CN103337945A - 一种带有串联谐振支路的无源逆变器输出滤波器 - Google Patents

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张兴
李飞
朱虹
刘淳
刘芳
余畅舟
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Abstract

本发明公开了一种带有串联谐振支路的无源逆变器输出滤波器，该滤波器包括一个传统的LC输出滤波器，还包括一条由一个电感、一个电容串联而成的串联谐振支路，该串联谐振支路的谐振频率与无源逆变器的开关频率相同或者相近。此串联谐振支路可以将无源逆变器输出谐波中的主要成分滤除，从而可以减小滤波器的总的成本。另外本发明所提滤波器中的串联谐振支路，还可串联一个电阻Rf，使得串联谐振支路具有一定的Q值，从而可以有效的防止谐振频率偏移造成的滤波性能急剧下降的现象。

Description

一种带有串联谐振支路的无源逆变器输出滤波器
技术领域
本发明涉及无源逆变器，具体涉及一种带有串联谐振支路的无源逆变器输出滤波器。
背景技术
随着社会经济的发展，人们对以UPS（不间断电源）为代表的无源逆变器需求越来越大，无源逆变器的应用也越来越广泛。
传统的无源逆变器输出滤波器主要采用LC型滤波器，用以滤除无源滤波器产生的PWM（脉宽调制）开关频率及其整数倍频率谐波，然而受到开关器件和损耗的限制，开关频率无法做的很高，为了可以有效的滤除以开关频率为主要成分的谐波，必须使用较低截止频率的LC型滤波器，从而造成滤波器成本较高。因此，如何在一定的开关频率条件下，降低输出滤波器成本，成为急需解决的问题。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种带有串联谐振支路的无源逆变器输出滤波器。该滤波器采用了一种成本低廉的串联谐振支路作为无源逆变器开关频率谐波的旁路通道，使得本发明一种带有串联谐振支路的无源逆变器输出滤波器中LC型滤波器部分仅需要滤除频率较高且幅值较小的二倍以及二倍以上的开关频率谐波，而不需要负责滤除频率较低的开关频率处谐波，因此相对于传统的无源逆变器输出滤波器，本发明一种带有串联谐振支路的无源逆变器输出滤波器可以使用截止频率较高的LC型滤波器，进而减小滤波器的电感值，减小滤波器成本。
本发明采用的技术方案如下：在本发明一种带有串联谐振支路的无源逆变器输出滤波器中，包含一个传统的LC输出滤波器。该LC输出滤波器包括一个电感L和一个电容C，电感L与逆变器输出桥臂相接，另一端作为滤波器的输出与负载相连，电容C与电感L并联。其特征在于：在本发明一种带有串联谐振支路的无源逆变器输出滤波器中还设置了一条串联谐振支路，该串联谐振支路与电容C并联，该串联谐振支路的谐振频率与无源逆变器的开关频率相同或者相近。
上述串联谐振支路可以由一个电感Lf、一个电容Cf串联而成。
上述串联谐振支路也可以由一个电感Lf、一个电容Cf、一个电阻Rf串联而成。
由于上述串联谐振支路可以为逆变器提供开关频率谐波旁路通道，采用了上述技术方案，在相同的滤波特性下，所使用的电感可以大为降低，从而可以提高滤波器的截止频率，减小滤波器成本。另外由于在串联谐振支路上串联一电阻Rf，使得串联谐振支路具有一定的Q值，有效的防止谐振频率偏移造成的滤波性能急剧下降的现象。
附图说明
图1为本发明第一个实施例的电路原理图。
图2是本发明第一个实施例具体应用时的电路示意图。
