專(zhuān)利名稱(chēng)：雙正激逆變器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種可以實(shí)現(xiàn)升壓逆變、高頻電氣隔離和具有較大輸出功率的雙正激逆變器，屬電能變換裝置中的逆變器。
背景技術(shù)：
隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，逆變器得到了廣泛的研究和應(yīng)用，而拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單化一直是電力電子學(xué)追求的目標(biāo)。相對(duì)于傳統(tǒng)的前級(jí)DC/DC直直變換器和后級(jí)DC/AC逆變器的兩級(jí)式結(jié)構(gòu)逆變器，單級(jí)逆變器具有系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、開(kāi)銷(xiāo)小、整機(jī)體積重量小、整體的功率變換效率高等優(yōu)點(diǎn)，是一種很具有研究?jī)r(jià)值和發(fā)展前景的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。另一方面，相對(duì)于傳統(tǒng)的前級(jí)DC/DC直直變換器和后級(jí)DC/AC逆變器的兩級(jí)式結(jié)構(gòu)逆變器，單級(jí)逆變器存在輸出功率較小的問(wèn)題。因而希望得到一種能輸出較大功率的單級(jí)逆變器。另一方面，希望該單級(jí)逆變器是高頻電氣隔離的，以滿足實(shí)際要求，并滿足體積重量要求。

發(fā)明內(nèi)容
1、發(fā)明目的:本發(fā)明的目的是提供一種可以實(shí)現(xiàn)升壓逆變、實(shí)現(xiàn)高頻電氣隔離且具有較大輸出功率的單級(jí)逆變器。2、技術(shù)方案:為了解決上述的技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的可實(shí)現(xiàn)升壓逆變、高頻電氣隔離和具有較大輸出功率的雙正激 逆變器，包括第一正激逆變電路1、第二正激逆變電路2、磁復(fù)位電路3 ;第一正激逆變電路I包括第一功率三極開(kāi)關(guān)管S1、第一變壓器T1、第一整流二極管D3、第一續(xù)流二極管D4、第三功率三極開(kāi)關(guān)管S3和輸出濾波電感L5 ;第二正激逆變電路2包括第二功率三極開(kāi)關(guān)管S2、第二變壓器T2、第二整流二極管D5、第二續(xù)流二極管D6、第四功率三極開(kāi)關(guān)管S4和輸出濾波電感L6 ;磁復(fù)位電路3包括第一磁復(fù)位二極管D1和第二磁復(fù)位二極管D2 ;第一正激電路I和第二正激電路2在輸出側(cè)并聯(lián)，共用負(fù)載R。本發(fā)明雙正激逆變器的其特征在于，第一功率三極開(kāi)關(guān)管S1的漏極與第一外接電源U1的正極連接；第一功率三極開(kāi)關(guān)管S1的源極和第一磁復(fù)位二極管D1的陰極，連接到第一變壓器T1原邊電感1^的同名端；第一磁復(fù)位二極管D1的陽(yáng)極，連接到第二外接電源U2的負(fù)極；第一變壓器T1原邊電感L1的非同名端，連接到第一外接電源U1負(fù)極和第二外接電源U2正極的連接點(diǎn)；第一變壓器T1副邊電感L2的同名端連接到第一整流二極管D3的陽(yáng)極；第一變壓器T1副邊電感L2的非同名端連接到第一續(xù)流二極管D4的陽(yáng)極；第一整流二極管D3的陰極和第一續(xù)流二極管D4的陰極，連接到第一輸出濾波電感L5的一端；第三功率三極開(kāi)關(guān)管S3的漏極連接到第一輸出濾波電感L5的另一端；第三功率三極開(kāi)關(guān)管S3的源極連接到負(fù)載R的一端；負(fù)載R的另一端連接到第一續(xù)流二極管D4的陽(yáng)極；第二功率三極開(kāi)關(guān)管S2的源極連接到第二外接電源U2的負(fù)極；第二功率三極開(kāi)關(guān)管S2的漏極和第二磁復(fù)位二極管D2的陽(yáng)極，連接到第二變壓器T