專(zhuān)利名稱(chēng)：基于Cuk變換器的高頻隔離式三電平交-交變換器的制作方法
基于Cuk變換器的高頻隔離式三電平交-交變換器技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于電力電子變換技術(shù)，特別是一種基于Cuk變換器的高頻隔離式三電 平交-交變換器。
背景技術(shù)：
交-交(AC-AC)變換技術(shù)是應(yīng)用功率半導(dǎo)體器件，將某一頻率和幅值的交流電 能轉(zhuǎn)換成同一或另一頻率和幅值的交流電能的一種變流技術(shù)，廣泛地應(yīng)用于國(guó)防、工礦 企業(yè)、科研院所、大學(xué)實(shí)驗(yàn)室和日常生活中。
迄今為止，國(guó)內(nèi)外電力電子研究人員對(duì)于交-交變換器的研究，主要集中在非 電氣隔離式、低頻和高頻電氣隔離式等兩電平交-交變換器；對(duì)于多電平變換器的研 究，主要集中在多電平直-直、直-交和交-直變換器，而對(duì)于多電平交-交變換器的 研究則非常少，且僅僅局限于非隔離式、低頻或中頻隔離式交-直-交型多電平交-交 變換器、Buck型非隔離式交-交型三電平交-交變換器和Zeta型非隔離式交-交型三電 平交-交變換器。交-直-交型多電平交-交變換器、Buck型非隔離式交-交型三電 平交-交變換器和Zeta型非隔離式交-交型三電平交-交變換器雖然各具優(yōu)點(diǎn)，但前者 存在電路拓?fù)鋸?fù)雜、功率變換級(jí)數(shù)多、輸入側(cè)功率因數(shù)低、變換效率偏低、功率密度低 等缺陷；而后兩者存在拓?fù)湫问絾我弧o(wú)電氣隔離等缺陷。而目前所研究的隔離型三電 平拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)大多數(shù)只是減小了開(kāi)關(guān)管的電壓應(yīng)力，變壓器副邊并沒(méi)有真正實(shí)現(xiàn)三電平， 能夠?qū)崿F(xiàn)真正三電平的隔離型橋式三電平拓?fù)涫褂昧诉^(guò)多的功率管，變壓器副邊還須要 使用周波變換器，存在上下橋臂直通現(xiàn)象。1983年，SLOBODAN CUK在IEEE國(guó)際會(huì) 議中提出的一種新穎的低紋波直-直開(kāi)關(guān)電源變換器(“A New Zero-Ripple Switching DC-to-DCConverter and Integrated Magnetics")，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，開(kāi)關(guān)器件少，只有單級(jí)功 率級(jí)數(shù)，功率因數(shù)高，可實(shí)現(xiàn)電氣隔離，只是開(kāi)關(guān)管所承受的電壓比較高，不能廣泛應(yīng) 用與高壓大電流場(chǎng)合。發(fā)明內(nèi)容
為解決大功率電源功率開(kāi)關(guān)管電壓應(yīng)力過(guò)大，交-交變換器普遍變換級(jí)數(shù)多， 電路復(fù)雜且不具有電氣隔離功能的缺點(diǎn)，本發(fā)明提供一種基于Cuk變換器的高頻隔離式 三電平交-交變換器，其具有單級(jí)功率變換、雙向功率流、輸出濾波器前端電壓頻譜特 性好、可升降壓變換、降低開(kāi)關(guān)器件的電壓應(yīng)力、有效實(shí)現(xiàn)電氣隔離等優(yōu)點(diǎn)。
