一种采用交叠双电源供电的两级逆变器制造技术

本发明专利技术公开了一种采用交叠双电源供电的两级逆变器，它由依次连接的前级变换电路、后级逆变电路和输出滤波器构成；后级逆变电路是三输入后级逆变电路，前级变换电路通过后级逆变电路直流侧的高电平线、中间电平线、低电平线为后级逆变电路供电；后级逆变电路的三个输出端分别连接输出滤波器；前级变换电路可调节中间电平线的电压；本发明专利技术所用交叠双电源供电的前级电路既适于为后级创造好的工作条件，成本和损耗又低；后级逆变电路中开关管开关前后其上电压的变化幅度小，可以大幅降低后级逆变电路的成本和损耗，并可减小漏电流。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及将直流电转换成交流电的电力电子设备——逆变器。
技术介绍
逆变器是一种将直流电转换成交流电的电子装置，比如太阳电池阵列发出的直流电必须被转换成交流电才能送入电网中，或不间断电源将蓄电池发出的直流电转换成交流电临时为负载供电。通常逆变器的直流输入电压会有一定范围的变化。比如太阳电池阵列的最大功率点电压会随温度和光照有很大变化，一般光伏逆变器设计成允许太阳电池阵列最大功率点电压的最高值和最低值相差1.8倍以上。单级逆变器为了能在最低直流输入电压下正常工作，只能采取低输出电压大输出电流的方案，这使逆变器的成本和损耗都增加。即使如此，目前非直接并网型的光伏逆变器产品还是以单级逆变器占绝大多数，这是因为，两级逆变器由于升压减小电流所带来的好处，不足以弥补前级升压器的成本和损耗。现有两级逆变器产品，多是因为输入电压不适于直接逆变而采用两级方案的。现有的两级逆变器技术方案，没有利用前后级电路之间更多可能的联系，没有很好地利用前级电路减少后级电路的损耗。比如，现有后级采用三电平逆变电路的逆变器，仅靠两个电容分压获得直流侧中间电平输入端，并尽量维持分压电容的充放电平衡。这使得后级三电平逆变方案带来的好处很有限，仍不足以弥补增加前级升压器的成本和损耗。现有的后级逆变电路采用三电平逆变电路的两级逆变器技术方案，总是设法维持中点电平的平衡，其主要原因是怕丢掉三电平逆变电路的一个重要优点：所用功率管的耐压值只需两电平逆变电路所用的一半。但在某些应用场合，舍弃这个优点以便换取更多其它的好处是更好的选择。另一方面，现有产品前级升压电路采用boost升压器，这种电路升压的代价很大，比如升压一倍的情况，boost升压器中的功率管和电感器流过的电流是boost升压器输出电流的两倍，开关管开关前后其上电压的变化幅度为boost升压器输入电压的两倍。这种情况下，两级逆变器中仅前级boost升压器的开关损耗甚至比单级两电平三相逆变电路的开关损耗还大。专利技术人已提交的申请号为201410372122.3、名称为一种四线输出变换器及由四线输出变换器组成的逆变器的专利申请中，使用了交叠双电源供电的前级变换器，比boost升压器类型的前级电路具有明显优势，但它没有调节中间电平线的电压的部件，其后级三相逆变电路施加在输出滤波电抗器上的电压仍大，使得输出滤波电抗器的成本和损耗不能大幅降低。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题在于提供一种采用交叠双电源供电的两级逆变器，以解决现有技术存在的问题。为解决上述技术问题，本专利技术采用以下技术方案：一种采用交叠双电源供电的两级逆变器，它由依次连接的前级变换电路、后级逆变电路和输出滤波器F构成，后级逆变电路是三输入后级逆变电路B1，所述三输入后级逆变电路B1是具有三个直流侧输入端的三电平三相逆变电路；前级变换电路通过后级逆变电路直流侧的高电平线P、中间电平线M、低电平线N为后级逆变电路直流侧供电，后级逆变电路的三个输出端分别连接输出滤波器F的三个输入端；所述前级变换电路，由第一直流电源E1和第二直流电源E2供电，包括第一电容C1、第二电容C2、第一前级电路A1、第二前级电路A2，其中：第一直流电源E1与第一电容C1并联，第二直流电源E2与第二电容C2并联；第一直流电源E1的正极与第一前级电路A1的第一接入端、高电平线P连接，第一直流电源E1的负极与第一前级电路A1的第二接入端E1n连接；第二直流电源E2的正极与第一前级电路A1的第三接入端E2p连接，第二直流电源E2的负极与第一前级电路A1的第四接入端、低电平线N连接。第一前级电路A1是将第一直流电源E1和第二直流电源E2的电能变换后经高电平线P和低电平线N输出可调电流给后级逆变电路的开关模式变换器；第一前级电路A1通过其第一接入端连接高电平线P，通过其第四接入端连接低电平线N。第二前级电路A2是为中间电平线M提供可调双向电流的开关模式变换器；第二前级电路A2，与高电平线P或/和第一前级电路A1的第三接入端E2p相连，与低电平线N或/和第一前级电路A1的第二接入端E1n相连；中间电平线M连接第二前级电路A2的输出端。