高频隔离DC/AC逆变器电路以及控制方法技术

本发明专利技术实施例提供了一种高频隔离DC/AC逆变器电路和控制方法。高频隔离DC/AC逆变器电路，包括：连接的前级的高频链逆变电路、高频隔离变压器T1、后级的交错并联交流变换电路、漏感Lk；所述高频链逆变电路用于，将输入的直流电压Ud变换为高频电压脉冲；所述高频隔离变压器用于，将所述高频电压脉冲传输到所述交错并联交流变换电路；所述交错并联交流变换电路用于，将所述高频隔离变压器传输的所述高频电压脉冲变换为工频交流电压uo；本发明专利技术的电路的拓扑结构相对简单。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电力电子变换器领域，尤其涉及一种高频隔离DC/AC逆变器电路以及控制方法。
技术介绍
随着环境和能源问题在全球范围内成为焦点，分布式发电的发展前景广阔，其中DC/AC逆变技术在分布式发电领域的应用范围广泛。所谓DC/AC逆变技术是实现直流电能到交流电能的转换，可以从蓄电池、太阳能电池等直流电能变换得到质量较高的、能满足负载对电压和频率要求的交流电能。根据DC/AC逆变器输出交流电能去向的不同，所有逆变电路又分为有源逆变和无源逆变两种，前者以电网交流电源为负载，主要应用于光伏、储能或风力发电并网逆变器等，将逆变输出的交流电能回送到电网，后者则以无源器件为负载，应用场合包括交流电机传动、不间断电源(UPS)等。在一些场合通常要求DC/AC逆变器为保证用电安全性，引入隔离变压器来实现直流输入侧与交流输出侧的电气隔离。根据变压器工作频率的不同，隔离型DC/AC逆变器可以分为：工频隔离型和高频隔离型。工频变压器具有体积大、重量重等缺点，同时工频变压器的存在也给逆变器带来较大的损耗，增加了发电系统的成本和运输、安装的难度。随着电力电子技术的发展，高频链逆变技术采用高频变压器代替工频变压器进行隔离，显著提高了逆变器系统的功率密度，减小了体积和重量。随着高频链技术和器件的发展，高频隔离型逆变器的效率也在不断提高。传统高频隔离型DC/AC逆变器主要有三种结构：一、典型高频隔离DC/DC变换器加典型全桥DC/AC高频逆变器；二、高频隔离DC/DC变换器加全桥DC/AC工频逆变器；三、全桥高频逆变桥加周波变换器。第一种结构方案具体表现为：电路由全桥高频逆变桥、二极管整流桥、直流支撑滤波电容、高频全桥逆变器、交流滤波电路等组成，在本质上可以分为DC-HFAC高频逆变，HFAC-DC高频整流和DC-LFAC正弦调制三级变换，该结构具有中间直流环节，由直流滤波电容将电路解耦为两部分，前半部分可以采用典型DC/DC变换器及其控制，后半部分可以采用典型DC/AC逆变器及其控制。由于有中间直流环节的存在，使控制上相对简单、独立、无耦合，但是中间直流电容增加了系统损耗、体积、重量，缩短了系统寿命，降低系统运行可靠性。同时电路中所有开关器件均工作在高频状态，开关损耗较大，降低了系统效率。另外，电能的多级变换导致电路中开关器件数量多、损耗大、变换效率较低。第二种结构方案是在第一种结构方案基础上加以改进，具体表现为电路由全桥高频逆变桥、二极管整流器、LC滤波器、工频全桥逆变器组成，与第一种不同之处在于该结构将高频逆变和正弦调制功能集中由变压器前级高频全桥逆变桥来实现，可以使后级DC-AC逆变器工作在工频状态，减小了开关损耗，同时也省去了体积大、耐久性差的电解电容。但是该结构仍然存在中间直流环节，电能也是三级变换，开关器件数目较多，系统效率没有明显提高。第三种方案在变压器副边采用周波变换器的结构形式，省去了中间直流侧电解电容。该方案在本质上由前级实现DC-HFAC高频逆变，经高频变压器隔离，后级实现HFAC-LFAC，直接将高频交流电(HFAC)变换为工频交流电(LFAC)，系统变换效率相对提高。但也存在类似矩阵变换器的缺点，如副边AC-AC变换控制复杂，变压器漏感出现断续，副边需要4个双向开关，开关数量多、损耗大，效率很难进一步提高。综上所述，在现有高频隔离型DC-AC逆变器中，由于带有中间直流环节，导致电能变换级数多、电路拓扑复杂、开关管数量多、开关损耗大、系统效率较低等问题，限制了高频隔离型DC-AC逆变器的应用范围。
技术实现思路
