[實用新型]一種有源箝位高增益單級可升壓逆變器

有效

• 申請號: 201420153472.6
• 申請日: 2014-04-01
• 公開（公告）號: CN203775069U
• 公開（公告）日: 2014-08-13
• 發明（設計）人: 丁新平;吳苓芝;魏文健
• 申請（專利權）人: 青島理工大學
• 主分類號: H02M7/5387
• 分類號: H02M7/5387;H02M3/07;H02M1/32;H02M1/44
• 代理公司: 青島高曉專利事務所 37104
• 代理人: 張世功

技術領域：

本實用新型屬于直流-交流逆變設備技術領域，涉及一種直流-交流逆變器，特別是一種有源箝位高增益單級可升壓逆變器。

背景技術：

現有的變壓器型Z-源逆變器，包括一個整流二極管、一個耦合電感、一個電容器和三相電壓型橋式逆變電路，這種變壓器型Z-源逆變器可以通過直通占空比和變壓器匝比來達到任意調壓的目的，調壓范圍大，但是漏感給系統帶來的影響明顯，逆變器直流鏈電壓過沖和電磁干擾問題嚴重；軟開關技術是解決開關損耗和電磁干擾問題比較成熟的方案，并且在很多場合都得到了廣泛的應用，準諧振軟開關Z-源逆變器實現了所有器件工作在軟開關環境下，系統效率較之硬開關電路上升了十個百分點，但輔助二極管等器件增加了系統的復雜性。因此，尋求設計一種結構簡單、耗能低、電磁干擾小的有源箝位高增益單級可升壓逆變器。

發明內容：

本實用新型的發明目的在于克服現有技術存在的缺點，尋求設計提供一種有源箝位高增益單級可升壓逆變器，其功率開關管數量少，損耗低，電磁干擾影響小，能實現高效率能量轉換。

為了實現上述目的，本實用新型的主體結構包括直流電源、整流二極管、由第一繞組與第二繞組組成的耦合電感、電容器、輔助功率開關管、輔助功率開關管的反并聯二極管、第一諧振電容、第二諧振電容、箝位電容和由絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）與反并聯二極管組合構成的三相電壓型橋式逆變電路；耦合電感的第一繞組與第二繞組互為同名端，整流二極管的陽極與直流電源的正極相連，整流二極管的陰極與耦合電感的第一繞組相連，電容器的正極與第一繞組和第二繞組的公共端相連，電容器的負極與直流電源的負極及第一諧振電容的一端相連，第一諧振電容的另一端與耦合電感的第二繞組相連，第一諧振電容與三相電壓型橋式逆變電路并聯；三相電壓型橋式逆變電路包括六個橋臂，每個橋臂由一個絕緣柵雙極性晶體三極管（IGBT）和一個反并聯二極管配接組成，三相電壓型橋式逆變電路的輸出端由相互對應的三組橋臂分別接出，三相電壓型橋式逆變電路為整個裝置的輸出端，接收直流電能，輸出交流電能；輔助功率開關管分別與輔助功率開關管的反并聯二極管和第二諧振電容并聯后再與箝位電容串聯相連組成有源箝位電路，有源箝位電路與耦合電感的第二繞組并聯。

本實用新型涉及的有源箝位高增益單級可升壓逆變器存在兩種換流情況：輔助功率開關管關斷與三相電壓型橋式逆變電路直通之間的換流和三相電壓型橋式逆變電路關斷與輔助功率開關管導通之間的換流；其中輔助功率開關管關斷，三相電壓型橋式逆變電路直通的換流過程：換流之前的電路處于輔助功率開關管與整流二極管導通的穩定工作狀態，當輔助功率開關管關斷時，耦合電感的漏感能量轉移到箝位電容上，由于與輔助功率開關管并聯的第二諧振電容的存在，輔助功率開關管兩端的電壓從零開始上升，輔助功率開關管兩端的電壓上升并箝位到V_in+V_c時，輔助功率開關管實現零電壓關斷，三相電壓型橋式逆變電路的二極管導通，三相電壓型橋式逆變電路兩端的電壓為零，三相電壓型橋式逆變電路的反并聯二極管導通后，給出三相電壓型橋式逆變電路直通信號，實現三相電壓型橋式逆變電路的零電壓開通；耦合電感的漏感等效于諧振電感，諧振電感限制流過整流二極管的電流變化率，改善二極管的反向恢復性能，減少反向恢復損壞；在這個過程中，三相電壓型橋式逆變電路的反并聯二極管導通，耦合電感的能量向電路的輸出端轉移，電路進入輔助功率開關管關斷，三相電壓型橋式逆變電路直通，整流二極管關斷的穩定運行狀態；三相電壓型橋式逆變電路關斷，輔助功率開關管導通的換流過程為：三相電壓型橋式逆變電路關斷前，輔助功率開關管和整流二極管處于關斷的穩定運行工作狀態，三相電壓型橋式逆變電路關斷時，由于與三相電壓型橋式逆變電路并聯的第一諧振電容的存在，三相電壓型橋式逆變電路兩端的電壓從零開始上升，三相電壓型橋式逆變電路兩端的電壓上升并箝位到V_in+V_c時，三相電壓型橋式逆變電路完全截止；耦合電感的漏感與第二諧振電容諧振，第二諧振電容的能量向耦合電感的漏感轉移，輔助功率開關管的電壓從V_in+V_c開始下降，當輔助功率開關管的電壓下降到零時，輔助功率開關管內的反并聯二極管導通，輔助功率開關管內的反并聯二極管導通后，給出輔助功率開關管驅動信號，實現功率輔助功率開關管的零電壓開通，之后電路進入輔助功率開關管導通，整流二極管導通的穩定運行狀態；其中V_in為直流電源兩端的電壓，V_c為箝位電容兩端的電壓。