CN104065289B - 反激高频隔离式三电平逆变器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种反激高频隔离式三电平逆变器。该逆变器的电路结构由输入直流电源、输入滤波器、高频隔离式反激三电平变换单元、周波变换器、输出滤波器和交流负载构成；本发明能够实现将不稳定、劣质的直流电压变换为所需要的稳定、优质的正弦交流电压的功能。通过改变高频隔离式反激三电平变换单元和周波变换器的类型，可以得到单管反激型、双管反激型、半桥反激型、全桥反激型高频隔离三电平逆变器的电路拓扑族。本发明具有电路拓扑简洁、双向功率流两级变换、功率开关管电压应力小、输出滤波器前端电压频谱特性好、输出滤波器体积小、负载适应能力强等良好特点，适用于高电压输入场合。

Description

反激高频隔离式三电平逆变器

技术领域

本发明属于电力电子变换技术领域，特别是一种反激高频隔离式三电平逆变器。

背景技术

DC-AC变换技术是应用功率半导体器件，将直流电能转换成恒压恒频交流电能的一种静止变流技术，供交流负载使用，广泛地应用于国防、工矿企业、科研院所、大学实验室和日常生活中。

迄今为止，国内外电力电子研究人员对于直－交变换器的研究，主要集中在非电气隔离式、低频和高频电气隔离式等两电平直－交变换器；对于多电平变换器的研究，主要集中在多电平直-直、交-交和交-直变换器，而对于多电平直－交变换器的研究则非常少，且仅仅局限于非隔离式、低频或中频隔离式多电平直－交变换器，对高频隔离式多电平两级功率变换的逆变器研究却比较少。

自从德国学者Holtz首次提出了利用开关管来辅助中点箝位的三电平逆变器主电路，日本的A Nabae等人对其进行了发展，提出了二极管箝位式多电平逆变电路。经过几十年的发展，多电平逆变技术目前主要有三类拓扑结构：(1)二极管箝位型逆变器、(2)飞跨电容箝位型逆变器、(3)级联型多电平逆变器。Mr.ESPELAGE于1977年提出了高频链逆变技术的新概念，利用高频变压器代替传统低频环节逆变技术中的工频变压器，克服了低频逆变技术的缺点，显著提高了逆变器的特性，必将取代低频环节逆变器，得到广泛应用。

近十年来，围绕高频环节逆变技术，国内外学者做了大量的研究工作，取得了不少有价值的研究成果。1998年浙江大学黄敏超博士提出了基于buck-boost(反激)变换器的电流源高频链逆变器电路结构，包括单管单向、单管双向、推挽、半桥及全桥式拓扑，该系列反激逆变器具有拓扑简洁、两级功率变换、变换效率高、可靠性高、输出只需电容滤波等优点。但是它们均为两电平逆变器，由于拓扑的限制，其开关管电压与电流应力均比较大，输出容量小，不能应用在高电压大功率电能变换场合。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有两级功率变换(直流DC-高频交流HFAC-低频交流LFAC)、双向功率流、输出滤波器前端电压频谱特性好、高功率密度、降低开关器件的电压应力、输出滤波器体积小、能够实现交流负载与直流电源高频电气隔离的反激高频隔离式三电平逆变器。

实现本发明目的的技术解决方案为：

一种反激高频隔离式三电平逆变器，由依次连接的输入直流电源单元、输入滤波器、高频隔离式反激三电平变换单元、周波变换器、输出滤波器和交流负载构成，其中：

输入直流电源单元与输入滤波器一端连接，输入滤波器另一端与高频隔离式反激三电平变换单元一端连接，高频隔离式反激三电平变换单元另一端经过高频隔离式变压器与周波变换器一端连接，周波变换器另一端与输出滤波器一端连接，输出滤波器另一端与交流负载连接。

