一种逆变电路及其逆变方法技术

本发明专利技术涉及一种逆变电路及其逆变方法。所述电路包括充电电容、第一开关管、紧密耦合的第一滤波电感和第二滤波电感、第二开关管、第三开关管和滤波电容；所述第一开关管连接在第一充电电容正端和第一滤波电感的输入端之间；第二滤波电感的输入端与第一滤波电感的输出端相连，输出端与充电电容负端相连；第二开关管与第三开关管的串联支路的一端与第一滤波电感的输入端相连，其另一端与第二滤波电感的输出端相连；滤波电容的一端与第一滤波电感的输出端相连，其另一端与第二开关管和第三开关管的连接点相连。由于本发明专利技术电路采用了紧密耦合的滤波电感，这样只要通过调节占空比Ｄ，就可以使输出的电压即可以比输入电压高，也可以比输入电压低。（*该技术在2024年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及。目前的逆变电路通常有两类；两电平方式和三电平方式，其中两电平拓扑比较常见并使用广泛。附图说明图1所示是一种两电平逆变拓扑。在产生正弦波的正半周期间，开关管Q1工作、开关管Q4不工作；在产生正弦波的负半周期间，开关管Q4工作、开关管Q1不工作。该拓扑的优点是控制简单，输出正弦波波形失真小，反应快。但开关管Q1第二端B6点的电压为正负两电平，这要求开关管的耐压较高，须使用耐压高的开关管，并且开关管的损耗也较大；又因为输出的PWM波谐波丰富，所以要求的滤波电感较大。同时还要求输入的电压要高于输出的电压，才能保证输出的波形。经常地，输入电压的峰值要高于输出电压的25％左右。为了减小开关管耐压和滤波电感，在两电平逆变拓扑的基础上增加了续流回路，形成三电平逆变拓扑，如图2、3所示。电路在工作中开关管Q1第二端B6点的电压由正负两电平变为正、零、负三电平，使开关管两端的电压变化相对小，电压应力仅为原来的一半，开关损耗比两电平逆变拓扑少，并且由于输出的PWM波谐波较两电平小，所以滤波电感较两电平逆变拓扑小。但现有的三电平逆变拓扑有以下缺点①控制较复杂，需要PWM波去控制四个开关管。②输出的正弦波比两电平逆变拓扑输出的正弦波反应慢。滤波电感中电流的下降率与滤波电感的两端电压有关，即U＝L*di/dt。两电平逆变拓扑的续流回路是通过包括有滤波电容和充电电容的回路进行续流，滤波电感两端电压为滤波电容的即时电压加上充电电容两端的电压，电流变化率di/dt较大。而三电平逆变拓扑的续流回路只通过滤波电容，不通过充电电容，所以滤波电感两端电压只是滤波电容的即时电压，电流变化率di/dt较两电平逆变拓扑的小，反应慢。③它也要求输入的电压要高于输出的电压，才能保证输出的波形。本专利技术的主要目的是提供一种逆变电路，可以解决现有技术中的问题，并同时具有两电平逆变拓扑和三电平逆变拓扑的优点。本专利技术的另一目的是提供一种基于上述逆变电路的逆变方法，可以解决现有技术中的问题，同时具有两电平逆变拓扑和三电平逆变拓扑的优点。本专利技术所述的一种逆变电路，包括充电电容、第一开关管、第一滤波电感、与所述第一滤波电感紧密耦合的第二滤波电感、第二开关管和第三开关管和滤波电容；所述第一开关管连接在第一充电电容正端和第一滤波电感的输入端之间；所述第二滤波电感的输入端与第一滤波电感的输出端相连，其输出端与充电电容负端相连；所述第二开关管与第三开关管的串联支路的一端与所述第一滤波电感的输入端相连，其另一端与所述第二滤波电感的输出端相连；所述滤波电容的一端与所述第一滤波电感的输出端相连，其另一端与所述第二开关管和第三开关管的连接点相连。所述第二开关管与第三开关管为单向导通开关，第二开关管与第三开关管串联连接，第二开关管的负端与所述第一滤波电感的输入端相连，第三开关管的正端与所述第二滤波电感的输出端相连。所述第二开关管与第三开关管为晶闸管SCR。所述第二开关管也可以为相串联的第二IGBT和第二二极管，所述第二IGBT的集电极与滤波电容第二端相连，发射极与第二二极管的阳极相连，第二二极管的阴极与第一滤波电感输入端相连；所述第三开关管为相串联的第三IGBT和第三二极管，所述第三IGBT的集电极与第三二极管的阴极相连，发射极与滤波电容第二端相连，所述第三二极管的阳极与第二滤波电感输出端相连。作为本专利技术电路的一个改进所述第一滤波电感和第二滤波电感的特性相同。所述第一开关管为第一IGBT，其集电极与充电电容正端相连，其发射极与第一滤波电感的输入端相连。作为本专利技术的另一个改进电路中还包括接在充电电容负端和第二滤波电感的输出端之间第四开关管。所述第四开关管为第四IGBT，其集电极与第二滤波电感的输出端相连，其发射极与充电电容负端相连。