2原邊電感L3的非同名端；第二磁復(fù)位二極管D2的陰極連接到第一外接電源U1的正極；第二變壓器T2原邊電感L3的同名端連接到第一外接電源U1負(fù)極和第二外接電源U2正極的連接點(diǎn)；第二變壓器T2副邊電感L4的同名端和第二續(xù)流二極管D6的陰極，連接到第一續(xù)流二極管D4的陽(yáng)極；第二變壓器T2副邊電感L4的非同名端連接到第二整流二極管D5的陰極；第二整流二極管D5的陽(yáng)極和第二續(xù)流二極管D6的陽(yáng)極，連接到第二輸出濾波電感L6的一端；第四功率三極開(kāi)關(guān)管S4的源極連接到第二輸出濾波電感L6的另一端；第四功率三極開(kāi)關(guān)管S4的漏極連接到第三功率三極開(kāi)關(guān)管S3的源極。3、有益效果:本發(fā)明是可實(shí)現(xiàn)升壓變換、高頻電氣隔離和具有較大輸出功率的雙正激逆變器，具有如下優(yōu)點(diǎn):(I)單級(jí)結(jié)構(gòu)即實(shí)現(xiàn)了升壓逆變輸出，整機(jī)大小、體積重量和成本可大為降低；(2)實(shí)現(xiàn)了高頻電氣隔離；(3)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)穩(wěn)定、可靠，且具有較大的輸出功率；(4)整個(gè)電路使用有源功率器件較少，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，開(kāi)銷(xiāo)小；(5)控制方案簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)。
四

圖1是本發(fā)明的可實(shí)現(xiàn)升壓變換、高頻電氣隔離和具有較大輸出功率的雙正激逆變器電路結(jié)構(gòu)示意圖，標(biāo)號(hào)名稱(chēng):1.第一正激電路；2.第二正激電路；3.磁復(fù)位電路；圖2是本發(fā)明的可實(shí)現(xiàn)升壓變換、高頻電氣隔離和具有較大輸出功率的雙正激逆變器電路各開(kāi)關(guān)|旲態(tài)不意圖；圖3是本發(fā)明的可實(shí)現(xiàn)升壓變換、高頻電氣隔離和具有較大輸出功率的雙正激逆變器電路采用的控制框圖。

圖中的主要符號(hào)名稱(chēng)=S1 S4—第一 第四功率三極開(kāi)關(guān)管；D1、D2—第一、第二磁復(fù)位二極管；D3、D5——第一、第二整流二極管；D4、D6——第一、第二續(xù)流二極管；l5、
L6-第一、第二輸出濾波電感；1\、T2-第一、第二變壓器辦、U2-第一、第二外接電
源；u。一逆變器輸出電壓；U()f—輸出電壓反饋^—電壓環(huán)基準(zhǔn)；i。一逆變器輸出電流—輸出電流反饋山一電壓環(huán)輸出即電流環(huán)基準(zhǔn)；Vi V4—功率三極開(kāi)關(guān)管S1 S4的驅(qū)動(dòng)。
五具體實(shí)施例方式如圖1所不,本實(shí)例的可實(shí)現(xiàn)升壓變換、聞?lì)l電氣隔尚和具有較大輸出功率的雙正激逆變器，其特征在于，第一功率三極開(kāi)關(guān)管31的漏極與第一外接電源U1的正極連接；第一功率三極開(kāi)關(guān)管S1的源極和第一磁復(fù)位二極管D1的陰極，連接到第一變壓器U1原邊電感1^的同名端；第一磁復(fù)位二極管D1的陽(yáng)極，連接到第二外接電源U2的負(fù)極；第一變壓器T1原邊電感L1的非同名端，連接到第一外接電源U1負(fù)極和第二外接電源U2正極的連接點(diǎn)；第一變壓器T1副邊電感L2的同名端連接到第一整流二極管D3的陽(yáng)極；第一變壓器T1副邊電感L2的非同名端連接到第一續(xù)流二極管D4的陽(yáng)極；第一整流二極管D3的陰極和第一續(xù)流二極管D4的陰極，連接到第一輸出濾波電感L5的一端；第三功率三極開(kāi)關(guān)管S3的漏極連接到第一輸出濾波電感L5的另一端；第三功率三極開(kāi)關(guān)管S3的源極連接到負(fù)載R的一端；負(fù)載R的另一端連接到第一續(xù)流二極管D4的陽(yáng)極；第二功率三極開(kāi)關(guān)管S2的源極連接到第二外接電源U2的負(fù)極；第二功率三極開(kāi)關(guān)管S2的漏極和第二磁復(fù)位二極管D2的陽(yáng)極，連接到第二變壓器T2原邊電感L3的非同名端；第二磁復(fù)位二極管D2的陰極連接到第一外接電源U1的正極；第二變壓器T2原邊電感L3的同名端連接到第一外接電源U1負(fù)極和第二外接電源U2正極的連接點(diǎn)；第二變壓器T2副邊電感L4的同名端和第二續(xù)流二極管D6的陰極，連接到第一續(xù)流二極管D4的陽(yáng)極；第二變壓器T2副邊電感L4的非同名端連接到第二整流二極管D5的陰極；第二整流二極管D5的陽(yáng)極和第二續(xù)流二極管D6的陽(yáng)極，連接到第二輸出濾波電感L6的一端；第四功率三極開(kāi)關(guān)管S4的源極連接到第二輸出濾波電感L6的另一端；第四功率三極開(kāi)關(guān)管S4的漏極連接到第三功率三極開(kāi)關(guān)管S3的源極。本發(fā)明的可實(shí)現(xiàn)升壓變換、高頻電氣隔離和具有較大輸出功率的雙正激逆變器可分為四個(gè)工作區(qū)間:雙正激逆變器由第一正激電路和第二正激電路組合得到；以輸出電流為縱坐標(biāo)，輸出電壓為橫坐標(biāo)的坐標(biāo)系，將逆變器工作區(qū)間劃分為四個(gè)象限，在第I象限，第一正激電路單獨(dú)工作；在第3象限，第二正激電路單獨(dú)工作；第2、4象限，第一、第二正激變換器共同工作。當(dāng)?shù)谝徽る娐穯为?dú)工作，第一功率三極開(kāi)關(guān)管高頻PWM調(diào)制，第三功率三極開(kāi)關(guān)管工頻調(diào)制，第一變壓器副邊電壓為正極性的高頻PWM調(diào)制波，提供正的輸出電壓和輸出電流，即完成逆變器工作區(qū)間的第I象限；當(dāng)?shù)诙る娐穯为?dú)工作，第二功率三極開(kāi)關(guān)管高頻PWM調(diào)制，第四功率三極開(kāi)關(guān)管工頻調(diào)制，第二變壓器副邊電壓為負(fù)極性的高頻PWM調(diào)制波，提供負(fù)的輸出電壓和輸出電流，即完成逆變器工作區(qū)間的第3象限；當(dāng)?shù)谝?、第二正激電路共同工作，第一、第二變壓器副邊電壓組合得到雙極性的高頻PWM調(diào)制波，提供正的輸出電壓和負(fù)的輸出電流，或者負(fù)的輸出電壓和正的輸出電流，即完成逆變器工作區(qū)間的第2、4象限。第一、第二變壓器始終工作在高頻脈寬調(diào)制狀態(tài)。變壓器副邊繞組電壓和原邊繞組電壓均為高頻脈沖調(diào)制波，且滿足匝比關(guān)系。通過(guò)匝比設(shè)計(jì)，可使得輸出電壓高于或低于輸入電壓，實(shí)現(xiàn)單級(jí)升壓或降壓逆變。由于第一、第二續(xù)流二極管，和第一、第二功率三極開(kāi)關(guān)管的體二極管的存在，將第一、第二變壓器的原邊電壓始終箝位在第一外接電源電壓和第二外接電源電壓之間，防止第一 第四功率開(kāi)關(guān)管的兩端出現(xiàn)電壓尖峰，有效的保護(hù)了功率開(kāi)關(guān)器件。下面以附圖1為主電路結(jié)構(gòu)，結(jié)合附圖2來(lái)敘述本發(fā)明的雙正激逆變器的具體工作原理和工作模態(tài)。記第一外接電源U1和第二外接電源U2的電壓幅值相等，均為Ud ;第一變壓器T1原邊電感L1的電壓為U1 ;第一變壓器T1原邊電感L1的電流為I1 ;第一變壓器T1副邊電感L2的電壓為U2 ;第二變壓器T2原邊電感L3的電壓為U3 ;第二變壓器T2原邊電感L3的電流為i3 ;第二變壓器T2副邊電感L4的電壓為U4 ;副原邊繞組匝數(shù)比為η。1.第I象限:第一正激電路工作，第二正激電路不工作，逆變器輸出電壓U。> O ；逆變器輸出電流i。> O ;第一功率三極開(kāi)關(guān)管S1高頻PWM調(diào)制，第三功率三極開(kāi)關(guān)管S3工頻調(diào)制；第二功率三極開(kāi)關(guān)管S2、第四功率三極開(kāi)關(guān)管S4截止。