[發明專利]一種兩級式單相逆變器

在審

• 申請號: 201711093535.8
• 申請日: 2017-11-08
• 公開（公告）號: CN107645246A
• 公開（公告）日: 2018-01-30
• 發明（設計）人: 胡炎申
• 申請（專利權）人: 胡炎申
• 主分類號: H02M7/483
• 分類號: H02M7/483
• 代理公司: 深圳市華騰知識產權代理有限公司44370
• 代理人: 彭年才

技術領域]

本發明涉及逆變技術，尤其涉及一種兩級式單相逆變器。

背景技術]

逆變器是電力電子領域的關鍵技術之一，傳統單相逆變器如圖1所示，包括功率開關管S1、S2、S3及S4，直流輸入側接有濾波電容Cin，根據功率開關器件的開關動作，輸出一連串的交流方波電壓，最大方波幅值限制為直流輸入電壓。該逆變器以對角線S1和S4、對角線S2和S3構成兩組聯動功率開關，兩組功率開關交替開通，其結果是在交流側輸出正和負交遞的方波電壓，再經過L1、L2與Cout組成的交流濾波電路后輸出正弦波電壓。功率器件的具體開關順序選擇，根據控制目的的不同存在多種控制方式，如方波逆變控制、正弦波脈沖寬度調制（SPWM）等。逆變器的技術成熟可靠，廣泛應用于新能源并網發電、不間斷電源（UPS）、逆變電源、及電機驅動等場合。

在直流輸入電壓較低情況下，可在逆變器的直流側增加DC/DC升壓變換器構成兩級式逆變架構，如圖2所示。DC/DC升壓變換器一般使用Boost變換器以提升直流輸入電壓，因此兩級式單相逆變器的直流輸入電壓范圍更寬，更加方便實際應用，尤其適宜于直流輸入電壓低的應用場合。新能源光伏并網發電中，光伏陣列的直流電壓經常受到板面灰塵臟污及氣候環境的影響而降低。同時，具有蓄電池直流輸入的電力電子逆變設備，如UPS電源、新能源汽車電機驅動器等，直流輸入電壓也會經常變化。因此，光伏逆變器、UPS、電驅等大部分都采用兩級式架構。

兩級式單相逆變架構中，Boost變換器一般將直流輸入電壓升高到大于交流輸出電壓的峰值以上，因此前級Boost變換器和后級逆變器都工作于全功率狀態。即在3KW的交流輸出功率條件下，后級逆變器的輸出定額為3KW，同時考慮到效率因素，前級Boost變換器的輸出功率將會在3KW以上。這種工況下，所有功率開關器件都工作于全功率定額，因為功率器件價格昂貴、數量較多及結構復雜，同時控制策略實施難度大，提高了電路和器件成本、降低了系統可靠性、增大了開關功耗。

發明內容]

本發明要解決的技術問題是提供一種價格低、開關功耗小的兩級式單相逆變器。

為了解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是，一種兩級式單相逆變器，包括直流輸入電源、直流-直流升壓電路、單相多電平逆變電路和控制電路，直流-直流升壓電路的輸入端接直流輸入電源，輸出端接單相多電平逆變電路的輸入端；直流輸入電源的電壓低于單相多電平逆變電路交流輸出的電壓峰值時，在Boost模式下工作，直流-直流升壓電路工作于SPWM高頻開關狀態，單相多電平逆變電路工作于工頻換相狀態；直流輸入電源的電壓高于單相多電平逆變電路交流輸出的電壓峰值時，在Buck模式下工作，直流-直流升壓電路工作于旁路工作狀態，而單相多電平逆變電路工作于SPWM高頻開關狀態。

以上所述的兩級式單相逆變器，其特征在于，控制電路包括控制器、輸入電壓采樣電路、輸出電壓采樣電路、第一驅動電路和第二驅動電路，輸入電壓采樣電路的采樣信號輸出端、輸出電壓采樣電路的采樣信號輸出端、第一驅動電路的控制端和第二驅動電路的控制端分別接微控制器; 第一驅動電路的驅動信號輸出端接直流-直流升壓電路，第二驅動電路的驅動信號輸出端接單相多電平逆變電路。

以上所述的兩級式單相逆變器，其特征在于，控制電路包括輸入電流采樣電路和輸出電流采樣電路，輸入電流采樣電路的采樣信號輸出端和輸出電流采樣電路的采樣信號輸出端分別接微控制器。

以上所述的兩級式單相逆變器，其特征在于，直流-直流升壓電路包括Boost變換電路，Boost變換電路包括第三電感、第七開關管，二極管和直流母線電容，第三電感的第一端接直流輸入電源的正極，第二端接第七開關管的高電位端和二極管的陽極；二極管的陰極接直流母線電容的正極，直流母線電容的負極和第七開關管的低電位端接直流輸入電源的負極，第七開關管的控制端接第一驅動電路的驅動信號輸出端。