本专利技术的实施例提供了一种高频隔离DC/AC逆变器电路以及控制方法，电路拓扑相对比较简单。为了实现上述目的，本专利技术采取了如下技术方案。一种高频隔离DC/AC逆变器电路，包括：连接的前级的高频链逆变电路、高频隔离变压器T1、后级的交错并联交流变换电路、漏感Lk；所述高频链逆变电路用于，将输入的直流电压Ud变换为高频电压脉冲；所述高频隔离变压器用于，将所述高频电压脉冲传输到所述交错并联交流变换电路；所述交错并联交流变换电路用于，将所述高频隔离变压器传输的所述高频电压脉冲变换为工频交流电压uo。所述高频链逆变电路的第一输入端连接输入的直流电压Ud；所述高频链逆变电路的第二输入端连接地；所述高频隔离变压器T1包括：原边绕组和副边绕组；所述原边绕组的第一端子连接所述高频链逆变电路的第一输出端；所述原边绕组的第二端子连接所述高频链逆变电路的第二输出端；所述副边绕组的第三端子经漏感Lk连接所述交错并联交流变换电路的第一输入端；所述副边绕组的第四端子连接所述交错并联交流变换电路的第二输入端；所述交错并联交流变换电路的第一输出端输出工频交流电压uo；所述交错并联交流变换电路的第二输出端接地。一种高频隔离DC/AC逆变器电路，包括：连接的前级的高频链逆变电路、高频隔离变压器T1、后级的交错并联交流变换电路、漏感Lk；所述高频链逆变电路用于，将输入的直流电压Ud变换为高频电压脉冲；所述高频隔离变压器用于，将所述高频电压脉冲传输到所述交错并联交流变换电路；所述交错并联交流变换电路用于，将所述高频隔离变压器传输的所述高频电压脉冲变换为工频交流电压uo。所述高频链逆变电路的第一输入端连接输入的直流电压Ud；所述高频链逆变电路的第二输入端连接地；所述高频隔离变压器T1包括：原边绕组和副边绕组；所述高频链逆变电路的第一输入端连接输入的直流电压Ud；所述高频链逆变电路的第二输入端连接地；所述高频隔离变压器T1包括：原边绕组和副边绕组；所述原边绕组的第一端子经所述漏感Lk连接所述高频链逆变电路的第一输出端；所述原边绕组的第二端子连接所述高频链逆变电路的第二输出端；所述副边绕组的第三端子连接所述交错并联交流变换电路的第一输入端；所述副边绕组的第四端子连接所述交错并联交流变换电路的第二输入端；所述交错并联交流变换电路的第一输出端输出工频交流电压uo；所述交错并联交流变换电路的第二输出端接地。一种高频隔离DC/AC逆变器电路的控制方法，包括：对前级的所述高频链逆变电路的开关管采用正弦波脉宽脉位SPWPM调制方式，对后级的所述交错并联变换电路的四个开关管采用与前级互补的高频脉冲模式；或者，对前级的所述高频链逆变电路采用正弦波脉宽脉位SPW本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高频隔离DC/AC逆变器电路，其特征在于，包括：连接的前级的高频链逆变电路、高频隔离变压器T1、后级的交错并联交流变换电路、漏感Lk；所述高频链逆变电路用于，将输入的直流电压Ud变换为高频电压脉冲；所述高频隔离变压器用于，将所述高频电压脉冲传输到所述交错并联交流变换电路；所述交错并联交流变换电路用于，将所述高频隔离变压器传输的所述高频电压脉冲变换为工频交流电压uo；所述高频链逆变电路的第一输入端连接输入的直流电压Ud；所述高频链逆变电路的第二输入端连接地；所述高频隔离变压器T1包括：原边绕组和副边绕组；所述原边绕组的第一端子连接所述高频链逆变电路的第一输出端；所述原边绕组的第二端子连接所述高频链逆变电路的第二输出端；所述副边绕组的第三端子经漏感Lk连接所述交错并联交流变换电路的第一输入端；所述副边绕组的第四端子连接所述交错并联交流变换电路的第二输入端；所述交错并联交流变换电路的第一输出端输出工频交流电压u；所述交错并联交流变换电路的第二输出端接地。

【技术特征摘要】
1.一种高频隔离DC/AC逆变器电路，其特征在于，包括：
连接的前级的高频链逆变电路、高频隔离变压器T1、后级的交错并联交流
变换电路、漏感Lk；
所述高频链逆变电路用于，将输入的直流电压Ud变换为高频电压脉冲；
所述高频隔离变压器用于，将所述高频电压脉冲传输到所述交错并联交
流变换电路；
所述交错并联交流变换电路用于，将所述高频隔离变压器传输的所述高
频电压脉冲变换为工频交流电压uo；
