CN204442194U - 一种单级升压逆变器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种单级升压逆变器，把分布电感、寄生电感充分利用起来，和外接的电容组成一个无源网络，参与到单级升压逆变器工作状态中。中大功率的单级升压逆变器由于单级升压逆变器处于直通矢量状态转换为非直通状态时，直流母线环节存在分布电感、寄生电感，于是逆变器直流母线上会产生很高的电压尖峰，极易烧坏功率管。为了提高逆变器的可靠性，必须加一级抑制电路。本实用新型的单级升压逆变器不需要专门加一级抑制电路，既适用于较小的功率等级，又适用于较大的功率等级。

Description

一种单级升压逆变器

技术领域

本实用新型涉及逆变器，尤其涉及一种具有抑制直流母线电压尖峰功能的单级升压逆变器。

背景技术

单级升压逆变器(Z源逆变器、准Z源逆变器)工作模式有直通零矢量状态、有效矢量状态、开路零矢量状态三种状态。

由于直流母线环节存在分布电感、寄生电感，当单级升压逆变器处在直通状态转换为非直通状态时，直流母线电压有很高的电压尖峰，极易损坏功率器件。

为了吸收直流母线上的电压尖峰，必须加一级抑制电路，如图1所示，为了解决传统的RC、RCD、RCD限幅型缓冲电路在单级升压逆变器中出现的直流母线电压偏高以及损耗偏大，以及LCD缓冲电路在放电过程中会产生振荡，而且电感的体积较大，功率管承受的电流应力较大，目前，针对于单级升压逆变器的吸收电路采用了如图2所示的RCD吸收电路，只有当升压逆变器处于非直通状态时，开关才导通，而此时逆变桥的开关有导通变为关断，产生的电压尖峰通过二极管给吸收电容谐振充电，吸收电容吸收的能量消耗在电阻上，使电容稳定至恒定值。这样，电阻只在非直通时消耗能量，但是对于大功率大电流的单级升压逆变器来说，这部分损耗是很大的，所以这种吸收电路只适合于中小功率的单级升压逆变器。

对于中大功率逆变器场合，传统的逆变器通常选用母排来减小直流母线分布电感，减小直流母线电压尖峰，但是母排成本较高。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是针对背景技术中准Z源升压逆变器工作在大电流条件下母线寄生电压严重、以及直流母线电压尖峰抑制方法存在的缺点，提出了一种单级升压逆变器。

本实用新型为解决上述技术问题采用以下技术方案:

