CN1808870A - 一种三开关单级升降压型逆变器 - Google Patents

一种三开关单级升降压型逆变器 Download PDF

Info

Publication number
CN1808870A
CN1808870A CN 200610009754 CN200610009754A CN1808870A CN 1808870 A CN1808870 A CN 1808870A CN 200610009754 CN200610009754 CN 200610009754 CN 200610009754 A CN200610009754 A CN 200610009754A CN 1808870 A CN1808870 A CN 1808870A
Authority
CN
China
Prior art keywords
switching tube
self
tri
auxiliary self
auxiliary
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN 200610009754
Other languages
English (en)
Other versions
CN100492845C (zh
Inventor
谭光慧
纪延超
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tianjin Weihan Electric Co ltd
Original Assignee
Harbin Institute of Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Harbin Institute of Technology filed Critical Harbin Institute of Technology
Priority to CNB2006100097549A priority Critical patent/CN100492845C/zh
Publication of CN1808870A publication Critical patent/CN1808870A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN100492845C publication Critical patent/CN100492845C/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Inverter Devices (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)

Abstract

一种三开关单级升降压型逆变器，它具体涉及一种可用于分布式发电系统的单级升降压型(Buck－Boost)逆变器，它解决了现有的单级型逆变器要么电路结构较复杂及电压幅值调整不灵活、要么逆变难于控制及输出电压小、要么采用的开关管开关损耗及开关应力大的问题。本发明的逆变器采用高频反激变压器(3)，并通过对主自关断开关(S1)、第一辅助自关断开关管(S2)、第二辅助自关断开关管(S3)的PWM控制来实现单级逆变；它是以基本的Buck－BoostDC－DC电路为基础，将两个Buck－Boost DC－DC电路有机的结合在一起，在一个功率级内实现升压和逆变，从而得到新型的单级Buck－Boost逆变器。本发明电路结构简单，开关管损耗和应力小，易于控制。