作为可选的实施方式，反激高频隔离式三电平逆变器可采用单管反激型拓扑、双管反激型拓扑、半桥反激型拓扑、全桥反激型拓扑中的一种。

以单管反激型拓扑为例，根据本发明的公开，反激高频隔离式三电平逆变器由依次连接的输入直流电源、输入滤波器、高频隔离式反激三电平变换单元、周波变换器、输出滤波器和交流负载构成；其中：输入直流电源单元与输入滤波器一端连接，输入滤波器另一端与高频隔离式反激三电平变换单元一端连接，高频隔离式反激三电平变换单元另一端与周波变换器一端连接，周波变换器另一端与输出滤波器一端连接，输出滤波器另一端与输出交流负载连接。即输入直流电源的正极与第一输入滤波电容的正极相连，输入直流电源的负极与第二输入滤波电容的负极相连；所述的输入滤波器由第一输入滤波电容和第二输入滤波电容构成；第一输入滤波电容的负极与第二输入滤波电容的正极相连；所述单管反激高频隔离三电平变换单元由第一功率开关管、第二功率开关管、第一二极管、第二二极管、第三二极管、高频隔离式变压器第一原边绕组、高频隔离变压器第一副边绕组、高频隔离变压器第二副边绕组构成；第一功率开关管的漏极与第一输入滤波电容的正极相连，第一二极管反并联于第一功率开关管的两端，即第一二极管的阴极与第一功率开关管的漏极连接，第一二极管的阳极与第一功率开关管的源极连接，第三二极管阳极与第一输入滤波电容的负极、第二输入滤波电容的正极相连，第三二极管的阴极与第一功率开关管的源极相连，高频隔离式变压器第一原边绕组的同名端与第一功率开关管的源极、第三二极管的阴极相连，第二功率开关管的漏极与高频隔离变压器第一原边绕组的非同名端相连，第二二极管反并联于第二功率开关管的两端，即第二二极管的阴极与第二功率开关管的漏极连接，第二二极管的阳极与第二功率开关管的源极连接，第二功率开关管的源极与第二输入滤波电容的负极相连，高频隔离变压器第一副边绕组的同名端与高频隔离变压器第二副边绕组的非同名端相连。所述全波式周波变换器由第一双向功率开关管和第二双向功率开关管构成；所述的第一双向功率开关管和第二双向功率开关管都是由两个单个的功率开关管反向串联而构成承受正向、反向的电压应力和电流应力的开关，具有双向阻断功能；第一双向功率开关管包括第三功率开关管、第四功率开关管、第四二极管、第五二极管，第二双向功率开关管包括第五功率开关管、第六功率开关管、第六二极管，第七二极管；第一双向功率开关管的一端与高频隔离变压器第一副边绕组的非同名端相连，第二双向功率开关管的一端与高频隔离变压器第二副边绕组的同名端与相连，第二双向功率开关管的另一端与第一双向功率开关管的另一端连接；第三功率开关管的漏极和第四二极管的阴极相连作为第一双向功率开关管的一端，第四功率开关管的漏极和第五二极管的阴极相连作为第一双向功率开关管的另一端，第三功率开关管的源极、第四功率开关管的源极、第四二极管的阳极、第五二极管的阳极连接在一起，第五功率开关管的漏极和第六二极管的阴极相连作为第二双向功率开关管的一端，第六功率开关管的漏极和第七二极管的阴极相连作为第二双向功率开关管的另一端，第五功率开关管的源极、第六功率开关管的源极、第六二极管的阳极、第七二极管的阳极连接在一起。所述输出滤波器包含输出滤波电容；输出滤波电容的正极与第四功率开关管的漏极、第五二极管的阴极、第六功率开关管的漏极、第七二极管的阴极连接，输出滤波电容的负极与高频隔离变压器第一副边绕组的同名端、高频隔离变压器第二副边绕组的非同名端连接。所述输出交流负载包含交流负载，交流负载的正极与输出滤波电容的正极相连，交流负载的负极与输出滤波电容的负极相连。

本发明与现有技术相比，本发明的显著优点在于：

(1)将箝位型多电平拓扑的构造思路运用于传统Buck—boost型(反激型)逆变器中。并在输入直流电源与交流负载中插入高频隔离变压器，实现了输入侧与负载侧的电气隔离，高频隔离变压器的使用实现了变换器的小型化、轻量化，提高了变换器的效率。

(2)与其他拓扑形式逆变器相比，反激型逆变器具有拓扑简洁输出滤波器体积小(只需电容滤波)、转换效率高等优点，与传统的“双向反激型高频环节逆变器”相比，本发明在输出滤波电感前端能够得到三电平，从而减小了功率开关管的电压应力，拓宽了功率开关管的选择范围，滤波电容值更小，适用于高电压输入场合。在民用、工业、国防等要求电气隔离的高压大容量逆变场合，采用本发明的逆变拓扑是比较理想的逆变电源解决方案。

(3)本发明具有功率变换级数少(直流DC-高频交流HFAC-低频交流LFAC)，双向功率流，在一个输出交流周期内高频隔离变压器磁芯被双向磁化，变压器磁芯的利用率高，输出滤波器前端电压频谱特性好等优点，因而提高变换效率和功率密度、减小体积和重量。

