專利名稱：雙Sepic升降壓輸出并聯(lián)組合型逆變器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種電能變換裝置中的逆變器，尤其是在可升壓也可降壓的單相或多相 逆變應(yīng)用當(dāng)中。
背景技術(shù)：
隨著傳統(tǒng)能源的日益耗竭和生態(tài)環(huán)境的破壞，尋求環(huán)保可再生能源和新能源變得 日益重要。太陽(yáng)能，風(fēng)能，生物能發(fā)電技術(shù)是應(yīng)對(duì)能源危機(jī)，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的核心技術(shù)。逆 變器是此類發(fā)電技術(shù)中的不可或缺部分。與傳統(tǒng)火力和水力發(fā)電技術(shù)相比，可再生能源發(fā) 電裝置的裝機(jī)容量較小，輸出功率隨自然條件的波動(dòng)而波動(dòng)，呈現(xiàn)出隨機(jī)性，具體表現(xiàn)就是 其所提供的直流電壓或電流的變化范圍較大。傳統(tǒng)的逆變器都是buck型，輸出的交流電壓 峰值或峰-峰值總低于輸入的直流電壓，在應(yīng)用到可再生能源和新能源發(fā)電領(lǐng)域中需要對(duì) 輸出側(cè)交流進(jìn)行升壓或者對(duì)輸入直流進(jìn)行升壓，顯然升壓方案會(huì)影響整體的變換效率。傳統(tǒng)的輸入側(cè)直流升壓方案是在逆變器前加一級(jí)DC/DC升壓變換器，提高逆變器 的直流輸入電壓。另一種方案是在逆變器后加工頻升壓變壓器，提高輸出側(cè)交流電壓，顯然 變壓器的加入會(huì)增加系統(tǒng)成本的同時(shí)影響整體的變換效率。變壓器或直流變換器的加入勢(shì) 必會(huì)對(duì)整體的變換效率產(chǎn)生影響，因此，在輸入電壓大范圍波動(dòng)條件下仍能實(shí)現(xiàn)正常逆變 輸出的非隔離單級(jí)型方案更適合應(yīng)用于可再生能源和新能源發(fā)電應(yīng)用領(lǐng)域中。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是用雙Si5Pic電路構(gòu)建出一種可實(shí)現(xiàn)升降壓變換的逆變器裝置。技術(shù)方案為了達(dá)到上述的發(fā)明目的，本發(fā)明的雙S印ic升降壓輸出并聯(lián)組合型 逆變器包括電容分壓電路、第一 S印ic電路和第二 S印ic電路；電容分壓電路由兩個(gè)相串聯(lián) 的第一電容和第二電容構(gòu)成，第一電容和第二電容的串聯(lián)連接點(diǎn)接零電位點(diǎn)N，第一電容另 一端接外接電源2Ud的正極，第二電容另一端接外接電源2Ud的負(fù)極；第一 S印ic電路中， 第一功率二極管的陽(yáng)極接電源2Ud的正極，陰極接第一功率開(kāi)關(guān)管的陽(yáng)極和第三電容的一 端，第一功率開(kāi)關(guān)管的陰極接第一電感的一端，第一電感的另一端接零電位點(diǎn)N，第三電容 的另一端接第二電感的一端和第三功率開(kāi)關(guān)管的陽(yáng)極，第二電感的另一端接第一功率開(kāi)關(guān) 管的陰極，第三功率二極管的陽(yáng)極接第三功率開(kāi)關(guān)管的陰極，第三功率二極管的陰極接負(fù) 載；第二 Si5Pic電路中，第二功率二極管的陰極接電源2Ud的負(fù)極，第二功率二極管的陽(yáng)極 接第二功率開(kāi)關(guān)管的陰極和第四電容的一端，第二功率開(kāi)關(guān)管的陽(yáng)極接第一功率開(kāi)關(guān)管的 陰極，第四電容的另一端接第三電感的一端和第四功率開(kāi)關(guān)管的陰極，第三電感的另一端 接第一功率開(kāi)關(guān)管的陰極，第四功率二極管的陰極接第四功率開(kāi)關(guān)管的陽(yáng)極，第四功率二 極管的陽(yáng)極接負(fù)載，同第三功率二極管的陰極接于負(fù)載的同一端，負(fù)載的另一端接第一功 率開(kāi)關(guān)管的陰極。此種逆變器中的電感可以耦合到同一副磁芯上，通過(guò)耦合的方法使單個(gè)電感的值 和體積都可以減小，減少整體使用磁芯的數(shù)量。
