CN210958139U - 一种两级式逆变器中的前级dc/dc电路 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种两级式逆变器中的前级DC/DC电路，该前级DC/DC电路采用机械开关作为直通模式下起旁路作用的开关器件，所述机械开关并联在该前级DC/DC电路的储能电感上。本申请防止了该前级DC/DC电路中的续流二极管在该机械开关闭合瞬间所产生的瞬间大电流冲击下损坏。
Description
技术领域
本实用新型涉及电力电子技术领域，更具体地说，涉及一种两级式逆变器中的前级DC/DC电路。
背景技术
如图1所示，两级式逆变器包括前级DC/DC电路和后级DC/AC电路，其基本功能是将输入的直流源电压进行两级功率变换后提供给电网或本地负载。
前级DC/DC电路的工作模式有功率变换模式和直通模式。在功率变换模式下，前级DC/DC电路将输入的直流源电压变换为后级DC/AC电路需要的工作电压进行输出；在直通模式下，前级DC/DC电路停止功率变换，利用一机械开关同时旁路掉前级DC/DC电路中的储能电感和一半导体器件(当前级DC/DC电路为boost电路时，该半导体器件为续流二极管；当前级DC/DC电路为buck电路时，该半导体器件为开关管)，直流源电压直接施加在后级DC/AC电路的直流母线上，该机械开关在功率变换模式下保持断开。
但其存在一个弊端，就是：在该机械开关闭合瞬间，储能电感电流会流过该半导体器件和该机械开关后再返回储能电感形成闭合回路，该闭合回路上阻抗很小所以会引起瞬间大电流冲击，而半导体器件抗瞬间冲击能力较差，在瞬间大电流冲击下极易损坏。
实用新型内容
有鉴于此，本实用新型提供了一种两级式逆变器中的前级DC/DC电路，以防止半导体器件在机械开关闭合瞬间所产生的瞬间大电流冲击下出现损坏。
一种两级式逆变器中的前级DC/DC电路，所述前级DC/DC电路采用机械开关作为直通模式下起旁路作用的开关器件，所述机械开关并联在所述前级DC/DC电路的储能电感上。
可选的，所述前级DC/DC电路为boost电路。
可选的，所述boost电路包括开关管、续流二极管、所述机械开关、储能电感和输入电容，其中：
所述输入电容的正极接所述储能电感的一端和所述机械开关的一端；
所述输入电容的负极接所述开关管的电能输出极和后级DC/AC电路的负母线；
所述续流二极管的阴极接后级DC/AC电路的正母线；
所述续流二极管的阳极接所述储能电感的另一端、所述机械开关的另一端以及所述开关管的电能输入极。
或者，所述boost电路包括第一开关管、第二开关管、第一续流二极管、第二续流二极管、储能电感、输入电容、第二电容和所述机械开关，其中：
所述输入电容的一端接所述储能电感的一端和所述机械开关的一端；
所述输入电容的另一端接所述第二开关管的电能输出极和后级DC/AC电路的负母线；
所述机械开关的另一端接所述储能电感的另一端、所述第一开关管的电能输入极和所述续流二极管的阳极；
所述第一开关管的电能输出极接所述第二开关管的电能输入极和所述第二电容的一端；
所述第二电容的另一端接所述第一续流二极管的阴极和所述第二续流二极管的阳极；
所述第二续流二极管的阴极接后级DC/AC电路的正母线。
可选的，所述前级DC/DC电路为buck电路。
可选的，所述buck电路包括第一开关管、续流二极管、所述机械开关、储能电感和输入电容，其中：
所述输入电容的一端接所述第一开关管的电能输入极，另一端接所述续流二极管的阳极和后级DC/AC电路的负母线；
所述第一开关管的电能输出极接所述续流二极管的阴极、并经过相并联的储能电感和所述机械开关接入后级DC/AC电路的正母线。
可选的，在上述公开的任一种前级DC/DC电路中，所述机械开关为继电器或接触器。