此時(shí)電路包括兩個(gè)工作模態(tài):工作模態(tài)1:如圖2(a)所示，第一功率三極開(kāi)關(guān)管S1導(dǎo)通，第一變壓器T1原邊電壓為U1 = Ud,副邊電壓為U2 = nUd，第一變壓器T1原邊電流I1開(kāi)始線性上升，開(kāi)始向副邊傳遞能量，第三功率三極開(kāi)關(guān)管S3導(dǎo)通，第一正激電路給外接負(fù)載R供電。工作模態(tài)I1:如圖2(b)所示，第一功率三極開(kāi)關(guān)管S1截止，第一變壓器T1原邊電流I1 Wd1續(xù)流,進(jìn)行磁復(fù)位。第一變壓器T1原邊電壓為U3 = -Ud,副邊電壓為U4 = -nUd。第三功率三極開(kāi)關(guān)管S3導(dǎo)通，副邊第一整流二極管D3反向截止，第一續(xù)流二極管D4導(dǎo)通，進(jìn)行續(xù)流。2.第2象限:第一正激電路I和第二正激電路2交替工作，輸出電平為雙極性，U2=nUd或U4 = -nUd，逆變器輸出電壓U。> O ;逆變器輸出電流i。< O。此時(shí)電路包括工作模態(tài)1、II和工作模態(tài)II1、IV。3.第3象限:第二正激電路工作，第一正激電路不工作，逆變器輸出電壓U。< O ；逆變器輸出電流i。< O ;第二功率三極開(kāi)關(guān)管S2高頻PWM調(diào)制，第四功率三極開(kāi)關(guān)管S4工頻調(diào)制；第一功率三極開(kāi)關(guān)管S1、第三功率三極開(kāi)關(guān)管S3截止。此時(shí)電路包括兩個(gè)工作模態(tài):工作模態(tài)II1:如圖2(c)所示，第二功率三極開(kāi)關(guān)管S2導(dǎo)通，第二變壓器T2原邊電壓為U1 = -Ud,副邊電壓為U4 = -nUd，第二變壓器T2原邊電流i3開(kāi)始線性上升，開(kāi)始向副邊傳遞能量，第四功率三極開(kāi)關(guān)管S4導(dǎo)通，第二正激電路給外接負(fù)載R供電。工作模態(tài)IV:如圖2(d)所示，第二功率三極開(kāi)關(guān)管S2截止，第二變壓器T2原邊電流i3從D2續(xù)流,進(jìn)行磁復(fù)位。第二變壓器T2原邊電壓為U3 = Ud,副邊電壓為U4 = nUd。第四功率三極開(kāi)關(guān)管S4導(dǎo)通，副邊第二整流二極管D5反向截止，第二續(xù)流二極管D6導(dǎo)通，進(jìn)行續(xù)流。4.第4象限:第一正激電路I和第二正激電路2交替工作，輸出電平為雙極性，U2=nUd或U4 = -nUd，逆變器輸出電壓U。< O ;逆變器輸出電流i。> O。此時(shí)電路包括工作模態(tài)1、II和工作模態(tài)II1、IV。為實(shí)現(xiàn)以上工作原理，采用的控制方案如附圖3所示:輸出電壓反饋IW與電壓基準(zhǔn)W經(jīng)電壓環(huán)調(diào)節(jié)器運(yùn)算得到電流基準(zhǔn)ip輸出電流反饋U與電流基準(zhǔn)h經(jīng)電流環(huán)調(diào)節(jié)器運(yùn)算得到第一、第二功率三極開(kāi)關(guān)管SpS2的驅(qū)動(dòng)信號(hào)VpV2，經(jīng)驅(qū)動(dòng)和死區(qū)電路I和2分別驅(qū)動(dòng)第一、第二功率三極開(kāi)關(guān)管Sp S2。電壓基準(zhǔn)I!,經(jīng)過(guò)零比較器運(yùn)算得到第三、第四功率三極開(kāi)關(guān)管S3、S4的驅(qū)動(dòng)信號(hào)V3、V4，經(jīng)驅(qū)動(dòng)和死區(qū)電路3和4分別驅(qū)動(dòng)第三、第四功率三極開(kāi)關(guān)管S3、S4。由以上描述可知，本發(fā)明是一種可實(shí)現(xiàn)升壓變換、高頻電氣隔離和具有較大輸出功率的雙正激逆變器，該逆變器具有如下優(yōu)點(diǎn):1.單級(jí)結(jié)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)升壓逆變輸出和高頻電氣隔離，且具有較大的輸出功率，有助于降低整機(jī)大小、體積重量和成本；2.整個(gè)電路使用有源功率器件較少，電路拓?fù)浞€(wěn)定、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，開(kāi)銷(xiāo)小；控制方案簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)。 3.變壓器原邊電壓被箝位在一定范圍，可有效抑制開(kāi)關(guān)器件電壓尖峰，保護(hù)功率器件。
