高频隔离型升压式三电平逆变器

摘要

本发明提供一种高频隔离型升压式三电平逆变电路，由Boost变换电路和反激式能量回馈电路构成，Boost变换电路依次连接的输入直流电源单元、输入滤波器、高频逆变器、高频变压器、周波变换器、输出滤波电容和输出交流负载构成，由于Boost型变换器只能升压不能降压，所以无法得到输出电压下降且满足要求的输出正弦波形，为了确保该期间正弦输出波形质量，解决输出滤波电容和负载无功能量的去向问题，在输出负载与输入电源之间加入了高频电气隔离反激式变换器能量反馈电路。本发明的逆变器具有功率变换级数少、功率开关器件少、输入纹波小、功率开关管电压应力低、双向功率流、高频电气隔离、输出滤波器前端电压频谱特性好的特性。

主权项

一种高频隔离式升压三电平逆变器，其特征在于，由依次连接的输入直流电源单元(1)、输入滤波器(2)、高频逆变器(3)、高频变压器(4)、周波变换器(5)、输出分压电容(6)、输出交流负载(7)、高频电气隔离反激式变换器(8)构成，其中，输入直流电源单元(1)包括输入直流电源(U_i)，输入直流电源(U_i)与输入滤波器(2)的一端连接，输入滤波器(2)的另一端与高频逆变器(3)的一端连接，高频逆变器(3)的另一端与高频变压器(4)的初级绕组连接，高频变压器(4)的次级绕组与周波变换器(5)的输入端连接，周波变换器(5)的输出端与输出分压电容(6)的输入端连接，输出分压电容(6)的输出端与输出交流负载(7)连接，输出交流负载(7)与输入直流电源单元(1)之间联接高频电气隔离反激式变换器(8)；所述输入滤波器(2)包括输入滤波电感(L_i)和输入滤波电容(C_i)，其中，输入直流电源(U_i)的参考正极与输入滤波电感(L_i)的一端连接，输入滤波电感(L_i)的另一端分别与输入滤波电容(C_i)的正极和升压电感(L)的一端连接，输入滤波电容(Ci)的负极与输入直流电源(U_i)的参考负极连接；所述高频变压器(4)包括第一原边绕组(N1)、第二原边绕组(N2)和第三副边绕组(N3)、第四副边绕组(N4)；所述的高频逆变器(3)包括升压电感(L)、第一功率开关管(S1)及第一二极管(D1)，第二功率开关管(S2)及第二二极管(D2)，第三功率开关管(S3)及第三二极管(D3)，第四功率开关管(S4)及第四二极管(D4)，其中：第一功率开关管(S1)的漏极分别和升压电感(L)的另一端以及第二功率开关管(S2)的漏极相连，第一功率开关管(S1)的源极于第三功率开关管(S3)的漏极连接，第二功率开关管(S2)的源极与第一原边绕组(N1)的非同名端连接，第一原边绕组(N1)的同名端与第二原边绕组(N2)的同名端连接后与第一功率开关管(S1)的源极和第三功率开关管(S3)的漏极连接，第三功率开关管(S3)的源极与第四功率开关管(S4)的源极连接后与输入滤波器(2)的负极连接，再与输入直流电源(U_i)的负极连接，第四功率开关管的漏极与第二原边绕组(N2)的非同名端连接，第一二极管(D1)、第二二极管(D2)、第三二极管(D3)、第四二极管(D4)分别反并联于第一功率开关管(S1)、第二功率开关管(S2)、第三功率开关管(S3)、第四功率开关管(S4)的两端，即第一二极管的阴极(D1)与第一功率开关管(S1)的漏极连接，第一二极管(D1)的阳极与第一功率开关管(S1)的源极连接，第二二极管(D2)的阴极与第二功率开关管(S2)的漏极连接，第二二极管(D2)的阳极与第二功 