本發(fā)明所提出的雙Si5Pic升降壓輸出并聯(lián)組合型逆變器包括兩個(gè)Si5Pic電路，輸 入使用電容分壓電路，輸出接濾波電容和負(fù)載。此電路的第一功率開(kāi)關(guān)管和第二功率開(kāi)關(guān) 管采用非互補(bǔ)工作方式，不同時(shí)導(dǎo)通，各工作在半個(gè)工頻周期，一個(gè)開(kāi)關(guān)管做高頻調(diào)制工作 時(shí)另一個(gè)開(kāi)關(guān)管保持關(guān)斷，因此不需要設(shè)置死區(qū)，避免了橋臂直通問(wèn)題，而只需要在工頻過(guò) 零處設(shè)置適當(dāng)?shù)腻e(cuò)位導(dǎo)通。相對(duì)于普通Si5Pic電路，本發(fā)明增加兩只在正弦波的半個(gè)周期 保持開(kāi)通或關(guān)斷的單向開(kāi)關(guān)，用于選擇由哪個(gè)Si5Pic電路向負(fù)載供電。本發(fā)明采用單周期 控制的方法，逆變器工作時(shí)不需要設(shè)置偏置電流，電感電流連續(xù)，減小了 EMI。單周期控制還 具有響應(yīng)迅速，有效抑制電源波動(dòng)，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。電感L1、L2和L3的值可以較大，流經(jīng) 電感的電流紋波較小，電路可以輸出較大的功率。由于輸出側(cè)是并聯(lián)型結(jié)構(gòu)，可以更為容易 的構(gòu)建三相系統(tǒng)。有益效果本發(fā)明是利用兩個(gè)Si5Pic變換器組成的一種既可以升壓又可以降壓的 單級(jí)逆變器，具有如下優(yōu)點(diǎn)在輸入直流側(cè)電壓高于或低于輸出交流電壓峰_峰值時(shí)，此種逆變器仍能正常工 作，具有較寬的輸入電壓范圍；采用單周期控制的方法，對(duì)輸入側(cè)電壓的波動(dòng)具有較強(qiáng)的抑 制能力。Sepic變換器本身在DC/DC變換領(lǐng)域中的應(yīng)用比較成熟，在DC/DC變換中的電路參 數(shù)選取原則可以移植到本逆變器中，電路參數(shù)選取較為簡(jiǎn)單，便于設(shè)計(jì)。在高頻工作的功率開(kāi)關(guān)管無(wú)橋臂直通問(wèn)題，因此不需要設(shè)置此兩個(gè)開(kāi)關(guān)管的死區(qū) 時(shí)間，避免了由于加入死區(qū)而帶來(lái)的波形畸變，易于實(shí)現(xiàn)電路的高頻化。電感電流連續(xù)，因此輸出端只需一個(gè)小容量的濾波電容就可以實(shí)現(xiàn)較好的正弦波 形輸出。


圖1是本發(fā)明的雙Si5Pic升降壓輸出并聯(lián)組合型逆變器的電路結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明的三相雙Si5Pic升降壓輸出并聯(lián)組合型逆變器構(gòu)建示意圖；圖3-6是本發(fā)明的雙Si5Pic升降壓輸出并聯(lián)組合型逆變器各開(kāi)關(guān)模態(tài)示意圖；圖7是本發(fā)明的雙Sepic升降壓輸出并聯(lián)組合型逆變器的功率開(kāi)關(guān)管的驅(qū)動(dòng)波形 示意圖；圖8是本發(fā)明的雙S印ic升降壓輸出并聯(lián)組合型逆變器的各電感電流和輸出電壓 波形圖；圖9是本發(fā)明的雙Si5Pic升降壓輸出并聯(lián)組合型逆變器采用的控制圖；圖10是本發(fā)明的雙S印ic升降壓輸出并聯(lián)組合型逆變器采用的給定波形及第三 和第四功率開(kāi)關(guān)管的驅(qū)動(dòng)波形。上述附圖中的主要符號(hào)名稱1.電容分壓電路；2.第一S印ic電路；3.第二S印ic 電路；Cl C2——輸入側(cè)分壓大電容。Cf——輸出濾波電容。C3 C4——Sepic變換器電 容。Dl D4——功率二極管。Ll L3——線性電感。Sl S4——功率開(kāi)關(guān)管。2Ud—— 逆變器輸入電壓即直流側(cè)母線電壓。iLl——電感Ll的電流。iL2——電感L2的電流。 iL3——電感L3的電流。R——負(fù)載阻抗。Vrefl——第一 S印ic變換器單周控制的給定。 Vref2——第二 S印ic變換器單周控制的給定。Rint——積分電路電阻。Cint——積分電路電容。
