一种单级非隔离无电解电容双Cuk型逆变器，输入电源的正极接输入电感的一端，其负极接第五功率开关管的集电极和第二Cuk电路的第六功率开关管的集电极，输入电感的另一端接第一功率开关管的集电极、第二功率开关管的集电极和输入电容的一端；输入电容的另一端接第四功率开关管的发射极和第三功率开关管的发射极；第五功率开关管的发射极接第一功率开关管的发射极、第三功率开关管的集电极以及滤波电感的一端，滤波电感的另一端接滤波电容的一端和负载的一端，滤波电容和负载的另一端接第六功率开关管的发射极和第二功率开关管的发射极以及第四功率开关管的集电极。本发明专利技术结构简单，动态响应快，跟踪性能好，对电源及负载的波动具有较强的抑制能力。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术设及一种电能变换装置，特别设及一种单级非隔离无电解电容双化k型逆 变器，适用于单相逆变应用场合中既能实现升压又能实现降压。
技术介绍
能源是人类赖W生存和发展的物质基础，化石能源的有限性和大量的开采利用导 致能源短缺的问题日益严重，同时也造成了环境的日益恶化等问题。新能源和可再生能源 由于其量大、清洁和安全的特点越来越受到重视，而逆变器是新能源和可再生能源发电技 术中的一个关键环节。与传统的发电技术相比，新能源和可再生能源发电装置输出功率存 在波动性和随机性，如光伏发电、风力发电和燃料电池等输出电压具有范围宽，等级低，波 动大的特点。而传统逆变器大多采用buck型桥式逆变器结构，其要求输入侧直流电压必须 高于输出侧交流电压峰值，因此传统逆变器并不适用于新能源和可再生能源发电技术的需 要。 对此，传统的解决方案有两种，第一种是在逆变器前加一级DC/DC变换器，提高逆 变器直流侧的输入电压，但级数的增加势必会降低整体的效率。另一种是隔离型方案，即在 逆变器中增加升压变压器W提高电压等级同时实现电气隔离，但变压器的加入也将增加系 统成本和体积并影响整体的变换效率。显然，能够直接实现可升降压的单级非隔离型方案 更加符合新能源和可再生能源发电技术的需要，但是现有的单级非隔离升降压逆变器中都 会用到大容量的电解电容进行储能，由于电解电容体积大、寿命短，因此导致逆变器功率密 度低，工作可靠性差，电解电容成为限制逆变器使用寿命的关键，研究无电解电容的逆变器 成为逆变器未来的发展趋势。本专利技术所提出的单级非隔离无电解电容双化k型逆变器正是 满足上述需求的一种新型逆变方案。
技术实现思路
本专利技术克服了现有技术中的缺点，提供一种单级非隔离无电解电容双化k型逆变 器。本专利技术用两个相同的化k电路通过共用同一输入电源，输入电感、输入电容W及滤波电 感、滤波电容的方式构建一种能实现升降压逆变的单级非隔离单相逆变器。 阳0化]为了解决上述存在的技术问题，本专利技术是通过W下技术方案实现的： 一种单级非隔离无电解电容双化k型逆变器，包括第一化k电路和第二化k电路； 输入电源的正极连接输入电感的一端，输入电源负极连接第一化k电路的第五功率开关管 的集电极和第二化k电路的第六功率开关管的集电极，输入电感的另一端连接第一化k电 路的第一功率开关管的集电极、第二Cuk电路的第二功率开关管的集电极和输入电容的一 端；输入电容的另一端连接第一化k电路的第四功率开关管的发射极和第二化k电路的第 =功率开关管的发射极；第一Cuk电路的第五功率开关管的发射极连接第一功率开关管的 发射极、第二Cuk电路的第=功率开关管的集电极W及滤波电感的一端，滤波电感的另一 端连接滤波电容的一端和负载的一端，滤波电容的另一端和负载的另一端连接第二化k电 路的第六功率开关管的发射极和第二功率开关管的发射极W及第一Cuk电路的第四功率 开关管的集电极。 本专利技术的化k型逆变器包含两个化k电路单元，两个化k电路共用输入电源、输入 电感、输入电容、滤波电感和滤波电容。工作时该逆变器的第一功率开关管和第二功率开关 管分别工作于正弦波的正半周期和负半周期；第五功率开关管和第六功率开关管采用半周 期常开（闭）的工作方式，第=功率开关管和第四功率开关管在整个周期内都工作并且分 别与第一功率开关管和第二功率开关管的动作相反。输入电感续流时分别通过第=功率开 关管的反并联二极管和第五功率开关管的反并联二极管或者是第四功率开关管的反并联 二极管和第六功率开关管的反并联二极管，减少了逆变器的器件数量，使得电路结构简单， 控制方便。 由于该电路工作时，任意时刻只有一个化k电路工作，所W对该逆变器的分析可 简化为对单个化k电路的分析。为简化分析做如下假设： (1)电路中所有元件都为理想器件； 似由于开关频率远大于基波频率，所W在几个开关周期内可认为电感电流平均 值和电容电压平均值恒定； (3)变换器工作于稳定状态。 如图8所示，当变换器工作于稳态时，输入电感电流和滤波电感电流在一个开关 周期的变化量近似为零。