CN101018022A - 高效节能型逆变电路 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高效节能型逆变电路，其由功率管、快恢复二极管和输出滤波电路组成单相四管半桥逆变电路或三相四管半桥逆变电路。本发明巧妙的采用了四管半桥驱动的电路拓扑结构，再利用数字信号处理器的控制算法完成了三相正弦波逆变的功能。其在一个周期内驱动电压不全部为载波频率，有1/2个周波为恒通或恒断，这样开关频率在一个周期内降低了一倍，同样功率管的开关损耗也降低了一半，所以提高了逆变效率，与常规逆变电路相比其功率器件的损耗可降低一倍，输出电压高次谐波有所减少，使输出LC滤波参数减小，从而缩小体积，增大功率密度。
Description
技术领域
本发明涉及一种逆变电路，尤其涉及一种高效节能型逆变电路，其能够广泛应用于UPS电源，正弦波逆变器、变频器等需要DC/AC变换的场合。
背景技术
正弦波逆变器的作用是将恒定的直流电压变换成交变的正弦电压，以适合交流供电的设备使用，高效率、低谐波失真度往往是该技术的关键技术指标。
目前各厂商生产的逆变器多采用双管半桥驱动，以及四管全桥电路结构，使用这两种工作方式工作效率较低，最大也只有90％左右，有将近10％的电能转化为热能损耗掉，会增加散热成本，降低功率密度，不利于节能环保，不利于产品的小型化设计。
发明内容
本发明的目的是提供一种功率器件的损耗低、体积紧凑、功率密度较大的高效节能型逆变电路。
本发明的技术方案是这样的：高效节能型逆变电路，由功率管、快恢复二极管和输出滤波电路构成，上述功率管、快恢复二极管和输出滤波电路组成四管半桥逆变电路。
上述四管半桥逆变电路为三个，此三个四管半桥逆变电路并接于正负直流电源之间，每个四管半桥逆变电路完成一相交波电的产生，各相之间产生的正弦波相差120度，从而形成三相逆变电路。
上述每个四管半桥逆变电路设有依次相串接且集电极与发射极之间分别反向并接有二极管的第一功率管、第二功率管、第三功率管及第四功率管；还设有第一快恢复二极管、第二快恢复二极管和输出滤波电路，上述第一快恢复二极管的阴极连接于上述第一功率管的发射极与上述第二功率管的集电极的接点、阳极连接于电路中性点，上述第二快恢复二极管的阴极连接于电路中性点、阳极连接上述第三功率管的发射极与上述第四功率管的集电极的接点；上述输出滤波电路的输入端连接于上述第二功率管的发射极与上述第三功率管的集电极的接点。
上述输出滤波电路为LC滤波电路。
采用上述方案后，本发明巧妙的采用了四管半桥的电路拓扑结构，再利用数字信号处理器(DSP)的控制算法完成了三相正弦波逆变的功能。其在一个周期内驱动电压不全部为载波频率，有1/2个周波为恒通或恒断，这样开关频率在一个正弦周期内降低了一倍，同样功率管的开关损耗也降低了一半，所以提高了逆变效率，与常规逆变电路相比其功率器件的损耗可降低一倍，输出电压高次谐波有所减少，使输出LC滤波参数减小，增大功率密度。且由于损耗低对散热的要求相对要小，可减少散热装置的设置，从而缩小了产品的体积。
附图说明
图1为本发明的电路结构示意图。
图2为本发明R相半桥驱动信号波形及时序图。
图3为本发明R相桥臂中点电压波形图。
图4为本发明R相输出电压波形图。
具体实施方式
本发明高效节能型逆变电路，其电路结构如图1所示，由三个四管半桥逆变电路组成，此三个四管半桥逆变电路并接于正负直流电源之间，每个四管半桥逆变电路完成一相交流电的产生，各相之间产生的正弦波相差120度，从而形成三相正弦波输出。
现以R相为例描述其电路组成及工作原理：
四管半桥逆变电路包括4个功率管(IGBT)Q1-Q4、2个快恢复二极管V1-V2和输出滤波电路，功率管Q1的集电极连接直流电源的正极、发射极连接功率管Q2的集电极，功率管Q2的发射极连接功率管Q3的集电极，功率管Q3的发射极连接功率管Q4的集电极，功率管Q4的发射极连接直流电源的负极。且功率管Q1-Q4的集电极与发射极之间分别反向并接有二极管(IGBT内置的)。快恢复二极管V1的阴极连接于功率管Q1的发射极与功率管Q2的集电极的接点、阳极连接于电路中性点N，快恢复二极管V2的阴极连接于电路中性点N、阳极连接功率管Q3的发射极与功率管Q4的集电极的接点。输出滤波电路为LC滤波电路，电感Lr的一端连接于功率管Q2的发射极与功率管Q3的集电极的接点(即R相桥臂中点)，电感Lr的另一端连接电容Cr的一端，电容Cr的另一端连接电路中性点N。功率管Q1-Q4的控制信号由数字信号处理器给出，控制信号分别由功率管Q1-Q4的栅极输入，控制在适当的时间开通或关断功率管Q1-Q4能使UPS输出产生交流正弦电压信号。
工作原理说明：
如图2所示，T0-T1时刻：在此期间，功率管Q1按正弦规律开通、关断，功率管Q2恒通，功率管Q3与功率管Q1反相，功率管Q4恒断，在功率管Q1开通期间+BUS电压从功率管Q1通过功率管Q2、经电感Lr、电容Cr滤波后再到负载。在功率管Q1关断期间，功率管Q3导通，R相桥臂中点电压Vr被快恢复二极管V2箝位在OV。如此重复开、关产生的R相桥臂中点电压Vr如图3所示(T0-T1时刻)。
