[發(fā)明專利]單開關(guān)無限級電力逆變器

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201380026161.1
• 申請日: 2013-03-15
• 公開（公告）號: CN104321959A
• 公開（公告）日: 2015-01-28
• 發(fā)明（設(shè)計）人: A·伊扎迪恩
• 申請（專利權(quán)）人: 印第安納大學(xué)研究與技術(shù)公司
• 主分類號: H02M1/08
• 分類號: H02M1/08;H02M7/48;H02M3/155
• 代理公司: 北京市中咨律師事務(wù)所 11247
• 代理人: 楊曉光;于靜

優(yōu)先權(quán)要求

本申請要求于2012年3月20日提交，名稱為“單開關(guān)逆變器”，申請?zhí)枮?1/613,372的美國臨時申請的優(yōu)先權(quán)。本申請還要求于2012年6月4日提交，名稱為“單相位和三相位單開關(guān)晶體管逆變器”，申請?zhí)枮?1/655,271的美國臨時申請的優(yōu)先權(quán)。本申請還要求于2012年7月25日提交，名稱為“具有隔離的單開關(guān)逆變器”，申請?zhí)枮?1/675,618的美國臨時申請的優(yōu)先權(quán)。本申請還要求于2012年8月30日提交，名稱為“具有和不具有隔離的同步單開關(guān)逆變器”，申請?zhí)枮?1/695,175的美國臨時申請的優(yōu)先權(quán)。本申請還要求于2012年12月28日提交，名稱為“具有最大電流和功率限制器和并行操作的同步單開關(guān)逆變器”，申請?zhí)枮?1/746,924的美國臨時申請的優(yōu)先權(quán)。

技術(shù)領(lǐng)域

本說明書一般涉及電功率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，該電功率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)包含將第一直流(DC)轉(zhuǎn)換到第二DC以及將DC轉(zhuǎn)換到期望的交流電(AC)的系統(tǒng)。該逆變器使用同步極性選擇電路。該逆變器能夠與任何源同步以及與其它電源并行操作。

背景技術(shù)

通過電流供電的許多設(shè)備使用直流(DC)功率或交流電(AC)功率進行操作。各種設(shè)備將來自電源的AC電流轉(zhuǎn)換成DC電流，以及將DC電流轉(zhuǎn)換成AC電流。電力逆變器是使用DC輸入信號作為源來生成AC輸出功率信號的設(shè)備的一個示例。在兩種常見的配置中，逆變器生成具有正弦波形的AC信號，該AC信號具有約120伏的輸出電壓和60Hz的頻率以符合美國和其它國家的電網(wǎng)，或具有約240伏的輸出電壓和50Hz的頻率以符合歐洲和亞洲的電網(wǎng)。

在典型的逆變器設(shè)計中，以高速來切換4個晶體管以從輸入DC波形生成正弦波AC波形。晶體管反復(fù)地接通和斷開，以在正電壓值和負電壓值之間反轉(zhuǎn)DC信號源，以便輸出信號近似AC正弦波信號。典型地，高頻開關(guān)晶體管以比AC輸出信號的頻率高的多的頻率接通和斷開。每當(dāng)4個晶體管中的一個晶體管在接通狀態(tài)和斷開狀態(tài)之間切換時，來自DC信號源的輸入能量的一部分會損耗。隨著AC輸出信號的期望頻率增加，由于開關(guān)晶體管的切換損耗也增加，因為晶體管以更高的頻率切換以生成AC信號。另外，現(xiàn)有的逆變器典型地被配置為接受來自穩(wěn)定的DC電源的功率，該DC電源基本上不隨著時間變化以及向具有基本上恒定阻抗的負載提供AC功率輸出。如果在操作期間，DC功率輸入或負載輸出阻抗變化，則現(xiàn)有逆變器可能變得不穩(wěn)定以及產(chǎn)生偏離于期望的AC輸出波形的輸出功率信號。因此，針對更高效地操作并且提供穩(wěn)定的AC功率信號的DC至AC逆變器的改進將是有益的。

發(fā)明內(nèi)容

在一個實施例中，一種電力電子轉(zhuǎn)換器包含電路，該電路具有單開關(guān)晶體管，該單開關(guān)晶體管電連接到具有第一電壓電平的直流(DC)電源，第一電感器-電容器電路，其電連接到所述單開關(guān)晶體管的輸出以及被配置為響應(yīng)于所述開關(guān)晶體管被接通，接收通過所述單開關(guān)晶體管的來自所述DC電源的電功率，以及第二電感器-電容器電路，其電連接第一電感器-電容器電路以及被配置為向負載提供輸出電壓。所述電力轉(zhuǎn)換器還包含控制器，該控制器可操作地連接到所述單開關(guān)晶體管。所述控制器被配置為識別所述電路的輸出信號與參考信號之間的誤差，所述參考信號的電壓在不同于所述第一電壓電平的第二電壓電平處，以及調(diào)整脈寬調(diào)制(PWM)切換信號的占空比，以使用所調(diào)整的占空比以預(yù)定的頻率來切換所述單開關(guān)晶體管，以降低所識別的誤差。

在另一個實施例中，電功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)包含電路，該電路具有單開關(guān)晶體管，該單開關(guān)晶體管電連接到直流(DC)電源，以及電開關(guān)設(shè)備，所述電開關(guān)設(shè)備具有電連接到所述單開關(guān)晶體管的輸出的輸入以及被配置為以第一預(yù)定頻率進行切換以從由所述DC電源供應(yīng)的DC輸入生成輸出信號。所述電功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)還包含：參考信號生成器，其被配置為生成具有對應(yīng)于針對外部AC信號生成器的預(yù)定信號的所述第一預(yù)定頻率的AC參考信號波形，信號傳感器，所述信號傳感器被配置為測量來自所述外部AC生成器的外部AC信號和所述電路的所述輸出信號的組合，所述外部AC信號包含噪聲成分，以及控制器，該控制器可操作地連接到所述單開關(guān)晶體管、所述參考信號生成器以及所述信號傳感器。所述控制器被配置為識別所述AC參考信號與具有所述噪聲成分的所述外部AC信號和所述輸出信號的組合之間的誤差，以及調(diào)整脈寬調(diào)制(PWM)切換信號的占空比，以使用所調(diào)整的占空比以第二預(yù)定頻率來切換所述單開關(guān)晶體管，以降低或消除所述外部AC信號和所述輸出信號的組合中的所述噪聲成分。