CN209545458U - 一种逆变器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及电力电子技术领域，具体涉及一种逆变器，包括：第一DC‑DC变换模块，具有串联的第一开关管以及第二开关管、至少一组升压电路以及谐振电感；其中升压电路具有依次串联的第一二极管、第二二极管以及第一电容，第一二极管与第二二极管之间连接有第二电容，第二电容的另一端接入第一开关管与第二开关管之间，第一二极管的另一端与第一开关管的第一端连接，第一电容的另一端与第二开关管的第二端连接；谐振电感的一端接入第一开关管与第二开关管之间，另一端与各升压电路中的第二电容连接；至少两个逆变模块，分别与各升压电路的第一电容和/或第二电容并联。经过变换模块使输入电压等级抬升，结合多路逆变器输出，使逆变器输出不同等级电压。

Description

一种逆变器

技术领域

本实用新型涉及电力电子技术领域，具体涉及一种逆变器。

背景技术

随着交直流配电网的不断发展，同时具备交、直流接口的新一代变电站具有很高的发展前景，而逆变器与电力电子变压器的配合使用可以为变电站提供具备多端口的能力。通常来讲，逆变器可为电力电子变压器端口提供交、直转换的功能，并且能够在一定程度上改变电压等级。

逆变器可分为单级结构和两级结构。单级式的逆变器是指在一个功率环节中实现DC-AC逆变和电压等级变换，它具有结构简单、逆变器效率高等优点，但是控制设计难度大，且增益相对较低。两级式逆变器结构虽然功率级数多，整机效率低于单级式逆变器，但是相对增益较大，且各级可单独控制，降低了控制器设计难度，从整体上讲更具经济价值。

目前交直流混合配电网直流负荷和电源种类繁多，需要方便各种电压等级的直流电源和直流负荷接入电网，需要逆变器具有宽范围电压增益能力；同时，出于安全性的考虑，逆变器也应具有电气故障隔离能力。对于普通的DC-DC升压电路，在实际应用中只能提供3-5倍的升压比，且输出电压单一，无法满足新型交直流配电网络的升压需要。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型实施例提供了一种逆变器，以满足交直流混合配电网应用需求，解决多路输出不同电压的问题。

根据第一方面，本实用新型实施例提供一种逆变器，包括：

第一DC-DC变换模块，具有串联的第一开关管以及第二开关管、至少一组升压电路以及谐振电感；其中，所述升压电路具有依次串联的第一二极管、第二二极管以及第一电容，所述第一二极管与所述第二二极管之间连接有第二电容，所述第二电容的另一端接入所述第一开关管与所述第二开关管之间，所述第一二极管的另一端与第一开关管的第一端连接，所述第一电容的另一端与所述第二开关管的第二端连接；所述谐振电感的一端接入所述第一开关管与所述第二开关管之间，另一端与各所述升压电路中的所述第二电容连接；

至少两个逆变模块，分别与各所述升压电路的所述第一电容和/或所述第二电容并联。

本实用新型实施例提供的逆变器，经过变换模块使输入电压等级抬升，结合多路逆变器输出，使逆变器输出不同等级电压。

结合第一方面，在第一方面第一实施方式中，所述第一DC-DC变换模块具有两组所述升压电路。

本实用新型实施例提供的逆变器，通过配置具有两组所述升压电路能够进行分段均匀提升电压，能够提高电压增益保证电路系统的安全性。

结合第一方面，在第一方面第二实施方式中，所述第一开关管与所述第二开关管相同。

本实用新型实施例提供的逆变器，通过设置相同的开关管，减小控制难度，提高电路的执行效率。

结合第一方面，在第一方面第三实施方式中，所述第一开关管与所述第二开关管为N型MOSFET。

结合第一方面，在第一方面第四实施方式中，还包括：

第二DC-DC变换模块，与所述第一DC-DC变换模块并联，且所述第二DC-DC变换模块的输入端与所述逆变器的输入电源连接。

结合第一方面，在第一方面第五实施方式中，所述第二DC-DC变换模块包括：

变压器，具有源边绕组、副边绕组以及去磁绕组；

第三开关管，与所述源边绕组以及所述去磁绕组串联，所述第三开关管的第一端与所述源边绕组连接；所述源边绕组与所述去磁绕组之间接入所述输入电源的一端，所述第三开关管的第二端接入所述输入电源的另一端。