Description

一种三开关单级升降压型逆变器
技术领域
本发明属于电工技术领域，具体涉及一种可用于分布式发电系统的单级升降压型(Buck-Boost)逆变器。
背景技术
随着现代社会对能源的需求增加，可供利用的煤炭、石油等一次能源越来越少，而发电过程煤炭的燃烧、石油产生的废气和废物都严重污染自然环境，对人类的健康和生产生活造成了很大的危害。为了避免能源危机、保护环境，人们开始使用可再生能源。这就使得利用可再生能源的分布式发电系统迅速的发展起来，以作为中小发电系统用于电能应急备份、补充电网系统、局部或偏远地区发电等方面。分布式发电系统中使用的新能源发电，如变速风力发电产生的电压、太阳能电池或燃料电池产生的电压，都不能直接并入电网或给交流负载供电，需要一级DC-AC逆变电路将直流电变成所需的交流电。最常见的DC-AC逆变电路结构为Buck逆变器，它是PWM型功率变换电路中应用最广泛最重要的拓扑结构。但由于Buck逆变器的瞬时平均输出电压总比输入直流电压低，这使它的应用受到很大的限制。为了能产生比输入电压高的输出电压，需要在Buck逆变器的前级加入Boost型DC-DC变换器，这就是双级逆变器，它需要先将输入电压DC-DC升压变换到一定的等级，再通过逆变产生比输入直流电压高的输出电压。这就导致一些问题，如高噪声、高损耗、大体积、高成本和低效率等。然而单级逆变器不存在上述问题，它不需要通过DC-DC的升压变换，就能在一个功率级内实现升压和逆变，并能直接获得高于输入电压的输出电压，其结构紧凑，大大提高了变换效率，从而成为分布式发电逆变器的优先选择。近年来报道了一些单级型逆变器拓扑结构，但是它们要么电路结构较复杂、电压幅值调整不灵活，要么逆变难于控制、输出电压小，要么采用的开关管开关损耗及开关应力大，所以有必要寻求一种能克服上述缺点的单级型逆变器拓扑结构。
发明内容
为了解决现有的单级型逆变器要么电路结构较复杂及电压幅值调整不灵活、要么逆变难于控制及输出电压小、要么采用的开关管开关损耗及开关应力大的问题，本发明提供了一种三开关单级升降压型逆变器，它是一种用于分布式发电系统的单级Buck-Boost逆变器。本发明的逆变器包括高通滤波器2和控制电路5，高通滤波器2的输出端连接负载或电网4，所述逆变器还包括主自关断开关管S1、第一辅助自关断开关管S2、第二辅助自关断开关管S3、高频反激变压器3、谐振电容Cr和电力二极管D1，直流电源1的正极输出端连接主自关断开关管S1的集电极，主自关断开关管S1的发射极连接高频反激变压器3的原边线圈L1的同名端和电力二极管D1的负极端，电力二极管D1的正极端连接高频反激变压器3的副边线圈L2的非同名端和谐振电容Cr的一端，高频反激变压器3的副边线圈L2的同名端连接第二辅助自关断开关管S3的发射极，高频反激变压器3的原边线圈L1的非同名端连接第一辅助自关断开关管S2的集电极，第二辅助自关断开关管S3的集电极、第一辅助自关断开关管S2的发射极、谐振电容Cr的另一端都与直流电源1的负极输出端相连接，主自关断开关管S1、第一辅助自关断开关管S2和第二辅助自关断开关管S3的门极分别与控制电路5的三个输出端相连，谐振电容Cr的两端并联在高通滤波器2的两个输入端之间。
如图1所示，输入的直流电源1由太阳能光伏电源、燃料电池或变速风力发电产生的直流电源中的一种来提供。高频反激变压器3的原边线圈L1和副边线圈L2各自作为Buck-Boost DC-DC变换器的谐振电感，起着储存能量和转移能量的作用。高通滤波器2可使输出中不含有高次谐波。当逆变器连接阻性负载时，构成了独立运行的逆变器；而当接电网时，就构成了并网型逆变器。如图2所示，给出了逆变器SPWM调制方法示意图；在图2中，从上到下依次为：交流输出电压Vo或电流Io、调制波Vref和载波Vtri比较、主自关断开关管S1的触发信号G1、第一辅助自关断开关管S2的触发信号G2和第二辅助自关断开关管S3的触发信号G3。在PWM调制中，调制波为正弦整流脉波，在交流输出的一个周期里含有两个正弦半波；载波为锯齿波，其频率决定了开关管的开关频率。调制波和载波相比较，其交点决定了高频开关动作的导通角和脉冲宽度。图2中给出了三个自关断开关的触发信号，1表示高电平(开通)，0表示低电平(关断)，由图可见，在交流输出的正半波，S1和S2的触发脉冲相同，S3的触发信号与S1、S2互补，三个开关都高频动作；在交流输出的负半波，S3一直保持关断状态，S2的门极一直给导通信号，只有S1以高频动作。
本发明的逆变器存在以下四种工作模式：(a).充电模式：在这种状态下，S1和S2开通，而S3关断，直流电源1给原边线圈L1充电，副边线圈L2断开，逆变系统的输入和输出没有电气联系。在交流输出的正负半波都存在这一模式。(b).正半波谐振模式：在这种状态下，S3开通，而S1和S2关断，变压器储存的能量通过副边线圈L2传递给谐振电容Cr和负载或电网4，构成谐振回路。这一模式只在交流输出的正半波存在。(c).负半波谐振模式：在这种状态下，S2开通，而S1和S3关断。变压器储存的能量通过原边线圈L1传递给谐振电容Cr和负载或电网4，构成谐振回路。这一模式只在交流输出的负半波存在。(d).放电模式：在这种状态下，变压器原边和副边的电感电流都已降为0，S1、S2和S3都保持关断状态，谐振电容Cr上储存的能量释放给负载或电网4。
本发明是以基本的Buck-Boost DC-DC电路为基础，将两个Buck-BoostDC-DC电路有机的结合在一起，在一个功率级内实现升压和逆变，从而得到新型的单级Buck-Boost逆变器，它采用高频反激变压器，通过三个功率开关的PWM控制来实现单级逆变。本发明的逆变器具有以下优点：(1)它的电路结构简单，只用了三个自关断器件，减小了装置的体积和成本；(2)它可采用SPWM等传统的控制方法实现装置的运行，简单可靠，而且易于控制和实施；(3)当逆变器运行于断续导电模式(DCM)下时，主自关断开关管和其中一个辅助自关断开关管可以零电流开通，实现了软开关，这样减小了装置的损耗，提高了系统的效率；(4)它能在一个功率级内完成升压和逆变，结构紧凑，可进一步提高装置的效率；(5)由于工作在较高的开关频率下，所以它只需要很小的滤波器就可以得到优质的输出电流或电压；(6)本发明逆变器中开关器件的电压应力低，这就意味着它可以选用更小容量的开关器件，从而降低整个逆变器的成本。
附图说明
图1是本发明的电路结构示意图，图2为本发明的SPWM调制波形示意图，图中横坐标表示时间。
具体实施方式
具体实施方式一：参见图1，本具体实施方式的逆变器由高通滤波器2、控制电路5、主自关断开关管S1、第一辅助自关断开关管S2、第二辅助自关断开关管S3、高频反激变压器3、谐振电容Cr和电力二极管D1组成，直流电源1的正极输出端连接主自关断开关管S1的集电极，主自关断开关管S1的发射极连接高频反激变压器3的原边线圈L1的同名端和电力二极管D1的负极端，电力二极管D1的正极端连接高频反激变压器3的副边线圈L2的非同名端和谐振电容Cr的一端，高频反激变压器3的副边线圈L2的同名端连接第二辅助自关断开关管S3的发射极，高频反激变压器3的原边线圈L1的非同名端连接第一辅助自关断开关管S2的集电极，第二辅助自关断开关管S3的集电极、第一辅助自关断开关管S2的发射极、谐振电容Cr的另一端都与直流电源1的负极输出端相连接，主自关断开关管S1、第一辅助自关断开关管S2和第二辅助自关断开关管S3的门极分别与控制电路5的三个输出端相连，谐振电容Cr的两端并联在高通滤波器2的两个输入端之间，高通滤波器2的输出端连接负载或电网4。直流电源1由燃料电池提供；主自关断开关管S1、第一辅助自关断开关管S2、第二辅助自关断开关管S3均为单向开关，并且其都为IGBT，GTO或MOSFET等自关断器件中的一种，当S1、S2、S3使用市场上已有的带反并联二极管的开关模块时，要串接一个电力二极管，以保证开关的单向性。
具体实施方式二：参见图1，本具体实施方式与具体实施方式一的不同点是：所述高通滤波器2含有一个滤波电感Lf，谐振电容Cr的一端连接滤波电感Lf的一端，滤波电感Lf的另一端连接负载或电网4的一个输入端，谐振电容Cr的另一端与负载或电网4的另一个输入端相连。其他组成和连接关系与
具体实施方式一相同。
具体实施方式三：参见图1，本具体实施方式与具体实施方式二的不同点是：所述高通滤波器2还含有一个滤波电容Cf，滤波电容Cf并联在负载或电网4的两个输入端之间。其他组成和连接关系与具体实施方式二相同。具体实施方式三相比于具体实施方式二省去了滤波电容Cf，这样会减轻滤波电感Lf的负担。