附图说明

图1为本发明反激高频隔离式三电平逆变器的电路拓扑结构图。

图2为本发明单管反激高频隔离式三电平逆变器的电路拓扑结构图。

图3为本发明双管反激高频隔离式三电平逆变器的电路拓扑结构图。

图4为本发明半桥反激高频隔离式三电平逆变器的电路拓扑结构图。

图5为本发明全桥反激高频隔离式三电平逆变器的电路拓扑结构图。

具体实施方式

本发明反激高频隔离式三电平逆变器的基本工作原理如下：本逆变器可以采用有源箝位的脉冲调制(SPWM)斩波的控制方式。当不稳定的高压输入直流电源U向交流负载Z_L传递功率时，直流输入电压经过输入滤波器滤波分压后能够得到两种电平(+U、+U/2)，高频隔离变压器将直流电压能量变换成脉动的电流能量储存在储能式变压器中，周波变换器将此高频脉动的电流低频解调，经滤波后得到低频交流电，供电给负载；负载向输入电源回馈能量时，周波变换器工作在调制状态，反激高频隔离式三电平变换单元工作在整流状态。此逆变器具有四象限工作能力，因此可以带感性、容性、阻性和整流性负载，此逆变器的控制电路可根据交流负载的性质进行调整，从而在输出端得到稳定或可调的电压。

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

总体来说，结合附图1，本发明提出的反激高频隔离式三电平逆变器，由依次连接的输入直流电源1、输入滤波器2、高频隔离式反激三电平变换单元3、周波变换器4、输出滤波器5和交流负载5构成。该变换器将不稳定的高压直流电变换成稳定或可调的正弦电，并减少功率变换级数，实现高频电气隔离，适用于高压直—交变换场合。

如图1所示，输入直流电源1的正极与第一输入滤波电容C1正极相连，输入直流电源1负极与第二输入滤波电容C2负极相连，输入滤波电容2的另一一端与高频隔离式反激变换单元3相连，高频隔离式反激变换单元3由数个反并联有二极管的功率开关管和两个或四个钳位二极管及高频储能式变压器构成，将输入直流电压调制成高频脉动的电流能量，高频隔离式反激变换单元3另一端与周波变换器4相连，周波变换器4由一个或两个双向开关管构成，主要将高频脉动电流低频解调，经输出滤波电容滤波后输出给交流负载，周波变换器4的另一端与输出滤波器5相连，交流负载并联于输出滤波器两端。相对传统反激逆变器，由于引入了三电平技术，主功率开关管所承受的电压应力为两电平模式下的一半，适用于高压输入的大功率场合。

本发明所提出的具有上述电路结构的反激高频隔离式三电平逆变器通过改变输入滤波器、高频隔离式反激三电平变换单元和周波变换器的结构可以得到不同的电路拓扑族，包括单管反激式、双管反激式、半桥反激式和全桥反激式四种电路拓扑，该电路拓扑族中的所有拓扑均具有相同的二极管钳位结构和高频电气隔离，同时也有部分不同，单管式、双管式和全桥式具有相同的输入滤波器，双管式、半桥式和全桥式具有相同周波变换器，单管式和双管式高频隔离变压器具有三个绕组，半桥式和全桥式高频隔离变压器具有两个绕组。

