反激式五电平逆变器制造技术

本发明专利技术公开了一种反激式五电平逆变器，由依次连接的输入直流电源、分压电容、五电平变换单元、高频隔离变压器、周波变换器、输出滤波器和输出交流负载构成；通过增加分压电容个数、改变五电平变换单元，可以很好的将反激式五电平逆变器推广至七电平和九电平，得到一组该类型的反激式多电平逆变器的电路拓扑族。本发明专利技术具有电路拓扑简洁、双向功率流、两级功率变换、功率开关管电压应力小、输出滤波器前端电压频谱特性好、输出滤波器体积小、负载适应能力强等优点，适用于高电压输入场合。

Flyback five level inverter

The invention discloses a flyback five level inverter, the input DC power supply, connected to a voltage dividing capacitor, five level converter unit, high frequency transformer, Zhou Bo converter, output filter and output AC load; by increasing the number of capacitors, change the five level conversion unit, can be very good the flyback inverter is extended to the five level seven level and nine level circuit topologies obtained a group of the flyback type multilevel inverter. The invention has simple circuit topology, bi-directional power flow, two stage power converter, power switch voltage stress and output filter front-end voltage spectrum characteristics and output filter load of small volume, strong adaptability, suitable for high voltage input.

【技术实现步骤摘要】
反激式五电平逆变器
本专利技术属于电力电子变换
，特别是一种反激式五电平逆变器。
技术介绍
直－交(DC-AC)变换技术是应用功率半导体器件，将直流电能转换成恒压恒频交流电能的一种变流技术，简称逆变技术。其广泛地应用于国防、工矿企业、科研院所、大学实验室和日常生活中。随着新能源技术的发展与应用，逆变技术在新能源中的应用也越来越多。迄今为止，国内外电力电子研究人员对于直－交变换器的研究，主要集中在非电气隔离式、低频和高频电气隔离式等两电平直－交变换器；对于多电平变换器的研究，主要集中在多电平直-直、交-交和交-直变换器，而对于多电平直－交变换器的研究则非常少，且仅仅局限于非隔离式、低频或中频隔离式多电平直－交变换器，对高频隔离式多电平两级功率变换的逆变器研究却比较少。传统的逆变技术通常在逆变器和输出端之间加入一级工频变压器来调整电压比和作为电气隔离，但是工频变压器具有体积大、会产生音频噪声、动态响应特性差及输出滤波器体积大等诸多缺点。1977年Mr.ESPELAGE提出了高频链逆变技术的新概念，利用高频变压器代替工频变压器，克服了低频逆变技术的缺点，显著提高了逆变器的特性，并在市场上得到了广泛应用。在传统的两电平逆变器中，开关管承受的电压应力大，不适用于高压大功率场合。1977年德国学者Holtz首次提出了利用开关管来辅助中点箝位的三电平逆变器主电路，1980年日本的ANabae等人又对其进行了发展，提出了二极管箝位式多电平逆变电路。经过近几十年的发展，多电平逆变技术目前主要有三类拓扑结构：二极管箝位型逆变器、飞跨电容箝位型逆变器、具有独立直流电源直流的级联型逆变器。其中前两种多电平逆变器适用于高输入电压大功率逆变器场合，后一种多电平逆变器则适用于低输入、高输出电压大功率逆变场合。但是二极管箝位型、电容箝位型多电平多点平逆变技术存在拓扑形式单一、无电气隔离等缺陷，具有独立直流电源的级联型多电平逆变技术存在电路拓扑复杂、输入侧功率因数低、变换效率偏低、功率密度低等缺陷。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种反激式五电平逆变器。实现本专利技术目的的技术方案为：一种反激五电平逆变器，由输入直流电源单元、分压电容、五电平变换单元、高频隔离变压器、周波变换器、输出滤波器和输出交流负载构成；输入直流电源单元用于输入直流电源；分压电容用于将输入的直流电源平均分压；五电平变换单元用于将平均分压后的直流电压调制成高频五电平SPWM波；高频隔离变压器用于实现直流侧和交流侧电气隔离；周波变换器用于将隔离后的高频五电平SPWM波调制成所需频率的SPWM波；输出滤波器用于将周波变换器输出的SPWM波进行滤波处理，得到正弦波。