一种正弦波逆变器制造技术

本发明专利技术为一种正弦波逆变器，其特征在于该逆变器包含第一滤波器、第一逆变桥、谐振网络、整流桥、第二滤波器、第二逆变桥和第三滤波器，第一滤波器的输入端连接直流电源，第一滤波器的输出端依次连接第一逆变桥、谐振网络、整流桥、第二滤波器、第二逆变桥及第三滤波器的输入端，第三滤波器的输出端连接负载。该逆变器采用两个逆变桥，第一逆变桥用一种特殊的高频脉冲序列，一方面使得逆变器工作于高频状态，并同时结合谐振网络使得第一逆变桥工作于软开关状态；既实现了第一逆变桥中开关管的软开关，又能替换掉传统低频变压器而采用高频变压器，能极大地减小逆变器的体积与重量并提高了变换器的效率。

A Sinusoidal Inverter

The invention relates to a sine wave inverter, which is characterized in that the inverter comprises a first filter, a first inverting bridge, a resonant network, a rectifying bridge, a second filter, a second inverting bridge and a third filter. The input end of the first filter is connected with a DC power supply, and the output end of the first filter is connected with the first inverting bridge, a resonant network, a rectifying bridge, a second filter and a second inverting filter in turn. The input end of the variable bridge and the third filter, and the output end of the third filter are connected to the load. The first inverter bridge uses a special high frequency pulse sequence. On the one hand, it makes the inverter work in the high frequency state, and at the same time combines the resonant network to make the first inverter bridge work in the soft switching state. It not only realizes the soft switching of the switch tube in the first inverter bridge, but also replaces the traditional low frequency transformer and adopts the high frequency transformer, which can greatly reduce the power consumption. The volume and weight of the inverters improve the efficiency of the converter.