本实用新型实施例提供的逆变器，在所述第二DC-DC变换模块中使用变压器，保证整体结构的电气隔离，给逆变器提供优质输出环境，提高逆变器的安全性。

结合第一方面，在第一方面第六实施方式中，所述第二DC-DC变换模块还包括：

输入电容，与所述第二DC-DC变换模块的输入端并联；

输出电容，与所述第二DC-DC变换模块的输出端并联；

输出电感，与所述副边绕组串联。

本实用新型实施例提供的逆变器，通过设置输如电容、输出电容和输出电感，能够过滤对于逆变器不良的的电信号，提升工作效率。

结合第一方面，在第一方面第七实施方式中，所述第二DC-DC变换模块还包括：

第三二极管，与所述去磁绕组串联形成第一支路，所述第一支路与所述输入电容并联；

第四二极管，与所述副边绕组串联。

结合第一方面，在第一方面第八实施方式中，所述第二DC-DC变换模块还包括：

第五二极管，一端接入所述第四二极管与所述输出电感之间，另一端接入所述第二DC-DC变换模块的输出端。

结合第一方面，在第一方面第九实施方式中，所述第二DC-DC变换模块还包括：所述第三开关管、所述第一开关管以及所述第二开关管相同。

本实用新型实施例提供的逆变器，通过在第一DC-DC变换模块中不同升压点上连接逆变模块以输出不同等级电压。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，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是本实用新型实施例中第一DC-DC变换模块的结构图；

图2是本实用新型实施例中逆变器结构图；

附图标记：

10-第一DC-DC变换模块；11-第二DC-DC变换模块；12-变压器；20-升压电路；21-逆变模块；

Q1-第一开关；Q2-第二开关管；Q3-第三开关管；

D1、D3-第一二极管；D2、D4-第二二极管；D5-第三二极管；D6-第四二极管；D7-第五二极管；

C1、C3-第二电容；C2、C4-第一电容；C5-输入电容；C6-输出电容；

W1-源边绕组；W2-副边绕组；W3-磁绕组；

L1-谐振电感；L2-输出电感。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型实施例提供一种逆变器，如图1所示，包括第一DC-DC变换模块10和至少两个逆变模块21。在图1中以连接3组逆变模块21为例进行描述，具体逆变模块21的数量可更具实际情况进行具体设置；在此并不做任何限制。

结合图1，第一DC-DC变换模块10，具有串联的第一开关管Q1以及第二开关管Q2、至少一组升压电路20以及谐振电感L1；升压电路20具有依次串联的第一二极管D1、第二二极管D2以及第一电容，第一二极管D1与第二二极管D2之间连接有第二电容C2，第二电容C2的另一端接入第一开关管Q1与第二开关管Q2之间，第一二极管D1的另一端与第一开关管Q1的第一端连接，第一电容C1的另一端与第二开关管Q2的第二端连接；谐振电感L1的一端接入第一开关管Q1与第二开关管Q2之间，另一端与各升压电路20中的第二电容C2连接；逆变模块21，分别与各升压电路的第一电容C2和/或第二电容C1并联。

可选的，第一开关管Q1和第二开关管Q2串联形成Q1-Q2支路，Q1-Q2支路与第一DC-DC变换模块10的输入端相接，第二开关管Q2的漏极连接第一DC-DC变换模块10的输入端正极，其源极连接第一开关管Q1的漏极，第一开关管Q1的源极连接第一DC-DC变换模块10的输入端负极；

谐振电感L1一端连接第一开关管Q1的漏级，其一端同时连接第二电容C1，第一二极管D1的阴极与第一开关管Q2的源极连接，第一二极管D1和第二二极管D2按照先阴极后阳极依次连接，与第二电容C1串联后再与Q1-Q2支路并联；