Claims (6)

1、一种三开关单级升降压型逆变器，所述逆变器包括高通滤波器(2)和控制电路(5)，高通滤波器(2)的输出端连接负载或电网(4)，其特征在于所述逆变器还包括主自关断开关管(S1)、第一辅助自关断开关管(S2)、第二辅助自关断开关管(S3)、高频反激变压器(3)、谐振电容(Cr)和电力二极管(D1)，直流电源(1)的正极输出端连接主自关断开关管(S1)的集电极，主自关断开关管(S1)的发射极连接高频反激变压器(3)的原边线圈(L1)的同名端和电力二极管(D1)的负极端，电力二极管(D1)的正极端连接高频反激变压器(3)的副边线圈(L2)的非同名端和谐振电容(Cr)的一端，高频反激变压器(3)的副边线圈(L2)的同名端连接第二辅助自关断开关管(S3)的发射极，高频反激变压器(3)的原边线圈(L1)的非同名端连接第一辅助自关断开关管(S2)的集电极，第二辅助自关断开关管(S3)的集电极、第一辅助自关断开关管(S2)的发射极、谐振电容(Cr)的另一端都与直流电源(1)的负极输出端相连接，主自关断开关管(S1)、第一辅助自关断开关管(S2)和第二辅助自关断开关管(S3)的门极分别与控制电路(5)的三个输出端相连，谐振电容(Cr)的两端并联在高通滤波器(2)的两个输入端之间。
2、根据权利要求1所述的一种三开关单级升降压型逆变器，其特征在于所述直流电源(1)由太阳能光伏电源、燃料电池或变速风力发电产生的直流电源中的一种来提供。
3、根据权利要求1所述的一种三开关单级升降压型逆变器，其特征在于所述主自关断开关管(S1)、第一辅助自关断开关管(S2)、第二辅助自关断开关管(S3)均为单向开关。
4、根据权利要求1所述的一种三开关单级升降压型逆变器，其特征在于主自关断开关管(S1)、第一辅助自关断开关管(S2)、第二辅助自关断开关管(S3)为IGBT，GTO或MOSFET自关断器件中的一种。
5、根据权利要求1所述的一种三开关单级升降压型逆变器，其特征在于所述高通滤波器(2)含有一个滤波电感(Lf)，谐振电容(Cr)的一端连接滤波电感(Lf)的一端，滤波电感(Lf)的另一端连接负载或电网(4)的一个输入端，谐振电容(Cr)的另一端与负载或电网(4)的另一个输入端相连。
6、根据权利要求5所述的一种三开关单级升降压型逆变器，其特征在于所述高通滤波器(2)还含有一个滤波电容(Cf)，滤波电容(Cf)并联在负载或电网(4)的两个输入端之间。
CNB2006100097549A 2006-02-28 2006-02-28 一种三开关单级升降压型逆变器 Active CN100492845C (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CNB2006100097549A CN100492845C (zh) 2006-02-28 2006-02-28 一种三开关单级升降压型逆变器

