一种耦合电感升压逆变器及其控制方法技术

技术编号:17798122 阅读:35 留言:0更新日期:2018-04-25 21:38
本发明专利技术公开了一种耦合电感升压逆变器及其控制方法,属于电力电子变换器技术领域。它包括二极管D1、D2、DS3和DS4,开关管S1、S2、S3、S4和S5;耦合电感T的原边绕组N1和副边绕组N2;电容C1;二极管D1阳极连接输入电源Uin一端,二极管D1阴极连接耦合电感T的原边绕组N1同名端;耦合电感T的原边绕组N1非同名端与开关管S1的A端、开关管S2的A端和电容C1一端相连;开关管S1的C端、二极管D3阴极、开关管S5的A端和输入电源Uin另一端连接;二极管D3阳极、二极管D2阴极和电容C2一端相连。针对现有技术的升压逆变器存在升压比低的问题,它的集成度高,升压比高且升压比调节更加灵活。

【技术实现步骤摘要】
一种耦合电感升压逆变器及其控制方法
本专利技术涉及电力电子变换器
,尤其涉及一种耦合电感升压逆变器及其控制方法。
技术介绍
传统技术中的直流电压转换成交流电压时,多采用直流升压和逆变组合的两级方式实现,由前级DC/DC、后级DC/AC两级式级联逆变器可将直流电压转换成交流电压。然而,两级式级联逆变器所需器件多、体积重量大、转换效率低且为实现系统稳定运行,前级与后级之间的匹配调节较为复杂。近年来越来越多的学者开始将研究目光转向单级式升压逆变器。2002年彭方正提出了Z源逆变器,解决了传统电压源逆变器的一些不足,Z源逆变器利用上下桥臂开关管的可控直通提升了逆变器输入侧直流母线电压,从而提高了输出交流电压,但这种逆变器拓扑结构较复杂、有起动冲击振荡、直流母线电压低于电容电压、电压增益受到直通占空比和调制比限制等不足。文献《ANovelSingleStageZeroLeakageCurrentTransformer-lessInverterforGridConnectedPVSystems》IEEE2015,公开了一种单级逆变器,该逆变器是由反相和非反相CUK逆变器更换二极管组合而成。由于固有的Cuk变换器的升降压能力,使得输出电压可以高于或低于输入电压,且该逆变器输入电流纹波较低。其不足之处在于,该逆变器出发点是为了降低光伏阵列电压转换中的泄漏电流,开关器件较多,增加了电路的体积,且有2/3的开关器件工作在高频状态下,对开关器件的性能要求高,损耗大,降低了逆变器的效率。
技术实现思路
1.专利技术要解决的技术问题针对现有技术的升压逆变器存在升压比低的问题,本专利技术提供了一种耦合电感升压逆变器及其控制方法。它的集成度高,升压比高且升压比调节更加灵活。2.技术方案为解决上述问题,本专利技术提供的技术方案为:一种耦合电感升压逆变器,包括二极管D1、D2、DS3和DS4,开关管S1、S2、S3、S4和S5;耦合电感T的原边绕组N1和副边绕组N2;电容C1;二极管D1阳极连接输入电源Uin一端,二极管D1阴极连接耦合电感T的原边绕组N1同名端;耦合电感T的原边绕组N1非同名端与开关管S1的A端、开关管S2的A端和电容C1一端相连;开关管S1的C端、二极管D3阴极、开关管S5的A端和输入电源Uin另一端连接;二极管D3阳极、二极管D2阴极和电容C2一端相连;电容C2另一端和耦合电感T的原边绕组N2非同名端连接;耦合电感T的原边绕组N2同名端和二极管D2阳极、电容C1另一端、开关管S3和S4的C端,二极管DS3和DS4阳极连接;开关管S2的C端、开关管S3的A端、二极管DS3阴极连接于节点a;开关管S4的A端、开关管S5的C端和DS4阴极连接于节点b;节点a和b形成输出端。优选地,所述电容C1和C2均为无极性电容。优选地,还包括滤波器,所述的节点a和b与滤波器的输入端连接,滤波器的输出端连接负载Ro或电网。优选地,所述的滤波器为LC型,包括滤波电感Lo和滤波电容Co,滤波电感Lo一端与节点a连接,滤波电感Lo另一端与滤波电容Co一端和负载Ro或电网一端连接,滤波电容Co另一端和负载Ro或电网另一端与节点b连接。