所述高频链逆变电路的第一输入端连接输入的直流电压Ud；所述高频链逆
变电路的第二输入端连接地；
所述高频隔离变压器T1包括：原边绕组和副边绕组；
所述原边绕组的第一端子连接所述高频链逆变电路的第一输出端；所述
原边绕组的第二端子连接所述高频链逆变电路的第二输出端；
所述副边绕组的第三端子经漏感Lk连接所述交错并联交流变换电路的第一
输入端；所述副边绕组的第四端子连接所述交错并联交流变换电路的第二输
入端；
所述交错并联交流变换电路的第一输出端输出工频交流电压u；所述交错
并联交流变换电路的第二输出端接地。
2.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述高频链逆变电路为：
第一开关管S1的漏极与第三开关管S3的漏极作为所述高频链逆变电路的第
一输入端，分别连接输入的直流电压Ud；
第二开关管S2的源极与第四开关管S4的源极作为所述高频链逆变电路的第
二输入端，分别连接到地；
第一开关管S1的源极与第二开关管S2的漏极作为所述高频链逆变电路的第
一输出端，连接构成桥臂；
第三开关管S3的源极与第四开关管S4的漏极作为所述高频链逆变电路的第
二输出端，连接构成桥臂；
第一二极管的正极连接到第一开关管S1的源极；第一二极管的负极连接到
第一开关管S1的漏极；
第二二极管的正极连接到第二开关管S2的源极；第二二极管的负极连接到
第二开关管S2的漏极；
第三二极管的正极连接到第三开关管S3的源极；第三二极管的负极连接到
第三开关管S3的漏极；
第四二极管的正极连接到第四开关管S4的源极；第四二极管的负极连接
到第四开关管S4的漏极；
第一开关管S1、第二开关管S2、第三开关管S3、第四开关管S4的栅极分别
输入驱动脉冲信号P1、P2、P3、P4。
3.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述高频链逆变电路为：
第一开关管S1的漏极与第一电容的第一端作为所述高频链逆变电路的第一
输入端，分别连接输入的直流电压Ud；
第二开关管S2的源极与第二电容的第二端作为所述高频链逆变电路的第二
输入端，分别连接到地；
第一开关管S1的源极与第二开关管S2的漏极作为所述高频链逆变电路的第
一输出端，连接构成桥臂；
第一电容的第二端与第二电容的第一端作为所述高频链逆变电路的第二
输出端，连接构成桥臂；
第一二极管的正极连接到第一开关管S1的源极；第一二极管的负极连接到
第一开关管S1的漏极；
第二二极管的正极连接到第二开关管S2的源极；第二二极管的负极连接到
第二开关管S2的漏极；
第一开关管S1、第二开关管S2的栅极分别输入驱动脉冲信号P1、P2。
4.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述交错并联交流变换电
路为：
第五开关管S5的集电极作为所述交错并联交流变换电路的第一输入端，与
第一电感L1的第一端连接；第五开关管S5的发射极与第七开关管S7的发射极相
连；
第六开关管S6的集电极作为所述交错并联交流变换电路的第二输入端，与
第二电感L2的第一端连接，第六开关管S6的发射极与第八开关管S8的发射极相
连；
第一电感L1的第二端和第二电感L2的第二端作为所述交错并联交流变换电
路的第一输出端，分别连接到所述交流电压uo；
第七开关管S7的集电极和第八开关管S8的集电极作为所述交错并联交流变
换电路的第二输出端，分别接地；
第五开关管S5、第六开关管S6、第七开关管S7、第八开关管S8的基极分别
输入驱动脉冲信号P5、P6、P7、P8。
5.根据权利要求4所述的电路，其特征在于，所述交错并联交流变换电
路还包括：
第一电阻，所述第一电阻的第一端分别连接第九二极管的正极和第五开
关管S5的集电极；所述第一电阻的第二端分别连接第九二极管的负极和第五电
容C5的第一端；
第二电阻，所述第二电阻的第一端分别连接第十二极管的正极和第六开
关管S6的集电极；所述第二电阻的第二端分别连接第十二极...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁晖，罗浩，陈彪，
申请(专利权)人：北京交通大学，
类型：发明
国别省市：北京;11