第一前级电路A1至少提供第一电感放电通路和第二电感放电通路，或者至少提供一个双效电感充电通路；其中，第一电感放电通路是从低电平线N到第一前级电路A1的第二接入端E1n的电感放电通路，它形成从低电平线N到第一前级电路A1的第二接入端E1n的电流，使第一直流电源E1能通过高电平线P和低电平线N释放电能；第二电感放电通路是从第一前级电路A1的第三接入端E2p到高电平线P的电感放电通路，它形成从第一前级电路A1的第三接入端E2p到高电平线P的电流，使第二直流电源E2能通过高电平线P和低电平线N释放电能；双效电感充电通路是指从第一前级电路A1的第三接入端E2p到第一前级电路A1的第二接入端E1n的电感充电通路，它形成从第一前级电路A1的第三接入端E2p到第一前级电路A1的第二接入端E1n的电流，使得第一直流电源E1和第二直流电源E2能通过高电平线P和低电平线N释放电能。第一前级电路A1具有第一电感放电通路、第二电感放电通路、第一电感充电通路、第二电感充电通路，第一电感充电通路和第二电感充电通路构成所述双效电感充电通路；第一前级电路A1的电路由第一电感L1、第二电感L2、第一开关管T1，第二开关管T2、第一二极管D1、第二二极管D2组成；其中，第一电感L1的第一端连接第一前级电路A1的第二接入端E1n，第一电感L1的第二端连接第一二极管D1的负极、第一开关管T1的第二端，第一二极管D1的正极连接低电平线N，第一开关管T1的第一端连接第一前级电路A1的第三接入端E2p；第二电感L2的第一端连接第一前级电路A1的第三接入端E2p，第二电感L2的第二端连接第二二极管D2的正极和第二开关管T2的第一端，第二二极管D2的负极连接高电平线P，第二开关管T2的第二端连接第一前级电路A1的第二接入端E1n；由第一电感L1和第一二极管D1串联构成第一电感放电通路，由第二电感L2和第二二极管D2串联构成第二电感放电通路，由第一电感L1和第一开关管T1串联构成第一电感充电通路，由第二电感L2和第二开关管T2串联构成第二电感充电通路。第二前级电路A2是半桥式逆变电路，由第三开关管T3和第四开关管T4构成半桥，半桥中点连接第三电感L3的第一端，第三电感L3的第二端连接中间电平线M，半桥正端连接第一前级电路A1的第三接入端E2p，半桥负端连接第一前级电路A1的第二接入端E1n。第二前级电路A2是半桥式逆变电路，由第五开关管T5和第六开关管T6构成半桥，半桥中点连接第四电感L4的第一端，第四电感L4的第二端连接中间电平线M，半桥正端连接高电平线P，半桥负端连接低电平线N。第二前级电路A2由一个以第一前级电路A1的第三接入端E2p为输入端、中间电平线M为输出端、低电平线N为公共端的Buck变换器和一个以第一前级电路A1的第二接入端E1n为输入端、中间电平线M为输出端、高电平线P为公共端的负向Buck变换器构成；其中，第一前级电路A1的第三接入端E2p连接第七开关管T7的第一端，第七开关管T7的第二端连接第七电感L7的第一端和第七二极管D7的负极，第七二极管D7的正极接低电平线本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种采用交叠双电源供电的两级逆变器，它由依次连接的前级变换电路、后级逆变电路和输出滤波器（F）构成，其特征在于：后级逆变电路是三输入后级逆变电路（B1），所述三输入后级逆变电路（B1）是具有三个直流侧输入端的三电平三相逆变电路；前级变换电路通过后级逆变电路直流侧的高电平线（P）、中间电平线（M）、低电平线（N）为后级逆变电路直流侧供电，后级逆变电路的三个输出端分别连接输出滤波器（F）的三个输入端；所述前级变换电路，由第一直流电源（E1）和第二直流电源（E2）供电，包括第一电容（C1）、第二电容（C2）、第一前级电路（A1）、第二前级电路（A2），其中：第一直流电源（E1）与第一电容（C1）并联，第二直流电源（E2）与第二电容（C2）并联；第一直流电源（E1）的正极与第一前级电路（A1）的第一接入端、高电平线（P）连接，第一直流电源（E1）的负极与第一前级电路（A1）的第二接入端（E1n）连接；第二直流电源（E2）的正极与第一前级电路（A1）的第三接入端（E2p）连接，第二直流电源（E2）的负极与第一前级电路（A1）的第四接入端、低电平线（N）连接；第一前级电路（A1）是将第一直流电源（E1）和第二直流电源（E2）的电能变换后经高电平线（P）和低电平线（N）输出可调电流给后级逆变电路的开关模式变换器；第一前级电路（A1）通过其第一接入端连接高电平线（P），通过其第四接入端连接低电平线（N）；第二前级电路（A2）是为中间电平线（M）提供可调双向电流的开关模式变换器；第二前级电路（A2），与高电平线（P）或/和第一前级电路（A1）的第三接入端（E2p）相连，与低电平线（N）或/和第一前级电路（A1）的第二接入端（E1n）相连；中间电平线（M）连接第二前级电路（A2）的输出端。...