一种单级升压逆变器，包括直流电源、第一至第三电感、第一至第三电容、以及第一至第三二极管；

所述第三电感为寄生电感，所述第一至第三二极管均为快恢复二极管；

所述第一电感的一端与直流电源的正极相连，另一端分别与第二电容的一端、第二二极管的阳极、第三二极管的阳极相连；

所述第二电容的另一端分别与第二电感的一端、第三电感的一端相连；

所述第三二极管的阴极分别与第二电感的另一端、第一二极管的阴极、第一电容的一端相连；

所述第三电感的另一端与第三电容的一端相连，作为逆变器的P端；

所述第三电容的另一端分别与第二二极管的阴极、第一二极管的阳极相连；

所述第一电容的另一端与所述直流电源的阴极相连，作为逆变器的N端。

作为本实用新型一种单级升压逆变器进一步的优化方案，所述第三电容为无感电容。

作为本实用新型一种单级升压逆变器进一步的优化方案，还包含第四至第五电感、第四至第五电容、以及第一至第六功率管；

所述第四至第五电感为寄生电感；

所述第一功率管的集电极通过第三电感与第二电感相连、且通过第三电容与第二二极管的阴极相连，发射极与第二功率管的集电极相连；

所述第二功率管的发射极与直流电源的负极相连；

所述第三功率管的集电极通过第四电感与第二电感相连、且通过第四电容与第二二极管的阴极相连，发射极与第四功率管的集电极相连；

所述第四功率管的发射极与直流电源的负极相连；

所述第五功率管的集电极通过第五电感与第二电感相连、且通过第五电容与第二二极管的阴极相连，发射极与第六功率管的集电极相连；

所述第六功率管的发射极与直流电源的负极相连。

作为本实用新型一种单级升压逆变器进一步的优化方案，所述第四至第五电容为无感电容。

作为本实用新型一种单级升压逆变器进一步的优化方案，还包含第六至第八电感、以及第六至第八电容；

所述第六至第八电感为寄生电感；

所述第二功率管的发射极通过第六电容与第一二极管的阴极相连、且通过第六电感与直流电源的负极相连；

所述第四功率管的发射极通过第七电容与第一二极管的阴极相连、且通过第七电感与直流电源的负极相连；

所述第六功率管的发射极通过第八电容与第一二极管的阴极相连、且通过第八电感与直流电源的负极相连。

作为本实用新型一种单级升压逆变器进一步的优化方案，所述第六至第八电容为无感电容。

作为本实用新型一种单级升压逆变器进一步的优化方案，所述第二电感为耦合电感。

作为本实用新型一种单级升压逆变器进一步的优化方案，采用变压器替换所述第二电感。

本实用新型采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

1.本实用新型为无源吸收电路，方法简单，损耗小。

2.本实用新型的逆变器不需要母排减小寄生电感、分布电感，只需要用满足要求的导线把各桥臂连接起来即可。不管直流母线分布电感、寄生电感多大，都不会损坏开关器件，可靠性较高。

3.体积小，成本少。

附图说明

图1是LCD吸收电路；

图2是RCD吸收电路；

图3是本实用新型的第一个实施例的电路示意图；

图4是无分布电感、有分布电感、以及本实用新型第一个实施例的直流母线电压仿真比较图；

图5是目前几种抑制直流母线电压尖峰方法的比较仿真图；

图6是本实用新型的第二个实施例的电路示意图；

图7是本实用新型第二个实施例桥臂两端电压的仿真比较图；

图8是本实用新型的第三个实施例的电路示意图；

图9是本实用新型第三个实施例桥臂两端电压的仿真比较图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的技术方案做进一步的详细说明：

如图3所示，本实用新型公开了一种单级升压逆变器，它包括蓄电池组、电感L1、电感L2、电感Ls3、电容C1、电容Cs3、电容C2、二极管VDs1、二极管VDs2和二极管VD3，其中，电感Ls3为寄生电感，所述二极管VDs1、二极管VDs2和二极管VD3均为快恢复二极管；电感L1的一端与蓄电池组的正极相连，另一端分别与电容C2的一端、二极管VD3的阳极、二极管VDs2的阳极相连；电容C2的另一端分别与电感L2的一端、电感Ls3的一端相连；二极管VD3的阴极分别与电感L2的另一端、二极管VDs1的阴极、电容C1的一端相连；电感Ls3的另一端与电容Cs3的一端相连，作为逆变器的P端；电容Cs3的另一端分别与二极管VDs2的阴极、二极管VDs1的阳极相连；电容C1的另一端与所述蓄电池组的阴极相连，作为逆变器的N端。

电容Cs3通过电容C2、二极管VDs2、寄生电感Ls3进行放电。

电感L2可以采用一般电感，也可以采用耦合电感，甚至可以采用变压器。

当电感L2采用一般电感时，逆变桥各个桥臂的分布电感较小，比如IPM模块，只考虑直流母线的寄生电感。仿真参数：输入电压为350V，电感L1＝L2＝600μH，电容C1＝C2＝200μF,电容Cs3＝40μF，负载R＝5Ω，L＝1mH，调制比m＝0.8,直通占空比D＝0.2,直流母线寄生电感Ls3＝3μH。

图4为直流母线电压没有寄生电感(上)仿真图(准Z源逆变器)，有寄生电感(中)仿真图(准Z源逆变器)，本实用新型所提出的单级升压逆变器仿真图(下)，

图5为无任何吸收电路、RCD吸收电路、LCD吸收电路、本实用新型的单级升压逆变器的直流母线电压仿真图,通过上下图比较，可以看出本实用新型的单级升压逆变器的直流母线电压尖峰得到了很好地抑制。

如图6所示，本实用新型公开了第二种单级升压逆变器，在第一种单级升压逆变器的基础上增加了寄生电感Ls4、Ls5，电容Cs4、Cs5；功率管Q1的集电极通过电感Ls3与电感L2相连、且通过电容Cs3与二极管VDs2的阴极相连，发射极与功率管Q2的集电极相连；功率管Q2的发射极与蓄电池组的负极相连；功率管Q3的集电极通过电感Ls4与电感L2相连、且通过电容Cs4与二极管VDs2的阴极相连，发射极与功率管Q4的集电极相连；功率管Q4的发射极与蓄电池组的负极相连；功率管Q5的集电极通过电感Ls5与电感L2相连、且通过电容Cs5与二极管VDs2的阴极相连，发射极与第六功率管的集电极相连；功率管Q6的发射极与蓄电池组的负极相连。

