CN103560692A

CN103560692A - 输出并联型正反激逆变器

Info

Publication number: CN103560692A
Application number: CN201310545466.5A
Authority: CN
Inventors: 嵇保健; 武海霞; 王维; 洪峰; 万运强; 张馨元
Original assignee: Nanjing Tech University
Current assignee: Nanjing Tech University
Priority date: 2013-11-07
Filing date: 2013-11-07
Publication date: 2014-02-05

Abstract

一种输出并联型正反激逆变器，包括原边输入电路、正激副边电路、反激副边电路和滤波电路，正激电路和反激电路按输出电流电压正负分区间工作，得到逆变输出。具有如下优点：单级结构可实现升压逆变输出和高频电气隔离，输出纹波小，有助于降低整机大小、体积重量和成本；整个电路使用有源功率器件较少，电路拓扑稳定，电路结构简单，开销小；控制方案简单，易于实现。

Description

输出并联型正反激逆变器

一、技术领域

本发明涉及一种可以实现单级升压变换和高频电气隔离的输出并联型正反激逆变器，属电能变换装置中的逆变器。

二、背景技术

随着电力电子技术的发展，逆变器得到了广泛的研究和应用，而拓扑结构简单化一直是电力电子学追求的目标。相对于传统的前级DC／DC直直变换器+后级DC／AC逆变器的两级式结构逆变器，单级逆变器具有系统结构简单、开销小、整机体积重量小、整体的功率变换效率高等优点，是很具有研究价值和发展前景的拓扑结构。同时，希望该单级逆变器是高频电气隔离的，且即可降压逆变又可升压逆变，以满足实际需求。

三、发明内容

1、发明目的：本发明的目的是提供一种可以实现升压变换和高频电气隔离的单级逆变器。

2、技术方案：为了解决上述的技术问题，本发明的可实现升压逆变和高频电气隔离输出并联型正反激逆变器，包括原边输入电路1、正激副边电路2、反激副边电路3和滤波电路4；原边输入电路1包括第一功率三极开关管S₁和变压器T原边电感L₁；正激副边电路2包括第二功率三极开关管S₂、第三功率三极开关管S₃和变压器T第一副边电感L₂；反激副边电路3包括第四功率三极开关管S₄、第五功率三极开关管S₅和变压器T第二副边电感L₃；滤波电路4包括输出滤波电感L₄和滤波电容C；本发明输出并联型正反激逆变器的特征在于，变压器T原边电感L₁的同名端与外界电源U的正极连接；变压器T原边电感L₁的非同名端与第一功率三极开关管S₁的漏极相连；第一功率三极开关管S₁的源极与外界电源U的负极连接；变压器T第一副边电感L₂的同名端与第二功率三极开关管S₂的漏极相连；第二功率三极开关管S₂的源极和第四功率三极开关管S₄的源极，连接到输出滤波电感L₄的一端；输出滤波电感L₄的另一端，连接到输出滤波电容C正极和外界负载R正极的连接点；输出滤波电容C负极和外界负载R负极，与第三功率三极开关管S₃的源极和第五功率三极开关管S₅的源极的连接点相连；第三功率三极开关管S₃的漏极与变压器T第一副边电感L₂的非同名端相连；第四功率三极开关管S₄的漏极与变压器T第二副边电感L₃的非同名端相连；第五功率三极开关管S₅的漏极与变压器T第二副边电感L₃的同名端相连。

3、有益效果：本发明是可实现升压变换和高频电气隔离的输出并联型正反激逆变器，具有如下优点：(1)单级结构即实现了升压逆变输出，整机大小、体积重量和成本可大为降低；(2)实现了高频电气隔离；(3)拓扑结构稳定、可靠，输出谐波含量小；(4)整个电路使用有源功率器件较少，结构简单，开销小；(5)控制方案简单，易于实现。

四、附图说明

图1是本发明的可实现升压变换和高频电气隔离的输出并联型正反激逆变器电路结构示意图，标号名称：1.原边输入电路；2.正激副边电路；3.反激副边电路；4.滤波电路；

图2是本发明的可实现升压变换和高频电气隔离的输出并联型正反激逆变器电路各开关模态示意图；

图3是本发明的可实现升压变换和高频电气隔离的输出并联型正反激逆变器电路采用的控制框图。

图中的主要符号名称：S₁～S₅——第一～第五功率三极开关管；L₄——输出滤波电感；T——变压器；U——外接电源；C——输出滤波电容；R——负载；i_L——电感电流；i_Lf——电感电流反馈；i_r——电流基准；u_r——电压基准；u_o——逆变器输出电压；u_of——输出电压反馈；PWM——驱动信号；V₁～V₅——功率开关管S₁～S₅的驱动。