具體實(shí)施例方式如附圖1所示，本實(shí)施方案的雙S印ic升降壓輸出并聯(lián)組合型逆變器，包括電容分 壓電路1、第一 Si5Pic電路2和第二 Si5Pic電路3 ；電容分壓電路由兩個(gè)相串聯(lián)的第一電容 Cl和第二電容C2構(gòu)成，第一電容和第二電容的串聯(lián)連接點(diǎn)接零電位點(diǎn)N，第一電容另一端 接外接電源2Ud的正極，第二電容另一端接外接電源2Ud的負(fù)極；第一 S印ic電路中，第一 功率二極管Dl的陽(yáng)極接電源2Ud的正極，陰極接第一功率開(kāi)關(guān)管Sl的陽(yáng)極和第三電容C3 的一端，第一功率開(kāi)關(guān)管的陰極接第一電感Ll的一端，第一電感的另一端接零電位點(diǎn)N，第 三電容的另一端接第二電感L2的一端和第三功率開(kāi)關(guān)管S3的陽(yáng)極，第二電感的另一端接 第一功率開(kāi)關(guān)管的陰極，第三功率二極管D3的陽(yáng)極接第三功率開(kāi)關(guān)管的陰極，第三功率二 極管的陰極接負(fù)載；第二 S印ic電路中，第二功率二極管D2的陰極接電源2Ud的負(fù)極，第二 功率二極管的陽(yáng)極接第二功率開(kāi)關(guān)管S2的陰極和第四電容C4的一端，第二功率開(kāi)關(guān)管的 陽(yáng)極接第一功率開(kāi)關(guān)管的陰極，第四電容的另一端接第三電感L3的一端和第四功率開(kāi)關(guān) 管S4的陰極，第三電感的另一端接第一功率開(kāi)關(guān)管的陰極，第四功率二極管D4的陰極接第 四功率開(kāi)關(guān)管的陽(yáng)極，第四功率二極管的陽(yáng)極接負(fù)載，同第三功率二極管的陰極接于負(fù)載 的同一端，負(fù)載的另一端接第一功率開(kāi)關(guān)管的陰極。雙Si5Pic升降壓型輸出并聯(lián)組合型逆變器在輸出電流大于零的正半周，第一 Sepic電路2工作，第二 Si5Pic電路3不工作，功率開(kāi)關(guān)管S4關(guān)斷，功率開(kāi)關(guān)管S3閉合。此 時(shí)電路包括兩個(gè)工作狀態(tài)工作狀態(tài)I如附圖3所示，功率開(kāi)關(guān)管Sl和S3閉合，S2和S4關(guān)斷，Cl，Dl, Si，Ll構(gòu)成閉合 回路，電源通過(guò)Dl和Sl給Ll充電，Ll的電流iLl反向線性上升，電容C3與L2構(gòu)成閉合 回路，L2的電流iL2上升。負(fù)載R由電容Cf續(xù)流。工作狀態(tài)II如附圖4所示，功率開(kāi)關(guān)管Si、S2、S4關(guān)斷，S3閉合，Cl，Dl, C3，S3，D3，負(fù)載，Ll 構(gòu)成閉合回路，iLl給電容C3充電，L2，S3，D3負(fù)載構(gòu)成閉合回路，L2通過(guò)負(fù)載放電。在輸出電流小于零的負(fù)半周，第二 Sijpic電路3工作，第一 Sijpic電路2不工作， 功率開(kāi)關(guān)管S3保持關(guān)斷，S4全開(kāi)通。此時(shí)電路也包括兩個(gè)工作狀態(tài)工作狀態(tài)III如附圖5所示，功率開(kāi)關(guān)管S2和S4開(kāi)通，Sl和S3關(guān)斷，C2，Li，S2，D2構(gòu)成閉合 回路，電流流過(guò)Ll返回電源負(fù)極，iLl正向線性上升，C4通過(guò)L3和S2組成閉合環(huán)路，L3的 電流iL3正向上升。續(xù)流二極管D4截止。工作狀態(tài)IV如附圖6所示，功率開(kāi)關(guān)管Si、S2、S3關(guān)斷，S4開(kāi)通，C2，Li，負(fù)載，D4，S4，C4，D2 組成閉合回路，Ll通過(guò)負(fù)載給C4充電，L3，S4, D4同負(fù)載構(gòu)成閉合回路，通過(guò)負(fù)載放電。以上四個(gè)工作模態(tài)可用表1來(lái)表示，電路關(guān)鍵波形如附圖8所示，在輸出電流過(guò)零 處即兩個(gè)Sijpic電路2、3工作切換的位置，兩個(gè)Sijpic電路2、3交替工作，以維持輸出電壓 波形。
表1雙Si5Pic輸出并聯(lián)組合型逆變器的功率管開(kāi)關(guān)組合狀態(tài)
權(quán)利要求