實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為一種基于Cuk變換器的高頻隔離式三電平 交-交變換器，包括輸入交流電源、輸入濾波器、隔離式Cuk三電平交流變換單元、輸 出濾波器、輸出交流負(fù)載；所述輸入濾波器包括輸入濾波電感、輸入濾波電容，輸入濾 波電感與輸入濾波電容相連接，二者接頭處引出線(xiàn)為輸入濾波器的第一輸出端，輸入濾 波電感的另一端接輸入交流電源的參考正極，輸入濾波電容的另一端接輸入交流電源的 參考負(fù)極，輸入交流電源的參考負(fù)極接地，輸入濾波電容與輸入交流電源參考負(fù)極相連的端口為輸入濾波器的第二輸出端；隔離式Cuk三電平交流變換單元包括輸入儲(chǔ)能電 感、第一雙向功率開(kāi)關(guān)管、第二雙向功率開(kāi)關(guān)管、第三雙向功率開(kāi)關(guān)管、第四雙向功率 開(kāi)關(guān)管、第一耦合電容、第二耦合電容、第三耦合電容、第四耦合電容、第一隔離變壓 器、第二隔離變壓器；輸入儲(chǔ)能電感的一端接輸入濾波器的第一輸出端，輸入儲(chǔ)能電感 的另一端接第一雙向功率開(kāi)關(guān)管的輸入端和第一耦合電容的一端，第一耦合電容的另一 端接第一隔離變壓器的原邊輸入端，第一隔離變壓器的原邊輸出端接第一雙向功率開(kāi)關(guān) 管輸出端，且兩者接線(xiàn)引出端接第二雙向功率開(kāi)關(guān)管的輸入端和第二隔離變壓器原邊輸 入端，第二隔離變壓器原邊輸出端接第二耦合電容的一端，第二耦合電容的另一端接第 二雙向功率開(kāi)關(guān)管的輸出端，且兩者接頭引出線(xiàn)接輸入濾波器的第二輸出端；第一隔離 變壓器的副邊輸入端接第三耦合電容的一端，第三耦合電容的另一端接第三雙向功率開(kāi) 關(guān)管的輸入端，且兩者接線(xiàn)引出端接輸出儲(chǔ)能電感一端，輸出儲(chǔ)能電感的另一端為隔離 式Cuk三電平交流變換單元的第一輸出端；第三雙向功率開(kāi)關(guān)管的輸出端接第一隔離變 壓器的副邊輸出端，且兩者接線(xiàn)引出端接第二隔離變壓器副邊輸入端和第四雙向功率開(kāi) 關(guān)管輸入端；第二隔離變壓器副邊輸出端接第四耦合電容的一端，第四耦合電容的另一 端接第四雙向功率開(kāi)關(guān)管的輸出端，兩者接線(xiàn)引出端為隔離式Cuk三電平交流變換單元 的第二輸出端；輸出濾波器包括輸出濾波電容，該電容的兩端分別接隔離式Cuk三電平 交流變換單元的第一輸出端和第二輸出端；輸出濾波電容與輸出交流負(fù)載相互并聯(lián)，隔 離式Cuk三電平交流變換單元的第一輸出端接地。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點(diǎn)1)可將不穩(wěn)定的高壓交流電變換成穩(wěn)定 或可調(diào)的正弦交流電，實(shí)現(xiàn)了新型電力電子變壓器、多電平在交流斬波器中的應(yīng)用關(guān)鍵 技術(shù)基礎(chǔ)，在交流穩(wěn)壓和交流連續(xù)調(diào)壓的民用、工業(yè)、國(guó)防等要求電氣隔離的高壓大容 量交-交變換場(chǎng)合，具有廣泛的應(yīng)用前景?；镁哂泄β首儞Q級(jí)數(shù)少，雙向功率流，輸出 濾波器前端電壓頻譜特性好等優(yōu)點(diǎn)，因而提高變換效率和功率密度、減小體積和重量， 調(diào)壓范圍寬，可實(shí)現(xiàn)升降壓調(diào)節(jié)。3)采取第一功率開(kāi)關(guān)管Sla、第三功率開(kāi)關(guān)管Sh在 輸入交流電源正半周期內(nèi)交錯(cuò)180°導(dǎo)通，第二功率開(kāi)關(guān)管Sib、第四功率開(kāi)關(guān)管S2b在 輸入交流電源負(fù)半周期內(nèi)交錯(cuò)180°導(dǎo)通的控制策略，在多電平模態(tài)轉(zhuǎn)換時(shí)只有一個(gè)功率 開(kāi)關(guān)管改變狀態(tài)，開(kāi)關(guān)損耗小，提高了變換器的可靠性。
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。


附圖為本發(fā)明的一種基于Cuk變換器的高頻隔離式三電平交-交變換器的電路拓 撲結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施方式