第二电容C1一端与谐振电感L1连接，其另一端与第一二极管D1阳极连接；谐振电容C3一端与谐振电感L1连接，其另一端与第一二极管D3阳极连接；第一电容C2一端与第二二极管D2阳极连接，其另一端与第二开关管Q2的漏极连接，第一电容C4一端与第二二极管D4阳极连接，其另一端与第二开关管Q2的漏极连接。

其理论上可以使输入电压升压倍数增加。同时，在第一DC-DC变换模块10加入一个谐振电感L1，在特定的开关频率下，利用准谐振软开关有效抑制了开关损耗。在第一开关管Q1或第二开关管Q2任意一个开通时，由于谐振环的作用，开关管实现了零电流开通的机制。在谐振电流达到最大峰值后逐渐降低至零，由于二极管的作用电流不会继续降到负值形成反向电流，使关断时电流为零从而实现了软开关，提高了整体效率。

作为可选的实施例，第一DC-DC变换模块10具有两组升压电路20。

作为可选的实施例，第一开关管Q1与第二开关管Q2相同。

作为可选的实施例，第一开关管Q1与第二开关管Q2为N型MOSFET。

具体的，选择使用相同的开关管，是为了减小电路控制难度，提高整体效率。

作为可选的实施例，第一DC-DC变换模块10之前还连接有第二DC-DC变换模块11；如图2所示，第二DC-DC变换模块11，与第一DC-DC变换模块10并联，且第二DC-DC变换模块11的输入端与逆变器的输入电源连接。

作为可选的实施例，第二DC-DC变换模块11由变压器12和第三开关管Q3组成。

变压器12，具有源边绕组W1、副边绕组W2以及去磁绕组W3；

第三开关管Q3，与源边绕组W1以及去磁绕组W3串联，第三开关管Q3的第一端与源边绕组W1连接；源边绕组W1与去磁绕组W3之间接入输入电源的一端，第三开关管Q3的第二端接入输入电源的另一端。

作为可选的实施例，第二DC-DC变换模块11还有：输入电容C5、输出电容C6和输出电感L2；

输入电容C5与第二DC-DC变换模块11的输入端并联；输出电容C6与第二DC-DC变换模块11的输出端并联；输出电感L2与副边绕组W2串联。

作为可选的实施例，第二DC-DC变换模块11还有：第三二极管D5、第四二极管D6、第五二极管D7；

第三二极管D5与去磁绕组W3串联形成第一支路，第一支路与输入电容并联；第四二极管D6与副边绕组W2串联；第五二极管D7一端接入第四二极管D6与输出电感L2之间；另一端接入第二DC-DC变换模块11的输出端。

具体的，结合图2，通过第二DC-DC变换模块11包括输入电容C5、变压器12、第三开关管Q3、输入电容C5、输出电容C6、输出电感L2、第三二极管D5、第四二极管D6、第五二极管D7和输出电容C2，第二DC-DC变换模块可以是正激电路。

由变压器12、第三开关管Q3、输入电容C5、输出电容C6、输出电感L2、第三二极管D5、第四二极管D6、第五二极管D7，组合成第二DC-DC变换模块。

输入电容C5与第二DC-DC变换模块并联，第二DC-DC变换模块与输出电容C6并联。

输入电容C5与变压器去磁绕组W3和第三二极管D5串联组成的去磁回路并连，第二DC-DC变换模块11的输入端为去磁绕组W3异名端与输入电容C5相连结点，去磁回路中第三二极管D5的阴极与去磁绕组W3的同名端相连，第三二极管D5的阳极与第三开关管Q3的源极相连，第三开关管Q3与变压器原边绕组W1串联后与去磁回路并联，第三开关管Q3漏极与变压器原边绕组W1异名端相连，变压器副边绕组W2与第四二极管D6相连后与第五二极管D7并联，第四二极管D6的阴极连接第五二极管D7的阴极，第四二极管D6的阳极与变压器副边绕组W2的同名端相连，输出电感L2与输出电容C6相连后与第五二极管D7并联。

使用第二DC-DC变换模块，当开关管控制信号为正时，第三开关管Q3处于导通状态，原边绕组W1电流和输出电感L2电流逐渐增大；当开关管信号为零时，第三开关管Q3处于关断状态，原边绕组W1电流转移到去磁绕组W3并且逐渐减小，输出电感电流L2同样逐渐减小。