图3为本发明第一个实施例在具体应用时输出电压的FFT分析。
图4为传统逆变器输出滤波器输出电压的FFT分析。
图5为本发明第一个实施例在第二个具体应用时的电路示意图。
图6为本发明第一个实施例在第三个具体应用时的电路示意图。
图7为本发明第二个实施例的电路原理图。
图8为本发明第一个实施例在串联谐振支路谐振频率偏移条件下输出电压的FFT分析。
图9为本发明第二个实施例在串联谐振支路谐振频率偏移条件下输出电压的FFT分析。
具体实施方式
图1是本发明第一个实施例的电路原理图。由该图可见，无源逆变器使用PWM（脉宽调制）的方式产生负载所需要频率和幅值的电压，并通过电感L和电容C构成的LC滤波器将电能传送给负载；另外，电感Lf和电容Cf组成串联谐振支路，与电容C并联，其串联谐振频率与无源逆变器的开关频率相同或相近，从而为无源逆变器提供开关频率谐波的旁路通道。上述电感L、电容C组成的LC型滤波器和电感Lf、电容Cf组成的串联谐振支路一起，构成本发明所提出的带有串联谐振支路的无源逆变器输出滤波器。
图2是本发明第一个实施例具体应用时的电路示意图。通过对本发明的滤波器输出端电压uo的反馈控制，使得无源逆变器输出电压ui含有期望的电压成分；同时由于PWM特性，ui中还包含有开关频率及其整数倍的谐波成分。本发明所提的滤波器中串联谐振支路可以滤除开关频率的谐波成分，本发明所提的滤波器中LC滤波器可以滤除2倍及其以上倍开关频率的谐波成分，从而使得无源逆变器输出电压ui中只有期望的电压成分传递给负载。其中，具体电路参数如下:
L C Cf Lf 开关频率
0.32mH 10uF 10uF 9.75uH 16KHz
其输出电压FFT分析如图3所示，由图3可见，本发明一种带有串联谐振支路的无源逆变器输出滤波器，可以很好的将逆变器输出电压中的开关频率分量几乎完全滤除，且其余谐波分量抑制在0.4%以下。图4为在相同滤波性能条件下，使用传统无源逆变器输出滤波器时，输出电压的FFT分析，其具体电路参数如下：
L C Cf Lf 开关频率
0.5mH 10uF 无 无 16KHz
对比图3、图4可知，在相同的滤波性能条件下，本发明一种带有串联谐振支路的无源逆变器输出滤波器，相对于传统的无源逆变器输出滤波器，可以调高25%的滤波器截止频率，减小36%的电感值。
图5是本发明第一个实施例在第二个具体应用时的电路示意图。与第一个实施例相比，其区别在于，所示滤波器用于三相系统中，采用星形接法。其中，电感La、电容Ca构成A相LC型滤波器，电感La与逆变器输出桥臂相接，另一端作为滤波器输出与负载相连，电容Ca与电感La并联,电感Lfa和电容Cfa串联,构成A相串联谐振支路，电感La、Lfa以及电容Ca、Cfa构成A相所提滤波器；电感Lb、电容Cb构成B相LC型滤波器，电感Lb与逆变器输出桥臂相接，另一端作为滤波器输出与负载相连，电容Cb与电感Lb并联,电感Lfb和电容Cfb串联，并与电容Cb并联,构成B相串联谐振支路，电感Lb、Lfb以及电容Cb、Cfb构成B相所提滤波器；电感Lc、电容Cc构成C相LC型滤波器，电感Lc与逆变器输出桥臂相接，另一端作为滤波器输出与负载相连，电容Cc与电感Lc并联,电感Lfc和电容Cfc串联，并与电容Cc并联,构成C相串联谐振支路，电感Lc、Lfc以及电容Cc、Cfc构成C相所提滤波器；