本专利技术与现有技术相比，其显著优点为：(1)本专利技术将箝位型多电平拓扑和回路构造法的构造思路运用于反激型逆变电路中，并在输入直流电源与交流负载中插入高频隔离变压器，实现了输入侧与负载侧的电气隔离，同时实现变换器的小型化、轻量化，提高变换器的效率；(2)与传统两电平逆变器和新型三电平逆变器相比，该变换器能在高频变压器上获得Ui、(3/4)Ui、(2/4)Ui、(1/4)Ui、-(N1/N2)uo五个电平，改善了输出电压波形，更适用于高电压大功率场合；(3)本专利技术具有功率变换级数少(直流DC-高频交流HFAC-低频交流LFAC)、双向功率流、输出滤波器前端电压频谱特性好等优点，因而可以提高变换效率和功率密度、减小体积和重量。附图说明图1为本专利技术一种反激式五电平逆变器的电路拓扑结构图。图2为本专利技术一种全波整流反激式五电平逆变器的电路拓扑结构图。具体实施方式结合图1、图2，一种反激五电平逆变器，由输入直流电源单元1、分压电容2、五电平变换单元3、高频隔离变压器4、周波变换器5、输出滤波器6和输出交流负载7构成；该逆变器能将不稳定的高压直流电变换成可调的正弦交流电，并降低功率变换级数、实现高频电气隔离、适用于高压DC/AC变换场合；输入直流电源单元1用于输入直流电源；分压电容2用于将输入的直流电源平均分压；五电平变换单元3用于将平均分压后的直流电压调制成高频五电平SPWM波；高频隔离变压器4用于实现直流侧和交流侧电气隔离；周波变换器5用于将隔离后的高频五电平SPWM波调制成所需频率的SPWM波；输出滤波器6用于将周波变换器5输出的SPWM波进行滤波处理，得到正弦波。进一步的，输入直流电源单元1包括输入直流电源Ui，分压电容2包括第一分压电容C1、第二分压电容C2、第三分压电容C3和第四分压电容C4；第一分压电容C1的正极与输入直流电源Ui的正极连接，第一分压电容C1的负极与第二分压电容C2的正极连接，第二分压电容C2的负极与第三分压电容C3的正极连接，第三分压电容C3的负极与第四分压电容C4的正极连接，第四分压电容C4的负极与输入直流电源Ui的参考负极连接。进一步的，所述五电平变换单元3包括第一功率开关管S1、第一二极管D1、第二功率开关管S2、第二二极管D2、第一双向开关管SA、第二双向开关管SB、第三双向开关管SC、第九功率开关管S9、第九二极管D9、第十功率开关管S10、第十二极管D10、第十一二极管D11、第十二二极管D12、第十三二极管D13和第十四二极管D14；所述的双向开关管都是由两个单个的功率开关管反向串联而构成承受正向、反向的电压应力和电流应力的开关，具有双向阻断能力；第一双向开关管SA包括第三功率开关管S3、第三二极管D3、第四功率开关管S4和第四二极管D4，第二双向开关管SB包括第五功率开关管S5、第五二极管D5、第六功率开关管S6和第六二极管D6，第三双向开关管SC包括第七功率开关管S7、第七二极管D7、第八功率开关管S8和第八二极管D8；所述高频隔离变压器4包括原边绕组N1、第一副边绕组N2和第二副边绕组N3；第一功率开关管S1的漏极与第一分压电容C1的正极相连接，第一二极管D1反并联于第一功率开关管S1两端，即第一二极管D1的阴极与第一功率开关管S1的漏极连接，第一二极管D1的阳极与第一功率开关管S1的源极连接，第一功率开关管S1的源极与原边绕组N1的同名端和第十一二极管D11的阴极相连接；第二功率开关管S2的漏极与原边绕组N1的非同名端、第十功率开关管S10的漏极、第十二极管D10的阴极相连接，第二功率开关管S2的源极与第四分压电容C4的负极相连接，第二二极管D2反并联于第二功率开关管S2两端，即第二二极管D2的阴极与第二功率开关管S2的漏极连接，第二二极管D2的阳极与第二功率开关管S2的源极连接，第十二极管D10反并联于第十功率开关管S10两端，即第十二极管D10的阴极与第十功率开关管S10的漏极连接，第十二极管D10的阳极与第十功率开关管S10的源极连接，同时第十功率开关管S10的源极、第十二极管D10的阳极和第十四二极管D14的阳极相连接；第三二极管D3的阴极和第三功率开关管S3的漏极同时与第一分压电容C1的负极和第二分压电容C2的正极相连接，第四二极管D4的阴极和第四功率开关管S4的漏极同时与第九功率开关管S9的漏极、第九二极管D9的阴极、第十二二极管D12的阴极相连接，第三二极管D3的阳极、第四二极管D4的阳极、第三功率开关管S3的源极、第四功率开关管S4的源极连接在一起；本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种反激五电平逆变器，其特征在于，由输入直流电源单元(1)、分压电容(2)、五电平变换单元(3)、高频隔离变压器(4)、周波变换器(5)、输出滤波器(6)和输出交流负载(7)构成；输入直流电源单元(1)用于输入直流电源；分压电容(2)用于将输入的直流电源平均分压；五电平变换单元(3)用于将平均分压后的直流电压调制成高频五电平SPWM波；高频隔离变压器(4)用于实现直流侧和交流侧电气隔离；周波变换器(5)用于将隔离后的高频五电平SPWM波调制成所需频率的SPWM波；输出滤波器(6)用于将周波变换器(5)输出的SPWM波进行滤波处理，得到正弦波。