率开关管(S2)的源极连接，第三二极管(D3)的阴极与第三功率开关管(S3)的漏极连接，第三二极管(D3)的阳极与第三功率开关管(S3)的源极连接，第四二极管(D4)的阴极与第四功率开关管(S4)的漏极连接，第四二极管(D4)的阳极与第四功率开关管(S4)的源极连接；所述高频变压器(4)的第一原边绕组(N1)的非同名端与第二功率开关管(S2)的源极连接，第一原边绕组(N1)的同名端与第二原边绕组(N2)的同名端连接后与第三功率开关管(S3)的漏极、第一功率开关管(S1)的源极连接，第二原边绕组(N2)的非同名端与第四功率开关管(S4)的漏极连接；高频变压器(4)的第三副边绕组(N3)的同名端与第五功率开关管(S5)的漏极连接，第三副边绕组(N3)的非同名端与第四副边绕组(N4)的非同名端连接，第四副边绕组(N4)的同名端与第七功率开关管(S7)的漏极连接；所述周波变换器(5)包括第一四象限功率开关管(SA)、第二四象限功率开关管(SB)，高频变压器(4)的第三副边绕组(N3)的同名端与所述周波变换器(5)的第五功率开关管(S5)的漏极连接，第五二极管(D5)的阴极连接在一起，第五功率开关管(S5)的源极、第五二极管(D5)的阳极、第六功率开关管(S6)的源极、第六二极管(D6)的阳极连接在一起，高频变压器(4)的第四副边绕组(N4)的同名端与第七功率管(S7)的漏极和第七二极管(D7)的阴极连接，第七功率开关管(S7)的源极、第七二极管(D7)的阳极、第八功率开关管(S8)的源极、第八二极管(D8)的阳极连接在一起，第六功率开关管(S6)的漏极与第一分压电容(C1)的正极连接，第一分压电容(C1)的负极与第二分压电容(C2)的正极连接后与第三副边绕组(N3)的非同名端和第四副边绕组(N4)的非同名端连接，第八功率开关管(S8)的漏极与第二分压电容(C2)的负极连接，第五功率开关管(S5)、第六功率开关管(S6)、第五二极管(D5)、第六二极管(D6)构成第一四象限功率开关管(SA)，第七功率开关管(S7)、第八功率开关管(S8)、第七二极管(D7)、第八二极管(D8)构成第二四象限功率开关管(SB)，第一四象限功率开关管(SA)、第二四象限功率开关管(SB)二个四象限功率开关管构成所述周波变换器；所述输出分压电容(6)包括第一分压电容(C1)和第二分压电容(C2)，其中，第一分压电容(C1)的正极与周波变换器(5)中的第六功率开关管(S6)的漏极、第六二极管(D6)的阴极连接，第一分压电容(C1)的负极与第二分压电容(C2)的正极和第三副边绕组(N3)的非同名端连接，第二分压电容(C2)的负极与第八功率开关管(S8)的漏极和第八二极管(D8)的阴极连接；所述输出交流负载(7)包括交流负载(Z_L)，交流负载(Z_L)的两端分别与第一分压电容(C1)的正极和第二分压电容(C2)的负极连接；所述高频电气隔离反激式变换器(8)为能量回馈电路，其包括第九功率开关管(S9)，第九二极管(D9)，第十功率开关管(S10)，第十二极管(D10)，第十一功率开关管(S11)，第十一二极管(D11)，第十二二极管(D12)，反激式变压器(T2)，第十三功率开关管(S13)，第十三二极管(D13)，第十四功率开关管(S14)，第十四二极管(D14)，其中：第九功率开关管(S9)的源极与第九二极管(D9)的阳极连接，第九功率开关管(S9)的漏极与第九二极管(D9)的阴极和第十一二极管(D11)的阴极连接，第十一二极管(D11)的阳极与反激式变压器(T2)第五原边绕组(N5)的非同名端连接，第十功率开关管(S10)的源极与第十二极管(D10)的阳极连接，第十功率开关管(S10)的漏极与第十二极管(D10)的阴极和第十二二极管(D12)的阴极连接，第十二二极管(D12)的阳极与反激式变压器(T2)第六原边绕组(N6)的同名端连接，第九功率开关管(S9)的源极与第十功率开关管(S10)的源极连接后与输入直流电源(U_i)的正极连接，反激式变压器(T2)第五原边绕组(N5)的同名端与第六原边绕组(N6)的非同名端连接后输入直流电源(U_i)的负极连接，反激式变压器(T2)的第七副边绕组(N7)的同名端与第一分压电容(C1)的正极连接，反激式变压器(T2)的非同名端与第十三功率开关管(S13)的漏极、第十三二极管(D13)的阴极连接，第十三功率开关管(S13)的源极、第十三二极管(D13)的阳极、第十四功率开关管(S14)的源极、第十四二极管(D14)的阳极连接在一起，第十四功率开关管(S14)的漏极与第十四二极管(D14)的阴极连接后与第二分压电容(C2)的负极连接在一起。