优选地,所述的开关管S1、S2、S3、S4和S5为MOSFET器件。优选地,所述的开关管S1、S2、S3、S4和S5为IGBT器件。一种耦合电感升压逆变器的控制方法,在输出电压uo正半周期内,包括模态一、模态二与模态三,模态一、模态二与模态三依次交替运行工作;模态一:控制开关管S1、S2、S4导通,S3、S5关断,二极管D1和D2导通,D3、DS3和DS4关断,输入电源Uin、二极管D1、耦合电感T的励磁电感Lm和开关管S1构成导通回路,耦合电感T的励磁电感Lm在输入电源Uin的作用下充电储能,电流iLm线性增加;二极管D2、电容C2和耦合电感T的副边绕组N2构成导通回路,耦合电感T的励磁电感Lm存储的能量通过耦合电感T的副边绕组N2向电容C2充电;开关管S4、电容C1、开关管S2和滤波器构成闭合回路,电容C1向滤波器和负载Ro供电;模态二:控制开关管S4导通,开关管S1、S2、S3、S5均关断,二极管D1、D3、DS3均导通,二极管D2、DS4均关断,输入电源Uin、耦合电感T的励磁电感Lm、电容C1和C2,二极管D1和D3,耦合电感T的副边绕组N2构成导通回路,输入电源Uin、耦合电感T的励磁电感Lm及其副边、电容C2串联向电容C1充电,输入电流不断减小至零形成模态三;开关管S4、二极管DS3和滤波器构成闭合回路,滤波器向负载Ro供电;在输出电压uo负半周期内,包括模态四、模态五与模态六,模态四、模态五与模态六依次交替运行工作;模态四:控制开关管S1、S3、S5均导通,开关管S2、S4均关断,二极管D1、D2均导通,二极管D3、DS3、DS4均关断,输入电源Uin、二极管D1、耦合电感T的励磁电感Lm和开关管S1构成导通回路,在输入电源Uin的作用下,耦合电感T的励磁电感Lm上的电流iLm线性增加;二极管D2、电容C2和耦合电感T的副边绕组N2构成导通回路,耦合电感T的励磁电感Lm存储的能量通过耦合电感T的副边绕组N2向电容C2充电;滤波器、开关管S3、S1、S5和电容C1构成闭合回路,电容C1向滤波器和负载Ro供电;模态五:控制开关管S3导通,开关管S1、S2、S4、S5均关断,二极管D1、D3、DS4均导通,二极管D2、DS3均关断,输入电源Uin、耦合电感T的励磁电感Lm、电容C1和C2,二极管D1和D3,耦合电感T的副边绕组N2构成导通回路,输入电源Uin、耦合电感T的励磁电感Lm及其副边、电容C2串联向电容C1充电,输入电流不断减小至零形成模态六;开关管S3、二极管DS4和滤波器构成闭合回路,滤波器向负载Ro供电。3.有益效果采用本专利技术提供的技术方案,与现有技术相比,具有如下有益效果:(1)本专利技术的一种耦合电感升压逆变器,可同时实现升压与逆变功率变换过程,减少了储能器件的数量,降低了系统的体积,因此系统的集成度和变换效率都得到了有效的改善;(2)本专利技术的一种耦合电感升压逆变器,由于耦合电感的引入,升压比得到显著的提高且升压比调节更加灵活;(3)本专利技术的一种耦合电感升压逆变器,通过对5个开关管S1至S5的调制,即可达到升压与逆变的效果,且仅有一个开关管处于一个周期内高频调制状态、两个开关管处于半个内周期高频调制状态,有效地降低了开关损耗,使得系统的效率得到了提高;(4)本专利技术的一种耦合电感升压逆变器,克服了传统两级逆变器的缺点,与其他单级升压逆变器相比,具有电路结构简单、控制策略易实现、转换效率高、成本低等优点;(5)本专利技术的一种耦合电感升压逆变器,在传统两级串联的升压逆变器中,前级升压变换器的输出端需要设置滤波器,后级逆变器输出端也需要设置滤波器,滤波器占用空间大,且设计繁琐,无疑会增大整个电路的体积及电路设计成本,本申请的单级式升压逆变器创造性地克服了上述缺点,仅需一个滤波器,占用空间小;(6)本专利技术的一种耦合电感升压逆变器,电容C1、C2为储能元件,起到能量转化的作用,电容C1、C2可采用容值较小的无极性电容,由于无极性电容的使用,电路的可靠性得到大大地提高;(7)本专利技术的一种耦合电感升压逆变器本文档来自技高网...
一种耦合电感升压逆变器及其控制方法