其中，单管反激型高频隔离式三电平逆变器拓扑如图2所示。其具体电路如下：依次连接的输入直流电源1、输入滤波器2、单管反激高频隔离三电平变换单元3、全波式周波变换器4、输出滤波器5和交流负载6构成适用于高压输入DC-AC变换场合的单管反激电路拓扑。即输入直流电源Ui的正极与第一输入滤波电容C1的正极相连，输入直流电源Ui的负极与第二输入滤波电容C2的负极相连；所述的输入滤波器2由第一输入滤波电容C1和第二输入滤波电容C2构成；第一输入滤波电容C1的负极与第二输入滤波电容C2的正极相连；所述单管反激高频隔离三电平变换单元3由第一功率开关管S1、第二功率开关管S2、第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、高频隔离式变压器T第一原边绕组N1、高频隔离变压器T第一副边绕组N2、高频隔离变压器T第二副边绕组N3构成；第一功率开关管S1的漏极与第一输入滤波电容C1的正极相连，第一二极管D1反并联于第一功率开关管S1的两端，即第一二极管D1的阴极与第一功率开关管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，第三二极管D3阳极与第一输入滤波电容C1的负极、第二输入滤波电容C2的正极相连，第三二极管D3的阴极与第一功率开关管S1的源极相连，高频隔离式变压器T第一原边绕组N1的同名端与第一功率开关管S1的源极、第三二极管D3的阴极相连，第二功率开关管S2的漏极与高频隔离变压器T第一原边绕组N1的非同名端相连，第二二极管D2反并联于第二功率开关管S2的两端，即第二二极管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，第二功率开关管S2的源极与第二输入滤波电容C2的负极相连，高频隔离变压器T第一副边绕组N2的同名端与高频隔离变压器T第二副边绕组N3的非同名端相连。所述全波式周波变换器4由第一双向功率开关管SA和第二双向功率开关管SB构成；所述的第一双向功率开关管SA和第二双向功率开关管SB都是由两个单个的功率开关管反向串联而构成承受正向、反向的电压应力和电流应力的开关，具有双向阻断功能；第一双向功率开关管SA包括第三功率开关管S3、第四功率开关管S4、第四二极管D4、第五二极管D5，第二双向功率开关管SB包括第五功率开关管S5、第六功率开关管S6、第六二极管D6，第七二极管D7；第一双向功率开关管SA的一端与高频隔离变压器T第一副边绕组N2的非同名端相连，第二双向功率开关管SB的一端与高频隔离变压器T第二副边绕组N3的同名端与相连，第二双向功率开关管SB的另一端与第一双向功率开关管SA的另一端连接；第三功率开关管S3的漏极和第四二极管D4的阴极相连作为第一双向功率开关管SA的一端，第四功率开关管S4的漏极和第五二极管D5的阴极相连作为第一双向功率开关管SA的另一端，第三功率开关管S3的源极、第四功率开关管S4的源极、第四二极管D4的阳极、第五二极管D5的阳极连接在一起，第五功率开关管S5的漏极和第六二极管D6的阴极相连作为第二双向功率开关管SB的一端，第六功率开关管S6的漏极和第七二极管D7的阴极相连作为第二双向功率开关管SB的另一端，第五功率开关管S5的源极、第六功率开关管S6的源极、第六二极管D6的阳极、第七二极管D7的阳极连接在一起。所述输出滤波器5包含输出滤波电容Cf；输出滤波电容Cf的正极与第四功率开关管S4的漏极、第五二极管D5的阴极、第六功率开关管S6的漏极、第七二极管D7的阴极连接，输出滤波电容Cf的负极与高频隔离变压器T第一副边绕组N2的同名端、高频隔离变压器T第二副边绕组N3的非同名端连接。所述输出交流负载6包含交流负载ZL，交流负载ZL的正极与输出滤波电容Cf的正极相连，交流负载ZL的负极与输出滤波电容Cf的负极相连。