【技术实现步骤摘要】
一种正弦波逆变器
本专利技术涉及应用有控制极的半导体器件的不可逆的直流功率输入变换为交流功率输出的以及用于与电源的供电系统一起使用的设备，具体地说是一种正弦波逆变器。
技术介绍
正弦波输出一般采用SPWM调制方式，对于直流输入电压与交流输出的电压比值较大的情况，一般采用变压器，进行电压变换。在SPWM调制方式下，虽然其开关频率远远大于输出频率，然而变压器以及与其相连接的滤波器的体积与重量决定于输出频率，变压器以及与其相连接的滤波器的体积与重量随着输出频率的减小而增大。另一方面现有的SPWM变换器虽然可以采用移相全桥实现软开关，但移相全桥变换器性能上还存在不足，如滞后桥臂软开关范围窄、二次侧存在占空比丢失、环流损耗大及功率变压器二次侧存在严重的寄生震荡等。文献“金晓毅,邬伟扬,孙孝峰.串联谐振电流源高频链正弦波逆变器的工作原理和控制方法[J].电工技术学报,2007,22(4):100-106.”，提出一种新型的高频链正弦波逆变器拓扑结构，该拓扑由第一逆变桥、高频隔离变压器或高频储能式变压器、周波变换器及滤波器组成。但是必须采用适于该逆变器拓扑运行特色的复杂控制策略及四象限逻辑组合方式才可以实现所有功率管的零电流开关，其后级采用了周波变换器，其控制方式复杂，实施难度较大，降低了逆变器的可靠性。中国专利公开号：CN107302319A，公开日2017年10月27日，公开了一种单相正弦波逆变器及其控制方法，该逆变器包括：升压控制电路，与输入直流电压连接,用于将输入直流电压升压为满足所需输出电压伏值的半正弦馒头波形的电压，其中，半正弦馒头波形为将正弦波形后半周期进行180度相位翻转后对应的波形；换向控制电路,与升压控制电路连接,用于将升压控制电路输出的半正弦馒头波形进行换向,以输出正弦波形的单相正弦波交流电。其升压控制电路在进行控制时，S5、S6高频交错工作，可以减小母线电压高频纹波，但开关管是硬开关。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术拟解决的技术问题是，提供一种正弦波逆变器。该逆变器采用两个逆变桥，第一逆变桥用一种特殊的高频脉冲序列，一方面使得逆变器工作于高频状态，并同时结合谐振网络使得第一逆变桥工作于软开关状态；第二逆变桥工作于低频，与输出正弦波同频同相；在高频逆变器(第一逆变器)实现软开关的情况下，产生低频正弦输出，避免了采用低频变压器导致的体积与重量变大的问题，再结合了谐振软开关技术加之满足逆变器要求的特定控制脉冲，既实现了第一逆变桥中开关管的软开关，又能替换掉传统低频变压器而采用高频变压器，能极大地减小逆变器的体积与重量并提高了变换器的效率。本专利技术解决所述技术问题采用的技术方案是：提供一种正弦波逆变器，其特征在于该逆变器包含第一滤波器、第一逆变桥、谐振网络、整流桥、第二滤波器、第二逆变桥和第三滤波器，第一滤波器的输入端连接直流电源，第一滤波器的输出端依次连接第一逆变桥、谐振网络、整流桥、第二滤波器、第二逆变桥及第三滤波器的输入端，第三滤波器的输出端连接负载；所述第二逆变桥的输出波形频率是调制波us的频率的二分之一，第二逆变桥的输出波形相位与调制波us的相位相同；在每半个输出周期To/2内，第一逆变桥输出一个周期为To/2的脉冲序列，在脉冲序列中单个脉冲宽度为w＝DTs，其中D为占空比，Ts为在脉冲序列中每个脉冲的周期；该脉冲序列包含m个子序列，第i个子序列的脉冲个数为i,n＝int(Ti/Ts)，第i个子序列所有脉冲的宽度之和为其中Tm为载波周期，M为调制深度，ω1为角频率，ti为载波与t轴交点所对应的时刻，Ti为第i个子序列的区间宽度。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术采用容易实施的脉冲序列控制方式既能实现开关管的软开关，又能采用高频变压器，减小逆变器体积和重量；然而在硬开关方式下，开关频率的增大使得损耗加大，并且需要增加或增大散热器，而本专利技术采用谐振方式实现软开关，消除了硬开关所带来的功率损耗，并且避免了移相全桥实现软开关的缺点。本专利技术利用谐振网络特性，结合本专利技术所提出的脉冲序列的控制方式，在能够实现高质量正弦波输出的前提下，既能实现了第一逆变桥中开关管的软开通软关断，又能在升降压部分采用高频变压器，从而降低了变换器体积和重量。附图说明图1为本专利技术正弦波逆变器一种实施例的拓扑结构框图；图2为脉冲子序列区间宽度与调制波和载波的关系图；图3为本专利技术正弦波逆变器一种实施例的电路结构示意图；图4为实施例1的控制脉冲与输出电压波形图。图中，1第一滤波器、2第一逆变桥、3谐振网络、4变压器、5整流桥、6第二滤波器、7第二逆变桥、8第三滤波器。具体实施方式下面结合实施例及附图进一步解释本专利技术，但并不以此作为对本申请保护范围的限定。本专利技术正弦波逆变器的拓扑(参见图1)，包含第一滤波器1、第一逆变桥2、谐振网络3、变压器4、整流桥5、第二滤波器6、第二逆变桥7、第三滤波器8，第一滤波器1的输入端连接直流电源，第一滤波器1的输出端依次连接第一逆变桥2、谐振网络3、变压器4、整流桥5、第二滤波器6、第二逆变桥7及第三滤波器8的输入端，第三滤波器的输出端连接负载；所述第二逆变桥7的输出波形频率是调制波us的频率的二分之一，第二逆变桥的输出波形相位与调制波us的相位相同；在每半个输出周期To/2内，第一逆变桥2输出一个周期为To/2的脉冲序列，在脉冲序列中单个脉冲宽度为w＝DTs，其中D为占空比，Ts为在脉冲序列中每个脉冲的周期；该脉冲序列包含m个子序列，第i个子序列的脉冲个数为i,n＝int(Ti/Ts)，第i个子序列所有脉冲的宽度之和为其中Tm为载波周期，M为调制深度，ω1为角频率，ti为载波与t轴交点所对应的时刻，Ti为第i个子序列的区间宽度。本专利技术正弦波逆变器的基本原理是：逆变器的输入连接直流电源，输出连接负载，直流电经过第一滤波器1滤波之后输入给第一逆变桥2，第一逆变桥2将直流电变为交流进入谐振网络，谐振网络使得逆变器为软开关，再经过变压器4和整流桥5后变换为半正弦形状的直流，然后此直流电经过第二滤波器6滤波之后输入给第二逆变桥7，第二逆变桥7将半正弦直流电逆变为正弦交流，然后此正弦交流电经过第三滤波器滤波之后输出到负载。本专利技术逆变器还包括变压器4，变压器4连接在上述谐振网络和整流桥之间。本专利技术给出了一种新型的正弦波产生方式，在前级控制电路第一逆变桥中实现了开关管的软开关，减小了开关管的损耗，采用调频调压的工作方式，所有部件工作于高频模式，减小了逆变器的体积与重量，能够很好地工作于软开关状态。图1所示的拓扑结合如下的控制方法获得将直流变换为交流正弦波，正弦波周期为To，幅值为Ao。第一逆变桥2与第二逆变桥7的输出控制应满足如下条件：1.第一逆变桥2输出的脉冲序列特征为(1)在每半个输出周期To/2内，第一逆变桥2输出一个同样的脉冲序列，在脉冲序列中每个脉冲的周期为Ts,占空比为D，则单个脉冲宽度为w＝DTs。(2)该脉冲序列包含m个子序列，其中第i个子序列的脉冲个数为i,n＝int(Ti/Ts),其中，Ti由如下所述的方法确定：如图2所示，载波uc为三角波，载波频率为fm，载波周期为Tm＝1/fm，载波幅值为Am；调制波us频率为f1(输出正弦波的频率由调制波的频率决定2T1＝To)，调制本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种正弦波逆变器，其特征在于该逆变器包含第一滤波器、第一逆变桥、谐振网络、整流桥、第二滤波器、第二逆变桥和第三滤波器，第一滤波器的输入端连接直流电源，第一滤波器的输出端依次连接第一逆变桥、谐振网络、整流桥、第二滤波器、第二逆变桥及第三滤波器的输入端，第三滤波器的输出端连接负载；所述第二逆变桥的输出波形频率是调制波us的频率的二分之一，第二逆变桥的输出波形相位与调制波us的相位相同；在每半个输出周期To/2内，第一逆变桥输出一个周期为To/2的脉冲序列，在脉冲序列中单个脉冲宽度为w＝DTs，其中D为占空比，Ts为在脉冲序列中每个脉冲的周期；该脉冲序列包含m个子序列，第i个子序列的脉冲个数为i,n＝int(Ti/Ts)，第i个子序列所有脉冲的宽度之和为

