CN207884514U - 一种改进型单相逆变器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种改进型单相逆变器，属于逆变器领域，包括：直流电源、H4逆变桥臂、双向开关和LC滤波电路，双向开关与LC滤波电路构成续流回路，H4逆变桥臂的上桥臂两端分别连接直流电源的正负极，H4逆变桥臂的下桥臂两端分别连接LC滤波电路的两端，双向开关并联在LC滤波电路的两端，LC滤波电路连接交流负载；双向开关包括具有反向阻断能力的开关管T1、T2，开关管T1反向并联开关管T2。通过在单相逆变器中增加了双向开关，当单相逆变器中开关器件从导通到截止时，双向开关与LC滤波电路构成续流回路，使续流回路的电流不会流入H4逆变桥臂上的开关器件，减少了开关器件的截止损耗，也就是说减少了开关器件的开关损耗，从而减少了能源的浪费。

Description

一种改进型单相逆变器

技术领域

本实用新型属于逆变器领域，特别涉及一种改进型单相逆变器。

背景技术

逆变器是通过电力电子器件将直流电转成交流电的电子设备，广泛应用于传统工业、家电以及新能源领域。

逆变器通常作为高频的开关元器件，图1为传统H4桥单相逆变器的拓扑结构图，但是传统H4桥单相逆变器中开关器件在动作时会产生较大的开关损耗，造成能源浪费。

实用新型内容

为了解决现有技术中存在的缺点和不足，本实用新型提供了通过在单相逆变器增加了用于与LC滤波电路构成续流回路的双向开关，阻止续流回路的电流流入H4逆变桥臂，进而减少单相逆变器中开关器件在动作时产生的开关损耗的一种改进型单相逆变器。

为了达到上述技术目的，本实用新型提供了一种改进型单相逆变器，用于将直流电转换成交流电向交流负载供电，所述改进型单相逆变器，包括：直流电源、H4逆变桥臂、双向开关和LC滤波电路，双向开关与LC滤波电路构成续流回路，用于向交流负载供电，H4逆变桥臂的上桥臂两端分别连接直流电源的正负极，H4逆变桥臂的下桥臂两端分别连接LC滤波电路的两端，双向开关并联在LC滤波电路的两端，LC滤波电路的两端分别连接交流负载的火线端和零线端；

其中，双向开关包括具有反向阻断能力的开关管T1、T2，开关管T1反向并联开关管T2。

可选的，所述直流电源与H4逆变桥臂之间还设有滤波电容C1。

可选的，所述H4逆变桥臂包括开关管S1、S2、S3、S4，开关管S1的集电极连接开关管S2的集电极且构成H4逆变桥臂的第一上桥臂端，第一上桥臂端连接直流电源的正极，开关管S3的发射极连接开关管S4的发射极且构成H4逆变桥臂的第二上桥臂端，第二上桥臂端连接直流电源的负极，开关管S1的发射极连接开关管S3的集电极且构成H4逆变桥臂的第一下桥臂端，开关管S2的发射极连接开关管S4的集电极且构成H4逆变桥臂的第二下桥臂端。

可选的，所述LC滤波电路包括电感L1、电感L2、电容C2，电感L1的一端连接H4逆变桥臂的第一下桥臂端，电感L1的另一端分别连接交流负载和电容C2，电感L2的一端连接H4逆变桥臂的第二下桥臂端，电感L2的另一端分别连接交流负载和电容C2。

可选的，所述改进型单相逆变器的一个周期工作状态包括四个阶段的工作状态：

在第一阶段工作状态时，开关管S1、S4导通，开关管T2开通，其余开关管均截止，电流流经直流电源的正极、开关管S1、电感L1、交流负载、电感L2、开关管S4、直流电源的负极；

在第二阶段工作状态时，开关管T2导通，其余开关管均截止，开关T2与LC滤波电路构成续流回路，电流流经电感L1、交流负载、电感L2、开关管T2、电感L1；

在第三阶段工作状态时，开关管S2、S3导通，开关管T1开通，其余开关管均截止，电流流经直流电源的正极、开关管S2、电感L2、交流负载、电感L1、开关管S3、直流电源的负极；

