CN106160538B - 一种逆变拓扑和不间断电源 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供了一种逆变拓扑和不间断电源，用以提供一种既可以挂接单母线电容又可以挂接双母线电容的逆变器拓扑。该逆变拓扑中的第一电容的一端为所述逆变拓扑的第一挂接点，所述第一电容的另一端连接第一二极管的阳极，所述第一二极管的阴极为所述逆变拓扑的第二挂接点；第二电容的一端连接第二二极管的阴极，所述第二二极管的阳极为所述逆变拓扑的第三挂接点，所述第二电容的另一端为所述逆变拓扑的第四挂接点；所述第一电容的两端以及所述第二电容的两端分别连接逆变单元；所述逆变单元，在逆变正半周时，将第一电容上储存的能量转换为交流电输出，并在逆变负半周时，将第二电容上储存的能量转换为交流电输出。

Description

一种逆变拓扑和不间断电源

技术领域

本发明涉及电力电子技术领域，尤其涉及一种逆变拓扑和不间断电源。

背景技术

在不间断电源(UPS，Uninterruptible Power Supply)、新能源发电、有源电力滤波、电机驱动等电力电子应用领域，逆变器都是十分关键的部分。目前UPS中常见的逆变器拓扑有：单母线全桥三电平逆变器拓扑、双母线半桥两电平逆变器拓扑、双母线T型三电平逆变器拓扑和双母线I型三电平逆变器拓扑。

上述的逆变器拓扑要么只能挂接双母线电容，即两个母线电容，要么只能挂接单母线电容，即一个母线电容。其中，逆变拓扑挂接单母线电容或者挂着双母线电容是为了将母线电容上存储的能量转换为交流电输出。

若只能挂接双母线电容的逆变器拓扑改为挂接单母线电容，则无法实现逆变功能；同样地，只能挂接单母线电容的逆变器拓扑改为挂接单母线电容，也无法实现逆变功能；因此，从逆变器电路拓扑设计复用性的角度考虑，目前的逆变器拓扑无法满足既可以挂接单母线电容，又可以挂接双母线电容的要求。

综上所述，目前的逆变器拓扑不能满足既可以挂接单母线电容，又可以挂接双母线电容的要求。

发明内容

本发明实施例提供了一种逆变拓扑和不间断电源，用以提供一种既可以挂接单母线电容的又可以挂接双母线电容的逆变器拓扑。

基于上述问题，本发明实施例提供的一种逆变拓扑，包括第一二极管、第二二极管、第一电容、第二电容和逆变单元；

所述第一电容的一端为所述逆变拓扑的第一挂接点，所述第一电容的另一端连接所述第一二极管的阳极，所述第一二极管的阴极为所述逆变拓扑的第二挂接点；

所述第二电容的一端连接所述第二二极管的阴极，所述第二二极管的阳极为所述逆变拓扑的第三挂接点，所述第二电容的另一端为所述逆变拓扑的第四挂接点；

所述第一电容的两端以及所述第二电容的两端分别连接所述逆变单元；

所述逆变单元，在逆变正半周时，将第一电容上储存的能量转换为交流电输出，并在逆变负半周时，将第二电容上储存的能量转换为交流电输出。

本发明实施例提供的一种不间断电源，包括本发明实施例提供的逆变拓扑。

本发明实施例的有益效果包括：

本发明实施例提供的一种逆变拓扑和不间断电源，在逆变拓扑挂接单母线电容时，第一挂接点和第三挂接点相连，第二挂接点和第四挂接点相连，单母线电容接在第二挂接点和第三挂接点之间，这样单母线电容可以为第一电容和第二电容充电；在逆变拓扑挂接双母线电容时，双母线电容中的一个母线电容接在第一挂接点和第二挂接点之间，从而为第一电容充电，双母线电容中的另一个母线电容接在第三挂接点和第四挂接点之间，从而为第二电容充电；这样，逆变拓扑中的逆变单元可以在逆变正半周时，将第一电容上储存的能量转换为交流电输出，并在逆变负半周时，将第二电容上储存的能量转换为交流电输出。因此，本发明实施例提供的逆变拓扑可以挂接单母线电容也可以挂接双母线电容，并且都能够正常实现逆变功能。

