一种基于高频链的单级式逆变器制造技术

本发明专利技术提出了一种基于高频链的单级式逆变器，其包括依次连接的前级高频链逆变电路、高频隔离变压器、后级吸收电路、后级逆变电路和输出滤波电路。所述单级式逆变器转换级数较少，提高了高频隔离变压器的磁芯利用率和系统效率，实现了变换器的电气隔离，减小输出滤波体积和重量。

【技术实现步骤摘要】
一种基于高频链的单级式逆变器
本专利技术涉及电力电子变换器，具体涉及一种基于高频链的单级式逆变器。
技术介绍
电力电子变换器是利用功率开关器件通过特定的组合方式而构成的电能变换装置，主要分为交流变直流、直流变交流、直流变直流、交流变交流四大类。其中将直流电转换为交流电的变换器称为逆变器，随着电力电子技术的发展，逆变器作为一种电能转换装置已广泛应用于航空航天、轨道交通、感应加热、新能源发电系统等领域。逆变器按照功率变换的级数分类，可分为单级式变换和多级式变换两种拓扑方案；单级式逆变器只有一级能量转换，因此相对于多级式变换，单级式逆变器具有电路简单、可靠性高、和高效低功耗等优点。按照是否含有变压器及其变压器的类型，可分为无变压器型、工频变压器型和高频隔离变压器型，无变压器型逆变器输入输出之间无电气隔离。目前普遍应用的逆变器为多级逆变器、工频变压器型逆变器和无变压器型逆变器，因此均存在损耗高或体积大等缺点。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是：提供一种基于高频链的单级式逆变器，其提高了逆变器的磁芯利用率，减少了逆变器的体积。本专利技术的解决方案是这样实现的：一种基于高频链的单级式逆变器，包括依次连接的前级高频链逆变电路、高频隔离变压器、后级吸收电路、后级逆变电路和输出滤波电路，其中，所述前级高频逆变电路将直流电源转换为高频交流电后，传输到高频隔离变压器的原边绕组；优选的是，所述高频交流电的占空比为0.01-0.99之间，并且，当高频交流电的占空比为0.5时，其转换效率最高。所述高频隔离变压器将原边绕组高频电压以变比为1：N的方式传输到高频隔离变压器的两个副边绕组，产生两路同幅同相的高频电；所述后级吸收电路跨接于所述高频隔离变压器的两个副边绕组之间，用于吸收变压器尖峰和给后级逆变电路提供续流通道；所述后级逆变电路将所述高频隔离变压器两个副边绕组的高频交流电转换为SPWM交流电，并传输到输出滤波电路；所述输出滤波电路将SPWM交流电进行滤波后，为负载供电。本专利技术的另一技术方案在于在上述基础之上，所述前级高频链逆变电路包括第一开关管(S1)、第二开关管(S2)、第三开关管(S3)和第四开关管(S4)；第一开关管(S1)与第二开关管(S2)构成一个半桥，第三开关管(S3)与第四开关管(S4)构成一个半桥；第一开关管(S1)与第四开关管(S4)的驱动信号相同，第二开关管(S2)与第三开关管(S3)的驱动信号相同，第一开关管(S1)驱动信号与第二开关管(S2)驱动信号互补。优选的是，所述驱动信号的占空比为0.01-0.99之间，并且，当驱动信号的占空比为0.5时，所述前级高频链逆变电路的转换效率最高。本专利技术的另一技术方案在于在上述基础之上，所述第一开关管(S1)、第二开关管(S2)、第三开关管(S3)和第四开关管(S4)由IGBT和与其反并联的二极管组成，其中二极管的阳极与IGBT的发射极相连，二极管的阴极与IGBT的集电极相连。本专利技术的另一技术方案在于在上述基础之上，所述第一开关管(S1)的集电极、第三开关管(S3)的集电极和直流电源的正极相连接，所述第二开关管(S2)的发射极、第四开关管(S4)的发射极和直流电源的负极相连接。本专利技术的另一技术方案在于在上述基础之上，所述高频隔离变压器包括第一原边绕组(N1)、第一副边绕组(N2)和第二副边绕组(N3)，所述第一原边绕组(N1)与第一副边绕组(N2)的匝数比和第一原边绕组(N1)与第二副边绕组(N3)的匝数比相同。