双管反激型高频隔离式三电平逆变器拓扑如图3所示。其具体电路连接如下：依次连接的输入直流电源1、输入滤波器2、双管反激高频隔离三电平变换单元3、周波变换器4、输出滤波器5和交流负载6构成适用于高压输入DC-AC变换场合的单管反激电路拓扑。即输入直流电源Ui的正极与第一输入滤波电容C1的正极相连，输入直流电源Ui的负极与第二输入滤波电容C2的负极相连；所述的输入滤波器2由第一输入滤波电容C1和第二输入滤波电容C2构成；第一输入滤波电容C1的负极与第二输入滤波电容C2的正极相连；所述双管反激高频隔离三电平变换单元3由第一功率开关管S1、第一二极管D1，第二功率开关管S2，第二二极管D2，第三功率开关管S3，第三二极管D3，第四功率开关管S4，第四二极管D4，第五二极管D5第六二极管D6，高频隔离变压器T第一原边绕组N1，高频隔离变压器T第二原边绕组N2，高频隔离变压器T第一副边绕组N3构成；第一功率开关管S1的漏极和第三功率开关管S3的漏极与第一输入滤波电容C1的正极相连接，第一二极管D1和第三二极管D3分别反并联于第一功率开关管S1和第三功率开关管S3两端，即第一二极管D1的阴极与第一功率开关管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，第一功率开关管S1的源极和高频隔离变压器T第一原边绕组N1的同名端连接，第三功率开关管S3的源极和高频隔离变压器T第二原边绕组N2的非同名端连接，高频隔离变压器T第一原边绕组N1的非同名端与第二功率开关管S2的漏极连接，高频隔离变压器T第二原边绕组N2的同名端与第四功率开关管S4的漏极连接，第二二极管D2和第四二极管D4分别反并联于第二功率开关管S2和第四功率开关管S4两端，即第二二极管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，第二功率开关管S2的源极和第四功率开关管S4的源极与第二输入滤波电容C2的负极相连，第五二极管D5的阳极和第六二极管D6的阴极与第二输入滤波电容C2的正极相连，第五二极管D5的阴极连与高频隔离变压器T第一原边绕组N1的同名端，第六二极管D6的阳极连与高频隔离变压器T第二原边绕组N2的同名端相连。所述周波变换器4由第五功率开关管S5、第七二极管D7、第六功率开关管S6、第八二极管D8构成；第五功率开关管S5的漏极与高频隔离变压器T第一副边绕组N3的非同名端相连，第七二极管D7反并联于第五功率开关管S5的两端，即第七二极管D7的阴极与第五功率开关管S5的漏极相连，第七二极管D7的阳极与第五功率开关管S5的源极相连，第六功率开关管S6的漏极与高频隔离变压器T第一副边绕组N3的同名端相连，第六二极管D6反并联于第六功率开关管S6的两端，即第八二极管D8的阴极与第六功率开关管S6的漏极相连，第八二极管D8的阳极与第六功率开关管S6的源极相连。所述输出滤波器5包含输出滤波电容Cf；输出滤波电容Cf的正极与第五功率开关管S5的源极、第七二极管D7的阳极连接，输出滤波电容Cf的负极与第六功率开关管S6的源极、第八二极管D8的阳极连接。所述输出交流负载6包含交流负载ZL，交流负载ZL的正极与输出滤波电容Cf的正极相连，交流负载ZL的负极与输出滤波电容Cf的负极相连。

半桥反激型高频隔离式三电平逆变器拓扑如图4所示。其具体电路连接如下：依次连接的输入直流电源1、输入滤波器2、半桥反激高频隔离三电平变换单元3、周波变换器4、输出滤波器5和交流负载6构成适用于高压输入DC-AC变换场合的单管反激电路拓扑。即输入直流电源Ui的正极与第一输入滤波电容C1的正极相连，输入直流电源Ui的负极与第四输入滤波电容C4的负极相连；所述的输入滤波器2由第一输入滤波电容C1、第二输入滤波电容C2、第三输入滤波电容C3和第四输入滤波电容C4构成；第一输入滤波电容C1的负极与第二输入滤波电容C2的正极相连，第二输入滤波电容C2的负极与第三输入滤波电容C3的正极相连，第三输入滤波电容C3的负极与第四输入滤波电容C4的正极相连。所述半桥反激高频隔离三电平变换单元3由第一功率开关管S1、第一二极管D1、第二功率开关管S2、第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4、第三功率开关管S3、第五二极管D5、第四功率开关管S4、第六二极管D6、第五功率开关管S5、第七二极管D7、第六功率开关管S6、第八二极管D8、高频隔离变压器T第一原边绕组N1、高频隔离变压器T第一副边绕组N2构成；第一功率开关管S1的漏极与第一输入滤波电容C1的正极相连接，第一二极管D1反并联于第一功率开关管S1两端，即第一二极管D1的阴极与第一功率开关管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，第一功率开关管S1的源极与第五功率开关管S5的源极连接，第五功率开关管S5的漏极与第二输入滤波电容C2的正极连接，第七二极管D7反并联于第五功率开关管S5两端，即第七二极管D7的阴极与第五功率开关管S5的漏极连接，第七二极管D7的阳极与第五功率开关管S5的源极连接，第三功率开关管S3的漏极与第一功率开关管S1的源极、第五功率开关管S5的源极连接，第五二极管D5反并联于第三功率开关管S3两端，即第五二极管D5的阴极与第三功率开关管S3的漏极连接，第五二极管D5的阳极与第三功率开关管S3的源极连接，高频隔离变压器T第一原边绕组N1的同名端与第三功率开关管的源极相连，第三二极管D3的阴极与第一功率开关管S1的源极、第五功率开关管S5的源极、第三功率开关管S3的漏极相连，第四二极管D4的阴极与第二输入滤波电容C2的负极、第三输入滤波电容C3的正极、第三二极管D3的阳极、高频隔离变压器T第一原边绕组N1的非同名端连接，第四功率开关管S4的漏极与第三功率开关管S3的源极相连，第六二极管D6反并联于第四功率开关管S4两端，即第六二极管D6的阴极与第四功率开关管S4的漏极连接，第六二极管D6的阳极与第四功率开关管S4的源极连接，第六功率开关管S6的源极与第三输入滤波电容C3的负极、第四输入滤波电容C4的正极相连，第六功率开关管S6的漏极与第四二极管D4的阳极、第四功率开关管S4的源极相连，第八二极管D8反并联于第六功率开关管S6两端，即第八二极管D8的阴极与第六功率开关管S6的漏极连接，第八二极管D8的阳极与第六功率开关管S6的源极连接，第二功率开关管S2的源极与第四输入滤波电容C4的负极连接，第二功率开关管S2的漏极与第四功率开关管S4的源极、第六功率开关管S6的漏极、第四二极管D4的阳极相连，第二二极管D2反并联于第二功率开关管S2两端，即第二二极管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的源极相连。所述周波变换器4由第七功率开关管S7、第九二极管D9、第八功率开关管S8、第十二极管D10构成；第七功率开关管S7的漏极与高频隔离变压器T第一副边绕组N2的非同名端相连，第九二极管D9反并联于第七功率开关管S7的两端，即第九二极管D9的阴极与第七功率开关管S7的漏极相连，第九二极管D9的阳极与第七功率开关管S7的源极相连，第八功率开关管S8的漏极与高频隔离变压器T第一副边绕组N2的同名端相连，第十二极管D10反并联于第八功率开关管S8的两端，即第十二极管D10的阴极与第八功率开关管S8的漏极相连，第十二极管D10的阳极与第八功率开关管S8的源极相连。所述输出滤波器5包含输出滤波电容Cf；输出滤波电容Cf的正极与第七功率开关管S7的源极、第九二极管D9的阳极连接，输出滤波电容Cf的负极与第八功率开关管S8的源极、第十二极管D10的阳极连接。所述输出交流负载6包含交流负载ZL，交流负载ZL的正极与输出滤波电容Cf的正极相连，交流负载ZL的负极与输出滤波电容Cf的负极相连。