从上述的技术方案可以看出，本实用新型将传统前级DC/DC电路中的机械开关改为并联在储能电感上。在该机械开关闭合瞬间，也即在改进后的前级DC/DC电路由功率变换模式切换到直通模式瞬间，只有由储能电感和机械开关构成的闭合回路，此时闭合回路上产生的瞬间大电流并不流过半导体器件，所以半导体器件就不会承受瞬间大电流冲击、不会损坏。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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为现有技术公开的一种两级式逆变器结构示意图；
图2为现有技术公开的一种应用于两级式逆变器中的传统boost电路结构示意图；
图3为本实用新型实施例公开的一种应用于两级式逆变器中的boost电路结构示意图；
图4为现有技术公开的又一种应用于两级式逆变器中的boost电路结构示意图；
图5为本实用新型实施例公开的又一种应用于两级式逆变器中的boost电路结构示意图；
图6为现有技术公开的一种应用于两级式逆变器中的传统buck电路结构示意图；
图7为本实用新型实施例公开的一种应用于两级式逆变器中的buck电路结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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。
本实用新型实施例公开了一种两级式逆变器中的前级DC/DC电路，通过将传统前级DC/DC电路直通模式下起旁路作用的机械开关改为并联在储能电感上，防止了半导体器件在所述机械开关闭合瞬间产生的瞬间大电流冲击下损坏。
本实用新型实施例仅涉及机械开关接线上的改进，电路控制方式仍与传统前级DC/DC电路中保持一致，具体为：在功率变换模式，断开所述机械开关，控制前级DC/DC电路中的开关管以一定频率和脉冲宽度进行斩波，此时前级DC/DC电路将直流源电压变换为后级DC/AC电路需要的工作电压进行输出，电流在前级DC/DC电路中的续流二极管上续流；在直通模式下，闭合所述机械开关，前级DC/DC电路中的开关管根据需要保持开通或关断状态(当前级DC/DC电路为boost电路时，开关管保持关断状态；当前级DC/DC电路为buck电路时，开关管保持开通状态)，直流源电压直接施加在后级DC/AC电路的直流母线上。
在本实用新型实施例中的机械开关闭合瞬间，也即在本实用新型实施例的前级DC/DC电路由功率变换模式切换到直通模式瞬间，只有储能电感和机械开关形成闭合回路，此时闭合回路上产生的瞬间大电流并不流过半导体器件，所以半导体器件就不会承受瞬间大电流冲击、不会损坏。
可选的，本实用新型实施例中的前级DC/DC电路可以是boost电路或buck电路，并不局限。当前级DC/DC电路为boost电路时，所述功率变换模式为boost模式；当前级DC/DC电路为buck电路时，所述功率变换模式为buck模式。
下面以前级DC/DC电路为boost电路为例，详述本实用新型实施例对传统前级DC/DC电路的改进。
图2示出了一种传统boost电路，包括开关管Q1、续流二极管D1、机械开关K1、储能电感L1、输入电容C1，其中：
输入电容C1的正极接储能电感L1的一端和机械开关K1的一端；
输入电容C1的负极接开关管Q1的电能输出极和后级DC/AC电路的负母线；
机械开关K1的另一端接续流二极管D1的阴极和后级DC/AC电路的正母线；
续流二极管D1的阳极接储能电感L1的另一端和开关管Q1的电能输入极。
在直流源电压较低时，图2所示boost电路处于boost模式，此模式下开关管Q1以一定频率和脉冲宽度进行斩波，电流在续流二极管D1上续流；在直流源电压较高时，图2所示boost电路处于直通模式，此模式下开关管Q1关断，机械开关K1闭合，直流源电压直接施加在后级DC/AC电路的直流母线上。但在机械开关K1闭合瞬间，储能电感L1电流会流过续流二极管D1和开关管Q1后再返回储能电感L1形成闭合回路，该闭合回路上阻抗很小所以会引起瞬间大电流冲击，容易造成开关管Q1过流损坏。