令功率开关管Si开通时间与开关周期的比为占空比山则该逆变 器存在如下关系： 阳〇1引在0~dT时，功率开关管Si开通：(1) (2)在dT~T时，功率开关管Si关断：0：) 4、其中iu为流过输入电感的电流，iU为流过滤波电感的电流，V1为直流输入电压， Vci为输入电容两端电压，VCf为滤波电容两端电压，所WVCf等于输出电压V。； W20] 由式（1)和式似可得在0~dT时间段内流过输入电感的电流变化量为： 阳022] 流过滤波电感的电流变换量为： (5)婚） W24] 由式（3)和式（4)可得在dT~T时间段内流过输入电感的电流变化量为：(7) 阳〇%] 流过滤波电感的电流变换量为：C8) 由于输入电感和滤波电感的电流在一个开关周期的变化量均为零，所W有： 'V/.,+'V,', =0 C9) V/.+这 2%=贷 CIO)[003U把式（5)和式（7)代入式巧），把式（6)和式做代入式（10)得： K,二Vj+Vc, (11) 逆变器电压增益为：(12) 由式（12)W及化k变换器特性可知，在输出交流电压峰值处控制占空比就可实现 升降压，即d〉0. 5时输出电压峰值高于输入电压；d<0. 5时输出电压峰值低于输入电压。输 入电源是可波动的电源，它能低于也能高于输出交流电压峰值。 由式（11)可看出，输入电容的电压等于输入电压和输出电压之和，即输入电容的 电压波形为在输入电压偏置基础上的正弦半波；由于第一功率开关管和第二功率开关管为 SPWM调制，所W输入电感的电流波形也为正弦半波；输入电容的电压与输入电感的电流波 形如图7所示。因为在每个开关周期内电路都工作于化k直流变换器状态，所W输入电容 的取值可W按照化k直流变换器中的计算公式取得：(13)[00測在（蝴式中，占空比d变化范围有限，最大值为1。丫为电压纹波系数，由于输 入电容上电压为2倍工频的脉动电压，所W逆变状态下对输入电容的电压纹波系数要求较 低，而非像直-直变换状态下需要较小的纹波系数，得到恒定的直流电压。因此在输出电压 一定且负载R在有限的范围内变化时，总可W通过调整丫和开关频率t取适当的值得到 较小的电容值。下表为输出电压为220V有效值，丫 =0. 2，f,= 20KHZ时，不同负载下输 入电容Cl取值。 表1几组不同负载下电容C准 阳041]由公式（13)和表I可知在负载功率较大变化范围内输入电容均保持在较小值，在 目前技术条件下IOOufW下电容都可W用非电解电容实现，例如薄膜电容，同时该逆变器 输出为正弦交流电压，输出滤波器只需滤除开关频率处的高次谐波即可得到高质量的正弦 波输出电压，即输出LC滤波器只需很小的参数即可达到滤波目的，同样可W采用非电解电 容。所W该逆变器电路中无电解电容，提高了逆变器工作的可靠性，曾加了逆变器工作寿 命。本专利技术电路的控制方案比较简单，采用传统的单闭环输出电压控制方案，使逆变 器在输入电源电压波动较大时仍能正常工作，输入电感和滤波电感均工作在连续模式下， 减小了EMI。由于采用上述技术方案，本专利技术提供的一种单级非隔离无电解电容双化k型逆变 器，与现本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种单级非隔离无电解电容双Cuk型逆变器，其特征在于：它包括第一Cuk电路(1)和第二Cuk电路(2)；在所述的第一Cuk电路(1)中，第五功率开关管(S5)的集电极连接输入电源的负极，其发射极同时连接第一功率开关管(S1)的发射极、第三功率开关(S3)的集电极以及滤波电感(Lf)的一端；输入电源的正极连接输入电感(L1)的一端，输入电感(L1)的另一端连接第一功率开关管(S1)的集电极以及输入电容(C1)的一端，输入电容(C1)的另一端连接第三功率开关管(S3)的发射极和第四功率开关管(S4)的发射极；滤波电感(Lf)的另一端连接滤波电容(Cf)和负载(Z)的一端，滤波电容(Cf)的另一端和负载(Z)的另一端同时连接第四功率开关管(S4)的集电极；在所述的第二Cuk电路(2)中，第六功率开关管(S6)的集电极连接输入电源的负极，输入电源的正极连接输入电感(L1)的一端，输入电感(L1)的另一端连接输入(C1)的一端和第二功率开关管(S2)的集电极，输入电容(C1)的另一端连接第四功率开关管(S4)的发射极和第三功率开关管(S3)的发射极；第四功率开关管(S4)的集电极连接滤波电容(Cf)和负载(Z)的一端，滤波电容(Cf)的另一端和负载(Z)的另一端同时连接滤波电感(Lf)的一端，滤波电感(Lf)的另一端连接第三功率开关管(S3)的集电极；所述的第一Cuk电路(1)和所述的第二Cuk电路(2)共用输入电源、输入电感(L1)、输入电容(C1)、第三功率开关管(S3)、第四功率开关管(S4)、滤波电感(Lf)、滤波电容(Cf)和负载(Z)。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：王立乔，薛金柱，
申请(专利权)人：燕山大学，
类型：发明
国别省市：河北;13
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