結(jié)合附圖，本發(fā)明的一種基于Cuk變換器的高頻隔離式三電平交-交變換器的電 路包括輸入交流電源1、輸入濾波器2、隔離式Cuk三電平交流變換單元3、輸出濾波器 4、輸出交流負(fù)載5;該變換器占空比大于0.5時(shí)交替輸出兩種電平，占空比小于0.5時(shí)交 替輸出另外兩種電平，所輸出的兩個(gè)電平經(jīng)輸出濾波器濾波后得到穩(wěn)定或可調(diào)的正弦交 流電壓Uo ；
所述輸入濾波器2包括輸入濾波電感Li、輸入濾波電容Ci，輸入濾波電感Li與 輸入濾波電容Ci相連接，二者接頭處引出線(xiàn)為輸入濾波器2的第一輸出端X，輸入濾波電 感Li的另一端接輸入交流電源1的參考正極，輸入濾波電容Ci的另一端接輸入交流電源 1的參考負(fù)極，輸入交流電源1的參考負(fù)極接地，輸入濾波電容Ci與輸入交流電源1參考 負(fù)極相連的端口為輸入濾波器2的第二輸出端y ；
隔離式Cuk三電平交流變換單元3包括輸入儲(chǔ)能電感Li、第一雙向功率開(kāi)關(guān)管 Si、第二雙向功率開(kāi)關(guān)管S2、第三雙向功率開(kāi)關(guān)管S3、第四雙向功率開(kāi)關(guān)管S4、第一 耦合電容Cl、第二耦合電容C2、第三耦合電容C3、第四耦合電容C4、第一隔離變壓器 Tl、第二隔離變壓器T2;輸入儲(chǔ)能電感Ll的一端接輸入濾波器2的第一輸出端X，輸入 儲(chǔ)能電感Ll的另一端接第一雙向功率開(kāi)關(guān)管Sl的輸入端a和第一耦合電容Cl的一端， 第一耦合電容Cl的另一端接第一隔離變壓器Tl的原邊輸入端i，第一隔離變壓器Tl的原 邊輸出端j接第一雙向功率開(kāi)關(guān)管Sl輸出端b，且兩者接線(xiàn)引出端接第二雙向功率開(kāi)關(guān)管 S2的輸入端c和第二隔離變壓器T2原邊輸入端m，第二隔離變壓器T2原邊輸出端η接 第二耦合電容C2的一端，第二耦合電容C2的另一端接第二雙向功率開(kāi)關(guān)管S2的輸出端 d，且兩者接頭引出線(xiàn)接輸入濾波器2的第二輸出端y;第一隔離變壓器Tl的副邊輸入端 k接第三耦合電容C3的一端，第三耦合電容C3的另一端接第三雙向功率開(kāi)關(guān)管S3的輸 入端e，且兩者接線(xiàn)引出端接輸出儲(chǔ)能電感L2—端，輸出儲(chǔ)能電感L2的另一端為隔離式 Cuk三電平交流變換單元3的第一輸出端U ；第三雙向功率開(kāi)關(guān)管S3的輸出端f接第一隔 離變壓器Tl的副邊輸出端S，且兩者接線(xiàn)引出端接第二隔離變壓器T2副邊輸入端ρ和第 四雙向功率開(kāi)關(guān)管S4輸入端g ；第二隔離變壓器T2副邊輸出端q接第四耦合電容C4的 一端，第四耦合電容C4的另一端接第四雙向功率開(kāi)關(guān)管S4的輸出端h，兩者接線(xiàn)引出端 為隔離式Cuk三電平交流變換單元3的第二輸出端r ；
輸出濾波器4包括輸出濾波電容Co，該電容的兩端分別接隔離式Cuk三電平交 流變換單元3的第一輸出端U和第二輸出端r ；輸出濾波電容Co與輸出交流負(fù)載5相互 并聯(lián)，隔離式Cuk三電平交流變換單元3的第一輸出端U接地。上述輸出濾波器濾除隔 離式Cuk三電平交流變換器的輸出電壓中的高次諧波，從而在輸出交流負(fù)載側(cè)得到交流 電壓Uo。
上述第一雙向功率開(kāi)關(guān)管Si、第二雙向功率開(kāi)關(guān)管S2、第三雙向功率開(kāi)關(guān)管 S3、第四雙向功率開(kāi)關(guān)管S4都具有雙向阻斷功能，第一雙向功率開(kāi)關(guān)管Sl包括第一功率 開(kāi)關(guān)管Sla、第二功率開(kāi)關(guān)管Sib、第一二極管pi、第二二極管p2;第一功率開(kāi)關(guān)管Sla 的源極接第二功率開(kāi)關(guān)管Slb的漏極，第一功率開(kāi)關(guān)管Sla的源極還接第一二極管pi的 陽(yáng)極，第一功率開(kāi)關(guān)管Sla的漏極接第一二級(jí)管pi陰極，第二功率開(kāi)關(guān)管Slb的源極接 第二二極管p2的陽(yáng)極，第二功率開(kāi)關(guān)管Slb的漏極接第二二極管p2的陰極，功率開(kāi)關(guān)管 Sla的漏極為第一雙向功率開(kāi)關(guān)管Sl的輸入端a，功率開(kāi)關(guān)管Slb的源極為第一雙向功率 開(kāi)關(guān)管Sl的輸出端b;
