CN102082525A - 限制反向恢复电流的准谐振变流器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种限制反向恢复电流的准谐振式变流器，包括等效直流电源、升压变换器、可控电容支路和三相输出变流器，本发明中两电平逆变器的各个续流二极管即使采用慢恢复特性的二极管也可工作在高频状态，绝大多数开关器件多工作于准软开关状态。当输入电压高于输出交流电的幅值，L2电感量数值小于L1，决大部分直流电能通过L2提供给电网或负载，进一步提高能效。当输入电压低于输出交流电的幅值，传统输出逆变桥桥臂上下开关切换前，关断VT7，L2电感起谐振电感作用，为桥臂上下开关管的切换以及VT7的再次开通创造软开关条件。

Description

限制反向恢复电流的准谐振变流器
技术领域
本发明涉及一种DC/AC变流器，特别是涉及一种限制反向恢复电流的高功率密度输出的准谐振DC/AC变流器。
背景技术
随着社会发展，传统能源日益紧张，新型清洁能源(如太阳能、燃料电池)发电技术越来越受到人们的关注。由于可再生能源等效直流输出电压可能在很大范围内变化，并网发电时就需要高效的DC/AC变流器进行直流/交流电压变换。
目前，DC/AC变流器主要包括两类：
1、隔离型DC/AC变流器。这种隔离型DC/AC变流器通过变压器的磁耦合方式传递能量，其优点在于能实现电网和发电源的电气隔离，因而系统安全性好；通过设计变压器的变化比较容易实现电压变换，因而控制相对简单。但是由于全部功率要通过变压器，因而系统的效率相对降低。
2、非隔离型DC/AC变流器。这种非隔离型DC/AC变流器输入端与输出端电气相通，没有隔离，主要采用BOOST型电路来实现直流电压调整，电路结构简单，相对于隔离型DC/AC变流器的效率相对较高。但是在三相输出供电系统中，由于高耐压器件相对于低耐压器件的反向恢复特性要差很多，因而非隔离型三相DC/AC变流器难以在低成本的前提下提高功率密度；而如果采用多电平拓扑结构，控制的复杂性增加，装置的可靠性下降。
发明内容
针对上述问题，本发明的主要目的在于提供一种限制反向恢复电流的准谐振变流器，与传统Boost升压电路加传统两电平逆变器拓扑相比，增加了一个限制反向恢复电流的控制开关VT7，还增加了由电感L2和二极管VDa2组成的谐振支路。以实现开关管大部分动作是在准谐振软开关条件下进行。
本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：一种限制反向恢复电流的准谐振变流器，该电路包括等效直流电源、升压变换器和三相输出变流器，其特征在于：所述变流器还包括可控电容支路，所述等效直流电源的正负输出端分别与升压变换器的直流输入正负两端分别连接，所述升压变换器的直流输出正端和可控电容支路的一端以及三相输出变流器的正母线端连接在一起；升压变换器的直流输出负端和可控电容支路的另一端以及三相输出变流器的负母线端连接在一起；三相输出变流器的三相交流端分别与三相负载或三相电网分别相接提供电能，所述可控电容支路包括限制反向恢复电流的控制开关VT7，所述升压变换器包括电感L1、L2和二极管VDa1和VDa2，所述升压变换器还包括开关VM1，所述电感L1和二极管VDa1串联，所述电感L2和二极管VDa2串联后，两组电感和二极管再并联，所述开关VM1一端与等效直流电源的负输出端相连，另一端连接在电感L1和二极管VDa1的中间。
其中，所述升压变换器中的电感L1的电感量一定大于电感L2的电感量。
其中，所述升压变换器中的电感L2和二极管VDa2的物理位置可以互换。
其中，所述可控电容支路的控制开关和电容的物理位置可以互换。
其中，所述升压变换器的升压控制开关的开通必须在所述可控电容支路的控制开关开关管关断期间进行。
本发明的积极进步效果在于：本发明提供的限制反向恢复电流的变流器具有以下优点：
1.两电平逆变器的各个续流二极管即使采用慢恢复特性的二极管也可工作在高频状态。
2.绝大多数开关器件工作于准软开关状态，开关管耐压、耐流裕量可适当降低，也可通过提高器件性能进一步提高整机效率。
3.当输入电压高于输出交流电的幅值，L2电感量数值小于L1，绝大部分直流电能通过L2提供给电网或负载，进一步提高能效。
4.当输入电压低于输出交流电的幅值，传统输出逆变桥桥臂上下开关切换前，关断VT7，L2电感起谐振电感作用，为桥臂上下开关管的切换以及VT7的再次开通创造软开关条件。
附图说明
图1是本发明基于准谐振软开关技术的准谐振三相DC/AC逆变器电路图之一；
图2是本发明基于准谐振软开关技术的准谐振三相DC/AC逆变器电路图之
具体实施方式
下面结合附图给出本发明较佳实施例，以详细说明本发明的技术方案。图1是本发明基于自然软开关技术的准谐振三相DC/AC逆变器电路图之一，如图1所示，该电路包括等效直流电源1、升压变换器2和三相输出变流器4，还包括可控电容支路3，等效直流电源1的正负输出端分别与升压变换器2的直流输入正负两端分别连接，升压变换器2的直流输出正端和可控电容支路3的一端以及三相输出变流器4的正母线端连接在一起；升压变换器2的直流输出负端和可控电容支路3的另一端以及三相输出变流器4的负母线端连接在一起；三相输出变流器4的三相交流端分别与三相负载或三相电网分别相接提供电能，可控电容支路3包括限制反向恢复电流的控制开关VT7，升压变换器2包括电感L1、L2和二极管VDa1和VDa2，升压变换器2还包括开关VM1，电感L1和二极管VDa1串联，电感L2和二极管VDa2串联后，两组电感和二极管再并联，开关VM1一端与等效直流电源1的负输出端相连，另一端连接在电感L1和二极管VDa1的中间。
可控电容支路3包括平波电容C和由二极管VD7与开关管VT7组合而成的复合控制开关，其中可控电容支路3的复合控制开关和电容C的连接位置可以互换，可控电容支路3起到控制升压变换器2和输出变流器4各个开关反向恢复电流作用。整个装置在运行时升压变换器2的升压控制开关其开通必有在所述可控电容支路3的控制开关开关管VT7关断期间进行，这样能够最大程度降低升压控制开关的开通损耗。本发明中升压变换器2中的升压电感串在正直流母线上，同时其也可以串在负直流母线上，其中器件可以是金属氧化物半导体场效应管MOSFET、绝缘栅双极晶体管IGBT或其他可控器件。
本发明中电平逆变器的各个续流二极管即使采用慢恢复特性的二极管也可工作在高频状态。而且绝大多数开关器件多工作于准软开关状态，开关管耐压、耐流裕量可适当降低。当输入电压高于输出交流电的幅值，L1电感量数值大于L2，绝大部分直流电能通过L2提供给电网或负载，进一步提高能效。当输入电压低于输出交流电的幅值，传统输出逆变桥桥臂上下开关切换前，关断VT7，L2电感起谐振电感作用，为桥臂上下开关管的切换以及VT7的再次开通创造软开关条件。
图2是本发明基于自然软开关技术的准谐振三相DC/AC逆变器电路图之二，和图1相比，图2多了电感L3、L4和二极管VDa3和二极管VDa4，开关VM1一端连在电感L2和二极管VDa2的中间，另一端连在电感L3和二极管VD3的中间，增加了另一电源Vin2，因此这种利用谐振实现软开关效果的思想也可以运用在三相四线的电路系统中。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内，本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (5)

