双端反激高频隔离式三电平逆变器制造技术

本发明专利技术公开了一种双端反激高频隔离式三电平逆变器，主要涉及电力电子技术领域，该变换器在传统反激逆变器的基础上，引入二极管钳位的思路，并考虑输入滤波电容均压的问题而提出；该三电平逆变器包括：输入直流电源、输入滤波电容、双端反激三电平变换单元、高频隔离变压器、周波变换器、输出滤波器和交流负载；本发明专利技术双端反激高频隔离式三电平逆变器的优点是：采用了多电平技术，减小了主功率开关管电压应力；输出只需电容滤波，减小了滤波器体积；输入直流电压和输出交流负载高频电气隔离；输出功率密度高，频谱特性好。

【技术实现步骤摘要】
双端反激高频隔离式三电平逆变器
本专利技术属于电力电子变换
，特别是一种双端反激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，将直流电能转换成交流电能的一种变流技术，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。大功率电力电子器件的发展为多电平逆变装置的研究提供了技术支持。1977年德国学者Holtz首次提出了利用开关管来辅助中点钳位的三电平逆变器主电路，1980年日本的A Nabae等人对其进行了发展，提出了二极管钳位式多电平逆变电路。经过几十年的发展，多电平逆变技术目前主要有三类拓扑结构:(I) 二极管钳位型逆变器、(2)飞跨电容钳位型逆变器、(3)具有独立直流电源直流的级联型逆变器。Mr.ESPELAGE于1977年提出了高频链逆变技术的新概念，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，必将取代低频环节逆变器，得到广泛应用。浙江大学黄敏超博士提出了一系列双向电流源高频链逆变器，该系列逆变器具有双向功率传输、拓扑结构简单、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。因此在传统双端反激逆变器中弓I入多电平技术，可以减轻其开关管电压应力，拓宽反激型逆变器的应用范围。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种具有反激变换器的优点，并能适用于更高电压、更大功率场合的逆变器。因此在传统双端反激逆变器基础上，引入多电平技术，提出了一种具有开关管管电压应力小、输入输出高频电气隔离、输出电压波形更好的双端反激高频隔离三电平逆变器。实现本专利技术目的的技术解决方案为:—种双端反激高频隔离三电平逆变器，由依次相连的输入直流电源、输入滤波电容、三电平变换单元、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；输入直流电源单兀与输入滤波电容一端相连，输入滤波电容另一端与三电平变换单兀一端相连，三电平变换单元另一端与高频隔离变压器一端相连，高频隔离变压器另一端与周波变换器一端相连，周波变换器另一端与输出滤波器一端相连，输出滤波器另一端与输出交流负载相连。进一步的实施例中，所述输入滤波电容包括第一输入滤波电容和第二输入滤波电容；第一输入滤波电容的正极与输入直流电源单元的正极相连，第一输入滤波电容的负极与第二输入滤波电容的正极相连，第二输入滤波电容的负极与输入直流电源的参考负极相连；所述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，第五二极管第六二极管，第七二极管第八二极管；第一功率开关管的漏极与第一输入滤波电容的正极相相连，第一二极管反并联于第一功率开关管两端，即第一二极管的阴极与第一功率开关管的漏极相连，第一二极管的阳极与第一功率开关管的源极相连，第二功率开关管的漏极与第一功率开关管的源极相连，第二二极管反并联与第二功率开关管两端，即第二二极管的阴极与第二功率开关管的漏极相连，第二二极管的阳极与第二功率开关管的源极相连，第四功率开关管的源极与第二输入分压