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CNB2006100097549A CN100492845C (zh) 2006-02-28 2006-02-28 一种三开关单级升降压型逆变器

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN1808870A true CN1808870A (zh) 2006-07-26
CN100492845C CN100492845C (zh) 2009-05-27

Family

ID=36840615

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CNB2006100097549A Active CN100492845C (zh) 2006-02-28 2006-02-28 一种三开关单级升降压型逆变器

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN100492845C (zh)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102104341A (zh) * 2011-02-28 2011-06-22 南京航空航天大学 一种单级升压逆变器
CN101308628B (zh) * 2007-05-14 2012-07-18 奇美电子股份有限公司 背光单元、显示装置以及电子系统
CN103617879A (zh) * 2013-10-31 2014-03-05 昱京科技股份有限公司 变压器结构及其适用的整流电路
CN103840692A (zh) * 2012-11-27 2014-06-04 江苏绿扬电子仪器集团有限公司 用于非并网光伏发电系统的反激式单级逆变器
CN107947615A (zh) * 2017-12-06 2018-04-20 上海海事大学 混合型并网逆变器

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101308628B (zh) * 2007-05-14 2012-07-18 奇美电子股份有限公司 背光单元、显示装置以及电子系统
CN102104341A (zh) * 2011-02-28 2011-06-22 南京航空航天大学 一种单级升压逆变器
CN103840692A (zh) * 2012-11-27 2014-06-04 江苏绿扬电子仪器集团有限公司 用于非并网光伏发电系统的反激式单级逆变器
CN103617879A (zh) * 2013-10-31 2014-03-05 昱京科技股份有限公司 变压器结构及其适用的整流电路
CN107947615A (zh) * 2017-12-06 2018-04-20 上海海事大学 混合型并网逆变器

Also Published As

Publication number Publication date
CN100492845C (zh) 2009-05-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2019136576A1 (zh) 串联同时供电正激直流斩波型单级多输入高频环节逆变器
Harb et al. A three-port photovoltaic (PV) micro-inverter with power decoupling capability
CN101895223B (zh) 双Cuk升降压输出并联型逆变器
CN105207256A (zh) 一种光伏微型逆变器
CN108183603B (zh) 一种单级无桥软开关谐振隔离型功率因数校正电路
CN105048490A (zh) 低电流应力的光伏微逆变器及其数字控制装置
CN112019080B (zh) 一种含lc有源升压缓冲网络的单相电流型逆变器
CN102629836B (zh) 一种新的两级式交流光伏模块
CN105591559A (zh) 一种基于高频逆变的多端口变换器
CN208939829U (zh) 一种谐振变换器
TWI664797B (zh) 高電壓增益之直流電源轉換器
CN100492845C (zh) 一种三开关单级升降压型逆变器
TWI625033B (zh) 交錯式直流升壓裝置
Jiang et al. A novel single-phase soft-switching unipolar PWM inverter
CN104822211A (zh) 一种高可靠性led照明装置
CN204696955U (zh) 一种采用变压器辅助谐振的光伏逆变器
Sun et al. A modular multilevel DC-DC converter with self voltage balancing and soft switching
CN102891618A (zh) 一种单级式直流-交流逆变器
CN208227386U (zh) 一种多路输出led恒流驱动电路
CN112968601A (zh) 一种高电压转换比的非隔离双向直流变换器
CN202737775U (zh) 一种新的两级式交流光伏模块
CN220457296U (zh) 一种高效升压dc-dc变换器
CN110492740B (zh) 一种中高压直流配电网的降压自取能电路及方法
CN103259444A (zh) 一种逆变电源装置
CN114552986B (zh) 基于电压举升技术的模块化多电平dc-dc升压变换器及方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
ASS Succession or assignment of patent right

Owner name: HARBIN TIANGONG ELECTRICAL CO., LTD.

Free format text: FORMER OWNER: HARBIN INDUSTRY UNIVERSITY

Effective date: 20150723

C41 Transfer of patent application or patent right or utility model
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20150723

Address after: 150001 Heilongjiang Province, Harbin city Bohai District haping road centralized Square Road Development Zone No. 8

Patentee after: HARBIN TIANGONG ELECTRICAL CO.,LTD.

Address before: 150001 Harbin, Nangang, West District, large straight street, No. 92

Patentee before: Harbin Institute of Technology

TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20220811

Address after: No. 121, East 10th Road, Binhai New Area Pilot Free Trade Zone (Airport Economic Zone), Tianjin 300000

Patentee after: TIANJIN WEIHAN ELECTRIC Co.,Ltd.

Address before: No. 8, Bohai Road, Square Development Zone, Haping Road Concentration Zone, Harbin City, Heilongjiang Province, 150001

Patentee before: HARBIN TIANGONG ELECTRICAL CO.,LTD.

TR01 Transfer of patent right