1.一种限制反向恢复电流的准谐振式变流器，该电路包括等效直流电源(1)、升压变换器(2)和三相输出变流器(4)，其特征在于：所述变流器还包括可控电容支路(3)，所述等效直流电源(1)的正负输出端分别与升压变换器(2)的直流输入正负两端分别连接，所述升压变换器(2)的直流输出正端和可控电容支路(3)的一端以及三相输出变流器(4)的正母线端连接在一起；升压变换器(2)的直流输出负端和可控电容支路(3)的另一端以及三相输出变流器(4)的负母线端连接在一起；三相输出变流器(4)的三相交流端分别与三相负载或三相电网分别相接提供电能，所述可控电容支路(3)包括限制反向恢复电流的控制开关VT7，所述升压变换器(2)包括电感L1、L2和二极管VDa1和VDa2，所述升压变换器(2)还包括开关VM1，所述电感L1和二极管VDa1串联，所述电感L2和二极管VDa2串联后，两组电感和二极管再并联，所述开关VM1一端与等效直流电源(1)的负输出端相连，另一端连接在电感L1和二极管VDa1的中间。
2.根据权利要求1所述的限制反向恢复电流的准谐振式变流器，其特征在于：所述升压变换器(2)中的电感L1的电感量一定大于电感L2的电感量。
3.根据权利要求1所述的限制反向恢复电流的准谐振式变流器，其特征在于：所述升压变换器(2)中的电感L2和二极管VDa2的物理位置可以互换。
4.根据权利要求1所述的限制反向恢复电流的准谐振式变流器，其特征在于：所述可控电容支路(3)的控制开关和电容的物理位置可以互换。
5.根据权利要求1所述的限制反向恢复电流的准谐振式变流器，其特征在于：所述升压变换器(2)的升压控制开关的开通必须在所述可控电容支路(3)的控制开关开关管关断期间进行。
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PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

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