T1-T2时刻：在此期间，功率管Q4按正弦规律开通、关断，功率管Q3恒通，功率管Q2与功率管Q4反相，功率管Q1恒断，在功率管Q4开通期间-BUS电压从功率管Q4通过功率管Q3、经电感Lr、电容Cr滤波后再到负载。在功率管Q4关断期间，功率管Q2导通R相桥臂中点电压Vr被快恢复二极管V1箝位在0V。如此重复开、关产生的R相桥臂中点电压Vr如图3所示(T1-T2时刻)。
从上述分析中可看出，利用上述的电路拓扑结构，在适当的时间开通或关断功率管Q1-Q4能使UPS输出产生交流正弦电压信号(如图4所示)，再通过数字信号处理器内部的控制算法采取一定的补偿措施就能实输出电压的稳定和快速响应，达到稳压电源的功能。
如图2所示，从功率管Q1-Q4驱动电压波形中得知：在一个正弦周期内驱动电压不全部为载波频率，有1/2个周波为恒通或恒断，这样开关频率在一个周期内降低了一倍，同样功率管的开关损耗也降低了一半，所以提高了逆变效率。
另外两相(S相和T相)的电路结构、工作原理与R相相同，只是驱动信号相互相差120°，在此不再重复。
本发明中在一个正弦周期内驱动电压不全部为载波频率，有1/2个周波为恒通或恒断，这样开关频率在一个周期内降低了一倍，同样功率管的开关损耗也降低了一半，所以提高了逆变效率。而在习有产品中其开关管的驱动频率为正弦调制频率，其开关损耗较本发明增加了一位，且从R相桥臂中点电压Vr波形中可看出，本发明产生的输出电压谐波明显小于习有产品，产生的dv/dt的电压干扰也明显小于习有产品，所以说本发明比习有产品有突出的优势，能解决习有产品存在的问题。
Claims (4)
1、高效节能型逆变电路，由功率管、快恢复二极管和输出滤波电路构成，其特征在于：上述功率管、快恢复二极管和输出滤波电路组成四管半桥逆变电路。
2、根据权利要求1所述的高效节能型逆变电路，其特征在于：上述四管半桥逆变电路为三个，此三个四管半桥逆变电路并接于正负直流电源之间，每个四管半桥逆变电路完成一相交波电的产生，各相之间产生的正弦波相差120度，从而形成三相逆变电路。
3、根据权利要求1或2所述的高效节能型逆变电路，其特征在于：上述每个四管半桥逆变电路设有依次相串接且集电极与发射极之间分别反向并接有二极管的第一功率管、第二功率管、第三功率管及第四功率管；还设有第一快恢复二极管、第二快恢复二极管和输出滤波电路，上述第一快恢复二极管的阴极连接于上述第一功率管的发射极与上述第二功率管的集电极的接点、阳极连接于电路中性点，上述第二快恢复二极管的阴极连接于电路中性点、阳极连接上述第三功率管的发射极与上述第四功率管的集电极的接点；上述输出滤波电路的输入端连接于上述第二功率管的发射极与上述第三功率管的集电极的接点。
4、根据权利要求1或2所述的高效节能型逆变电路，其特征在于：上述输出滤波电路为LC滤波电路。
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| CN 200610132408 CN101018022A (zh) | 2006-12-29 | 2006-12-29 | 高效节能型逆变电路 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN101018022A true CN101018022A (zh) | 2007-08-15 |
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| CN 200610132408 Pending CN101018022A (zh) | 2006-12-29 | 2006-12-29 | 高效节能型逆变电路 |
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Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101841247B (zh) * | 2009-11-20 | 2013-01-23 | Bcd半导体制造有限公司 | 一种开关电源的基极驱动电路 |
| CN105680715A (zh) * | 2016-03-24 | 2016-06-15 | 南京工业大学 | 三相单级逆变器 |
| CN109873570A (zh) * | 2019-03-26 | 2019-06-11 | 沈阳远大电力电子科技有限公司 | 一种三电平t字型拓扑结构以及单相逆变器和三相逆变器 |
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2006
- 2006-12-29 CN CN 200610132408 patent/CN101018022A/zh active Pending
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