本专利技术的另一技术方案在于在上述基础之上，所述高频隔离变压器的第一原边绕组(N1)的同名端与所述第三开关管(S3)的发射极和第四开关管(S4)的集电极相连接，所述高频隔离变压器的第一原边绕组N1的异名端与所述第一开关管(S1)的发射极和第二开关管(S2)的集电极相连接。本专利技术的另一技术方案在于在上述基础之上，所述后级吸收电路包括第五开关管(S5)、第六开关管(S6)、第一二极管(D1)、第一电容(C1)、第二电容(C2)、第三电容(C3)和第四电容(C4)；所述第六开关管(S6)的发射极、第一电容(C1)的一端和第一副边绕组(N2)的同名端相连接，第一电容(C1)的另一端、第二电容(C2)的一端和第二副边绕组(N3)的同名端相连接，第二电容(C2)的另一端和第五开关管(S5)的集电极相连接，第五开关管(S5)的发射极、第一二极管(D1)的阳极、第三电容(C3)的一端和第二副边绕组(N3)的异名端相连接，第三电容(C3)的另一端、第四电容(C4)的一端和第一副边绕组(N2)的异名端相连接，第四电容(C4)的另一端、第一二极管(D1)的阴极和第六开关管(S6)的集电极相连接。本专利技术的另一技术方案在于在上述基础之上，所述后级逆变电路包括第七开关管(S7)、第八开关管(S8)、第九开关管(S9)和第十开关管(S10)；所述第七开关管(S5)和第八开关管(S8)构成一个半桥；所述第九开关管(S9)和第十开关管(S10)构成一个半桥；所述第七开关管(S7)的发射极与第一副边绕组(N2)的异名端相连接，所述第七开关管(S7)的集电极与第八开关管(S8)的发射极相连接，所述第八开关管(S8)的集电极与第二副边绕组(N3)的同名端相连接，所述第九开关管(S9)的集电极与第二副边绕组(N3)的异名端相连接，所述第九开关管(S9)的发射极与第十开关管(S10)的集电极相连接，所述第十开关管(S10)的发射极与第一副边绕组(N2)的同名端相连接，其中所述第七开关管(S7)和第十开关管的驱动信号相同(S10)，所述第八开关管(S8)和第九开关管(S9)的驱动信号相同。本专利技术的另一技术方案在于在上述基础之上，所述第五开关管(S5)和第六开关管(S6)由IGBT和反并联二极管组成，其中二极管的阳极与IGBT的发射极相连，二极管的阴极与IGBT的集电极相连；或者，所述第七开关管(S7)、第八开关管(S8)、第九开关管(S9)和第十开关管(S10)由IGBT和反并联二极管组成，其中二极管的阳极与IGBT的发射极相连，二极管的阴极与IGBT的集电极相连。本专利技术的另一技术方案在于在上述基础之上，所述输出滤波电路包括输出滤波电感(Lf)和输出滤波电容(Cf)，所述输出滤波电感(Lf)的一端与第九开关管(S9)的发射极和第十开关管(S10)的集电极相连接，所述输出滤波电感(Lf)的另一端与输出滤波电容(Cf)的一端连接，所述输出滤波电容的另一端与第八开关管(S8)的发射极和第七开关管(S7)的集电极相连接。本专利技术的有益效果：本专利技术所述的基于高频链的单级式逆变器，其包括依次连接的前级高频链逆变电路、高频隔离变压器、后级吸收电路、后级逆变电路和输出滤波电路。所述单级式逆变器转换级数较少，提高了高频隔离变压器的磁芯利用率和系统效率，实现了变换器的电气隔离，减小输出滤波体积和重量。附图说明构成本专利技术的一部分的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。图1为本专利技术一种实施方式涉及的单级式逆变器的电路拓扑结构图；图2和图3为图1中高频隔离变压器在不同状态下的后级等效电路图。