單電源九電平高頻逆變器的制造方法
【技術領域】
[0001 ] 本實用新型設及高頻交流配電系統(tǒng)巧igh Frequen巧AC Power Dishibution System，HFAC PDS)領域，特別設及一種單電源九電平高頻逆變器。
【背景技術】
[0002] 高頻交流配電系統(tǒng)化FAC PDS)與傳統(tǒng)的直流配電系統(tǒng)(DC PDS)相比，因具有高可 靠性、高效率、高功率密度、可實現(xiàn)無線傳輸?shù)葍?yōu)點而在計算機、通信、電動汽車、可再生能 源微網(wǎng)等領域獲得廣泛的應用。高頻逆變器完成將由蓄電池、燃料電池、光伏太陽能電池或 其它發(fā)電或儲電裝置提供的直流電轉換成高頻交流電，并饋送至高頻交流母線，進而實現(xiàn) 能源的再分配。隨著對供電容量、供電質量和供電效率要求的不斷提高，對多電平逆變器輸 出波形的要求也越來越高。目前的多電平逆變器常采用增加輸入直流源和開關器件的數(shù)量 實現(xiàn)更多的電平輸出W提高輸出性能，使得逆變器的結構變得異常復雜，同時降低了逆變 器的效率。 【實用新型內容】
[0003] 本實用新型的目的在于W單個電源和更少量器件實現(xiàn)更多的電平輸出，提出一種 單電源九電平高頻逆變器，該單電源九電平高頻逆變器適用于高頻交流配電領域，具體可 W應用于計算機、通信、電動汽車、可再生能源微網(wǎng)等領域將直流電轉換成高頻交流電，該 逆變器只需單個輸入直流源，并且W更少量的器件實現(xiàn)九電平輸出，有效地降低了輸出交 流電的諧波崎變，提高了逆變器的效率，同時也有效地減少了逆變器所需的驅動電路和安 裝空間。
[0004] 本實用新型的目的通過W下技術方案實現(xiàn):單電源九電平高頻逆變器，包括:開關 電容單元X、反向串聯(lián)開關管單元Y和全橋單元Z;所述開關電容單元(X)、反向串聯(lián)開關管單 元(Y)和全橋單元(Z)兩兩相互連接;所述開關電容單元X包括第一電解電容Cl、第二電解電 容〔2、第一二極管￥〇1、第二二極管￥〇2、第^二極管￥〇3、第十二極管￥〇1〇、第^^一二極管VDii、 第一開關管Si、第二開關管S2和第=開關管S3;所述第一電解電容Cl和第二電解電容C2的電 容值相等;所述第十二極管VDio的陽極、第一二極管VDi的陰極、第二二極管VD2的陰極、第一 開關管Si的漏級均和第二開關管S2的漏級相連接;所述第一二極管VDi的陽極、第十一二極 管VDii的陽極均和第一開關管Si的源級相連接;所述第十二極管VDio的陰極和第一電解電容 Cl的正極相連接;所述第十一二極管VDii的陰極、第一電解電容Cl的負極均和第二電解電容 C2的正極相連接;所述第二二極管VD2的陽極、第S二極管VD3的陰極、第二電解電容C2負極、 第二開關管S2的源級均和第S開關管S3的漏級相連接;所述第S二極管VD3的陽極和第S開 關管S3的源級相連接;所述反向串聯(lián)開關管單元Y包括第四二極管VD4、第五二極管VDs、第四 開關管S4和第五開關管Ss;所述第四二極管VD4的陰極和第四開關管S4的漏級相連接;所述 第四二極管VD4的陽極、第五二極管VDs的陽極、第四開關管S4的源級均和第五開關管Ss的源 級相連接;所述第五二極管VDs的陰極和第五開關管Ss的漏級相連接;所述全橋單元Z包括第 六二極管VD6、第屯二極管VD7、第八二極管VDs、第九二極管VD9、第六開關管S6、第屯開關管 87、第八開關管Ss和第九開關管S9;所述第六二極管VDs的陰極、第八二極管VDs的陰極、第六 開關管S6的漏級均和第八開關管Ss的漏級相連接;所述第六二極管VDs的陽極、第屯二極管 VD?的陰極、第六開關管S6的源級均和第屯開關管S7的漏級相連接;所述第八二極管VDs的陽 極、第九二極管VD9的陰極、第八開關管Ss的源級均和第九開關管S9的漏級相連接;所述開關 電容單元X中第一電解電容Cl的正極與全橋單元Z中第六開關管S6的漏級相連接;所述開關 電容單元X中第一電解電容Cl的負極與反向串聯(lián)開關管單元Y中第四開關管S4的漏極相連 接;所述反向串聯(lián)開關管單元Y中第五開關管Ss的漏級與全橋單元Z中第六開關管S6的源級 相連接;所述開關電容單元X中第=開關管S3的源級與全橋單元Z中第屯開關管S7的源級相 連接。所述第一開關管Si、第二開關管S2、第=開關管S3、第四開關管S4、第五開關管S5、第六 開關管S6、第屯開關管S7、第八開關管Ss和第九開關管S9的第一驅動信號Gl、第二驅動信號 G2、第=驅動信號G3、第四驅動信號G4、第五驅動信號Gs、第六驅動信號G6、第屯驅動信號G?、 第八驅動信號Gs和第九驅動信號G9由基本P歷波經(jīng)過基本邏輯運算得到，基本的P歷波由S 角載波V。和直流電壓￥。1、￥"2、￥"3、￥"4比較得到;所述單電源高頻逆變器按輸出電平等級分 析，一個工作周期共有九種工作狀態(tài)：
[0005] 狀態(tài)I:第二開關管S2導通，第一電解電容Cl、第二電解電容C2與電源串聯(lián)，第六開 關管S6和第九開關管S詔通，逆變器輸出Vnut為2Vd油平。
