[發(fā)明專(zhuān)利]基于BUCK電路的DC/AC變換器

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310074986.2
• 申請(qǐng)日: 2013-02-20
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103138615A
• 公開(kāi)（公告）日: 2013-06-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 丁曉東
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 丁曉東
• 主分類(lèi)號(hào): H02M7/48
• 分類(lèi)號(hào): H02M7/48
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明提出一種基于BUCK電路的DC/AC變換器，可廣泛應(yīng)用于風(fēng)力發(fā)電、太陽(yáng)能發(fā)電和其它分布式發(fā)電系統(tǒng)，也可用于普通單相異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速等領(lǐng)域。

背景技術(shù)

DC/AC變換器是一種利用電力電子器件，借助與電力電子功能電路，將直流電能轉(zhuǎn)換成滿(mǎn)足負(fù)載供電要求交流電靜止式變流裝置。DC/AC變換器主要用于向負(fù)載提供交流電，俗稱(chēng)無(wú)源逆變，或者用于向電網(wǎng)供電場(chǎng)合，如風(fēng)力、太陽(yáng)能發(fā)電并網(wǎng)，可稱(chēng)之為有源逆變。目前，人們特別關(guān)注可再生新能源的分布式發(fā)電技術(shù)。利用DC/AC變換器可將蓄電池、太陽(yáng)能電池、風(fēng)力發(fā)電裝置和燃料電池等新能源轉(zhuǎn)化的電能變換成交流電能與電網(wǎng)并網(wǎng)發(fā)電，因此DC/AC變換技術(shù)在新能源的開(kāi)發(fā)和利用中起到關(guān)鍵的作用。傳統(tǒng)電壓型逆變器多采用PWM調(diào)制直接實(shí)現(xiàn)DC/AC變換，電壓波形存在電壓突變，對(duì)器件和負(fù)載的耐電壓突變能力要求較高且逆變器工作效率隨著輸出功率的減少而明顯下降。另外，常規(guī)的DC/AC變換多通過(guò)控制電力電子器件強(qiáng)制通斷，電力電子器件的開(kāi)關(guān)損耗和使用壽命都受到影響。為了解決上述問(wèn)題，需要對(duì)直流電源與逆變器進(jìn)行重新設(shè)計(jì)以提高整機(jī)效率和可靠性；為了延長(zhǎng)電力電子器件的壽命和工作的可靠性還需要考慮器件的軟開(kāi)通和關(guān)斷問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提出了一種基于BUCK電路的DC-AC變換器，系統(tǒng)采用兩輸入一輸出形式，既可以實(shí)現(xiàn)輸出電壓幅值的自動(dòng)調(diào)節(jié)又可以借助于成熟的軟開(kāi)關(guān)技術(shù)，最大限度的降低器件通斷損耗，有效延長(zhǎng)開(kāi)關(guān)器件的使用壽命。

附圖說(shuō)明

圖1是變換器各部分構(gòu)成圖；

圖2是DC-AC變換器主電路拓?fù)洌?/p>

圖3BUCK電路工作模式1；

圖4BUCK電路工作模式2；

圖5是系統(tǒng)開(kāi)環(huán)PD控制框圖；

圖6是系統(tǒng)閉環(huán)PI控制框圖；

具體實(shí)施方法

圖1為DC/AC變換器各部分構(gòu)成圖。DC/AC變換器主要由直流電源輸入1、直流電源輸入2、系統(tǒng)給定輸入3、反饋信號(hào)4、控制器5、PWM信號(hào)發(fā)生器6、輸出信號(hào)檢測(cè)單元7、負(fù)載8和主電路9等組成。其中直流電源輸入1和直流電源輸入2做為變換器的主電路供電電源，給主電路供電；給定輸入信號(hào)3是系統(tǒng)輸出信號(hào)的給定信號(hào)，與反饋信號(hào)4做差后送入控制器5，生成PWM信號(hào)脈寬控制信號(hào)，再經(jīng)過(guò)PWM信號(hào)發(fā)生器6產(chǎn)生PWM信號(hào)并驅(qū)動(dòng)主電路器件的開(kāi)通與關(guān)斷；輸出信號(hào)檢測(cè)單元7用于產(chǎn)生反饋信號(hào)。系統(tǒng)給定輸入3、反饋信號(hào)4、控制器5、PWM信號(hào)發(fā)生器6在具體實(shí)現(xiàn)時(shí)可以是由電位器、模擬PID控制器和三角波比較信號(hào)等模擬組成，也可以由按鍵、CPU等數(shù)字電路組成。

圖2所示為DC/AC變換器主電路拓?fù)鋱D。變換器由正向和反向兩組BUCK電路組成。正向BUCK電路負(fù)責(zé)提供正半周輸出，反向BUCK電路負(fù)責(zé)產(chǎn)生負(fù)半周輸出。

開(kāi)關(guān)器件S₁與直流輸入電壓E₁串聯(lián)，通過(guò)S₁硬開(kāi)通和關(guān)斷，在二極管D₁陽(yáng)極側(cè)產(chǎn)生方波電壓。采用恒頻控制方式，占空比連續(xù)可調(diào)。具體工作過(guò)程如下：

S₁導(dǎo)通時(shí)，其等效電路如圖3所示，此時(shí)電源E₁通過(guò)電感L向負(fù)載和輸出電容供電。在電感電壓u_L＝E₁-U_o(U_O為輸出電壓u_o平均值)作用下，電感電流i_L線性增長(zhǎng)，使電感儲(chǔ)能。S₁關(guān)斷時(shí)，電感儲(chǔ)能通過(guò)續(xù)流二極管D₁釋放，i_L線性減少為輸入，其等效電路如圖4所示，此時(shí)u_L＝-U_o。一個(gè)穩(wěn)定運(yùn)行周期中，電感電流的凈變化量為零。根據(jù)這一點(diǎn)可找出任何開(kāi)關(guān)變換器中的穩(wěn)定條件——電感伏秒(磁鏈)平衡原理。假定S₁導(dǎo)通時(shí)間t_on，關(guān)斷時(shí)間t_off，t_on+t_off＝T，T為工作周期，一周期內(nèi)電感電壓u_L積分為零，即

(E-U_o)T_on-U_oT_off＝0

由此求得Buck變換器的輸入、輸出電壓關(guān)系為