在第四阶段工作状态时，开关管T1导通，其余开关管均截止，开关T1与LC滤波电路构成续流回路，电流流经电感L2、交流负载、电感L1、开关管T1、电感L2。

可选的，所述具有反向阻断能力的开关管T1、T2的类型为逆阻型绝缘栅双极晶体管。

本实用新型提供的技术方案带来的有益效果是：

通过在单相逆变器中增加了双向开关，当单相逆变器中开关器件从导通到截止时，双向开关与LC滤波电路构成续流回路，使续流回路的电流不会流入H4逆变桥臂上的开关器件，减少了开关器件的截止损耗，也就是说减少了开关器件的开关损耗，从而减少了能源的浪费。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型提供的传统H4桥单相逆变器的拓扑结构图；

图2是本实用新型提供的改进型单相逆变器的拓扑结构图；

图3是本实用新型提供的单相逆变器周期内第一阶段的工作状态电路图；

图4是本实用新型提供的单相逆变器周期内第二阶段的工作状态电路图；

图5是本实用新型提供的单相逆变器周期内第三阶段的工作状态电路图；

图6是本实用新型提供的单相逆变器周期内第四阶段的工作状态电路图。

具体实施方式

为使本实用新型的结构和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型的结构作进一步地描述。

实施例一

本实用新型提供了一种改进型单相逆变器，用于将直流电转换成交流电向交流负载供电，所述改进型单相逆变器，包括：直流电源、H4逆变桥臂、双向开关和LC滤波电路，双向开关与LC滤波电路构成续流回路，用于向交流负载供电，H4逆变桥臂的上桥臂两端分别连接直流电源的正负极，H4逆变桥臂的下桥臂两端分别连接LC滤波电路的两端，双向开关并联在LC滤波电路的两端，LC滤波电路的两端分别连接交流负载的火线端和零线端；

其中，双向开关包括具有反向阻断能力的开关管T1、T2，开关管T1反向并联开关管T2。

在实施中，传统的单相逆变器包括直流电源、H4逆变桥臂和LC滤波电路，因传统的单相逆变器中的开关器件在动作时会产生开关损耗，开关损耗包括导通损耗和截止损耗，一般情况下，截止损耗要比导通损耗大很多，减少开关器件的开关损耗，关键是减少开关器件的截止损耗，为了减少开关器件的截止损耗，本实施例提出了一种改进型单相逆变器，改进型单相逆变器包括直流电源、H4逆变桥臂、双向开关和LC滤波电路，双向开关与LC滤波电路构成续流回路，用于当H4逆变桥臂停止工作时继续向交流负载供电，如图2所示，H4逆变桥臂的上桥臂两端分别连接直流电源的正负极，H4逆变桥臂的下桥臂两端分别连接LC滤波电路的两端，双向开关并联在LC滤波电路的两端，LC滤波电路的两端分别连接交流负载的火线端和零线端，双向开关包括具有反向阻断能力的开关管T1、T2，开关管T1反向并联开关管T2。

改进型单相逆变器工作原理：当H4逆变桥臂中开关器件导通时，双向开关开通，直流电源输出直流电经H4逆变桥臂转换成交流电，因双向开关具有双向阻断能力，交流电不流入双向开关而是直接流入LC滤波电路，得到较为理想的交流电，较为理想的交流电向交流负载供电，当H4逆变桥臂中开关器件从导通到截止时，双向开关导通，双向开关与LC滤波电路构成续流回路，继续向交流负载供电，进而保证了单相逆变器的正常工作，避免电流流入H4逆变桥臂中开关器件，减少了开关器件的截止损耗，也就是说减少了开关器件的开关损耗，从而减少了能源的浪费。

双向开关包括具有反向阻断能力的开关管T1、T2，具有反向阻断能力的开关管T1、T2包括诸多类型，本实施例中具有反向阻断能力的开关管T1、T2的类型为逆阻型绝缘栅双极晶体管，相对于其他反向阻断能力的开关管，逆阻型绝缘栅双极晶体管的开关速度快、驱动电路简单、功耗较少、以及热稳定性好等特点。

如图2所示，双向开关的两端分别连接H4逆变桥臂的第一下桥臂和第二下桥臂，双向开关的两端还连接LC滤波电路的两端，在续流过程中，单相逆变器还可以通过开关管T1和开关管T2的开通，将单相逆变器输出共模电压钳位至直流输入电压的一半，使得单相逆变器在整个调制过程中共模电压保持不变，从而压制了漏电流，保护维护人员的人身安全。

基于上述的单相逆变器，通过在单相逆变器中增加了双向开关，当单相逆变器中开关器件从导通到截止时，双向开关与LC滤波电路构成续流回路，使续流回路的电流不会流入单相逆变器中H4逆变桥臂上的开关器件，减少了开关器件的截止损耗，也就是说减少了开关器件的开关损耗，从而减少了能源的浪费。

可选的，所述直流电源与H4逆变桥臂之间还设有滤波电容C1。

在实施中，如图2所示，在直流电源与H4逆变桥臂之间设有滤波电容C1，滤波电容C1的作用是对直流电源输出的直流电进行滤波，使滤波后的直流电稳定平滑输入H4逆变桥臂。

可选的，如图2所示，所述H4逆变桥臂包括开关管S1、S2、S3、S4，开关管S1的集电极连接开关管S2的集电极且构成H4逆变桥臂的第一上桥臂端，第一上桥臂端连接直流电源的正极，开关管S3的发射极连接开关管S4的发射极且构成H4逆变桥臂的第二上桥臂端，第二上桥臂端连接直流电源的负极，开关管S1的发射极连接开关管S3的集电极且构成H4逆变桥臂的第一下桥臂端，开关管S2的发射极连接开关管S4的集电极且构成H4逆变桥臂的第二下桥臂端。

在实施中，H4逆变桥臂作用是将直流电转换成交流电后输入LC滤波电路，H4逆变桥臂包括开关管S1、S2、S3、S4，本实施例开关管S1至S4的类型为IGBT(Insulated GateBipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)，当开关管S1、S4导通，开关管S2、S3截止时，直流电经滤波电容C1滤波后正向输入H4逆变桥臂，通过H4逆变桥臂逆变得到交流电，交流电正向输出至LC滤波电路；当开关管S2、S3导通，开关管S1、S4截止时，直流电经滤波电容C1滤波后输入H4逆变桥臂，通过H4逆变桥臂逆变得到交流电，交流电正向输出至LC滤波电路。

可选的，如图2所示，所述LC滤波电路包括电感L1、电感L2、电容C2，电感L1的一端连接H4逆变桥臂的第一下桥臂端，电感L1的另一端分别连接交流负载和电容C2，电感L2的一端连接H4逆变桥臂的第二下桥臂端，电感L2的另一端分别连接交流负载和电容C2。

在实施中，LC滤波电路用于对输入的交流电进行滤波，得到滤波的交流电并输入交流负载。LC滤波电路包括电感L1、电感L2、电容C2，当开关管S1、S4或开关管S2、S3导通时，电感L1、电感L2、电容C2的作用是滤波，当开关管S1、S2、S3、S4都截止时，此时电感L1、电感L2的作用是续流，电容C2的作用是滤波。

可选的，所述改进型单相逆变器的一个周期工作状态包括四个阶段的工作状态：

在第一阶段工作状态时，开关管S1、S4导通，开关管T2开通，其余开关管均截止，电流流经直流电源的正极、开关管S1、电感L1、交流负载、电感L2、开关管S4、直流电源的负极；

在第二阶段工作状态时，开关管T2导通，其余开关管均截止，开关T2与LC滤波电路构成续流回路，电流流经电感L1、交流负载、电感L2、开关管T2、电感L1；

在第三阶段工作状态时，开关管S2、S3导通，开关管T1开通，其余开关管均截止，电流流经直流电源的正极、开关管S2、电感L2、交流负载、电感L1、开关管S3、直流电源的负极；

在第四阶段工作状态时，开关管T1导通，其余开关管均截止，开关T1与LC滤波电路构成续流回路，电流流经电感L2、交流负载、电感L1、开关管T1、电感L2。

在实施中，H4逆变桥臂包括开关管S1、S2、S3、S4，本实施例中采用单极性PWM(Pulse Width Modulation，脉冲宽度调制)调制方式控制开关管S1、S2、S3、S4的导通和截止，达到将直流电转换交流电的目的，因此，如下以单相逆变器的一个周期工作状态为例详细说明单相逆变器的工作原理。

单相逆变器的一个周期工作状态包括四个阶段的工作状态，如图3所示，在第一阶段工作状态时，市电处于正半周期状态下，开关管S1、S4同时导通，开关管T2开通，其余开关管均截止，此时开关管T2虽然是开通的，但是因开关管T2具有反向阻断能力，电流并不会流过开关管T2，电流从直流电源的正极流出后依次流经开关管S1、电感L1、交流负载、电感L2、开关管S4，最后由开关管S4流至直流电源的负极；此时电感L1、电感L2处于滤波状态。