全桥反激型高频隔离式三电平逆变器拓扑如图5所示。其具体电路连接如下：依次连接的输入直流电源1、输入滤波器2、全桥反激高频隔离三电平变换单元3、周波变换器4、输出滤波器5和交流负载6构成适用于高压输入DC-AC变换场合的单管反激电路拓扑。即输入直流电源Ui的正极与第一输入滤波电容C1的正极相连，输入直流电源Ui的负极与第二输入滤波电容C2的负极相连；所述的输入滤波器2由第一输入滤波电容C1、第二输入滤波电容C2构成；第一输入滤波电容C1的负极与第二输入滤波电容C2的正极相连。所述全桥反激高频隔离三电平变换单元3由第一功率开关管S1、第一二极管D1、第二功率开关管S2、第二二极管D2、第三功率开关管S3、第三二极管D3、第四功率开关管S4、第四二极管D4、第五二极管D5、第六二极管D6、第五功率开关管S5、第七二极管D7、第六功率开关管S6、第八二极管D8、第七功率开关管S7、第九二极管D9、第八功率开关管S8、第十二极管D10、第十一二极管D11、第是二二极管D12、高频隔离变压器T第一原边绕组N1、高频隔离变压器T第一副边绕组N2构成；第一功率开关管S1的漏极和第五功率开关管S5的漏极与第一输入滤波电容C1的正极相连，第一二极管D1和第七二极管分别反并联于第一功率开关管S1和第五功率开关管S5两端，即第一二极管D1的阴极与第一功率开关管S1的漏极相连，第一二极管D1的阳极与第一功率开关管S1的源极相连，第七二极管D7的阴极与第五功率开关管S5的漏极相连，第七二极管D7的阳极与第五功率开关管S5的源极连接，第二功率开关管S2的漏极与第一功率开关管S1的源极相连，第二二极管D2反并联于第二功率开关管S2两端，即第二二极管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的源极相连，第三功率开关管S3的漏极与第二功率开关管S2的源极相连，第三二极管D3反并联于第三功率开关管S3两端，即第三二极管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的源极相连，第四功率开关管S4的漏极与第三功率开关管S3的源极相连，第四二极管D4反并联于第四功率开关管S4两端，即第四二极管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的源极相连，第四功率开关管S4的源极与第二输入滤波电容C2的负极相连，第五二极管D5的阳极和第六二极管D6的阴极与第一输入滤波电容C1的负极、第二输入滤波电容C2的正极相连，第五二极管D5的阴极与第二功率开关管S2的源极、第三功率开关管S3的漏极相连，第六功率开关管S6的漏极与第五功率开关管S5的源极相连，第八二极管D8反并联于第六功率开关管S6两端，即第八二极管D8的阴极与第六功率开关管S6的漏极相连，第八二极管D8的阳极与第六功率开关管S6的源极相连，第七功率开关管S7的漏极与第六功率开关管S6的源极相连，第九二极管D9反并联于第七功率开关管S7两端，即第九二极管D9的阴极与第七功率开关管S7的漏极相连，第九二极管D9的阳极与第七功率开关管S7的源极相连，第八功率开关管S8的漏极与第七功率开关管S7的源极相连，第十二极管D10反并联于第八功率开关管S8两端，即第十二极管D10的阴极与第八功率开关管S8的漏极相连，第十二极管D10的阳极与第八功率开关管S8的源极相连，第十一二极管D11的阳极和第十二二极管D12的阴极与第一输入滤波电容C1的负极、第二输入滤波电容C2的正极、第五二极管D5的阳极、第六二极管D6的阴极相连，第十一二极管D11的阴极与第五功率开关管S5的源极、第六功率开关管S6的漏极相连，第十二二极管D12的阳极与第七功率开关管S7的源极、第八功率开关管S8的漏极相连，第八功率开关管S8的源极与第二输入滤波电容C2的负极、第四功率开关管S4的源极相连，高频隔离变压器T第一原边绕组N1的同名端与第二功率开关管S2的源极、第三功率开关管S3的漏极相连，高频隔离变压器T第一副边绕组N2的同名端与第六功率开关管S6的源极、第七功率开关管S7的漏极相连。所述周波变换器4由第九功率开关管S9、第十三二极管D13、第十功率开关管S10、第十四二极管D14构成；第九功率开关管S9的漏极与高频隔离变压器T第一副边绕组N2的非同名端相连，第十三二极管D13反并联于第九功率开关管S9的两端，即第十三二极管D13的阴极与第九功率开关管S9的漏极相连，第十三二极管D13的阳极与第九功率开关管S9的源极相连，第十功率开关管S10的漏极与高频隔离变压器T第一副边绕组N2的同名端相连，第十四二极管D14反并联于第十功率开关管S10的两端，即第十四二极管D14的阴极与第十功率开关管S10的漏极相连，第十四二极管D14的阳极与第十功率开关管S10的源极相连。所述输出滤波器5包含输出滤波电容Cf；输出滤波电容Cf的正极与第九功率开关管S9的源极、第十三二极管D13的阳极连接，输出滤波电容Cf的负极与第十功率开关管S10的源极、第十四二极管D14的阳极连接。所述输出交流负载6包含交流负载ZL，交流负载ZL的正极与输出滤波电容Cf的正极相连，交流负载ZL的负极与输出滤波电容Cf的负极相连。