而本实用新型实施例将图2所示boost电路中的机械开关K1改为并联在储能电感L1上，得到了如图3所示的boost电路。图3所示boost电路处于功率变换模式时，机械开关K1断开，此模式下工作原理不变，仍是开关管Q1以一定频率和脉冲宽度进行斩波，电流在续流二极管D1上续流；处于直通模式时，机械开关K1闭合，开关管Q1保持开通，直流源电压直接施加在后级DC/AC电路的直流母线上。在机械开关K1闭合瞬间也即图3所示boost电路由boost模式切换到直通模式瞬间，储能电感L1电流流过机械开关K1后返回储能电感L1形成闭合回路，此时闭合回路上虽然仍会产生瞬间大电流，但产生的瞬间大电流并不流过续流二极管D1，所以不会造成续流二极管D1损坏。机械开关K1具有很强的抗瞬间冲击能力，也不会发生损坏。
需要说明的是，前级DC/DC电路为boost电路时，并不是只适用于对图2所示传统boost电路进行改进，也适用于对其他形式的传统boost电路进行改进。以图4示出的另一种传统boost电路为例，图4所示boost电路包括第一开关管Q1、第二开关管Q2、续流二极管D1和D2、储能电感L1、输入电容C1、第二电容C2、机械开关K1，其中：
输入电容C1的一端接储能电感L1的一端和机械开关K1的一端；
输入电容C1的另一端接第二开关管Q2的电能输出极和后级DC/AC电路的负母线；
机械开关K1的另一端接D2的阴极和后级DC/AC电路的正母线；
储能电感L1的另一端接第一开关管Q1的电能输入极和续流二极管D1的阳极；
第一开关管Q1的电能输出极接第二开关管Q2的电能输入极和第二电容C2的一端；
第二电容C2的另一端接续流二极管D1的阴极以及续流二极管D2的阳极。
在图4所示boost电路中，在机械开关K1闭合瞬间也即图4所示boost电路由boost模式切换到直通模式瞬间，储能电感L1电流流过续流二极管D1、D2、机械开关K1后再返回储能电感L1形成闭合回路，该闭合回路上产生的瞬间大电流冲击容易造成续流二极管D1、D2损坏。
图5是对图4所示传统boost电路进行改进后的电路图，其将图4所示boost电路中的机械开关K1改为并联在储能电感L1上。在机械开关K1闭合瞬间也即图5所示boost电路由boost模式切换到直通模式瞬间，储能电感L1电流流过机械开关K1后返回储能电感L1形成闭合回路，由于该闭合回路上产生的瞬间大电流冲击不会流过续流二极管D1、D2，所以不会造成续流二极管D1、D2损坏。而机械开关K1具有很强的抗瞬间冲击能力，也不会发生损坏。
下面再以前级DC/DC电路为buck电路为例，详述本实用新型实施例对传统前级DC/DC电路的改进。
图6示出了一种传统buck电路，包括开关管Q1、续流二极管D1、机械开关K1、储能电感L1和输入电容C1，其中：
输入电容C1的一端接开关管Q1的电能输入极和机械开关K1的一端；
输入电容C1的另一端接续流二极管D1的阳极和后级DC/AC电路的负母线；
开关管Q1的电能输出极接续流二极管D1的阴极、并经储能电感L1接机械开关K1的另一端和后级DC/AC电路的正母线。
图6所示buck电路处于buck模式时，机械开关K1断开，开关管Q1以一定频率和脉冲宽度进行斩波，电流在续流二极管D1上续流；图6所示buck电路处于直通模式时，开关管Q1保持开通，机械开关K1闭合，直流源电压直接施加在后级DC/AC电路的直流母线上。但在机械开关K1闭合瞬间也即图6所示buck电路由buck模式切换到直通模式瞬间，储能电感L1电流流过开关管Q1的反并联二极管、机械开关K1后再返回储能电感L1形成闭合回路，该闭合回路上产生的瞬间大电流冲击容易造成开关管Q1的反并联二极管损坏。