桥臂分布电感Ls3＝80nH,Ls4＝150nH,Ls5＝250nH,电容Cs3＝1uF,Cs4＝1.2uF,Cs5＝1.5uF。

图7为第二种单级升压逆变器桥臂两端电压的仿真比较图，可以看出，本实用新型逆变器的直流母线电压尖峰得到了很高的抑制。

为考虑直流母线PN端各个桥臂分布电感，如图8所示，本实用新型公开了第三种单级升压逆变器，在第二种单级升压逆变器的基础上增加了寄生电感Ls6、Ls7、Ls8，以及电容Cs6、Cs7、Cs8；功率管Q2的发射极通过电容Cs6与二极管VDs1的阴极相连、且通过电感Ls6与蓄电池组的负极相连；功率管Q4的发射极通过电容Cs7与二极管VDs1的阴极相连、且通过电感Ls7与蓄电池组的负极相连；功率管Q6的发射极通过电容Cs8与二极管VDs1的阴极相连、且通过电感Ls8与蓄电池组的负极相连。

电容Cs6,Cs7,Cs8为下管的吸收电容，直流母线N端(负极端)分布电感为Ls6，Ls7，Ls8。

图9给出了图8所示的单级升压逆变器仿真图，从仿真图可以看出，每个桥臂两端的电压为一幅值恒定的矩形波，由分布电感、寄生电感造成的电压尖峰得到了抑制。

本实用新型逆变器把寄生电感、分布电感和外接电容组成无源网络，再加上单级升压逆变器的工作特性，这样就把寄生电感、分布电感充分利用起来，不需要外加抑制电路，也不需要使用母排刻意的去减小分布电感、寄生电感，就能达到抑制电压尖峰的作用。

Claims (8)

1. 一种单级升压逆变器，其特征在于，包括直流电源、第一至第三电感、第一至第三电容、以及第一至第三二极管；

所述第三电感为寄生电感，所述第一至第三二极管均为快恢复二极管；

所述第一电感的一端与直流电源的正极相连，另一端分别与第二电容的一端、第二二极管的阳极、第三二极管的阳极相连；

所述第二电容的另一端分别与第二电感的一端、第三电感的一端相连；

所述第三二极管的阴极分别与第二电感的另一端、第一二极管的阴极、第一电容的一端相连；

所述第三电感的另一端与第三电容的一端相连，作为逆变器的P端；

所述第三电容的另一端分别与第二二极管的阴极、第一二极管的阳极相连；

所述第一电容的另一端与所述直流电源的阴极相连，作为逆变器的N端。

2. 根据权利要求1所述的单级升压逆变器，其特征在于，所述第三电容为无感电容。

3. 根据权利要求1所述的单级升压逆变器，其特征在于，还包含第四至第五电感、第四至第五电容、以及第一至第六功率管；

所述第四至第五电感为寄生电感；

所述第一功率管的集电极通过第三电感与第二电感相连、且通过第三电容与第二二极管的阴极相连，发射极与第二功率管的集电极相连；

所述第二功率管的发射极与直流电源的负极相连；

所述第三功率管的集电极通过第四电感与第二电感相连、且通过第四电容与第二二极管的阴极相连，发射极与第四功率管的集电极相连；

所述第四功率管的发射极与直流电源的负极相连；

所述第五功率管的集电极通过第五电感与第二电感相连、且通过第五电容与第二二极管的阴极相连，发射极与第六功率管的集电极相连；

所述第六功率管的发射极与直流电源的负极相连。

4. 根据权利要求3所述的单级升压逆变器，其特征在于，所述第四至第五电容为无感电容。

5. 根据权利要求3所述的单级升压逆变器，其特征在于，还包含第六至第八电感、以及第六至第八电容；

所述第六至第八电感为寄生电感；

所述第二功率管的发射极通过第六电容与第一二极管的阴极相连、且通过第六电感与直流电源的负极相连；

所述第四功率管的发射极通过第七电容与第一二极管的阴极相连、且通过第七电感与直流电源的负极相连；

所述第六功率管的发射极通过第八电容与第一二极管的阴极相连、且通过第八电感与直流电源的负极相连。

6. 根据权利要求5所述的单级升压逆变器，其特征在于，所述第六至第八电容为无感电容。

7. 根据权利要求1至权利要求6中任一项所述的单级升压逆变器，其特征在于，所述第二电感为耦合电感。

8. 根据权利要求1至权利要求6中任一项所述的单级升压逆变器，其特征在于，采用变压器替换所述第二电感。