第二雙向功率開(kāi)關(guān)管幻包括第三功率開(kāi)關(guān)管Ma、第四功率開(kāi)關(guān)管S2b、第三二 極管p3、第四二極管p4，第三功率開(kāi)關(guān)管Sh的源極接第四功率開(kāi)關(guān)管S2b的漏極， 第三功率開(kāi)關(guān)管Sh的源極還接第三二極管p3的陽(yáng)極，第三功率開(kāi)關(guān)管Sh的漏極接第 三二極管p3的陰極，第四功率開(kāi)關(guān)管S2b的源極接第四二極管p4陰極，第四功率開(kāi)關(guān)管S2b的漏極接第四二極管p4陽(yáng)極，第三功率開(kāi)關(guān)管Sh的漏極為第二雙向功率開(kāi)關(guān)管S2 的輸入端c，第四功率開(kāi)關(guān)管S2b的源極為第二雙向功率開(kāi)關(guān)管幻的輸出端d ；
第三雙向功率開(kāi)關(guān)管S3包括第五功率開(kāi)關(guān)管S3a、第六功率開(kāi)關(guān)管S3b、第五二 極管p5、第六二極管p6，第五功率開(kāi)關(guān)管S3a的源極接第六功率開(kāi)關(guān)管S3b的漏極， 第五功率開(kāi)關(guān)管S3a的源極還接第五二極管p5的陽(yáng)極，第五功率開(kāi)關(guān)管S3a的漏極接第 五二極管p5的陰極，第六功率開(kāi)關(guān)管S3b的源極接第六二極管p6陰極，第六功率開(kāi)關(guān)管 S3b的漏極接第六二極管p6陽(yáng)極，第五功率開(kāi)關(guān)管S3a的漏極為第三雙向功率開(kāi)關(guān)管S3 的輸入端e，第六功率開(kāi)關(guān)管S3b的源極為第三雙向功率開(kāi)關(guān)管幻的輸出端f ；
第四雙向功率開(kāi)關(guān)管S4包括第七功率開(kāi)關(guān)管S4a、第八功率開(kāi)關(guān)管S4b、第七二 極管p7、第八二極管p8，第七功率開(kāi)關(guān)管S4a的源極接第八功率開(kāi)關(guān)管S4b的漏極， 第七功率開(kāi)關(guān)管S4a的源極還接第七二極管p7的陽(yáng)極，第七功率開(kāi)關(guān)管S4a的漏極接第 七二極管p7的陰極，第八功率開(kāi)關(guān)管S4b的源極接第八二極管p8陰極，第八功率開(kāi)關(guān)管 S4b的漏極接第八二極管p8陽(yáng)極，第七功率開(kāi)關(guān)管S4a的漏極為第四雙向功率開(kāi)關(guān)管S4 的輸入端g，第八功率開(kāi)關(guān)管S4b的源極為第四雙向功率開(kāi)關(guān)管S4的輸出端h。
本發(fā)明基于Cuk變換器的高頻隔離式三電平交-交變換器中第一雙向功率開(kāi)關(guān) 管Sl和第二雙向功率開(kāi)關(guān)管S2串聯(lián)形成輸入交流電源給輸入儲(chǔ)能電感Ll充電支路，同 時(shí)也形成第一耦合電容Cl、第二耦合電容C2給第一隔離變壓器Tl、第二隔離變壓器T2 原邊放電支路，第三雙向功率開(kāi)關(guān)管S3和第四雙向功率開(kāi)關(guān)管S4串聯(lián)形成第一隔離變壓 器Tl、第二隔離變壓器T2副邊給第三耦合電容C3、第四耦合電容C4的充電支路，同時(shí) 也形成了輸出儲(chǔ)能電感L2給輸出交流負(fù)載續(xù)流支路，且上述支路都能實(shí)現(xiàn)交流正負(fù)半周 變換。第一功率開(kāi)關(guān)管Sla和第三功率開(kāi)關(guān)管Sh在輸入交流電源正半周期互錯(cuò)180° 交替開(kāi)通關(guān)斷，第二功率開(kāi)關(guān)管Slb和第四功率開(kāi)關(guān)管S2b在輸入交流電源負(fù)半周期互錯(cuò) 180°交替開(kāi)通關(guān)斷。