附图说明

图1为本发明实施例提供的逆变拓扑的结构示意图之一；

图2为本发明实施例提供的逆变拓扑的结构示意图之二；

图3为本发明实施例提供的逆变拓扑的结构示意图之三；

图4为本发明实施例提供的逆变拓扑在挂接单母线电容时的结构示意图；

图5～图7为图4所示的逆变拓扑中的控制时序图；

图8为本发明实施例提供的逆变拓扑在挂接双母线电容时的结构示意图。

具体实施方式

本发明实施例提供的逆变拓扑和不间断电源，通过对双母线电容中的正母线电容和负母线电容进行解耦，将正母线和负母线合为一组母线，在保留双母线电容结构特征的情况下，实现了单母线电容挂接的要求，使逆变拓扑具有极大柔性，且便于复用。

下面结合说明书附图，对本发明实施例提供的一种逆变拓扑和不间断电源的具体实施方式进行说明。

本发明实施例提供的一种逆变拓扑，如图1所示，包括第一二极管D1、第二二极管D2、第一电容C1、第二电容C2和逆变单元11；

第一电容C1的一端为所述逆变拓扑的第一挂接点1，第一电容C1的另一端连接第一二极管D1的阳极，第一二极管D1的阴极为所述逆变拓扑的第二挂接点2；

第二电容C2的一端连接第二二极管D2的阴极，第二二极管D2的阳极为所述逆变拓扑的第三挂接点3，第二电容C2的另一端为所述逆变拓扑的第四挂接点4；

第一电容C1的两端以及第二电容C2的两端分别连接逆变单元11；

逆变单元11，在逆变正半周时，将第一电容C1上储存的能量转换为交流电输出，并在逆变负半周时，将第二电容C2上储存的能量转换为交流电输出。

其中，图1中还包括储能电感L1和滤波电容Cf，L为火线，N为零线。

可选地，本发明实施例提供的逆变拓扑如图2所示，其中，逆变单元包括第一开关单元21、第二开关单元22、第三开关单元23、第四开关单元24、第三二极管D3和第四二极管D4；

第一开关单元21与第二开关单元22串联后连接在第一挂接点1和第四挂接点4之间；

第三开关单元23和第四开关单元24串联后连接在第一二极管D1的阳极和第二二极管D2的阴极之间；

第三二极管D3的阳极连接第一二极管D1的阳极，第三二极管D3的阴极连接第四二极管D4的阳极，第四二极管D4的阴极连接第二二极管D2的阴极；

第三二极管D3的阴极与第一开关单元21和第二开关单元22相连的连接点连接在一起，构成所述逆变拓扑的一个输出端；

第三开关单元23与第四开关单元24相连的连接点为所述逆变拓扑的另一个输出端。

图2所示的逆变拓扑为三电平逆变拓扑，当然，本发明实施例提供的逆变拓扑中的逆变单元的结构不限于图2所示的结构，只要与第一电容、第二电容、第一二极管和第二二极管相结合后能够实现逆变功能的结构均可。

可选地，第一开关单元21包括反并联体二极管的开关管。

可选地，第二开关单元22包括反并联体二极管的开关管。

可选地，第三开关单元23包括反并联体二极管的开关管。

可选地，第四开关单元24包括反并联体二极管的开关管。

下面以第一开关单元、第二开关单元、第三开关单元和第四开关单元均包括反并联体二极管的开关管为例进行说明。当第一开关单元、第二开关单元、第三开关单元和第四开关单元均包括反并联体二极管的开关管时，本发明实施例提供的逆变拓扑如图3所示。开关管Q1、开关管Q2、开关管Q3和开关管Q4、第三二极管D3和第四二极管D4构成逆变单元。开关管Q1和开关管Q2相连的连接点的脉动电压包括+Vbus，0和-Vbus三个电平，其中，Vbus为母线电压，根据图3所示的逆变拓扑带阻感性负载输出的电压和电流，可以将一个工频周期内的电流划分为I象限，II象限，III象限和IV象限。

