一种单级正激式高频链逆变器制造技术

本发明专利技术公开了一种单级正激式高频链逆变器，属电力电子变换器领域。该逆变器结构包括原边电路、第一高频变压器、第二高频变压器和副边电路，原边电路由电源、两个分压电容、四个功率开关管构成；第一和第二高频变压器均由原边绕组和副边绕组构成；副边电路由三个四象限高频功率开关、滤波电感、滤波电容和负载构成。该逆变器是由两个双向功率流正激变换器单元在输入端交错串联、输出端交错并联构成，两个正激单元始终交错工作，开关管的体二极管实现高频变压器的磁复位。本发明专利技术原副边开关管电压应力低、分压电容容量小、变换效率高、可靠性高，适用于中、高压输入场合，尤其在新能源发电领域具有广泛的应用前景。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种逆变器，尤其涉及一种单级正激式高频链逆变器，属于电力电子变换器领域。
技术介绍
逆变器是应用功率半导体器件将直流电变换成交流电以供交流负载使用的功率变换装置。输出交流负载与输入直流电源间有高频电气隔离的逆变器，称为高频链逆变器，高频电气隔离元件在逆变器中主要起如下作用(1)实现了逆变器输出与输入之间的电器隔离，提高了逆变器运行的安全性、可靠性和电磁兼容性；(2)实现了逆变器输出电压与输入电压之间的匹配，即允许输入电压在宽范围内变化时保证输出电压的质量，使其应用范围大大拓宽；(3)高频变压器的工作频率在20kHz以上，其体积、重量及音频噪声被大大降低，有效地克服了低频链逆变器的缺陷。因此，在以直流发电机、蓄电池、太阳能电池和燃料电池为主直流电源的逆变场合，高频链逆变器具有广泛的应用前景，特别是对体积与重量有高要求的逆变场合有更重要的应用价值。高频链逆变器通常由高频电气隔离DC-DC变换器和逆变桥两级电路结构级联构成，电能经过了两级变换，其变换效率必定低于单级高频隔离DC-DC变换器的效率。中国专利CN1758521A提出了一组单级双向降压直流变换器型高频环节逆变器，中国专利CN101414791A提出了一组差动降压直流斩波器型高频链逆变器，上述两个专利中提到的高频链逆变器基本思想都是由两个相同的、输出反相低频正弦脉动直流电压的高频电气隔离双向功率流直流变换器组合构成逆变器，两个直流变换器分别输出正弦波的正半周波形和负半周波形，因此在输出正弦波的任意半周，总有一个直流变换器处于闲置状态，因此器件的利用率没有达到最大化。在上述两个专利中还提到了由正激式变换器构成的高频链逆变器，由于正激变换器变压器磁复位的特殊问题存在而导致开关管的最大占空比受到限制，同时开关管的电压应力较高。
技术实现思路
本专利技术针对
技术介绍
中高频链逆变器存在的缺陷而提出一种变换效率高、可靠性高的单级正激式高频链逆变器。本专利技术的单级正激式高频链逆变器，其结构包括原边电路、第一高频变压器、第二高频变压器和副边电路，其中原边电路包括直流电源、第一分压电容、第二分压电容、第一功率开关管、第二功率开关管、第三功率开关管和第四功率开关管，直流电源的正极分别连接第一分压电容的一端、第一功率开关管的漏极和第二功率开关管的漏极，直流电源的负极分别连接第二分压电容的一端、第四功率开关管的源极和第三功率开关管的源极；第一高频变压器包括第一原边绕组和第一副边绕组，第二高频变压器包括第二原边绕组和第二副边绕组，第一原边绕组的同名端分别连接第一功率开关管的源极和第四功率开关管的漏极，第一原边绕组的非同名端分别连接第二原边绕组的同名端、第一分压电容的另一端和第二分压电容的另一端，第二原边绕组的非同名端分别连接第二功率开关管的源极和第三功率开关管的漏极；副边电路包括第一四象限高频功率开关、第二四象限高频功率开关、第三四象限高频功率开关、滤波电感、滤波电容和负载，第一四象限高频功率开关的一端连接第一副边绕组的同名端，第一四象限高频功率开关的另一端分别连接第二四象限高频功率开关的一端、第三四象限高频功率开关的一端和滤波电感的一端，第二四象限高频功率开关的另一端连接第二副边绕组的同名端，第二副边绕组的非同名端分别连接第一副边绕组的非同名端、第三四 象限高频功率开关的另一端、滤波电容的一端和负载的一端，滤波电感的另一端分别连接滤波电容的另一端和负载的另一端。