本专利技术还提供了一种基于本专利技术所述一种逆变电路的逆变方法在产生正弦波的正半周期间，第一开关管导通，第一滤波电感和第二滤波电感储能，一段时间后断开，同时第二开关管导通，第二滤波电感上的能量向第一滤波电感转移，由第一滤波电感向滤波电容充电；在产生正弦波的负半周期间，第一开关管导通，第一滤波电感和第二滤波电感储能，一段时间后断开，同时第三开关管导通，第一滤波电感上的能量向第二滤波电感转移，由第二滤波电感向滤波电容反向充电。作为本专利技术所述方法的一个改进所述逆变电路还包括接在充电电容负端和第二滤波电感的输出端之间第四开关管；在产生正弦波的正半周期间，第一开关管和第四开关管同时导通，第一滤波电感和第二滤波电感储能，一段时间后同时断开，同时第二开关管导通，第二滤波电感上的能量转移到第一滤波电感上，由第一滤波电感向滤波电容充电；在产生正弦波的负半周期间，第一开关管和第四开关管同时导通，第一滤波电感和第二滤波电感储能，一段时间后同时断开，同时第三开关管导通，第一滤波电感上的能量转移到第二滤波电感上，由第二滤波电感向滤波电容反向充电。本专利技术还提供了另一种逆变电路，包括充电电容、第四开关管、第一滤波电感和滤波电容，还包括与所述第一滤波电感紧密耦合的第二滤波电感、第二开关管和第三开关管；所述第一滤波电感的输入端与所述充电电容的正端相连，其输出端与所述第二滤波电感的输入端相连；所述第四开关管连接在充电电容负端和第二滤波电感的输出端之间；所述第二开关管与第三开关管的串联支路的一端与所述第一滤波电感的输入端相连，其另一端与所述第二滤波电感的输出端相连；所述滤波电容的一端与所述第一滤波电感的输出端相连，其另一端与所述第二开关管和第三开关管的连接点相连。本专利技术还提供了一种基于本专利技术所述另一种逆变电路的逆变方法在产生正弦波的正半周期间，第四开关管导通，第一滤波电感和第二滤波电感储能，一段时间后断开，同时第二开关管导通，第二滤波电感上的能量向第一滤波电感转移，由第一滤波电感向滤波电容充电；在产生正弦波的负半周期间，第四开关管导通，第一滤波电感和第二滤波电感储能，一段时间后断开，同时第三开关管导通，第一滤波电感上的能量向第二滤波电感转移，由第二滤波电感向滤波电容反向充电。本专利技术的有益效果是①本专利技术电路采用了紧密耦合的滤波电感，这样只要通过调节占空比D，就可以使输出的电压即可以比输入电压高，也可以比输入电压低。因此只需要较低的Vbus电压，就可以得到我们希望的输出电压。电路反应快，失真少。②由于Vbus电压较低，使得Vbus侧相关的器件电容和开关管的耐压要求可以降低，可以使用耐压较低的通用器件，特别适于输出电压较高的变换器，节约了成本。③在本专利技术的改进电路中，增加了第四开关管，将第一开关管和第四开关管的电压应力降低了一半，相应的损耗可以降低，逆变的效率得到提高；同时使得电感储能回路和释放能量回路绝对分开，实现了隔离。④控制上，第一开关管在每个半周期中只开一次，简化了控制电路，同时减少了开关损耗。⑤第二开关管和第三开关管只在半周中开关一次，减少了开关损耗。⑥只要将第二开关管和第三开关管换成单方向的开关，控制上就可以让第二开关管和第三开关管按低频的开关模式工作，即正半周第二开关管一直导通，负半周第三开关管一直导通。由于其单方向电流流通的特点，同样可以得到需要的波形。这样第二开关管和第三开关管的开关损耗可以减小。⑦由于输出的中线电流没有流经Vbus侧直流充电电解电容，所以电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种逆变电路，包括充电电容（Ｃ１）、第一开关管（Ｓ１）、第一滤波电感（Ｌ１－１）和滤波电容（Ｃ），其特征在于：还包括与所述第一滤波电感（Ｌ１－１）紧密耦合的第二滤波电感（Ｌ１－２）、第二开关管（Ｓ２）和第三开关管（Ｓ３）；所述第一开关管（Ｓ１）连接在充电电容（Ｃ１）正端和第一滤波电感（Ｌ１－１）的输入端之间；所述第二滤波电感（Ｌ１－２）的输入端与第一滤波电感（Ｌ１－１）的输出端相连，其输出端与充电电容（Ｃ１）负端相连；所述第二开关管（Ｓ２）与第三开关管（Ｓ３）的串联支路的一端与所述第一滤波电感（Ｌ１－１）的输入端相连，其另一端与所述第二滤波电感（Ｌ１－２）的输出端相连；所述滤波电容（Ｃ）的一端与所述第一滤波电感（Ｌ１－１）的输出端相连，其另一端与所述第二开关管（Ｓ２）和第三开关管（Ｓ３）的连接点相连。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：肖学礼，
申请(专利权)人：力博特公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]