當(dāng)功率開(kāi)關(guān)管的占空比D小于0.5時(shí)，基于Cuk變換器的高頻隔離式三電平 交-交變換器在輸入電源正半周期內(nèi)一個(gè)開(kāi)關(guān)周期的工作過(guò)程如下
1)第一電平的產(chǎn)生，第一功率開(kāi)關(guān)管Sla閉合、第二功率開(kāi)關(guān)管Slb閉合，第 三功率開(kāi)關(guān)管Sh斷開(kāi)、第四功率開(kāi)關(guān)管Mb閉合，第五功率開(kāi)關(guān)管S3a斷開(kāi)、第六功率 開(kāi)關(guān)管S3b閉合，第七功率開(kāi)關(guān)管S4a閉合、第八功率開(kāi)關(guān)管S4b閉合，此時(shí)有回路輸 入交流電源Ui-輸入濾波電感Li-輸入儲(chǔ)能電感Ll-第一雙向功率開(kāi)關(guān)管Sl-第二隔離變 壓器T2原邊-第二耦合電容C2，第二隔離變壓器T2副邊感應(yīng)的能量通過(guò)第四雙向功率 開(kāi)關(guān)管S4對(duì)第四耦合電容C4形成充電回路；第一耦合電容Cl通過(guò)第一雙向功率開(kāi)關(guān)管 Sl與第一隔離變壓器Tl原邊形成放電回路，第一隔離變壓器Tl副邊感應(yīng)的能量通過(guò)回 路第一隔離變壓器Tl副邊-第三耦合電容C3-輸出儲(chǔ)能電感L2-輸出交流負(fù)載第 四雙向功率開(kāi)關(guān)管S4對(duì)輸出負(fù)載放電。
2)第二電平的產(chǎn)生，第一功率開(kāi)關(guān)管Sla斷開(kāi)、第二功率開(kāi)關(guān)管Slb閉合，第三 功率開(kāi)關(guān)管Sh斷開(kāi)、第四功率開(kāi)關(guān)管Mb閉合，第五功率開(kāi)關(guān)管S3a閉合、第六功率開(kāi) 關(guān)管S3b閉合，第七功率開(kāi)關(guān)管S^閉合、第八功率開(kāi)關(guān)管S4b閉合，此時(shí)有回路輸入 交流電源Ui-輸入濾波電感Li-輸入儲(chǔ)能電感Ll-第二耦合電容C2-第一隔離變壓器Tl 原邊-第二隔離變壓器T2原邊-第二耦合電容C2，輸入儲(chǔ)能電感Ll放電，第一隔離變壓器Tl、第二隔離變壓器T2副邊感應(yīng)的能量通過(guò)第三耦合電容C3-第三雙向功率開(kāi)關(guān)管 S3-第四雙向功率開(kāi)關(guān)管S4-第四耦合電容C4形成回路且對(duì)第三耦合電容C3和第四耦合 電容C4充電，同時(shí)輸出交流負(fù)載也通過(guò)回路輸出交流負(fù)載-輸出儲(chǔ)能電感L2-第三雙 向功率開(kāi)關(guān)管3-第四雙向功率開(kāi)關(guān)管S4續(xù)流；
3)第一電平的另一種開(kāi)關(guān)模態(tài)，第一功率開(kāi)關(guān)管Sla斷開(kāi)、第二功率開(kāi)關(guān)管Slb 閉合，第三功率開(kāi)關(guān)管Sh閉合、第四功率開(kāi)關(guān)管Mb閉合，第五功率開(kāi)關(guān)管S3a閉合、 第六功率開(kāi)關(guān)管S3b閉合，第七功率開(kāi)關(guān)管S4a斷開(kāi)、第八功率開(kāi)關(guān)管S4b閉合，此時(shí)有 回路輸入交流電源Ui-輸入濾波電感Li-輸入儲(chǔ)能電感Ll-第一耦合電容Cl-第一隔 離變壓器Tl原邊-第二雙向功率開(kāi)關(guān)管S2，第一隔離變壓器Tl副邊感應(yīng)的能量通過(guò)第 三雙向功率開(kāi)關(guān)管S3對(duì)第三耦合電容C3形成充電回路；第二耦合電容C2通過(guò)第二雙向 功率開(kāi)關(guān)管S2、第二隔離變壓器T2原邊形成放電回路，第二隔離變壓器T2副邊感應(yīng)的 能量通過(guò)回路第二隔離變壓器T2副邊-第四耦合電容C4-輸出交流負(fù)載Z^輸出儲(chǔ)能電 感L2-第三雙向功率開(kāi)關(guān)管S3對(duì)輸出交流負(fù)載放電；