權(quán)利要求
1.一種雙正激逆變器，包括第一正激逆變電路(I)、第二正激逆變電路(2)和磁復(fù)位電路(3)，其特征在于，第一功率三極開(kāi)關(guān)管(S1)的漏極與第一外接電源(U1)的正極連接；第一功率三極開(kāi)關(guān)管(S1)的源極和第一磁復(fù)位二極管(D1)的陰極，連接到第一變壓器(T1)原邊電感(L1)的同名端；第一磁復(fù)位二極管(D1)的陽(yáng)極，連接到第二外接電源(U2)的負(fù)極；第一變壓器(T1)原邊電感(L1)的非同名端，連接到第一外接電源(U1)負(fù)極和第二外接電源(U2)正極的連接點(diǎn)；第一變壓器(T1)副邊電感(L2)的同名端連接到第一整流二極管(D3)的陽(yáng)極；第一變壓器(T1)副邊電感(L2)的非同名端連接到第一續(xù)流二極管(D4)的陽(yáng)極；第一整流二極管(D3)的陰極和第一續(xù)流二極管(D4)的陰極，連接到第一輸出濾波電感(L5)的一端；第三功率三極開(kāi)關(guān)管(S3)的漏極連接到第一輸出濾波電感(L5)的另一端；第三功率三極開(kāi)關(guān)管(S3)的源極連接到負(fù)載(R)的一端；負(fù)載(R)的另一端連接到第一續(xù)流二極管(D4)的陽(yáng)極；第二功率三極開(kāi)關(guān)管(S2)的源極連接到第二外接電源(U2)的負(fù)極；第二功率三極開(kāi)關(guān)管(S2)的漏極和第二磁復(fù)位二極管(D2)的陽(yáng)極，連接到第二變壓器(T2)原邊電感(L3)的非同名端；第二磁復(fù)位二極管(D2)的陰極連接到第一外接電源(U1)的正極；第二變壓器(T2)原邊電感(L3)的同名端連接到第一外接電源(U1)負(fù)極和第二外接電源(U2)正極的連接點(diǎn)；第二變壓器(T2)副邊電感(L4)的同名端和第二續(xù)流二極管(D6)的陰極，連接到第一續(xù)流二極管(D4)的陽(yáng)極；第二變壓器(T2)副邊電感(L4)的非同名端連接到第二整流二極管(D5)的陰極；第二整流二極管(D5)的陽(yáng)極和第二續(xù)流二極管(D6)的陽(yáng)極，連接到第二輸出濾波電感(L6)的一端；第四功率三極開(kāi)關(guān)管(S4)的源極連接到第二輸出濾波電感(L6)的另一端；第四功率三極開(kāi)關(guān)管(S4)的漏極連接到第三功率三極開(kāi)關(guān)管(S3)的源極。
全文摘要
一種雙正激逆變器，包括第一正激逆變電路、第二正激逆變電路和磁復(fù)位電路，第一正激電路和第二正激電路按輸出電流電壓坐標(biāo)分區(qū)間工作，得到逆變輸出。具有如下優(yōu)點(diǎn)單級(jí)結(jié)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)升壓逆變輸出和高頻電氣隔離，具有較大的輸出功率，有助于降低整機(jī)大小、體積重量和成本；整個(gè)電路使用有源功率器件較少，電路拓?fù)浞€(wěn)定，電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，開(kāi)銷(xiāo)??；控制方案簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)；變壓器原邊電壓被箝位在一定范圍，可有效抑制開(kāi)關(guān)器件電壓尖峰，保護(hù)功率器件。
文檔編號(hào)H02M7/48GK103138614SQ20131006424
公開(kāi)日2013年6月5日 申請(qǐng)日期2013年3月1日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月1日
發(fā)明者陳繼洪, 洪峰, 嵇保健 申請(qǐng)人:南京航空航天大學(xué)