五、具体实施方式

如图1所示，本实例的可实现升压变换和高频电气隔离的输出并联型正反激逆变器，其特征在于，变压器T原边电感L₁的同名端与外界电源U的正极连接；变压器T原边电感L₁的非同名端与第一功率三极开关管S₁的漏极相连；第一功率三极开关管S₁的源极与外界电源U的负极连接；变压器T第一副边电感L₂的同名端与第二功率三极开关管S₂的漏极相连；第二功率三极开关管S₂的源极和第四功率三极开关管S₄的源极，连接到输出滤波电感L₄的一端；输出滤波电感L₄的另一端，连接到输出滤波电容C正极和外界负载R正极的连接点；输出滤波电容C负极和外界负载R负极，与第三功率三极开关管S₃的源极和第五功率三极开关管S₅的源极的连接点相连；第三功率三极开关管S₃的漏极与变压器T第一副边电感L₂的非同名端相连；第四功率三极开关管S₄的漏极与变压器T第二副边电感L₃的非同名端相连；第五功率三极开关管S₅的漏极与变压器T第二副边电感L₃的同名端相连。

变压器始终工作在高频脉宽调制状态。变压器副边绕组电压和原边绕组电压均为高频脉冲调制波，且满足匝比关系。通过匝比设计，可使得输出电压高于或低于输入电压，实现单级升压或降压逆变。输出并联型正反激逆变器的副边电流为正反激绕组电流的叠加，谐波含量可大为减小。同时输出并联型正反激逆变器功率容量较反激更大。

下面以附图1为主电路结构，结合附图2来叙述本发明的输出并联型正反激逆变器的具体工作原理和工作模态。记外界电源U的电压幅值为U_d；变压器T原边电感L₁的电压为u₁，电流为i₁；第一副边电感L₂的电压为u₂；第二副边电感L₃的电压为u₃；副原边绕组匝数比为n。

模态I和模态II构成逆变器的正半周期：

工作模态I：如图2(a)所示，正激电路工作，第一功率三极开关管S₁导通，第二功率三极开关管S₂导通，第三功率三极开关管S₃导通，变压器T原边电压为u₁＝U_d，第一副边电压为u₂＝nU_d，变压器T原边电流i₁开始线性上升，开始向副边传递能量，给外界负载R供电。

工作模态II：如图2(b)所示，反激电路工作，第一功率三极开关管S₁截止，第四功率三极开关管S₄导通，第五功率三极开关管S₅导通，变压器T第二副边为外界负载R供电。

模态III和模态IV构成逆变器的负半周期：

工作模态III：如图2(c)所示，反激电路工作，第一功率三极开关管S₁导通，第四功率三极开关管S₄导通，第五功率三极开关管S₅导通，变压器T原边电压为u₁＝U_d，副边电压为u₃＝nU_d，变压器T原边电流i₁开始线性上升，开始向副边传递能量，给外界负载R供电。

工作模态IV：如图2(d)所示，正激电路工作，第一功率三极开关管S₁截止，第二功率三极开关管S₂导通，第三功率三极开关管S₃导通，变压器T第一副边为外界负载R供电。

为实现以上工作原理，采用的控制方案如附图3所示：输出电压反馈u_of与电压基准u_r经电压环调节器运算得到电流基准i_r。电感电流反馈i_Lf与电流基准i_r经电流环调节器运算得到驱动信号PWM。该驱动信号PWM经逻辑运算分别得到第一～第五功率开关管S₁～S₅的驱动信号V₁～V₅，经驱动和死区电路1～5分别驱动第一～第五功率开关S₁～S₅。

由以上描述可知，本发明是一种可实现升压变换和高频电气隔离的输出并联型正反激逆变器，该逆变器具有如下优点：

1.单级结构可实现升压逆变输出和高频电气隔离，有助于降低整机大小、体积重量和成本；

2.整个电路使用有源功率器件较少，电路拓扑稳定、结构简单，开销小；控制方案简单，易于实现。

3.该逆变器结合了正激变换器和反激变换器优点，具有输出纹波小的特点。

Claims

1.一种输出并联型正反激逆变器，包括原边输入电路(1)、正激副边电路(2)、反激副边电路(3)和滤波电路(4)，其特征在于，变压器(T)原边电感(L₁)的同名端与外界电源(U)的正极连接；变压器(T)原边电感(L₁)的非同名端与第一功率三极开关管(S₁)的漏极相连；第一功率三极开关管(S₁)的源极与外界电源(U)的负极连接；变压器(T)第一副边电感(L₂)的同名端与第二功率三极开关管(S₂)的漏极相连；第二功率三极开关管(S₂)的源极和第四功率三极开关管(S₄)的源极，连接到输出滤波电感(L₄)的一端；输出滤波电感(L₄)的另一端，连接到输出滤波电容(C)正极和外界负载(R)正极的连接点；输出滤波电容(C)负极和外界负载(R)负极，与第三功率三极开关管(S₃)的源极和第五功率三极开关管(S₅)的源极的连接点相连；第三功率三极开关管(S₃)的漏极与变压器(T)第一副边电感(L₂)的非同名端相连；第四功率三极开关管(S₄)的漏极与变压器(T)第二副边电感(L₃)的非同名端相连；第五功率三极开关管(S₅)的漏极与变压器(T)第二副边电感(L₃)的同名端相连。