一种高增益三开关逆变器及控制方法技术

本发明专利技术公开了一种高增益三开关逆变器及控制方法。该装置包括：直流电源、第一电感、第二电感、第三电感、第四电感、第一开关管、第二开关管、第三开关管、第一二极管、第二二极管、第一电容、第二电容、第三电容、第四电容和负载电阻；控制方法是通过调制保证同一时刻只有两个开关管导通，同时保证逆变器输出电压增益以及实现逆变过程。采用本发明专利技术的高增益三开关逆变器及控制方法，具有结构简单，开关器件少，输出电压高，双端共地的优点，能够有效抑制高频共模电压和漏电流，并且能够实现高增益电压输出。

A High Gain Three-Switch Inverter and Its Control Method

【技术实现步骤摘要】
一种高增益三开关逆变器及控制方法
本专利技术涉及逆变器
，特别是涉及一种高增益三开关逆变器及控制方法。
技术介绍
双端共地具有漏电流小的优点，然而常规的逆变器，由于工作中的高频开关的动作，使得直流侧输入的负极性端与交流侧的参考地端会有高频共模电压的产生，从而产生较大的漏电流，这将降低逆变系统的安全性能和逆变效率，严重时会危及到相关设备和人员的安全。因此漏电流抑制问题是逆变器并网运行中的关键问题，具有重要研究意义。实际中采用传统逆变器拓扑及其调制方法将导致较大漏电流，传统的双端共地电路Buck电路、Boost电路等电路都存在着升压能力不足的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种高增益三开关逆变器及控制方法，具有能够有效抑制高频共模电压和漏电流，并且能够实现高增益电压输出的优点。为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：一种高增益三开关逆变器，包括：直流电源、第一电感、第二电感、第三电感、第四电感、第一开关管、第二开关管、第三开关管、第一二极管、第二二极管、第一电容、第二电容、第三电容、第四电容和负载电阻；所述直流电源的正极与所述第一电感的输入端连接；所述直流电源的负极分别与所述第一二极管的截止端和所述第二二极管的截止端连接；所述第一开关管的集电极分别与所述第一电感的输出端和所述第一电容的第一端连接；所述第一开关管的发射极分别与所述第二二极管的导通端、所述第二电感的输出端、所述第四电容的第二端和所述负载电阻的第二端连接；所述第一电容的第二端分别与所述第一二极管的导通端、所述第二电感的输入端、所述第三电感的输入端和所述第二电容的第一端连接；所述第二开关管的集电极分别与所述第三电感的输出端和所述第三电容的第一端连接；所述第二开关管的发射极分别与所述第二电容的第二端和第四电感的输入端连接；所述第三开关管的发射极分别与所述第三电容的第二端和所述第四电感的输出端连接；所述第三开关管的集电极分别与所述第四电容的第一端和所述负载电阻的第一端连接；所述第一开关管的基极输入第一开关驱动信号；所述第二开关管的基极输入第二开关驱动信号；所述第三开关管的基极输入第三开关驱动信号。可选的，所述第一电感、第二电感、第三电感和第四电感相互耦合。可选的，所述第三电感与所述第四电感的电感值相同；所述第二电容与所述第三电容的电容值相同。可选的，所述第一开关管，第二开关管以及第三开关管均为全控型器件。可选的，所述第一开关管的占空比为D1；其中，k为所述高增益三开关逆变器的增益系数；所述第二开关管的占空比为其中，A为所述高增益三开关逆变器的峰值电压增益，t为时间，ω为角速度；所述第三开关管的占空比为D3＝2-D1-D2。可选的，所述高增益三开关逆变器包括第一工作模式、第二工作模式和第三工作模式；所述第一工作模式为所述第一开关管驱动信号和所述第三开关管驱动信号是高电平，所述第二开关管驱动信号是低电平，所述第一开关管和所述第三开关管导通，所述第二开关管关断；所述第二工作模式为所述第一开关管驱动信号和所述第二开关管驱动信号是高电平，所述第三开关管驱动信号是低电平，所述第一开关管和所述第二开关管导通，所述第三开关管关断；所述第三工作模式为所述第二开关管驱动信号和所述第三开关管驱动信号是高电平，所述第一开关管驱动信号是低电平，所述第二开关管和所述第三开关管导通，所述第一开关管关断。