，用于提供直流电能；直流滤波电容cdc，连接在所述直流电源vdc的输出端，用于平滑直流电压；交流电源vac，用于接收或提供交流电能；交流滤波电容cf，连接在所述交流电源vac的输入或输出端，用于改善交流电质量；直流变换电路，包括但不限于全桥、半桥或推挽电路，用于将直流电转换成变压器输入的高频脉冲；变压器与谐振电路，其中变压器为高频隔离变压器或中心抽头变压器，谐振电路为llc、lcc、clcl或lclc电路中的一种，用于实现电能的高频传输与电压变换；双向开关s1和s2，为外置功率开关管背靠背串联或内置于直流变换电路和矩阵变换电路中的功率开关管，用于控制电能流向；矩阵变换电路，采用单相桥或三相半桥拓扑结构，用于将高频脉冲转换成交流正弦波；控制器，用于监测电压、电流信号，生成pwm驱动信号来控制直流变换电路、矩阵变换电路及双向开关s1和s2的工作状态。
3、优选的，所述直流变换电路使用全桥拓扑，包括四个功率开关管，所述功率开关管为mosfet、igbt或sic、ganmosfet中的一种。
4、优选的，所述变压器与谐振电路采用llc谐振电路，所述llc谐振电路包含两个电感和一个电容。
5、优选的，所述双向开关s1和s2采用功率开关管背靠背串联结构，所述功率开关管为mosfet、igbt或sic、ganmosfet中的一种。
6、优选的，所述矩阵变换电路采用三相半桥拓扑结构，用于生成三相交流电。
7、优选的，所述控制器包括软件编程的单片机，用于实时监测和控制系统的运行状态。
8、优选的，所述控制器可根据输入直流电压和输出交流电压的高低自动选择降压、谐振或升压模式。
9、优选的，所述双向逆变器可实现在离网逆变和并网逆变两种模式下的工作。
10、优选的，所述控制器可实现zvs和zcs软开关控制。
11、另一方面，本发明提供一种双向谐振逆变器的控制方法，包括：
12、直流电源vdc输出的直流电先经由直流滤波电容cdc进行滤波，随后被送入直流变换电路，通过此电路的变换，电能进入变压器与谐振电路，之后再被传递到矩阵变换电路；
13、双向开关s1和s2并联在直流和矩阵变换电路与变压器和谐振电路之间，控制器会根据系统需求发出驱动信号控制这些电路和开关；
14、控制器检测直流侧和交流侧的电压信号，依据信号判定条件，自适应地控制直流变换电路、矩阵变换电路以及双向开关s1和s2，确保系统运行在降压、谐振或升压模式；
15、当输入直流电压较高或输出交流电压较低时，控制器使双向开关s1处于高频开关状态而s2不工作，系统工作在降压模式；
16、当输入直流电压和输出交流电压接近设定的缺省值时，控制器控制双向开关s1和s2，使得系统工作在谐振模式下，实现能量转换；
17、当输入直流电压较低或输出交流电压较高时，控制器使s1不工作而s2处于高频开关状态，系统进入升压模式；
18、控制器通过检测交流输出电压或电流，判断输入条件和负载情况，然后生成pwm驱动信号，控制功率管的高频开关工作，确保逆变器或整流器稳定运行；
19、在控制过程中，控制器采用分立元件或集成的集成电路，实现对整个系统的闭环控制。
20、本发明的技术效果和优点：本发明提出的一种双向谐振逆变器及其控制方法，与现有技术相比，具有以下优点：
21、本发明提出的双向谐振逆变器主要包括直流侧和交流侧双向变换电路，双向开关，变压器，谐振电路，及其控制器。双向变换电路采用全桥、半桥或推挽等电路拓扑，谐振电路使用llc、ccl、clcl或lclc等形式，双向开关既可使用外部功率开关管两两背靠背串联结构，也可复用双向变换电路内部功率开关管。针对全范围输入和输出电压，控制器自适应控制双向变换电路和双向开关，输入电压较高或输出电压较低时工作于降压模式，输入电压或输出电压为缺省值时工作于谐振模式，输入电压较低或输出电压较高时工作于升压模式。既可固定开关频率工作，也可改变开关频率工作。全电压和全负载范围均可实现zvs、zcs软开关，降低开关损耗而达到更高转换效率和开关频率，并不额外增加元器件数量，从而减小体积及降低成本。
1.一种双向谐振逆变器，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种双向谐振逆变器，其特征在于，所述直流变换电路使用全桥拓扑，包括四个功率开关管，所述功率开关管为mosfet、igbt或sic、ganmosfet中的一种。
3.根据权利要求1所述的一种双向谐振逆变器，其特征在于，所述变压器与谐振电路采用llc谐振电路，所述llc谐振电路包含两个电感和一个电容。
4.根据权利要求1所述的一种双向谐振逆变器，其特征在于，所述双向开关s1和s2采用功率开关管背靠背串联结构，所述功率开关管为mosfet、igbt或sic、ganmosfet中的一种。
5.根据权利要求1所述的一种双向谐振逆变器，其特征在于，所述矩阵变换电路采用三相半桥拓扑结构，用于生成三相交流电。
6.根据权利要求1所述的一种双向谐振逆变器，其特征在于，所述控制器包括软件编程的单片机，用于实时监测和控制系统的运行状态。
7.根据权利要求1所述的一种双向谐振逆变器，其特征在于，所述控制器可根据输入直流电压和输出交流电压的高低自动选择降压、谐振或升压模式。
8.根据权利要求1所述的一种双向谐振逆变器，其特征在于，所述双向逆变器可实现在离网逆变和并网逆变两种模式下的工作。
9.根据权利要求1所述的一种双向谐振逆变器，其特征在于，所述控制器可实现zvs和zcs软开关控制。
10.一种双向谐振逆变器的控制方法，其特征在于，包括：