本专利技术是由两个双向功率流正激变换器单元在输入端交错串联、输出端交错并联构成， 功率开关管的体二极管实现了两个高频变压器的磁复位，实现了开关管的复用，大大减少了 开关管的数量，两个正激单元始终交错工作，输入端交错串联的结构使得输入分压电容为高 频电容，大大减小了分压电容的体积和大小，输出端交错并联的结构提高了等效开关频率和 等效占空比，大大减小了电感电流纹波和输出电压纹波，同时降低了开关管的电压应力。综 上所述，本专利技术具有如下有益效果(1) 输入、输出端高频电气隔离，输出与输入电压匹配能力强；(2) 高频变压器通过开关管的体二极管完成磁复位，不需要额外的磁复位绕组或磁复位电路， 也不需要常规双管正激变换器的磁复位二极管，电路结构简单；(3) 变压器在高频开关周期内单向磁化，在整个输出电压周期内双向磁化，提高了磁芯利用 率；(4) 输入分压电容为高频电容，大大减小了分压电容的体积和大小；(5) 副边交错并联输出，提高了等效占空比及电感电流脉动频率，有利于减小输出滤波器体 积，减小输出电压纹波，提高功率密度，降低成本。附图说明图1是本专利技术单级正激式高频链逆变器的电路原理图。 图2 (a) ~ (d)分别是四种四象限高频功率开关的电路示意图。 图3是本专利技术采用图2 (a)所示的四象限高频功率开关时的实施例电路原理图。 图4是在空载时图3所示的实施例电路在四种工作模式(A-D-C-B)下的主要波形图，图中r^ F^。分别为开关管的驱动信号；Vc—控制电压；V,—三角波电压；V。一输出电压；Z。一输出电流。图5 (a)是在空载时图3所示的实施例电路在工作模式A和D下的等效电路原理图，图5 (b)是在空载时图3所示的实施例电路在工作模式C和B下的等效电路原理图。 图6是单级正激式半桥型高频链逆变器的电路原理图。图1、图3、图5、图6中的标号名称10—原边电路；20—副边电路；&~&分别是第 一、第二、第三、第四功率开关管；r;、 72分别是第一、第二高频变压器；Ww、 iVw分别是 第一、第二原边绕组；Ww、 iVfo分别是第一、第二副边绕组；C G分别是第一、第二分压 电容；&广1^3分别是第一、第二、第三四象限高频功率开关；&~&。均是构成四象限高频功 率开关的MOSFET开关管；直流电源(输入电压)；丄。一滤波电感；C。一滤波电容；i 。 一负载。具体实施方式如图1所示，本专利技术单级正激式高频链逆变器的结构包括原边电路IO、第一高频变压器r;、第二高频变压器r2和副边电路20，其中原边电路io包括直流电源r,、第一分压电容G、第二分压电容G、第一功率开关管&、第二功率开关管&、第三功率开关管&和第四功率开关管&，直流电源P^的正极分别连接第一分压电容C;的一端、第一功率开关管&的漏极和第二功率开关管&的漏极，直流电源R 的负极分别连接第二分压电容c2的一端、 第四功率开关管&的源极和第三功率开关管&的源极；第一高频变压器r;包括第一原边绕组Ww和第一副边绕组A^;，第二高频变压器7^包括第二原边绕组Afe和第二副边绕组Afe， 第一原边绕组7Vw的同名端分别连接第一功率开关管&的源极和第四功率开关管&的漏极，第一原边绕组7VP;的非同名端分别连接第二原边绕组Afe的同名端、第一分压电容c7的另一端和第二分压电容C2的另一端，第二原边绕组的非同名端分别连接第二功率开关管&的源极和第三功率开关管&的漏极；副边电路20包括第一四象限高频功率开关&第二四象限高频功率开关&2、第三四象限高频功率开关&3、滤波电感丄。、滤波电容C。和负载i 。