4)第二電平的產(chǎn)生，此開(kāi)關(guān)模態(tài)與該周期內(nèi)的開(kāi)關(guān)模態(tài)O)完全相同。
在輸入交流電源負(fù)半周期內(nèi)一個(gè)開(kāi)關(guān)周期的工作過(guò)程與此類(lèi)似
a)第一電平的產(chǎn)生，第一功率開(kāi)關(guān)管Sla閉合、第二功率開(kāi)關(guān)管Slb閉合，第三 功率開(kāi)關(guān)管Sh閉合、第四功率開(kāi)關(guān)管S^斷開(kāi)，第五功率開(kāi)關(guān)管S3a閉合、第六功率開(kāi) 關(guān)管S3b斷開(kāi)，第七功率開(kāi)關(guān)管S4a閉合、第八功率開(kāi)關(guān)管S4b閉合；
b)第二電平的產(chǎn)生，第一功率開(kāi)關(guān)管Sla閉合、第二功率開(kāi)關(guān)管Slb斷開(kāi)，第 三功率開(kāi)關(guān)管Sh閉合、第四功率開(kāi)關(guān)管S2b斷開(kāi)，第五功率開(kāi)關(guān)管S3a閉合、第六S3b 閉合，第七功率開(kāi)關(guān)管S4a閉合、第八功率開(kāi)關(guān)管S4b閉合；
c)第一電平的另一種開(kāi)關(guān)模態(tài)，第一功率開(kāi)關(guān)管Sla閉合、第二功率開(kāi)關(guān)管Slb 斷開(kāi)，第三功率開(kāi)關(guān)管Sh閉合、第四功率開(kāi)關(guān)管Mb閉合，第五功率開(kāi)關(guān)管S3a閉合、 第六功率開(kāi)關(guān)管S3b閉合，第七功率開(kāi)關(guān)管S4a閉合、第八功率開(kāi)關(guān)管S4b斷開(kāi)；
d)第二電平的產(chǎn)生，此開(kāi)關(guān)模態(tài)與該周期內(nèi)的開(kāi)關(guān)模態(tài)b)完全相同。
此變換電路兩個(gè)電平交替輸出，它們之間通過(guò)改變輸出時(shí)間的寬度，從而達(dá)到 調(diào)節(jié)輸出電壓的目的，輸出的兩個(gè)電平經(jīng)輸出濾波器濾波后得到穩(wěn)定或可調(diào)的同頻正弦 交流電壓Uo。
權(quán)利要求
1.一種基于Cuk變換器的高頻隔離式三電平交-交變換器，其特征在于，包括輸入交 流電源[1]、輸入濾波器[2]、隔離式Cuk三電平交流變換單元[3]、輸出濾波器[4]、輸出 交流負(fù)載[5];所述輸入濾波器[2]包括輸入濾波電感[Li]、輸入濾波電容[Ci]，輸入濾波 電感[Li]與輸入濾波電容[Ci]相連接，二者接頭處引出線(xiàn)為輸入濾波器[2]的第一輸出端 [χ],輸入濾波電感[Li]的另一端接輸入交流電源[1]的參考正極，輸入濾波電容[Ci]的另 一端接輸入交流電源[1]的參考負(fù)極，輸入交流電源[1]的參考負(fù)極接地，輸入濾波電容 [Ci]與輸入交流電源[1]參考負(fù)極相連的端口為輸入濾波器[2]的第二輸出端[y]；隔離式Cuk三電平交流變換單元[3]包括輸入儲(chǔ)能電感[Li]、第一雙向功率開(kāi)關(guān)管 [Si]、第二雙向功率開(kāi)關(guān)管[S2]、第三雙向功率開(kāi)關(guān)管[S3]、第四雙向功率開(kāi)關(guān)管[S4]、 第一耦合電容[Cl]、第二耦合電容[C2]、第三耦合電容[C3]、第四耦合電容[C4]、第一 隔離變壓器[Tl]、第二隔離變壓器[T2]；輸入儲(chǔ)能電感[Li]的一端接輸入濾波器[2]的 