【技术保护点】
一种耦合电感升压逆变器,其特征在于,包括二极管D1、D2、DS3和DS4,开关管S1、S2、S3、S4和S5;耦合电感T的原边绕组N1和副边绕组N2;电容C1;二极管D1阳极连接输入电源Uin一端,二极管D1阴极连接耦合电感T的原边绕组N1同名端;耦合电感T的原边绕组N1非同名端与开关管S1的A端、开关管S2的A端和电容C1一端相连;开关管S1的C端、二极管D3阴极、开关管S5的A端和输入电源Uin另一端连接;二极管D3阳极、二极管D2阴极和电容C2一端相连;电容C2另一端和耦合电感T的原边绕组N2非同名端连接;耦合电感T的原边绕组N2同名端和二极管D2阳极、电容C1另一端、开关管S3和S4的C端,二极管DS3和DS4阳极连接;开关管S2的C端、开关管S3的A端、二极管DS3阴极连接于节点a;开关管S4的A端、开关管S5的C端和DS4阴极连接于节点b;节点a和b形成输出端。

【技术特征摘要】
1.一种耦合电感升压逆变器,其特征在于,包括二极管D1、D2、DS3和DS4,开关管S1、S2、S3、S4和S5;耦合电感T的原边绕组N1和副边绕组N2;电容C1;二极管D1阳极连接输入电源Uin一端,二极管D1阴极连接耦合电感T的原边绕组N1同名端;耦合电感T的原边绕组N1非同名端与开关管S1的A端、开关管S2的A端和电容C1一端相连;开关管S1的C端、二极管D3阴极、开关管S5的A端和输入电源Uin另一端连接;二极管D3阳极、二极管D2阴极和电容C2一端相连;电容C2另一端和耦合电感T的原边绕组N2非同名端连接;耦合电感T的原边绕组N2同名端和二极管D2阳极、电容C1另一端、开关管S3和S4的C端,二极管DS3和DS4阳极连接;开关管S2的C端、开关管S3的A端、二极管DS3阴极连接于节点a;开关管S4的A端、开关管S5的C端和DS4阴极连接于节点b;节点a和b形成输出端。2.根据权利要求1所述的一种耦合电感升压逆变器,其特征在于,所述电容C1和C2均为无极性电容。3.根据权利要求1所述的一种耦合电感升压逆变器,其特征在于,还包括滤波器,所述的节点a和b与滤波器的输入端连接,滤波器的输出端连接负载Ro或电网。4.根据权利要求3所述的一种耦合电感升压逆变器,其特征在于,所述的滤波器为LC型,包括滤波电感Lo和滤波电容Co,滤波电感Lo一端与节点a连接,滤波电感Lo另一端与滤波电容Co一端和负载Ro或电网一端连接,滤波电容Co另一端和负载Ro或电网另一端与节点b连接。5.根据权利要求1-4任一项所述的一种耦合电感升压逆变器,其特征在于,所述的开关管S1、S2、S3、S4和S5为MOSFET器件。6.根据权利要求1-4任一项所述的一种耦合电感升压逆变器,其特征在于,所述的开关管S1、S2、S3、S4和S5为IGBT器件。7.根据权利要求1所述的一种耦合电感升压逆变器的控制方法,其特征在于:在输出电压uo正半周期内,包括模态一、模态二与模态三,模态一、模态二与模态三依次交替运行工作;模态一:控制开关管S1、S2、S4导通,S3、S5关断,二极管D1和D2导通,D3、DS3和DS4...

【专利技术属性】
技术研发人员:王琳
申请(专利权)人:河海大学文天学院
类型:发明
国别省市:安徽,34

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