图6是本发明第一个实施例在第三个具体应用时的电路示意图。与第二个具体应用相比，其区别在于，所示滤波器采用三角形接法。其中，电感La、电容Ca构成A相LC型滤波器，电感La与逆变器输出桥臂相接，另一端作为滤波器输出与负载相连，电容Ca与电感La并联,电感Lfa和电容Cfa串联，,构成A相串联谐振支路，电感La、Lfa以及电容Ca、Cfa构成A相所提滤波器；电感Lb、电容Cb构成B相LC型滤波器，电感Lb与逆变器输出桥臂相接，另一端作为滤波器输出与负载相连，电容Cb与电感Lb并联,电感Lfb和电容Cfb串联，并与电容Cb并联,构成B相串联谐振支路，电感Lb、Lfb以及电容Cb、Cfb构成B相所提滤波器；电感Lc、电容Cc构成C相LC型滤波器，电感Lc与逆变器输出桥臂相接，另一端作为滤波器输出与负载相连，电容Cc与电感Lc并联,电感Lfc和电容Cfc串联，并与电容Cc并联,构成C相串联谐振支路，电感Lc、Lfc以及电容Cc、Cfc构成C相所提滤波器。
图7是本发明第二个实施例的电路原理图。电感L、电容C构成传统的LC型滤波器，电感L与逆变器输出桥臂相接，另一端作为滤波器输出与负载相连，电容C与电感L并联；电感Lf、电容Cf和电阻Rf串联，构成串联谐振支路，并与电容C并联，其串联谐振频率与无源逆变器的开关频率相同或相近；电阻Rf与电感Lf、电容Cf串联，使得串联谐振支路具有一定的Q值，以防止谐振频率偏移造成的滤波性能急剧下降。
由该图可见，无源逆变器使用PWM（脉宽调制）的方式产生负载所需要频率和幅值的电压，并通过电感L和电容C构成的LC滤波器将电能传送给负载；另外，电感Lf、电容Cf和电阻Rf组成串联谐振支路，与电容C并联，其串联谐振频率与无源逆变器的开关频率相同或相近，从而为无源逆变器提供开关频率谐波的旁路通道。电阻Rf与电感Lf、电容Cf串联，使得串联谐振支路具有一定的Q值，有效的防止谐振频率偏移造成的滤波性能急剧下降的现象。上述电感L、电容C组成的LC型滤波器和电感Lf、电容Cf、电阻Rf组成的串联谐振支路一起，构成本发明所提出的带有串联谐振支路的无源逆变器输出滤波器。
图8给出了第一个实施例结构中，由于电感值Lf偏小10%造成的串联谐振支路谐振频率偏移条件下，输出电压的FFT分析，由图8可知，此时，开关频率处谐波分量峰值为0.15V；图9给出了第二个实施例结构中，由于电感值Lf偏小10%造成的串联谐振支路谐振频率偏移条件下，输出电压的FFT分析，由9图可知，此时，开关频率处谐波分量峰值为0.075V；。对比图8、图9可知，电阻Rf的存在，，使得串联谐振支路具有一定的Q值，使得在发生串联谐振支路谐振频率偏移条件下，相对于第一个实施例，开关频率处谐波分量的滤波效果增加了50%，有效的防止谐振频率偏移造成的滤波性能急剧下降的现象。

Claims (3)

1.一种带有串联谐振支路的无源逆变器输出滤波器，包括电感L、电容C，电感L与逆变器输出桥臂相接，另一端作为滤波器输出与负载相连，电容C与电感L并联，其特征在于：它还包括电感Lf、电容Cf，电感Lf与电容Cf串联构成一条串联谐振支路，该串联谐振支路与电容C并联。
2.一种带有串联谐振支路的无源逆变器输出滤波器，包括电感L、电容C，电感L与逆变器输出桥臂相接，另一端作为滤波器输出与负载相连，电容C与电感L并联，其特征在于：它还包括电感Lf、电容Cf和电阻Rf，电感Lf、电容Cf和电阻Rf串联构成一条串联谐振支路，该串联谐振支路与电容C并联。
3.如权利要求1～2述的一种带有串联谐振支路的无源逆变器输出滤波器，其特征在于：所述的串联谐振支路的谐振频率与无源逆变器的开关频率相同或者相近。
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