本专利技术还提供一种高增益三开关逆变器的控制方法，包括：获取第一开关管的占空比和第二开关管的占空比；将幅值为1且频率为1/T的锯齿波的值与所述第一开关管的占空比D1进行比较，得到第一比较结果，根据所述第一比较结果产生第一开关管驱动信号；所述第一开关管驱动信号包括高电平信号和低电平信号；当所述第一开关管的占空比大于或等于所述锯齿波的值时，输出高电平；当所述第一开关管的占空比小于所述幅值为1且频率为1/T的锯齿波的值时，输出低电平；其中，k为所述高增益三开关逆变器的增益系数，T为所述高增益三开关逆变器的开关周期；将1减去所述第二开关管的占空比D2得到的差值与所述锯齿波的值进行比较，得到第二比较结果，根据所述第二比较结果产生第二开关管驱动信号；所述第二开关管驱动信号包括高电平信号和低电平信号；当将1减去所述第二开关管的占空比D2得到的差值大于或等于所述锯齿波的值时，输出高电平；当将1减去所述第二开关管的占空比D2得到的差值小于所述锯齿波的值时，输出低电平；其中，A为所述高增益三开关逆变器的峰值电压增益，t为时间，ω为角速度；将所述第一开关管驱动信号与所述第二开关管驱动信号进行异或运算，得到第三开关管驱动信号；所述高增益三开关逆变器根据所述第一开关管驱动信号、所述第二开关管驱动信号和所述第三开关管驱动信号在每个开关周期内依次经历第一工作模式、第二工作模式和第三工作模式；重复步骤“所述高增益三开关逆变器根据所述第一开关管驱动信号、所述第二开关管驱动信号和所述第三开关管驱动信号在每个开关周期内依次经历第一工作模式、第二工作模式和第三工作模式”，得到目标交流电。可选的，所述第一工作模式为所述第一开关管驱动信号和所述第三开关管驱动信号是高电平，所述第二开关管驱动信号是低电平，所述第一开关管和所述第三开关管导通，所述第二开关管关断；所述第二工作模式为所述第一开关管驱动信号和所述第二开关管驱动信号是高电平，所述第三开关管驱动信号是低电平，所述第一开关管和所述第二开关管导通，所述第三开关管关断；所述第三工作模式为所述第二开关管驱动信号和所述第三开关管驱动信号是高电平，所述第一开关管驱动信号是低电平，所述第二开关管和所述第三开关管导通，所述第一开关管关断。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术提出了一种高增益三开关逆变器及控制方法，高增益三开关逆变器包括直流电源、四个电感、三个开关管、两个二极管、四个电容和一个负载电阻，该逆变器的拓扑结构开关器件少，开关信号生成电路结构简单，可采用模拟电路实现，具有能够有效抑制高频共模电压和漏电流，并且能够实现高增益电压输出的优点。此外，采用耦合电感能够有效减小电感量，并且在进行控制时保证同一时刻只有两个开关管导通，能够有效保证逆变器输出电压增益以及实现逆变过程。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例中高增益三开关逆变器电路拓扑图；图2为本专利技术实施例中高增益三开关逆变器控制方法流程图；图3为本专利技术实施例中高增益三开关逆变器控制方法原理图；图4为本专利技术实施例中高增益三开关逆变器在第一工作模式的工作过程示意图；图5为本专利技术实施例中高增益三开关逆变器在第二工作模式的工作过程示意图；图6为本专利技术实施例中高增益三开关逆变器在第三工作模式的工作过程示意图；图7为本专利技术实施例中高增益三开关逆变器的第一开关管S1的驱动信号产生示意图；图8为本专利技术实施例中高增益三开关逆变器的第二开关管S2的驱动信号产生示意图；图9为本专利技术实施例中高增益三开关逆变器的开关管驱动信号示意图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高增益三开关逆变器，其特征在于，包括：直流电源、第一电感、第二电感、第三电感、第四电感、第一开关管、第二开关管、第三开关管、第一二极管、第二二极管、第一电容、第二电容、第三电容、第四电容和负载电阻；所述直流电源的正极与所述第一电感的输入端连接；所述直流电源的负极分别与所述第一二极管的截止端和所述第二二极管的截止端连接；所述第一开关管的集电极分别与所述第一电感的输出端和所述第一电容的第一端连接；所述第一开关管的发射极分别与所述第二二极管的导通端、所述第二电感的输出端、所述第四电容的第二端和所述负载电阻的第二端连接；所述第一电容的第二端分别与所述第一二极管的导通端、所述第二电感的输入端、所述第三电感的输入端和所述第二电容的第一端连接；所述第二开关管的集电极分别与所述第三电感的输出端和所述第三电容的第一端连接；所述第二开关管的发射极分别与所述第二电容的第二端和第四电感的输入端连接；所述第三开关管的发射极分别与所述第三电容的第二端和所述第四电感的输出端连接；所述第三开关管的集电极分别与所述第四电容的第一端和所述负载电阻的第一端连接；所述第一开关管的基极输入第一开关驱动信号；所述第二开关管的基极输入第二开关驱动信号；所述第三开关管的基极输入第三开关驱动信号。...