一種雙Sepic升降壓輸出并聯(lián)組合型逆變器，其特征在于，包括電容分壓電路(1)、第一Sepic電路(2)和第二Sepic電路(3)；電容分壓電路(1)由兩個(gè)相串聯(lián)的第一電容(C1)和第二電容(C2)構(gòu)成，第一電容(C1)和第二電容(C2)的串聯(lián)連接點(diǎn)接零電位點(diǎn)N，第一電容(C1)另一端接外接電源2Ud的正極，第二電容(C2)另一端接外接電源2Ud的負(fù)極；第一Sepic電路(2)中，第一功率二極管(D1)的陽(yáng)極接電源2Ud的正極，陰極接第一功率開(kāi)關(guān)管(S1)的陽(yáng)極和第三電容(C3)的一端，第一功率開(kāi)關(guān)管(S1)的陰極接第一電感(L1)的一端，第一電感(L1)的另一端接零電位點(diǎn)N，第三電容(C3)的另一端接第二電感(L2)的一端和第三功率開(kāi)關(guān)管(S3)的陽(yáng)極，第二電感(L2)的另一端接第一功率開(kāi)關(guān)管(S1)的陰極，第三功率二極管(D3)的陽(yáng)極接第三功率開(kāi)關(guān)管(S3)的陰極，第三功率二極管(D3)的陰極接負(fù)載；第二Sepic電路(3)中，第二功率二極管(D2)的陰極接電源2Ud的負(fù)極，第二功率二極管(D2)的陽(yáng)極接第二功率開(kāi)關(guān)管(S2)的陰極和第四電容(C4)的一端，第二功率開(kāi)關(guān)管(S2)的陽(yáng)極接第一功率開(kāi)關(guān)管(S1)的陰極，第四電容(C4)的另一端接第三電感(L3)的一端和第四功率開(kāi)關(guān)管(S4)的陰極，第三電感(L3)的另一端接第一功率開(kāi)關(guān)管(S1)的陰極，第四功率二極管(D4)的陰極接第四功率開(kāi)關(guān)管(S4)的陽(yáng)極，第四功率二極管(D4)的陽(yáng)極接負(fù)載，同第三功率二極管(D3)的陰極接于負(fù)載的同一端，負(fù)載的另一端接第一功率開(kāi)關(guān)管(S1)的陰極。
2.如權(quán)利要求1所述的雙S印ic升降壓輸出并聯(lián)組合型逆變器，其特征在于，第一電感 (Li)，第二電感(L2)和第三電感(L3)耦合在同一副磁芯上。
3.如權(quán)利要求1所述的雙S印ic升降壓輸出并聯(lián)組合型逆變器，其特征在于，可以用三 個(gè)雙Si5Pic升降壓輸出并聯(lián)組合型逆變器構(gòu)建三相系統(tǒng)，而輸入使用同一個(gè)電源和電容分 壓電路。
4.如權(quán)利要求1所述的雙S印ic升降壓輸出并聯(lián)組合型逆變器，其特征在于，外接電源 2Ud是可大范圍變化的電源，它可低于或高于輸出交流電壓峰_峰值。
5.如權(quán)利要求1所述的雙Si5Pic升降壓輸出并聯(lián)組合型逆變器，其特征在于第一、第 二、第三、第四功率開(kāi)關(guān)管可以是帶體內(nèi)反并聯(lián)二極管的功率開(kāi)關(guān)管，也可以是外接反并聯(lián) 二極管的功率開(kāi)關(guān)管。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種雙Sepic升降壓輸出并聯(lián)組合型逆變器，采用兩個(gè)既可升壓又可降壓的Sepic DC/DC電路在輸出側(cè)并聯(lián)組合組成，能夠?qū)崿F(xiàn)升降壓?jiǎn)蜗嗄孀儾⒖赏茝V到三相系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)三相逆變輸出。該逆變器的基本功能是可實(shí)現(xiàn)升降壓逆變，在輸入側(cè)直流電壓較低或變化范圍較大時(shí)，雙Sepic升降壓輸出并聯(lián)組合型逆變器仍能正常實(shí)現(xiàn)逆變功能；兩個(gè)高頻開(kāi)關(guān)管采用非互補(bǔ)工作方式，不同時(shí)工作，避免了橋臂直通問(wèn)題；電路參數(shù)設(shè)計(jì)原則可根據(jù)成熟的直流Sepic變換器設(shè)計(jì)原則進(jìn)行設(shè)計(jì)；電感電流工作在連續(xù)狀態(tài)下，減少了EMI的影響。該發(fā)明的主要應(yīng)用為直流電壓較低、變化較快或波動(dòng)范圍較大的可再生能源或新能源發(fā)電領(lǐng)域，如光伏發(fā)電、小型風(fēng)電機(jī)組、燃料電池發(fā)電等。
文檔編號(hào)H02M7/537GK101958660SQ20101050473
公開(kāi)日2011年1月26日 申請(qǐng)日期2010年10月4日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月4日
發(fā)明者仇雷, 王欣, 王立喬, 鄔偉揚(yáng) 申請(qǐng)人:燕山大學(xué)