第一輸出端[x|，輸入儲(chǔ)能電感[Li]的另一端接第一雙向功率開(kāi)關(guān)管[Si]的輸入端[a]和 第一耦合電容[Cl]的一端，第一耦合電容[Cl]的另一端接第一隔離變壓器[Tl]的原邊輸 入端[i]，第一隔離變壓器[Tl]的原邊輸出端[j]接第一雙向功率開(kāi)關(guān)管[Si]輸出端[b]， 且兩者接線(xiàn)引出端接第二雙向功率開(kāi)關(guān)管[S2]的輸入端[c]和第二隔離變壓器[T2]原邊輸 入端[m]，第二隔離變壓器[T2]原邊輸出端[η]接第二耦合電容[C2]的一端，第二耦合電 容[C2]的另一端接第二雙向功率開(kāi)關(guān)管[S2]的輸出端[d]，且兩者接頭引出線(xiàn)接輸入濾波 器[2]的第二輸出端[y]；第一隔離變壓器[Tl]的副邊輸入端[k]接第三耦合電容[C3]的 一端，第三耦合電容[C3]的另一端接第三雙向功率開(kāi)關(guān)管[S3]的輸入端[e]，且兩者接線(xiàn) 引出端接輸出儲(chǔ)能電感[L2] —端，輸出儲(chǔ)能電感[L2]的另一端為隔離式Cuk三電平交流 變換單元[3]的第一輸出端[u]；第三雙向功率開(kāi)關(guān)管[S3]的輸出端[f]接第一隔離變壓器 [Tl]的副邊輸出端[s]，且兩者接線(xiàn)引出端接第二隔離變壓器[T2]副邊輸入端[P]和第四雙 向功率開(kāi)關(guān)管[S4]輸入端[g]；第二隔離變壓器[T2]副邊輸出端[q]接第四耦合電容[C4] 的一端，第四耦合電容[C4]的另一端接第四雙向功率開(kāi)關(guān)管[S4]的輸出端[h]，兩者接線(xiàn) 引出端為隔離式Cuk三電平交流變換單元[3]的第二輸出端M ；輸出濾波器[4]包括輸出濾波電容[Co]，該電容的兩端分別接隔離式Cuk三電平交流 變換單元[3]的第一輸出端[u]和第二輸出端[r]；輸出濾波電容[Co]與輸出交流負(fù)載[5] 相互并聯(lián)，隔離式Cuk三電平交流變換單元[3]的第一輸出端[u]接地。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于Cuk變換器的高頻隔離式三電平交-交變換器，其特征 在于，第一雙向功率開(kāi)關(guān)管[Si]、第二雙向功率開(kāi)關(guān)管[S2]、第三雙向功率開(kāi)關(guān)管[S3]、 第四雙向功率開(kāi)關(guān)管[S4]都具有雙向阻斷功能，第一雙向功率開(kāi)關(guān)管[Si]包括第一功率 開(kāi)關(guān)管[Sla]、第二功率開(kāi)關(guān)管[Sib]、第一二極管[pi]、第二二極管[p2];第一功率開(kāi)關(guān) 管[Sla]的源極接第二功率開(kāi)關(guān)管[Sib]的漏極，第一功率開(kāi)關(guān)管[Sla]的源極還接第一二 極管[pi]的陽(yáng)極，第一功率開(kāi)關(guān)管[Sla]的漏極接第一二級(jí)管[pi]陰極，第二功率開(kāi)關(guān)管 [Sib]的源極接第二二極管[p2]的陽(yáng)極，第二功率開(kāi)關(guān)管[Sib]的漏極接第二二極管[p2] 的陰極，功率開(kāi)關(guān)管[Sla]的漏極為第一雙向功率開(kāi)關(guān)管[Si]的輸入端[a]，功率開(kāi)關(guān)管 [Sib]的源極為第一雙向功率開(kāi)關(guān)管[Si]的輸出端[b]；第二雙向功率開(kāi)關(guān)管[S2]包括第三功率開(kāi)關(guān)管[S2a]、第四功率開(kāi)關(guān)管[S2b]、第三二 極管[p3]、第四二極管[p4]，第三功率開(kāi)關(guān)管[S2a]的源極接第四功率開(kāi)關(guān)管[S2b]的漏極，第三功率開(kāi)關(guān)管[S2a]的源極還接第三二極管[p3]的陽(yáng)極，第三功率開(kāi)關(guān)管[S2a]的 漏極接第三二極管[p3]的陰極，第四功率開(kāi)關(guān)管[S2b]的源極接第四二極管[p4]陰極，第 