其中，在I象限中，图3所示的逆变拓扑输出的电压大于零(即火线L上的电压高于零线N上的电压)，输出的电流小于零(即电流从储能电感L1的右侧流到储能电感L1的左侧)；在II象限中，图3所示的逆变拓扑输出的电压大于零，输出的电流大于零(即电流从储能电感L1的右侧流到储能电感L1的左侧)；在III象限中，图3所示的逆变拓扑输出的电压小于零(即火线L上的电压低于零线N上的电压)，输出的电流大于零；在IV象限中，图3所示的逆变拓扑输出的电压小于零，输出的电流小于零。

当图3所示的逆变拓扑挂接单母线电容Cb时，图3所示的逆变拓扑如图4所示。

在第一挂接点1和第三挂接点3短接，第二挂接点2和第四挂接点4短接的情况下，在逆变正半轴母线电容Cb通过第三挂接点3、第一挂接点1、第一电容C1、第一二极管D1、第二挂接点2给第一电容C1充电，在逆变负半周母线电容Cb通过第三挂接点3、第二二极管D2、第二电容C2、第四挂接点4、第二挂接点2给第二电容C2充电。

图4所示的逆变拓扑可以采用图5、图6或图7所示控制时序。

采用图5所示的控制时序时，在I象限，开关管Q1高频斩波，开关管Q4与开关管Q1互补高频斩波，开关管Q2和开关管Q3均关断。当开关管Q1关断时，通过第四二极管D4、开关管Q4，电容Cf、电感L1构成续流回路。

在II象限时，开关管Q1高频斩波，开关管Q2关断，开关管Q3导通，开关管Q4关断。当开关管Q1导通时，电感L1、电容Cf、开关管Q3和第一电容C1构成储能回路为储能电感L1储能；当开关管Q1关断时，电容Cf、开关管Q3、第三二极管D3和储能电感L1构成续流回路。

在III象限时，开关管Q1和开关管Q4均关断，开关管Q2高频斩波，开关管Q3与开关管Q2互补高频斩波。当开关管Q2关断时，电容Cf、，开关管Q3、第三二极管D3和储能电感L1构成续流回路。

在IV象限时，开关管Q1关断，开关管Q2高频斩波，开关管Q3关断，开关管Q4导通。当开关管Q2导通时，开关管Q3关断，开关管Q2、第二电容C2、开关管Q4、电容Cf和电感L1构成储能回路为储能电感L1储能；当开关管Q2关断时，开关管Q3导通，储能电感L1、第四二极管D4、开关管Q4和电容Cf构成续流回路。

采用图6所示的控制时序时，在I象限，开关管Q1高频斩波，开关管Q4与开关管Q1互补高频斩波，开关管Q2关断，开关管Q3与开关管Q4互补高频斩波。当开关管Q1关断时，通过第四二极管D4、开关管Q4，电容Cf、电感L1构成续流回路。

在II象限时，图5所示的控制时序与图6所示的控制时序相同，在此不再赘述。

在III象限时，开关管Q1关断，开关管Q2高频斩波，开关管Q3与开关管Q2互补高频斩波，开关管Q4与开关管Q3互补高频斩波。当开关管Q2关断时，电容Cf、，开关管Q3、第三二极管D3和储能电感L1构成续流回路。

在IV象限时，图5所示的控制时序与图6所示的控制时序相同，在此不再赘述。

采用图7所示的控制时序时，在I象限和II象限时，开关管Q1导通，开关管Q2关断，开关管Q3和开关管Q4互补高频斩波。在I象限时，当开关管Q3关断时，开关管Q4导通，储能电感L1、第四二极管D4、开关管Q4和电容Cf构成续流回路；在II象限时，当开关管Q3开通时，第一电容C1、开关管Q1、电感L1、电容Cf和开关管Q3、构成储能回路为储能电感L1储能。当开关管Q3关断时，开关管Q4导通，储能电感L1、电容Cf、第二电容C2和开关管Q2构成续流回路