电容的负极相连，第四二极管反并联于第四功率开关管两端，即第四二极管的阴极与第四功率开关管的漏极相连，第四二极管的阳极与第四功率开关管的源极相连，第三功率开关管的源极与第四功率开关管的漏极相连，第三二极管反并联与第三功率开关管两端，即第三二极管的阴极与第三功率开关管的漏极相连，第三二极管的阳极与第三功率开关管的源极相连，第五二极管的阳极、第六二极管的阴极与第一输入滤波电容的负极和第二输入滤波电容的正极相连，第五二极管的阴极与第一功率开关管的源极和第二功率开关管的漏极相连，第六二极管的阳极与第三功率开关管的源极和第四功率开关管的漏极相连，第七二极管的阴极与第一输入滤波电容的正极、第一功率开关管的漏极相连，第七二极管的阳极与第三功率开关管的漏极相连，第八二极管的阴极与第二功率开关管的源极相连，第八二极管的阳极与第二输入滤波电容的负极、第四功率开关管的源极相连；所述高频隔离变压器包括高频隔离变压器第一原边绕组、高频隔离变压器第一副边绕组和高频隔离变压器第二副边绕组；高频隔离变压器第一原边绕组非同名端与第二功率开关管的源极相连，高频隔离变压器第一原边绕组的同名端与第三功率开关管的漏极相连；所述周波变换器包括第五功率开关管、第六功率开关管、第七功率开关管、第八功率开关管、第九二极管、第十二极管，第十一二极管，第十二二极管；第五功率开关管的漏极与高频隔离变压器第一副边绕组的同名端相连，第九二极管反并联于第五功率开关管的两端，即第九二极管的阴极与第五功率开关管的漏极相连，第九二极管的阳极与第五功率开关管的源极相连，第六功率开关管的漏极与高频隔离变压器第一副边绕组的非同名端相连，第十二极管反并联于第六功率开关管的两端，即第十二极管的阴极与第六功率开关管的漏极相连，第十二极管的阳极与第六功率开关管的源极相连，第七功率开关管的漏极与高频隔离变压器第二副边绕组的非同名端相连，第七功率开关管的源极与第五功率开关管的源极相连，第十一二极管反并联于第七功率开关管的两端，即第十一二极管的阴极与第七功率开关管的漏极相连，第十一二极管的阳极与第七功率开关管的源极相连，第八功率开关管的漏极与高频隔离变压器第二副边绕组的同名端相连，第八功率开关管的源极与第六功率开关管的源极相连，第十二二极管反并联于第八功率开关管的两端，即第十二二极管的阴极与第八功率开关管的漏极相连，第十二二极管的阳极与第八功率开关管的源极相连；所述输出滤波器包含输出滤波电容，输出滤波电容的正极与第五功率开关管的源极、第九二极管的阳极、第七功率开关管的源极、第十一二极管的阳极相连，输出滤波电容的负极与第六功率开关管的源极、第十二极管的阳极、第八功率开关管的源极、第十二二极管的阳极相连；所述输出交流负载包含交流负载，交流负载的一端与输出滤波电容的正极相连，交流负载的另一端与输出滤波电容的负极相连。由以上本专利技术的上述技术方案可知，本专利技术所提出的双端反激高频隔离三电平逆变器，与现有技术相比，其显著优点在于:(I)将二极管钳位型多电平拓扑的思路运用于传统反激型逆变器中，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；(2)与其他拓扑形式逆变器相比，双端反激型逆变器具有拓扑简洁、输出滤波器体积小、转换效率高等优点；(3)与传统的“反激型高频环节逆变器”相比，本专利技术在输出滤波器前端能够得到三电平，从而减小了功率开关管的电压应力，拓宽了功率开关管的选择范围，适用于更大功率场合。在民用、工业、国防等要求电气隔离的高压大容量逆变场合，采用本专利技术的逆变拓扑是比较理想的逆变电源解决方案；(4)本专利技术具两级功率变换(直流DC-高频交流HFAC-低频交流LFAC)，双向功率流，在一个输出交流周期内高频隔离变压器磁芯被双向磁化，变压器磁芯的利用率高，输出滤波器前端电压频谱特性好等优点，因而提高了变换效率和功率密度、减小了体积和重量。