四功率開(kāi)關(guān)管[S2b]的漏極接第四二極管[p4]陽(yáng)極，第三功率開(kāi)關(guān)管[S2a]的漏極為第二 雙向功率開(kāi)關(guān)管[S2]的輸入端[c]，第四功率開(kāi)關(guān)管[S2b]的源極為第二雙向功率開(kāi)關(guān)管[52]的輸出端[d]；第三雙向功率開(kāi)關(guān)管[S3]包括第五功率開(kāi)關(guān)管[S3a]、第六功率開(kāi)關(guān)管[S3b]、第五二 極管[p5]、第六二極管[p6]，第五功率開(kāi)關(guān)管[S3a]的源極接第六功率開(kāi)關(guān)管[S3b]的漏 極，第五功率開(kāi)關(guān)管[S3a]的源極還接第五二極管[p5]的陽(yáng)極，第五功率開(kāi)關(guān)管[S3a]的 漏極接第五二極管[p5]的陰極，第六功率開(kāi)關(guān)管[S3b]的源極接第六二極管[p6]陰極，第 六功率開(kāi)關(guān)管[S3b]的漏極接第六二極管[p6]陽(yáng)極，第五功率開(kāi)關(guān)管[S3a]的漏極為第三 雙向功率開(kāi)關(guān)管[S3]的輸入端[e]，第六功率開(kāi)關(guān)管[S3b]的源極為第三雙向功率開(kāi)關(guān)管[53]的輸出端[f]；第四雙向功率開(kāi)關(guān)管[S4]包括第七功率開(kāi)關(guān)管[S4a]、第八功率開(kāi)關(guān)管[S4b]、第七二 極管[p7]、第八二極管[p8]，第七功率開(kāi)關(guān)管[S4a]的源極接第八功率開(kāi)關(guān)管[S4b]的漏 極，第七功率開(kāi)關(guān)管[S4a]的源極還接第七二極管[p7]的陽(yáng)極，第七功率開(kāi)關(guān)管[S4a]的 漏極接第七二極管[p7]的陰極，第八功率開(kāi)關(guān)管[S4b]的源極接第八二極管[p8]陰極，第 八功率開(kāi)關(guān)管[S4b]的漏極接第八二極管[p8]陽(yáng)極，第七功率開(kāi)關(guān)管[S4a]的漏極為第四 雙向功率開(kāi)關(guān)管[S4]的輸入端[g]，第八功率開(kāi)關(guān)管[S4b]的源極為第四雙向功率開(kāi)關(guān)管[54]的輸出端[h]。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種基于Cuk變換器的高頻隔離式三電平交一交變換器。該變換器將非隔離型Cuk三電平拓?fù)渲械膬蓚€(gè)耦合電容分別一拆為二，并在中間分別插兩個(gè)串聯(lián)的隔離變壓器，兩變壓器原副邊的中間連接點(diǎn)分別與左側(cè)兩雙向功率開(kāi)關(guān)管的中點(diǎn)和右側(cè)兩雙向功率開(kāi)關(guān)管的中點(diǎn)相連接，電源端和輸出端分別加上輸入、輸出濾波器就構(gòu)成了可將不穩(wěn)定的高壓交流電變換成穩(wěn)定或可調(diào)的同頻正弦交流電的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。本發(fā)明功率變換級(jí)數(shù)少，功率開(kāi)關(guān)器件少，能實(shí)現(xiàn)雙向功率流，具有電氣隔離特性，輸出濾波器前端電壓頻譜特性好，提高變換效率和功率密度，調(diào)壓范圍寬，可實(shí)現(xiàn)升降壓調(diào)節(jié)，并可以減小輸出濾波器的體積和重量。
文檔編號(hào)H02M5/22GK102025281SQ20091003505
公開(kāi)日2011年4月20日 申請(qǐng)日期2009年9月15日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月15日
發(fā)明者朱玲, 李磊, 胡偉, 趙勤 申請(qǐng)人:南京理工大學(xué)