[發(fā)明專利]一種有源鉗位型高頻鏈逆變器

有效

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• 申請日: 2021-11-15
• 公開（公告）號: CN114257113B
• 公開（公告）日: 2023-06-27
• 發(fā)明（設計）人: 徐千鳴;張家奎;郭鵬;陳燕東;何志興;胡家瑜;莫楠;王雁;羅安
• 申請（專利權）人: 湖南大學
• 主分類號: H02M7/5387
• 分類號: H02M7/5387;H02M7/538;H02M1/32
• 代理公司: 長沙正奇專利事務所有限責任公司 43113
• 代理人: 王娟;馬強

本發(fā)明公開了一種有源鉗位型高頻鏈逆變器，包含原邊轉換電路、高頻變壓器、有源鉗位電路、副邊轉換電路、低通濾波器部分。原邊轉換電路為DC/AC逆變電路；有源鉗位電路包含有源鉗位橋和鉗位電容，無損吸收高頻變壓器漏感能量并回饋至輸入端；副邊轉換電路為混合AC變換電路，由一個DC/AC半橋和一個AC/AC半橋組成，兩個半橋組成全橋，輸出交流電。本發(fā)明實現(xiàn)了輸入到輸出的單級式高頻隔離逆變，無中間直流母線。相同工況下，器件耐壓和輸出與全橋逆變器相同。通過無損有源鉗位，解決了高頻變壓器的漏感電壓尖峰問題。該逆變器具有高隔離、體積小、控制簡單、穩(wěn)定性好、效率高等特點。

技術領域

本發(fā)明涉及電力電子逆變技術，特別是一種有源鉗位型高頻鏈逆變器。

背景技術

隨著電力電子技術的快速發(fā)展，逆變器的被廣泛應用于生產、交通、航天、新能源發(fā)電等領域。傳統(tǒng)的逆變技術屬于低頻鏈逆變技術，由于低頻變壓器的存在，導致體積大、重量大、噪音大等問題，而高頻鏈逆變技術采用的高頻變壓器，因而具備更小的體積、更輕的重量以及更高的效率等特點，逐漸受到關注。

高頻鏈逆變技術分為兩種，一種由隔離型DCDC和DCAC逆變兩級變換組成，有中間直流母線；另外一種由逆變器、高頻變壓器、周波變換器組成的單級逆變，無中間直流母線。第一種高頻鏈逆變技術由于中間直流母線，導致實際應用效率較低和體積較大，而第二種高頻鏈逆變技術沒有中間直流母線，體積更小、效率更高，但由于存在副邊周波變換器安全換流、高頻變壓器漏感電壓尖峰等問題，導致其應用極其受限。隨著相關領域的發(fā)展，對高效率、高功率密度、高可靠等特性需求越來越高。因此，亟待解決第二種高頻鏈逆變技術的上述問題，并進行推廣應用。

發(fā)明專利申請CN108566097A提供了一種高頻鏈單極逆變電路，該方案變壓器副邊為倍流型輸出結構，輸出電壓為器件耐壓的一半，輸出電壓小，導致效率低；低通濾波器上，該方案需要兩個濾波電感，導致體積大；有源鉗位電路上，該方案有源鉗位結構是三端子結構，鉗位電容負責吸收漏感尖峰和輸出濾波電感的續(xù)流，對鉗位電容容量需求大，導致成本高，體積大，難以推廣應用。

發(fā)明內容

本發(fā)明所要解決的技術問題是，針對現(xiàn)有技術不足，提供一種有源鉗位型高頻鏈逆變器，提高輸出電壓，降低鉗位電容容量。

為解決上述技術問題，本發(fā)明所采用的技術方案是：一種有源鉗位型高頻鏈逆變器，包括依次連接的原邊轉換電路、高頻變壓器、有源鉗位電路；所述有源鉗位電路通過副邊轉換電路接低通濾波器；

所述有源鉗位電路包含有源鉗位橋和鉗位電容，所述有源鉗位橋輸出側和鉗位電容并聯(lián)；所述有源鉗位橋為全橋結構，所述全橋結構中的兩個并聯(lián)橋臂的中點均連接到高頻變壓器的輸出端；兩個橋臂的上橋連接正輸出端，兩個橋臂的下橋連接負輸出端。

本發(fā)明變壓器副邊為全橋型輸出結構，輸出電壓為器件耐壓，即在相同副邊繞組電壓情況下，本發(fā)明輸出電壓為現(xiàn)有技術輸出電壓的兩倍以上，極大地提高了輸出電壓，因此提高了逆變效率；本發(fā)明有源鉗位電路是四端子結構，鉗位電容只負責吸收漏感電壓尖峰，有源鉗位電路中鉗位電容容量需求小，減小了逆變器體積，降低了逆變器成本。

理論上漏感電壓尖峰最高為兩倍輸出電壓，本發(fā)明將漏感電壓尖峰無損吸收，使得器件在選型中耐壓，不需要為電壓尖峰留設計裕量，因此在相同的高壓輸出需求下，器件所需耐壓較現(xiàn)有技術有明顯的降低，顯著降低了裝置成本。相對應的，低耐壓器件的通流能力會強于高耐壓器件，因此本發(fā)明使用低耐壓器件可以同時實現(xiàn)高壓和大電流輸出，提高裝置容量。對比于發(fā)明專利申請CN108566097A，在相同輸出電壓需求下，本發(fā)明所需鉗位電容容量更小、所需器件耐壓降低一半，因此在體積和成本上大大降低；本發(fā)明所用低耐壓器件通流能力會更強，因此，輸出容量也會更高；本發(fā)明還提供了不同有源鉗位橋結構可供選擇，不使用二極管時效率高，使用二極管時成本低，提高了裝置不同應用場合的適用性。

所述有源鉗位橋包括四個開關管，每兩個開關管串聯(lián)構成一個橋臂。