[發明專利]單級雙向降壓直流變換器型高頻環節逆變器

無效

• 申請號: 201210469970.7
• 申請日: 2012-11-20
• 公開（公告）號: CN103840691A
• 公開（公告）日: 2014-06-04
• 發明（設計）人: 延匯文;林華勇;陳佳
• 申請（專利權）人: 深圳科士達科技股份有限公司
• 主分類號: H02M7/48
• 分類號: H02M7/48;H02M3/335
• 代理公司: 深圳冠華專利事務所(普通合伙) 44267
• 代理人: 諸蘭芬

技術領域

本發明所涉及的單級雙向降壓（Buck）直流變換器型高頻環節逆變器，屬電力電子變換技術。

背景技術

逆變器是應用功率半導體器件，將直流電變換成交流電的一種靜止變流裝置，供交流負載使用。輸出交流負載與輸入直流電源間有高頻電氣隔離的逆變器，稱為高頻環節逆變器。高頻環節逆變器，由于用來實現輸出與輸入電氣隔離和電壓匹配功能的變壓器的工作頻率在20kHz以上，其體積、重量和音頻噪音大大降低了，克服了低頻環節逆變器的缺點，在以直流發電機、蓄電池、太陽能電池和燃料電池為主直流電源的逆變場合，具有廣泛的應用前景，特別是在對體積與重量有高要求的逆變場合有更重要的應用價值。

人們對高頻環節逆變器的研究，僅僅局限于單向Buck型高頻環節逆變器、單向Buck型高頻脈沖直流環節逆變器、雙向Buck型高頻環節逆變器、雙向Buck-Boost型高頻環節逆變器、兩級Buck或Buck-Boost直流交換器型高頻環節逆變器等電路結構。

S.R.Narayana?Prakash等人提出的“單向Buck型高頻環節逆變器”（IEEE?PESC，1990，pp.723-728），由高頻電氣隔離DC-DC變換器和Buck型逆變橋級聯而成，具有單向功率流、兩級功率交換（直流-直流-低頻交流）、變換效率較高、采用傳統PWM技術時功率器件的高頻開關損耗大、成本高等特點。陳道煉博士等提出的“單向Buck型高頻脈沖直流環節逆變器”（IEEE?Trans.on?Power?Electronics，2004，pp.971-978），由高頻電氣隔離脈沖直流環節電路與Buck型逆變橋級聯而成，前級輸出的高頻脈沖直流電壓波為后級逆變橋實現ZVS創造了條件，具有單向功率流、兩級功率變換（直流-高頻脈沖直流-低頻交流）、功率開關實現了ZVS、變換效率較高、逆變橋采用三態DPM電流滯環控制、輸出濾波器音頻噪音偏高、成本高等特點。I.Yamato等人提出的“雙向Buck型高頻環節逆變器”（IEEE?PESC，1998，pp.658-663），由高頻電氣隔離逆變器與Buck型周波變換器級聯而成，由四象限功率開關構成的周波變換器在任何導通期間均有兩個或四個功率器件同時導通、總的導通損耗較大，具有雙向功率流、準兩級功率變換（直流-高頻脈沖交流-低頻交流）、變換效率較高、周波變換器換流時存在固有的電壓過沖、工程實現難度大、成本高等特點。浙江大學黃敏超博士等提出的“雙向Buck-Boost型高頻環節逆變器”（IEEE?PESC，1998，pp.1867-1871），由高頻電氣隔離逆變器與Buck-Boost型周波變換器級聯而成，由四象限功率開關構成的周波變換器在任何導通期間均有兩個功率器件同時導通、電流應力大、總的導通損耗大，具有雙向功率流、準兩級功率變換（直流-高頻脈沖交流-低頻交流）、變換效率較高、功率開關電流應力大、容量小、成本較高等特點。J.Jalade等人提出的“兩級Buck或Buck-Boost直流變換器型高頻環節逆變器”（IEEE?PESC，1980，pp.326-331）由高頻電氣隔Buck或Buck-Boost型DC-DC變換器和工頻逆變橋級聯而成，具有單向功率流、兩級功率變換（直流-低頻正弦半波直流-低頻交流）、變換功率較高、逆變橋功率器件開關頻率和電壓應力低、負載適應能力弱、成本較高等特點。

上述單向Buck型、單向Buck型高頻脈沖直流環節、雙向Buck型、雙向Buck-Boost型、兩級Buck或Buck-Boost直流交換器型等高頻環節逆變器雖然具有較多優點，但它們均為兩級或準兩級交換器級聯的電路結構，仍存在變換功率、功率密度和可靠性偏低、成本偏高等缺陷。因此，尋求一類能夠進一步減少功率變換級數、提高變換效率、功率密度、可靠性和降低成本的單級電路結構的高頻環節逆變器已迫在眉睫。

發明內容

本發明目的是為實現具有交流負載與直流電源高頻電氣隔離、雙向功率流、單級功率交換、體積小、重量輕、變換效率高、輸出電壓紋波小、音頻噪音低、成本低的新型逆變電源和靜止變流器提供關鍵技術。

本發明的技術方案如下：本發明的逆變器是由兩個相同的、輸出反相低頻正弦脈動直流電壓的高頻電氣隔離雙向功率流降壓直流變換器以差動電路構成，所述的每個高頻電氣隔離雙向功率流降壓直流變換器均由輸入濾波電路、逆變器、高頻變壓器、整流器以及輸出濾波電路依序級聯構成，其逆變器和整流器均由兩象限高頻功率開關構成，其輸出濾波電路由交流濾波電感和直流濾波電容構成。