一种全桥电流源型高频隔离式三电平逆变器制造技术

本发明专利技术提供一种全桥电流源型高频隔离式三电平逆变器，由依次连接的输入直流电源、分压电容、全桥电流源型高频隔离式三电平变换单元、周波变换器、输出滤波器和输出交流负载构成，本发明专利技术在传统全桥电流源型逆变器的基础上，通过在输入直流电压源两端并联两个电容分压，使变压器前端能产生Ui、Ui/2、-N1U0/N2三个电平，减小开关管电压应力，拓宽电流源型高频隔离逆变器的应用范围。本发明专利技术具有两级功率变换（直流DC-高频交流HFAC-低频交流LFAC）、具有双向功率流、开关器件电压应力低、输出滤波器前端电压频谱特性好、输出滤波器体积小、功率密度较高、能够实现交流负载与直流电源高频电气隔离的优点。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术提供一种全桥电流源型高频隔离式三电平逆变器，由依次连接的输入直流电源、分压电容、全桥电流源型高频隔离式三电平变换单元、周波变换器、输出滤波器和输出交流负载构成，本专利技术在传统全桥电流源型逆变器的基础上，通过在输入直流电压源两端并联两个电容分压，使变压器前端能产生Ui、Ui/2、-N1U0/N2三个电平，减小开关管电压应力，拓宽电流源型高频隔离逆变器的应用范围。本专利技术具有两级功率变换（直流DC-高频交流HFAC-低频交流LFAC）、具有双向功率流、开关器件电压应力低、输出滤波器前端电压频谱特性好、输出滤波器体积小、功率密度较高、能够实现交流负载与直流电源高频电气隔离的优点。【专利说明】一种全桥电流源型高频隔离式三电平逆变器
本专利技术属于电力电子变换
，特别是一种全桥电流源型高频隔离式三电平逆变器。
技术介绍
直一交(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静止变流技术，供交流负载用电或与交流电网并网发电使用，该技术广泛应用于工业生产和日常生活中。大功率电力电子器件的发展为多电平逆变装置的研制和发展提供了技术支持。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Akira Nabae教授等人对其进行了发展，提出了出了中点箝位逆变器(Neutral-Point-Clamped Inverter,NPC逆变器)。经过几十年的发展，目前多电平逆变技术主要有三类拓扑结构:1) 二极管箝位型逆变器；2)飞跨电容箝位型逆变器；3)具有独立直流电源的级联型逆变器。其中二极管箝位型、电容箝位型多电平逆变器适用于高输入电压大功率逆变器场合；具有独立直流电源的级联型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。除此之外，其他类型的多电平拓扑结构基本都由这三类拓扑衍生而来。Mr.ESPELAGE于1977年提出了高频链逆变技术的新概念。高频链逆变技术与常规的逆变技术最大的不同在于前者利用高频变压器实现输入与输出的电气隔离，减小了变压器的体积和重量。利用高频变压器代替传统低频环节逆变技术中的工频变压器，克服了低频逆变技术的缺点，显著提高了逆变器的特性。围绕高频环节逆变技术，1998年黄敏超等人提出一种全桥双向电流源高频链逆变器的拓扑结构(黄敏超等，全桥双向电流源高频链逆变器，载于《第十三届全国电源技术年会论文集》第71至第74页)，该逆变器具有双向功率传输、拓扑结构简单、使用器件少、控制方案简单、效率高、可靠性高以及良好的动态响应等优点。但是由于反激拓扑的限制及两电平电路本身的缺点，该逆变器开关管功率小，耐压能力低，只能在电压及功率较小的场合应用。
技术实现思路
本专利技术目的在于提供一种全桥电流源型高频隔离式三电平逆变器，引入多电平技术，减小了开关管电压应力。为达成上述目的，本专利技术所采用的技术方案如下:一种全桥电流源型高频隔离式三电平逆变器，由依次连接的输入直流电源、分压电容、全桥电流源型高频隔离式三电平变换单元、周波变换器、输出滤波器和输出交流负载构成，其中:输入直流电源单元与分压电容一端连接，分压电容另一端与全桥电流源型高频隔离式三电平变换单元一端连接，全桥电流源型高频隔离式三电平变换单元另一端与周波变换器一端连接，周波变换器另一端与输出滤波器一端连接，输出滤波器另一端与输出交流负载连接。