【技术特征摘要】
1.一种正弦波逆变器，其特征在于该逆变器包含第一滤波器、第一逆变桥、谐振网络、整流桥、第二滤波器、第二逆变桥和第三滤波器，第一滤波器的输入端连接直流电源，第一滤波器的输出端依次连接第一逆变桥、谐振网络、整流桥、第二滤波器、第二逆变桥及第三滤波器的输入端，第三滤波器的输出端连接负载；所述第二逆变桥的输出波形频率是调制波us的频率的二分之一，第二逆变桥的输出波形相位与调制波us的相位相同；在每半个输出周期To/2内，第一逆变桥输出一个周期为To/2的脉冲序列，在脉冲序列中单个脉冲宽度为w＝DTs，其中D为占空比，Ts为在脉冲序列中每个脉冲的周期；该脉冲序列包含m个子序列，第i个子序列的脉冲个数为i,n＝int(Ti/Ts)，第i个子序列所有脉冲的宽度之和为其中Tm为载波周期，M为调制深度，ω1为角频率，ti为载波与t轴交点所对应的时刻，Ti为第i个子序列的区间宽度。2.根据权利要求1所述的正弦波逆变器，其特征在于，该逆变器还包括变压器，变压器连接在上述谐振网络和整流桥之间。3.根据权利要求2所述的正弦波逆变器，其特征在于：所述第一滤波器由电容Cin构成；第一逆变桥：由开关管S1～S4构成，每个开关管S1～S4上分别反并联二极管D1～D4；开...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨晓光，高思佳，赵硕，高正，李宇麒，席利根，
申请(专利权)人：河北工业大学，
类型：发明
国别省市：天津,12