结合图2，第一DC-DC变换模块11，还包括至少两个逆变模块21，分别与各升压电路20的第一电容C2和/或第二电容C1并联。本实施例以连接三个不同电压等级为例，通过第一电容C1、和第二电容C2以及谐振电感L1组合的谐振电路，利用开关管的导通特性，对第一电容C1/第二电容C2进行充放电，通过电容充放电，使电容电压加上输入电压，从而输出不同等级电压。

第一DC-DC变换模块，为谐振式开关电容电路，其每个工作周期可以分为4个模态，其中第一模态为第一开关管Q1导通，第二开关管Q2关断；第二模态为第二开关管Q2、第一开关管Q1均关断；第三模态为第二开关管Q2导通，第一开关管Q1关断；第四模态为第二开关管Q2、第一开关管Q1均关断。

实施例使用的谐振式开关电容电路的可以实现从零负载到全负载范围内的软开关，但其相关参数的选择要满足以下两个条件才能保证软开关的正常工作。第一，开关频率应小于谐振频率，开关动作应在谐振电流经正弦变化为零之后进行；第二，谐振电容的电压纹波应予以限定。

图2所示的逆变模块21为全桥逆变电路。全桥逆变电路包括四个开关器件，两组串连在一起的两个开关管，定义为第一组和第二组。第一组两个开关管中间位置接交流输出侧的一端，第二组两个开关管中间位置接交流输出侧的另一端。第一组开关管和第二组开关管相并联，与直流输入相接。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种逆变器，其特征在于，包括：

第一DC-DC变换模块，具有串联的第一开关管以及第二开关管、至少一组升压电路以及谐振电感；其中，所述升压电路具有依次串联的第一二极管、第二二极管以及第一电容，所述第一二极管与所述第二二极管之间连接有第二电容，所述第二电容的另一端接入所述第一开关管与所述第二开关管之间，所述第一二极管的另一端与第一开关管的第一端连接，所述第一电容的另一端与所述第二开关管的第二端连接；所述谐振电感的一端接入所述第一开关管与所述第二开关管之间，另一端与各所述升压电路中的所述第二电容连接；

至少两个逆变模块，分别与各所述升压电路的所述第一电容和/或所述第二电容并联。

2.根据权利要求1所述的逆变器，其特征在于，所述第一DC-DC变换模块具有两组所述升压电路。

3.根据权利要求1所述的逆变器，其特征在于，所述第一开关管与所述第二开关管相同。

4.根据权利要求3所述的逆变器，其特征在于，所述第一开关管与所述第二开关管为N型MOSFET。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的逆变器，其特征在于，还包括：

第二DC-DC变换模块，与所述第一DC-DC变换模块并联，且所述第二DC-DC变换模块的输入端与所述逆变器的输入电源连接。

6.根据权利要求5所述的逆变器，其特征在于，所述第二DC-DC变换模块包括：

变压器，具有源边绕组、副边绕组以及去磁绕组；

第三开关管，与所述源边绕组以及所述去磁绕组串联，所述第三开关管的第一端与所述源边绕组连接；所述源边绕组与所述去磁绕组之间接入所述输入电源的一端，所述第三开关管的第二端接入所述输入电源的另一端。

7.根据权利要求6所述的逆变器，其特征在于，所述第二DC-DC变换模块还包括：

输入电容，与所述第二DC-DC变换模块的输入端并联；

输出电容，与所述第二DC-DC变换模块的输出端并联；

输出电感，与所述副边绕组串联。

8.根据权利要求7所述的逆变器，其特征在于，所述第二DC-DC变换模块还包括：

第三二极管，与所述去磁绕组串联形成第一支路，所述第一支路与所述输入电容并联；

第四二极管，与所述副边绕组串联。

9.根据权利要求8所述的逆变器，其特征在于，所述第二DC-DC变换模块还包括：

第五二极管，一端接入所述第四二极管与所述输出电感之间，另一端接入所述第二DC-DC变换模块的输出端。

10.根据权利要求6-9中任一项所述的逆变器，其特征在于，所述第三开关管、所述第一开关管以及所述第二开关管相同。