Claims (1)

1.一种反激高频隔离式三电平逆变器，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)、高频隔离式反激三电平变换单元(3)、周波变换器(4)、输出滤波器(5)和输出交流负载(6)构成，其中：

输入直流电源单元(1)与输入滤波器(2)一端连接，输入滤波器(2)另一端与高频隔离式反激三电平变换单元(3)一端连接，高频隔离式反激三电平变换单元(3)另一端经过高频隔离式变压器(T)与周波变换器(4)一端连接，周波变换器(4)另一端与输出滤波器(5)一端连接，输出滤波器(5)另一端与输出交流负载(6)连接；

其中，依次连接的输入直流电源(1)、输入滤波器(2)、高频隔离式反激三电平变换单元(3)、高频隔离变压器(T)、周波变换器(4)、输出滤波器(5)和输出交流负载(6)构成适用于高压输入DC-AC变换场合的单管反激电路拓扑：

所述的输入滤波器(2)由第一输入滤波电容(C1)、第二输入滤波电容(C2)、第三输入滤波电容(C3)和第四输入滤波电容(C4)构成；第一输入滤波电容(C1)的负极与第二输入滤波电容(C2)的正极相连，第二输入滤波电容(C2)的负极与第三输入滤波电容(C3)的正极相连，第三输入滤波电容(C3)的负极与第四输入滤波电容(C4)的正极相连，输入直流电源(1)的正极与第一输入滤波电容(C1)的正极相连，输入直流电源(1)的负极与第四输入滤波电容(C4)的负极相连；