【技术特征摘要】
1.一种反激五电平逆变器，其特征在于，由输入直流电源单元(1)、分压电容(2)、五电平变换单元(3)、高频隔离变压器(4)、周波变换器(5)、输出滤波器(6)和输出交流负载(7)构成；输入直流电源单元(1)用于输入直流电源；分压电容(2)用于将输入的直流电源平均分压；五电平变换单元(3)用于将平均分压后的直流电压调制成高频五电平SPWM波；高频隔离变压器(4)用于实现直流侧和交流侧电气隔离；周波变换器(5)用于将隔离后的高频五电平SPWM波调制成所需频率的SPWM波；输出滤波器(6)用于将周波变换器(5)输出的SPWM波进行滤波处理，得到正弦波。2.根据权利要求1所述的反激五电平逆变器，其特征在于，输入直流电源单元(1)包括输入直流电源(Ui)，分压电容(2)包括第一分压电容(C1)、第二分压电容(C2)、第三分压电容(C3)和第四分压电容(C4)；第一分压电容(C1)的正极与输入直流电源(Ui)的正极连接，第一分压电容(C1)的负极与第二分压电容(C2)的正极连接，第二分压电容(C2)的负极与第三分压电容(C3)的正极连接，第三分压电容(C3)的负极与第四分压电容(C4)的正极连接，第四分压电容(C4)的负极与输入直流电源(Ui)的参考负极连接。3.根据权利要求2所述的反激五电平逆变器，其特征在于，所述五电平变换单元(3)包括第一功率开关管(S1)、第一二极管(D1)、第二功率开关管(S2)、第二二极管(D2)、第一双向开关管(SA)、第二双向开关管(SB)、第三双向开关管(SC)、第九功率开关管(S9)、第九二极管(D9)、第十功率开关管(S10)、第十二极管(D10)、第十一二极管(D11)、第十二二极管(D12)、第十三二极管(D13)和第十四二极管(D14)；所述的双向开关管都是由两个单个的功率开关管反向串联而构成承受正向、反向的电压应力和电流应力的开关，具有双向阻断能力；第一双向开关管(SA)包括第三功率开关管(S3)、第三二极管(D3)、第四功率开关管(S4)和第四二极管(D4)，第二双向开关管(SB)包括第五功率开关管(S5)、第五二极管(D5)、第六功率开关管(S6)和第六二极管(D6)，第三双向开关管(SC)包括第七功率开关管(S7)、第七二极管(D7)、第八功率开关管(S8)和第八二极管(D8)；所述高频隔离变压器(4)包括原边绕组(N1)、第一副边绕组(N2)和第二副边绕组(N3)；第一功率开关管(S1)的漏极与第一分压电容(C1)的正极相连接，第一二极管(D1)反并联于第一功率开关管(S1)两端，即第一二极管(D1)的阴极与第一功率开关管(S1)的漏极连接，第一二极管(D1)的阳极与第一功率开关管(S1)的源极连接，第一功率开关管(S1)的源极与原边绕组(N1)的同名端和第十一二极管(D11)的阴极相连接；第二功率开关管(S2)的漏极与原边绕组(N1)的非同名端、第十功率开关管(S10)的漏极、第十二极管(D10)的阴极相连接，第二功率开关管(S2)的源极与第四分压电容(C4)的负极相连接，第二二极管(D2)反并联于第二功率开关管(S2)两端，即第二二极管(D2)的阴极与第二功率开关管(S2)的漏极连接，第二二极管(D2)的阳极与第二功率开关管(S2)的源极连接，第十二极管(D10)反并联于第十功率开关管(S10)两端，即第十二极管(D10)的阴极与第十功率开关管(S10)的漏极连接，第十二极管(D10)的阳极与第十功率开关管(S10)的源极连接，同时第十功率开关管(S10)的源极、第十二极管(D10)的阳极和第十四二极管(D14)的阳极相连接。第三二极管(D3)的阴极和第三功率开关管(S3)的漏...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭伟，李磊，龚坤珊，高扬，严潇，管月，陶兆俊，李福印，陆佳炜，李广强，郭志刚，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32