图中：1前级高频逆变电路2高频隔离变压器3后级吸收电路4后级逆变器边路5本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于高频链的单级式逆变器，其特征在于，包括依次连接的前级高频链逆变电路、高频隔离变压器、后级吸收电路、后级逆变电路和输出滤波电路，其中，所述前级高频逆变电路将直流电源转换为高频交流电后，传输到高频隔离变压器的原边绕组；所述高频隔离变压器将原边绕组高频电压以变比为1：N的方式传输到高频隔离变压器的两个副边绕组，产生两路同幅同相的高频电；所述后级吸收电路跨接于所述高频隔离变压器的两个副边绕组之间，用于吸收变压器尖峰和给后级逆变电路提供续流通道；所述后级逆变电路将所述高频隔离变压器两个副边绕组的高频交流电转换为SPWM交流电，并传输到输出滤波电路；所述输出滤波电路将SPWM交流电进行滤波后，为负载供电。

【技术特征摘要】
1.一种基于高频链的单级式逆变器，其特征在于，包括依次连接的前级高频链逆变电路、高频隔离变压器、后级吸收电路、后级逆变电路和输出滤波电路，其中，所述前级高频逆变电路将直流电源转换为高频交流电后，传输到高频隔离变压器的原边绕组；所述高频隔离变压器将原边绕组高频电压以变比为1：N的方式传输到高频隔离变压器的两个副边绕组，产生两路同幅同相的高频电；所述后级吸收电路跨接于所述高频隔离变压器的两个副边绕组之间，用于吸收变压器尖峰和给后级逆变电路提供续流通道；所述后级逆变电路将所述高频隔离变压器两个副边绕组的高频交流电转换为SPWM交流电，并传输到输出滤波电路；所述输出滤波电路将SPWM交流电进行滤波后，为负载供电。2.根据权利要求1所述的单级式逆变器，其特征在于，所述前级高频链逆变电路包括第一开关管(S1)、第二开关管(S2)、第三开关管(S3)和第四开关管(S4)；第一开关管(S1)与第二开关管(S2)构成一个半桥，第三开关管(S3)与第四开关管(S4)构成一个半桥；第一开关管(S1)与第四开关管(S4)的驱动信号相同，第二开关管(S2)与第三开关管(S3)的驱动信号相同，第一开关管(S1)驱动信号与第二开关管(S2)驱动信号互补。3.根据权利要求2所述的单级式逆变器，其特征在于，所述第一开关管(S1)、第二开关管(S2)、第三开关管(S3)和第四开关管(S4)由IGBT和与其反并联的二极管组成，其中二极管的阳极与IGBT的发射极相连，二极管的阴极与IGBT的集电极相连。4.根据权利要求2所述的单级式逆变器，其特征在于，所述第一开关管(S1)的集电极、第三开关管(S3)的集电极和直流电源的正极相连接，所述第二开关管(S2)的发射极、第四开关管(S4)的发射极和直流电源的负极相连接。5.根据权利要求1所述的单级式逆变器，其特征在于，所述高频隔离变压器包括第一原边绕组(N1)、第一副边绕组(N2)和第二副边绕组(N3)，所述第一原边绕组(N1)与第一副边绕组(N2)的匝数比和第一原边绕组(N1)与第二副边绕组(N3)的匝数比相同。6.根据权利要求5所述的单级式逆变器，其特征在于，所述高频隔离变压器的第一原边绕组(N1)的同名端与所述第三开关管(S3)的发射极和第四开关管(S4)的集电极相连接，所述高频隔离变压器的第一原边绕组N1的异名端与所述第一开关管(S1)的发射极和第二开关管(S2)的集电极相连接。7.根据权利要求5所述的单级式逆变器，其特征在于，所述后级吸收电路包括第五开关管(S5)、第六开关管(S6)、第一二极管(D1)、第一电...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄朱锦，胡楷，张玘，李金龙，蔡年春，
申请(专利权)人：威胜集团有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南,43