所述高频隔离式反激三电平变换单元(3)由第一功率开关管(S1)、第一二极管(D1)、第二功率开关管(S2)、第二二极管(D2)、第三二极管(D3)、第四二极管(D4)、第三功率开关管(S3)、第五二极管(D5)、第四功率开关管(S4)、第六二极管(D6)、第五功率开关管(S5)、第七二极管(D7)、第六功率开关管(S6)、第八二极管(D8)、高频隔离变压器(T)第一原边绕组(N1)、高频隔离变压器(T)第一副边绕组(N2)构成；第一功率开关管(S1)的漏极与第一输入滤波电容(C1)的正极相连接，第一二极管(D1)反并联于第一功率开关管(S1)两端，即第一二极管(D1)的阴极与第一功率开关管(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，第一功率开关管(S1)的源极与第五功率开关管(S5)的源极连接，第五功率开关管(S5)的漏极与第二输入滤波电容(C2)的正极连接，第七二极管(D7)反并联于第五功率开关管(S5)两端，即第七二极管(D7)的阴极与第五功率开关管(S5)的漏极连接，第七二极管(D7)的阳极与第五功率开关管(S5)的源极连接，第三功率开关管(S3)的漏极与第一功率开关管(S1)的源极、第五功率开关管(S5)的源极连接，第五二极管(D5)反并联于第三功率开关管(S3)两端，即第五二极管(D5)的阴极与第三功率开关管(S3)的漏极连接，第五二极管(D5)的阳极与第三功率开关管(S3)的源极连接，高频隔离变压器(T)第一原边绕组(N1)的同名端与第三功率开关管的源极相连，第三二极管(D3)的阴极与第一功率开关管(S1)的源极、第五功率开关管(S5)的源极、第三功率开关管(S3)的漏极相连，第四二极管(D4)的阴极与第二输入滤波电容(C2)的负极、第三输入滤波电容(C3)的正极、第三二极管(D3)的阳极、高频隔离变压器(T)第一原边绕组(N1)的非同名端连接，第四功率开关管(S4)的漏极与第三功率开关管(S3)的源极相连，第六二极管(D6)反并联于第四功率开关管(S4)两端，即第六二极管(D6)的阴极与第四功率开关管(S4)的漏极连接，第六二极管(D6)的阳极与第四功率开关管(S4)的源极连接，第六功率开关管(S6)的源极与第三输入滤波电容(C3)的负极、第四输入滤波电容(C4)的正极相连，第六功率开关管(S6)的漏极与第四二极管(D4)的阳极、第四功率开关管(S4)的源极相连，第八二极管(D8)反并联于第六功率开关管(S6)两端，即第八二极管(D8)的阴极与第六功率开关管(S6)的漏极连接，第八二极管(D8)的阳极与第六功率开关管(S6)的源极连接，第二功率开关管(S2)的源极与第四输入滤波电容(C4)的负极连接，第二功率开关管(S2)的漏极与第四功率开关管(S4)的源极、第六功率开关管(S6)的漏极、第四二极管(D4)的阳极相连，第二二极管(D2)反并联于第二功率开关管(S2)两端，即第二二极管(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)的源极相连；所述周波变换器(4)由第七功率开关管(S7)、第九二极管(D9)、第八功率开关管(S8)、第十二极管(D10)构成；第七功率开关管(S7)的漏极与高频隔离变压器(T)第一副边绕组(N2)的非同名端相连，第九二极管(D9)反并联于第七功率开关管(S7)的两端，即第九二极管(D9)的阴极与第七功率开关管(S7)的漏极相连，第九二极管(D9)的阳极与第七功率开关管(S7)的源极相连，第八功率开关管(S8)的漏极与高频隔离变压器(T)第一副边绕组(N2)的同名端相连，第十二极管(D10)反并联于第八功率开关管(S8)的两端，即第十二极管(D10)的阴极与第八功率开关管(S8)的漏极相连，第十二极管(D10)的阳极与第八功率开关管(S8)的源极相连；

所述输出滤波器(5)包含输出滤波电容(Cf)；输出滤波电容(Cf)的正极与第七功率开关管(S7)的源极、第九二极管(D9)的阳极连接，输出滤波电容(Cf)的负极与第八功率开关管(S8)的源极、第十二极管(D10)的阳极连接；

所述输出交流负载(6)包含交流负载(ZL)，交流负载(ZL)的正极与输出滤波电容(Cf)的正极相连，交流负载(ZL)的负极与输出滤波电容(Cf)的负极相连。