在III象限和IV象限时，开关管Q1关断，开关管Q2导通，开关管Q3和开关管Q4互补高频斩波。在III象限时，当开关管Q4关断时，电感L1、电容Cf、开关管Q3第三二极管D3构成续流回路。在IV象限时，当开关管Q4导通时，开关管Q3关断，开关管Q2、第二电容C2、开关管Q4、电容Cf和储能电感L1构成储能回路；当开关管Q4关断时，开关管Q3导通，电感L1、电容Cf、开关管Q3，第一二极管D3构成续流回路。

当然，图4所示的逆变拓扑的控制时序不限于上述的三种控制时序，只要能够控制图4所示的逆变拓扑实现逆变功能的控制时序均可。

当图3所示的逆变拓扑挂接双母线电容，即电容Cb1和电容Cb2时，图3所示的逆变拓扑如图8所示。在逆变正半轴母线电容Cb1通过第一挂接点1、第一电容C1、第一二极管D1、第二挂接点2给第一电容C1充电，在逆变负半周母线电容Cb2通过第三挂接点3、第二二极管D2、第二电容C2、第四挂接点4给第二电容C2充电。

图8所示的逆变拓扑也可以采用图5、图6或图7所示控制时序，在此不再赘述。当然，图8所示的逆变拓扑还可以采用其他的控制时序，只要能够控制图8所示的逆变拓扑实现逆变功能的控制时序即可。

本发明实施例提供的一种不间断电源，包括本发明实施例提供的逆变拓扑。

本领域技术人员可以理解附图只是一个优选实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本发明所必须的。

本领域技术人员可以理解实施例中的装置中的模块可以按照实施例描述进行分布于实施例的装置中，也可以进行相应变化位于不同于本实施例的一个或多个装置中。上述实施例的模块可以合并为一个模块，也可以进一步拆分成多个子模块。

上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (6)

1.一种逆变拓扑，其特征在于，包括第一二极管、第二二极管、第一电容、第二电容和逆变单元；

所述第一电容的一端为所述逆变拓扑的第一挂接点，所述第一电容的另一端连接所述第一二极管的阳极，所述第一二极管的阴极为所述逆变拓扑的第二挂接点；

所述第二电容的一端连接所述第二二极管的阴极，所述第二二极管的阳极为所述逆变拓扑的第三挂接点，所述第二电容的另一端为所述逆变拓扑的第四挂接点；

所述第一电容的两端以及所述第二电容的两端分别连接所述逆变单元；

所述逆变单元，在逆变正半周时，将第一电容上储存的能量转换为交流电输出，并在逆变负半周时，将第二电容上储存的能量转换为交流电输出；

其中，所述逆变单元包括第一开关单元、第二开关单元、第三开关单元、第四开关单元、第三二极管和第四二极管；

所述第一开关单元与所述第二开关单元串联后连接在所述第一挂接点和所述第四挂接点之间；

所述第三开关单元和所述第四开关单元串联后连接在所述第一二极管的阳极和所述第二二极管的阴极之间；

所述第三二极管的阳极连接所述第一二极管的阳极，所述第三二极管的阴极连接所述第四二极管的阳极，所述第四二极管的阴极连接所述第二二极管的阴极；

所述第三二极管的阴极与所述第一开关单元和所述第二开关单元相连的连接点连接在一起，构成所述逆变拓扑的一个输出端；

所述第三开关单元与所述第四开关单元相连的连接点为所述逆变拓扑的另一个输出端。

2.如权利要求1所述的逆变拓扑，其特征在于，所述第一开关单元包括反并联体二极管的开关管。

3.如权利要求1所述的逆变拓扑，其特征在于，所述第二开关单元包括反并联体二极管的开关管。

4.如权利要求1所述的逆变拓扑，其特征在于，所述第三开关单元包括反并联体二极管的开关管。

5.如权利要求1所述的逆变拓扑，其特征在于，所述第四开关单元包括反并联体二极管的开关管。

6.一种不间断电源，其特征在于，包括如权利要求1～5任一所述的逆变拓扑。