而本实用新型实施例将图6所示buck电路中将该机械开关K1并联在储能电感L1上，得到了如图7所示的buck电路。图7所示buck电路处于功率变换模式时，机械开关K1断开，此模式下工作原理不变，仍是开关管Q1以一定频率和脉冲宽度进行斩波，电流在续流二极管D1上续流；处于直通模式时，机械开关K1闭合，开关管Q1导通，直流源电压直接施加在后级DC/AC电路的直流母线上。在机械开关K1闭合瞬间也即图7所示buck电路由buck模式切换到直通模式瞬间，储能电感L1电流流过机械开关K1后返回储能电感L1形成闭合回路，该闭合回路上产生的瞬间大电流不会流过开关管Q1，所以不会造成开关管Q1损坏。而机械开关K1具有很强的抗瞬间冲击能力，也不会发生损坏。
可选的，在本实用新型公开的上述任一实施例中，机械开关例如可以为继电器、接触器等，并不局限。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型实施例的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型实施例将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (7)
1.一种两级式逆变器中的前级DC/DC电路，其特征在于，所述前级DC/DC电路采用机械开关作为直通模式下起旁路作用的开关器件，所述机械开关并联在所述前级DC/DC电路的储能电感上。
2.根据权利要求1所述的两级式逆变器中的前级DC/DC电路，其特征在于，所述前级DC/DC电路为boost电路。
3.根据权利要求2所述的两级式逆变器中的前级DC/DC电路，其特征在于，所述boost电路包括开关管、续流二极管、所述机械开关、储能电感和输入电容，其中：
所述输入电容的正极接所述储能电感的一端和所述机械开关的一端；
所述输入电容的负极接所述开关管的电能输出极和后级DC/AC电路的负母线；
所述续流二极管的阴极接后级DC/AC电路的正母线；
所述续流二极管的阳极接所述储能电感的另一端、所述机械开关的另一端以及所述开关管的电能输入极。
4.根据权利要求2所述的两级式逆变器中的前级DC/DC电路，其特征在于，所述boost电路包括第一开关管、第二开关管、第一续流二极管、第二续流二极管、储能电感、输入电容、第二电容和所述机械开关，其中：
所述输入电容的一端接所述储能电感的一端和所述机械开关的一端；
所述输入电容的另一端接所述第二开关管的电能输出极和后级DC/AC电路的负母线；
所述机械开关的另一端接所述储能电感的另一端、所述第一开关管的电能输入极和所述第一续流二极管的阳极；
所述第一开关管的电能输出极接所述第二开关管的电能输入极和所述第二电容的一端；
所述第二电容的另一端接所述第一续流二极管的阴极和所述第二续流二极管的阳极；
所述第二续流二极管的阴极接后级DC/AC电路的正母线。
5.根据权利要求1所述的两级式逆变器中的前级DC/DC电路，其特征在于，所述前级DC/DC电路为buck电路。
6.根据权利要求5所述的两级式逆变器中的前级DC/DC电路，其特征在于，所述buck电路包括开关管、续流二极管、所述机械开关、储能电感和输入电容，其中：
所述输入电容的一端接所述开关管的电能输入极，另一端接所述续流二极管的阳极和后级DC/AC电路的负母线；
所述开关管的电能输出极接所述续流二极管的阴极、并经过相并联的储能电感和所述机械开关接入后级DC/AC电路的正母线。
7.根据权利要求1所述的两级式逆变器中的前级DC/DC电路，其特征在于，所述机械开关为继电器或接触器。
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2019
- 2019-12-18 CN CN201922282225.1U patent/CN210958139U/zh active Active
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