，第一四象限高频功率本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种单级正激式高频链逆变器，其特征在于：包括原边电路（１０）、第一高频变压器（Ｔ↓［１］）、第二高频变压器（Ｔ２）和副边电路（２０），其中：原边电路（１０）包括直流电源（Ｖ↓［ｉｎ］）、第一分压电容（Ｃ↓［１］）第二分压电容（Ｃ↓［２］）、第一功率开关管（Ｓ↓［１］）、第二功率开关管（Ｓ↓［２］）、第三功率开关管（Ｓ↓［３］）和第四功率开关管（Ｓ↓［４］），直流电源（Ｖ↓［ｉｎ］）的正极分别连接第一分压电容（Ｃ↓［１］）的一端、第一功率开关管（Ｓ↓［１］）的漏极和第二功率开关管（Ｓ↓［２］）的漏极，直流电源（Ｖ↓［ｉｎ］）的负极分别连接第二分压电容（Ｃ↓［２］）的一端、第四功率开关管（Ｓ↓［４］）的源极和第三功率开关管（Ｓ↓［３］）的源极；第一高频变压器（Ｔ↓［１］）包括第一原边绕组（Ｎ↓［Ｐ１］）和第一副边绕组（Ｎ↓［Ｓ１］），第二高频变压器（Ｔ↓［２］）包括第二原边绕组（Ｎ↓［Ｐ２］）和第二副边绕组（Ｎ↓［Ｓ２］），第一原边绕组（Ｎ↓［Ｐ１］）的同名端分别连接第一功率开关管（Ｓ↓［１］）的源极和第四功率开关管（Ｓ↓［４］）的漏极，第一原边绕组（Ｎ↓［Ｐ１］）的非同名端分别连接第二原边绕组（Ｎ↓［Ｐ２］）的同名端、第一分压电容（Ｃ↓［１］）的另一端和第二分压电容（Ｃ↓［２］）的另一端，第二原边绕组（Ｎ↓［Ｐ２］）的非同名端分别连接第二功率开关管（Ｓ↓［２］）的源极和第三功率开关管（Ｓ↓［３］）的漏极；副边电路（２０）包括第一四象限高频功率开关（Ｓ↓［Ｄ１］）、第二四象限高频功率开关（Ｓ↓［Ｄ２］）、第三四象限高频功率开关（Ｓ↓［Ｄ３］）、滤波电感（Ｌ↓［ｏ］）、滤波电容（Ｃ↓［ｏ］）和负载（Ｒ↓［ｏ］），第一四象限高频功率开关（Ｓ↓［Ｄ１］）的一端连接第一副边绕组（Ｎ↓［Ｓ１］）的同名端，第一四象限高频功率开关（Ｓ↓［Ｄ１］）的另一端分别连接第二四象限高频功率开关（Ｓ↓［Ｄ２］）的一端、第三四象限高频功率开关（Ｓ↓［Ｄ３］）的一端和滤波电感（Ｌ↓［ｏ］）的一端，第二四象限高频功率开关（Ｓ↓［Ｄ２］）的另一端连接第二副边绕组（Ｎ↓［Ｓ２］）的同名端，第二副边绕组（Ｎ↓［Ｓ２］）的非同名端分别连接第一副边绕组（Ｎ↓［Ｓ１］）的非同名端、第三四象限高频功率开关（Ｓ↓［Ｄ３］）的另一端、滤波电容（Ｃ↓［ｏ］）的一端和负载（Ｒ↓［ｏ］）的一端，滤波电感（Ｌ↓［ｏ］）的另一端分别连接滤波电容（Ｃ↓［ｏ］）的另一端和负载（...

【技术特征摘要】
1、一种单级正激式高频链逆变器，其特征在于包括原边电路(10)、第一高频变压器(T1)、第二高频变压器(T2)和副边电路(20)，其中原边电路(10)包括直流电源(Vin)、第一分压电容(C1)第二分压电容(C2)、第一功率开关管(S1)、第二功率开关管(S2)、第三功率开关管(S3)和第四功率开关管(S4)，直流电源(Vin)的正极分别连接第一分压电容(C1)的一端、第一功率开关管(S1)的漏极和第二功率开关管(S2)的漏极，直流电源(Vin)的负极分别连接第二分压电容(C2)的一端、第四功率开关管(S4)的源极和第三功率开关管(S3)的源极；第一高频变压器(T1)包括第一原边绕组(NP1)和第一副边绕组(NS1)，第二高频变压器(T2)包括第二原边绕组(NP2)和第二副边绕组(NS2)，第一原边绕组(NP1)的同名端分别连接第一功率开关管(S1)的源极和第四功率开关管(S4)的漏极，第一原边绕组(NP1)的非同名端分别连接第二原边绕组(NP2)的同名端、第...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴红飞，张犁，邢岩，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：84[中国|南京]