【附图说明】图1为本专利技术双端反激高频隔离三电平逆变器的电路拓扑本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种双端反激高频隔离三电平逆变器，其特征在于：由依次相连的输入直流电源单元(1)、输入滤波电容(2)、三电平变换单元(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)；输入直流电源单元(1)与输入滤波电容(2)一端相连，输入滤波电容(2)另一端与三电平变换单元(3)一端相连，三电平变换单元(3)另一端与高频隔离变压器(4)原边相连，高频隔离变压器(4)副边与周波变换器(5)一端相连，周波变换器(5)另一端与输出滤波器(6)一端相连，输出滤波器(6)另一端与输出交流负载(7)相连。

【技术特征摘要】
1.一种双端反激高频隔离三电平逆变器，其特征在于:由依次相连的输入直流电源单元(I)、输入滤波电容(2)、三电平变换单元(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);输入直流电源单兀(I)与输入滤波电容(2) —端相连,输入滤波电容(2)另一端与三电平变换单元(3) —端相连，三电平变换单元(3)另一端与高频隔离变压器(4)原边相连，高频隔离变压器(4)副边与周波变换器(5) —端相连，周波变换器(5)另一端与输出滤波器(6) —端相连,输出滤波器(6)另一端与输出交流负载(7)相连。2.根据权利要求1所述的双端反激高频隔离三电平逆变器，其特征在于:所述输入滤波电容(2)包括第一输入滤波电容(Cl)和第二输入滤波电容(C2);第一输入滤波电容(Cl)的正极与输入直流电源单元(I)的正极相连，第一输入滤波电容(Cl)的负极与第二输入滤波电容(C2)的正极相连，第二输入滤波电容(C2)的负极与输入直流电源单元(I)的参考负极相连； 所述三电平变换单元(3)包括第一功率开关管(SI)，第一二极管(Dl)，第二功率开关管(S2)，第二二极管(D2)，第三功率开关管(S3)，第三二极管(D3)，第四功率开关管(S4)，第四二极管(D4)，第五二极管(D5)第六二极管(D6)，第七二极管(D7)第八二极管(D8)，其中: 第一功率开关管(SI)的漏极与第一输入滤波电容(Cl)的正极相相连，第一二极管(Dl)反并联于第一功率开关管(SI)两端，即第一二极管(Dl)的阴极与第一功率开关管(SI)的漏极相连，第一二极管(Dl)的阳极与第一功率开关管(SI)的源极相连，第二功率开关管(S2)的漏极与第一功率开关管(SI)的源极相连，第二二极管(D2)反并联与第二功率开关管(S2)两端，即第 二二极管(D2)的阴极与第二功率开关管(S2)的漏极相连，第二二极管(D2)的阳极与第二功率开关管(S2)的源极相连，第四功率开关管(S4)的源极与第二输入分压电容(C2)的负极相连，第四二极管(D4)反并联于第四功率开关管(S4)两端，即第四二极管(D4)的阴极与第四功率开关管(S4)的漏极相连，第四二极管(D4)的阳极与第四功率开关管(S4)的源极相连，第三功率开关管(S3)的源极与第四功率开关管(S4)的漏极相连，第三二极管(D3)反并联与第三功率开关管两端，即第三二极管(D3)的阴极与第三功率开关管(S3)的漏极相连，第三二极管(D3)的阳极与第三功率开关管(S3)的源极相连，第五二极管(D5)的阳极、第六二极管(D6)的阴极与第一输入滤波电容(Cl)的负极和第二输入滤波电容(C2)的正极相连，第五二极管(D5)的阴极与第一功率开关管(SI)的源极和第二功率开关管(S2)的漏极相连，第六二极管(D6)的阳极与第三功率开关管(S3)的源极和第四功率开关管(S4)的漏极相连，第七二极管(...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡文斌，姚凯，吕建国，哈进兵，戴双飞，刘兆青，陆晓玉，文晞畅，赵刚，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32