【技术特征摘要】
1.一种高增益三开关逆变器，其特征在于，包括：直流电源、第一电感、第二电感、第三电感、第四电感、第一开关管、第二开关管、第三开关管、第一二极管、第二二极管、第一电容、第二电容、第三电容、第四电容和负载电阻；所述直流电源的正极与所述第一电感的输入端连接；所述直流电源的负极分别与所述第一二极管的截止端和所述第二二极管的截止端连接；所述第一开关管的集电极分别与所述第一电感的输出端和所述第一电容的第一端连接；所述第一开关管的发射极分别与所述第二二极管的导通端、所述第二电感的输出端、所述第四电容的第二端和所述负载电阻的第二端连接；所述第一电容的第二端分别与所述第一二极管的导通端、所述第二电感的输入端、所述第三电感的输入端和所述第二电容的第一端连接；所述第二开关管的集电极分别与所述第三电感的输出端和所述第三电容的第一端连接；所述第二开关管的发射极分别与所述第二电容的第二端和第四电感的输入端连接；所述第三开关管的发射极分别与所述第三电容的第二端和所述第四电感的输出端连接；所述第三开关管的集电极分别与所述第四电容的第一端和所述负载电阻的第一端连接；所述第一开关管的基极输入第一开关驱动信号；所述第二开关管的基极输入第二开关驱动信号；所述第三开关管的基极输入第三开关驱动信号。2.根据权利要求1所述的高增益三开关逆变器，其特征在于，所述第一电感、第二电感、第三电感和第四电感相互耦合。3.根据权利要求1所述的高增益三开关逆变器，其特征在于，所述第三电感与所述第四电感的电感值相同；所述第二电容与所述第三电容的电容值相同。4.根据权利要求1所述的高增益三开关逆变器，其特征在于，所述第一开关管，第二开关管以及第三开关管均为全控型器件。5.根据权利要求1所述的高增益三开关逆变器，其特征在于，所述第一开关管的占空比为D1；其中，k为所述高增益三开关逆变器的增益系数；所述第二开关管的占空比为其中，A为所述高增益三开关逆变器的峰值电压增益，t为时间，ω为角速度；所述第三开关管的占空比为D3＝2-D1-D2。6.根据权利要求1所述的高增益三开关逆变器，其特征在于，所述高增益三开关逆变器包括第一工作模式、第二工作模式和第三工作模式；所述第一工作模式为所述第一开关管驱动信号和所述第三开关管驱动信号是高电平，所述第二开关管驱动信号是低电平，所述第一开关管和所述第三开关管导通，所述第二开关管关断；所述第二工作模式为所述第一开关管驱动信号和所述第二开关管驱动信号是高电平，所述第三开关管驱动信号是低电平，所述第一开关管和所述第...

【专利技术属性】
技术研发人员：王宝诚，刘兴旺，伞国成，卢志刚，郭小强，
申请(专利权)人：燕山大学，
类型：发明
国别省市：河北,13