如图4所示，在第二阶段工作状态时，市电处于正半周期状态下，开关管T2导通，其余开关管均截止，开关T2与LC滤波电路构成续流回路，继续给交流负载供电，保证了单相逆变器的正常工作，电流从电感L1流出后依次流经交流负载、电感L2、开关管T2，最后由开关管T2流回电感L1；此时电感L1、电感L2处于续流状态，因此续流回路上的电流不会流入开关管S1、S4，减少了开关管S1、S4的截止损耗。

如图5所示，在第三阶段工作状态时，市电处于负半周期状态下，开关管S2、S3同时导通，开关管T1开通，其余开关管均截止，电流从直流电源的正极流出后依次流经开关管S2、电感L2、交流负载、电感L1、开关管S3，最后由开关管S3流至直流电源的负极；此时电感L1、电感L2处于滤波状态。

如图6所示，在第四阶段工作状态时，市电处于负半周期状态下，开关管T1导通，其余开关管均截止，开关T1与LC滤波电路构成续流回路，继续给交流负载供电，保证了单相逆变器的正常工作，电流从电感L2流出后依次流经交流负载、电感L1、开关管T1，最后由开关管T1流回电感L2。此时电感L1、电感L2处于续流状态，因此续流回路的电流不会流入开关管S2、S3，减少了开关管S2、S3的截止损耗。

本实用新型提供了一种改进型单相逆变器，包括：直流电源、H4逆变桥臂、双向开关和LC滤波电路，双向开关与LC滤波电路构成续流回路，H4逆变桥臂的上桥臂两端分别连接直流电源的正负极，H4逆变桥臂的下桥臂两端分别连接LC滤波电路的两端，双向开关并联在LC滤波电路的两端，LC滤波电路连接交流负载；双向开关包括具有反向阻断能力的开关管T1、T2，开关管T1反向并联开关管T2。通过在单相逆变器中增加了双向开关，当单相逆变器中开关器件从导通到截止时，双向开关与LC滤波电路构成续流回路，使续流回路的电流不会流入H4逆变桥臂上的开关器件，减少了开关器件的截止损耗，也就是说减少了开关器件的开关损耗，从而减少了能源的浪费。

上述实施例中的各个序号仅仅为了描述，不代表各部件的组装或使用过程中的先后顺序。

以上所述仅为本实用新型的实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种改进型单相逆变器，用于将直流电转换成交流电向交流负载供电，其特征在于，所述改进型单相逆变器，包括：直流电源、H4逆变桥臂、双向开关和LC滤波电路，双向开关与LC滤波电路构成续流回路，用于向交流负载供电，H4逆变桥臂的上桥臂两端分别连接直流电源的正负极，H4逆变桥臂的下桥臂两端分别连接LC滤波电路的两端，双向开关并联在LC滤波电路的两端，LC滤波电路的两端分别连接交流负载的火线端和零线端；

其中，双向开关包括具有反向阻断能力的开关管T1、T2，开关管T1反向并联开关管T2。

2.根据权利要求1所述的一种改进型单相逆变器，其特征在于，所述直流电源与H4逆变桥臂之间还设有滤波电容C1。

3.根据权利要求1所述的一种改进型单相逆变器，其特征在于，所述H4逆变桥臂包括开关管S1、S2、S3、S4，开关管S1的集电极连接开关管S2的集电极且构成H4逆变桥臂的第一上桥臂端，第一上桥臂端连接直流电源的正极，开关管S3的发射极连接开关管S4的发射极且构成H4逆变桥臂的第二上桥臂端，第二上桥臂端连接直流电源的负极，开关管S1的发射极连接开关管S3的集电极且构成H4逆变桥臂的第一下桥臂端，开关管S2的发射极连接开关管S4的集电极且构成H4逆变桥臂的第二下桥臂端。

4.根据权利要求3所述的一种改进型单相逆变器，其特征在于，所述LC滤波电路包括电感L1、电感L2、电容C2，电感L1的一端连接H4逆变桥臂的第一下桥臂端，电感L1的另一端分别连接交流负载和电容C2，电感L2的一端连接H4逆变桥臂的第二下桥臂端，电感L2的另一端分别连接交流负载和电容C2。

5.根据权利要求1至4任一项所述的一种改进型单相逆变器，其特征在于，所述具有反向阻断能力的开关管T1、T2的类型为逆阻型绝缘栅双极晶体管。