进一步的实施例中，所述分压电容包括第一分压电容和第二分压电容；第一分压电容的正极与输入直流电源单元的参考正极连接，第一分压电容的负极与第二分压电容的正极连接，第二分压电容的负极与输入直流电源单元的参考负极连接；所述全桥电流源型高频隔离式三电平变换单元包括第一功率开关管，第一二极管，第二功率开关管，第二二极管，第三功率开关管，第三二极管，第四功率开关管，第四二极管，第五功率开关管，第五二极管，第六功率开关管，第六二极管以及一高频隔离变压器，高频隔离变压器具有第一原边绕组和第二原边绕组，其中:第一功率开关管的漏极和第三功率开关管的漏极与第一分压电容的正极相连接，第一二极管和第三二极管分别反并联于第一功率开关管和第三功率开关管两端，即第一二极管的阴极与第一功率开关管的漏极连接，第一二极管的阳极与第一功率开关管的源极连接，第三二极管的阴极与第三功率开关管的漏极连接，第三二极管的阳极与第三功率开关管的源极连接，第一功率开关管的源极和高频隔离变压器第一原边绕组的同名端连接，第三功率开关管的源极与高频隔离变压器第一原边绕组的非同名端连接，高频隔离变压器第一原边绕组的同名端与第二功率开关管的漏极相连，高频隔离变压器第一原边绕组的非同名端与第四功率开关管的漏极相连，第二二极管和第四二极管分别反并联于第二功率开关管和第四功率开关管两端，即第二二极管的阴极与第二功率开关管的漏极连接，第二二极管的阳极与第二功率开关管的源极连接，第四二极管的阴极与第四功率开关管的漏极连接，第四二极管的阳极与第四功率开关管的源极连接，第二功率开关管的源极和第四功率开关管的源极与第二分压电容的负极相连，第五功率开关管、第五二极管、第六功率开关管及第六二极管构成双向功率开关管，双向功率开关管的一端与第一分压电容的负极、第二分压电容的正极连接，双向功率开关管的另一端与第一功率开关管的源极、第二功率开关管的漏极、高频隔离式变压器第一原边绕组同名端连接；第五功率开关管的漏极和第五二极管的阴极相连作为双向功率开关管的一端，第六功率开关管的漏极和第六二极管的阴极相连作为双向功率开关管的另一端，第五功率开关管的源极、第五二极管的阳极、第六功率开关管的源极、第六二极管的阳极连接在一起;所述周波变换器包括第七功率开关管，第七二极管，第八功率开关管，第八二极管，其中:第七功率开关管的漏极与高频隔离变压器第二原边绕组非同名端连接，第八功率开关管的漏极与高频隔离变压器第二原边绕组同名端连接，第七二极管和第八二极管分别反并联于第七功率开关管和第八功率开关管两端，即第七二极管的阴极与第七功率开关管的漏极连接，第七二极管的阳极与第七功率开关管的源极连接，第八二极管的阴极与第八功率开关管的漏极连接，第八二极管的阳极与第八功率开关管的源极连接；所述输出滤波器包含输出滤波电容，该输出滤波电容的一端与第七功率开关管的源极和第七二极管的阳极连接，输出滤波电容的另一端与第八功率开关管的源极和第八二极管的阳极连接；所述输出交流负载包含一交流负载，该交流负载的一端和输出滤波电容的一端连接，交流负载的另一端和输出滤波电容的另一端连接。进一步的实施例中，所述全桥电流源型高频隔离式三电平逆变器采用电压瞬时值反馈的有源箝位脉冲调制斩波方式进行控制。由以上本专利技术的技术方案可知，本专利技术所提出的全桥电流源型高频隔离式三电平逆变器，与现有技术相比，其显著优点在于:1、将箝位型多电平拓扑运用于全桥型电流源逆变器中，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，高频隔离变压器的使用实现了变换本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种全桥电流源型高频隔离式三电平逆变器，其特征在于，由依次连接的输入直流电源、分压电容、全桥电流源型高频隔离式三电平变换单元、周波变换器、输出滤波器和输出交流负载构成，其中：输入直流电源单元与分压电容一端连接，分压电容另一端与全桥电流源型高频隔离式三电平变换单元一端连接，全桥电流源型高频隔离式三电平变换单元另一端与周波变换器一端连接，周波变换器另一端与输出滤波器一端连接，输出滤波器另一端与输出交流负载连接。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：项泽宇，李磊，胥佳梅，柳成，武凯，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32