[0006] 狀態(tài)II:第二開關管S2導通，第一電解電容Cl、第二電解電容C2與電源串聯(lián)，第四開 關管S4和第九開關管S9導通，逆變器輸出Vout為3/2Vd。電平。
[0007] 狀態(tài)III:第S開關管S3、第六開關管S6和第九開關管S9導通，第一電解電容Cl和第 二電解電容C2串聯(lián)充電，逆變器輸出Vnut為Vdc電平。
[000引狀態(tài)IV:第=開關管S3、第四開關管S4、第九開關管S9導通，第二電解電容C2放電， 逆變器輸出Vout為l/2Vdc電平。
[0009]狀態(tài)V:第立開關管S3導通，第一電解電容Cl和第二電解電容C2串聯(lián)充電，第六開關 管S6和第八開關管S得通，逆變器輸出Vout為0電平。
[0010]狀態(tài)VI :第立開關管S3、第五開關管Ss和第八開關管S得通，第一電解電容Cl放電， 逆變器輸出Vnut為-1/2Vdc電平。
[0011]狀態(tài)VII:第=開關管S3、第屯開關管S7和第八開關管Ss導通，第一電解電容Cl和第 二電解電容C2串聯(lián)充電，逆變器輸出Vnut為-VdC電平。
[001^ 狀態(tài)VIII:第一開關管Si、第屯開關管S7和第八開關管S詔通，第一電解電容Cl和 電源串聯(lián)，逆變器輸出Vout為-3/2Vdc電平。
[0013] 狀態(tài)IX:第二開關管S2、第屯開關管S7和第八開關管Ss導通，第一電解電容Cl、第二 電解電容C2與電源串聯(lián)，逆變器輸出Vnut為-2Vdc電平。
[0014] 所述單電源高頻逆變器輸出九電平階梯波由上述九種狀態(tài)組成，階梯波的角頻率 為《，對所述單電源高頻逆變器輸出的九電平階梯波進行傅里葉分解可得：
[0016] 式中：k和n為求和變量，且k=l，2,3,4，n=l，3,5…；
，Vc為S角載 波尖峰值，Vmk為直流調制波電壓值，且0<Vm^Vm2<Vm3<Vm4<Vc。
[0017]所述單電源九電平高頻逆變器的輸出電壓總諧波崎變（total harmonic distortion, T皿）的表達式為：
[0019] 式中，k和n為求和變量，且k = l，2,3,4，n = 3,5,7…。
[0020] 所述單電源九電平高頻逆變器，根據(jù)輸出電壓的總諧波崎變THD值的表達式選擇 參數(shù)V"i、參數(shù)V"2、參數(shù)V"3、參數(shù)V"4、參數(shù)VeW確保輸出的電壓的總諧波崎變T皿值滿足要求。
[0021] 與現(xiàn)有的多電平逆變器相比，本實用新型具有如下優(yōu)點和有益效益：
[0022] (1)與現(xiàn)有的=電平、五電平或屯電平逆變器相比，本實用新型擁有九電平輸出階 梯，可有效地減少輸出電壓的諧波含量，進而提高逆變器的效率。
[0023] (2)與現(xiàn)有的九電平逆變器相比，本實用新型使用更少量的器件實現(xiàn)九電平輸出， 可有效減少逆變器所需要的驅動電路，降低能量的傳輸損耗，同時，逆變器的安裝空間也可 有效地減少。
[0024] (3)現(xiàn)有的多電平逆變器通常需要兩個或兩個W上的電源來實現(xiàn)更多的電平輸 出，本實用新型只需單個電源便可實現(xiàn)九電平輸出，適用于僅有單個電源供電的場合。
[0025] (4)本實用新型所述的單電源九電平高頻逆變器，通過調制方式使第一電解Cl和 第二電解電容C2在輸出波形的正半周和負半周放電時間相同，從而有效地解決了兩只電容 串聯(lián)使用時存在的電容均壓的問題。
【附圖說明】
[0026] 圖1是本實用新型所述的單電源九電平高頻逆變器的結構圖。
[0027] 圖2是本實用新型所述的單電源九電平高頻逆變器中開關管的驅動信號及輸出九 電平電壓波形示意圖。
【具體實施方式】
[0028] 為進一步闡述本實用新型的內容及特點，W下結合附圖對本實用新型的具體實施 方案進行具體說明。
[0029] 實施例
[0030] 如圖1所示，為單電源九電平高頻逆變器的結構圖。所述單電源九電平高頻逆變器 包括:開關電容單元X、反向串聯(lián)開關管單元Y和全橋單元Z;所述開關電容單元X包括第一電 解電容Cl、第二電解電容C2、第一二極管VDi、第二二極管VD2、第S二極管VD3、第十二極管 VDio、第十一二極管VDii、第一開關管Si、第二開關管S2和第S開關管S3;所述第一電解電容Cl 和第二電解電容C2的電容值相等;所述第十二極管VDio的陽極、第一二極管VDi的陰極、第二 二極管VD2的陰極、第一開關管Si的漏級均和第二開關管S2的漏級相連接;所述第一二極管 VDi的陽極、第十一二極管VDii的陽極均和第一開關管Si的源級相連接;所述第十二極管VDiO 的陰極和第一電解電容Cl的正極相連接;所述第十一二極管VDii的陰極、第一電解電容Cl的 負極均和第二電解電容C2的正極相連接;所述第二二極管VD2的陽極、第S二極管VD3的陰 極、第二電解電容C2負極、第