【技术特征摘要】
1.一种采用交叠双电源供电的两级逆变器，它由依次连接的前级变换电路、后级逆变电路和输出滤波器（F）构成，其特征在于：后级逆变电路是三输入后级逆变电路（B1），所述三输入后级逆变电路（B1）是具有三个直流侧输入端的三电平三相逆变电路；前级变换电路通过后级逆变电路直流侧的高电平线（P）、中间电平线（M）、低电平线（N）为后级逆变电路直流侧供电，后级逆变电路的三个输出端分别连接输出滤波器（F）的三个输入端；所述前级变换电路，由第一直流电源（E1）和第二直流电源（E2）供电，包括第一电容（C1）、第二电容（C2）、第一前级电路（A1）、第二前级电路（A2），其中：第一直流电源（E1）与第一电容（C1）并联，第二直流电源（E2）与第二电容（C2）并联；第一直流电源（E1）的正极与第一前级电路（A1）的第一接入端、高电平线（P）连接，第一直流电源（E1）的负极与第一前级电路（A1）的第二接入端（E1n）连接；第二直流电源（E2）的正极与第一前级电路（A1）的第三接入端（E2p）连接，第二直流电源（E2）的负极与第一前级电路（A1）的第四接入端、低电平线（N）连接；第一前级电路（A1）是将第一直流电源（E1）和第二直流电源（E2）的电能变换后经高电平线（P）和低电平线（N）输出可调电流给后级逆变电路的开关模式变换器；第一前级电路（A1）通过其第一接入端连接高电平线（P），通过其第四接入端连接低电平线（N）；第二前级电路（A2）是为中间电平线（M）提供可调双向电流的开关模式变换器；第二前级电路（A2），与高电平线（P）或/和第一前级电路（A1）的第三接入端（E2p）相连，与低电平线（N）或/和第一前级电路（A1）的第二接入端（E1n）相连；中间电平线（M）连接第二前级电路（A2）的输出端。2.根据权利要求1所述的采用交叠双电源供电的两级逆变器，其特征在于：第一前级电路（A1）至少提供第一电感放电通路和第二电感放电通路，或者至少提供一个双效电感充电通路；其中，第一电感放电通路是从低电平线（N）到第一前级电路（A1）的第二接入端（E1n）的电感放电通路，它形成从低电平线（N）到第一前级电路（A1）的第二接入端（E1n）的电流，使第一直流电源（E1）能通过高电平线（P）和低电平线（N）释放电能；第二电感放电通路是从第一前级电路（A1）的第三接入端（E2p）到高电平线（P）的电感放电通路，它形成从第一前级电路（A1）的第三接入端（E2p）到高电平线（P）的电流，使第二直流电源（E2）能通过高电平线（P）和低电平线（N）释放电能；双效电感充电通路是指从第一前级电路（A1）的第三接入端（E2p）到第一前级电路（A1）的第二接入端（E1n）的电感充电通路，它形成从第一前级电路（A1）的第三接入端（E2p）到第一前级电路（A1）的第二接入端（E1n）的电流，使得第一直流电源（E1）和第二直流电源（E2）能通过高电平线（P）和低电平线（N）释放电能。3.根据权利要求2所述的采用交叠双电源供电的两级逆变器，其特征在于：第一前级电路（A1）具有第一电感放电通路、第二电感放电通路、第一电感充电通路、第二电感充电通路，第一电感充电通路和第二电感充电通路构成所述双效电感充电通路；第一前级电路（A1）的电路由第一电感（L1）、第二电感（L2）、第一开关管（T1），第二开关管（T2）、第一二极管（D1）、第二二极管（D2）组成；其中，第一电感（L1）的第一端连接第一前级电路（A1）的第二接入端（E1n），第一电感（L1）的第二端连接第一二极管（D1）的负极、第一开关管（T1）的第二端，第一二极管（D1）的正极连接低电平线（N），第一开关管（T1）的第一端连接第一前级电路（A1）的第三接入端（E2p）；第二电感（L2）的第一端连接第一前级电路（A1）的第三接入端（E2p），第二电感（L2）的第二端连接第二二极管（D2）的正极和第二开关管（T2）的第一端，第二二极管（D2）的负极连接高电平线（P），第二开关管（T2）的第二端连接第一前级电路（A1）的第二接入端（E1n）；由第一电感（L1）和第一二极管（D1）串联构成第一电感放电通路，由第二电感（L2）和第二二极管（D2）串联构成第二电感放电通路，由第一电感（L1）和第一开关管（T1）串联构成第一电感充电通路，由第二电感（L2）和第二开关管（T2）串联构成第二电感充电通路。4.根据权利要求1所述的采用交叠双电源供电的两级逆变器，其特征在于：第二前级电路（A2）是半桥式逆变电路，由第三开关管（T3）和第四开关管（T4）构成半桥，半桥中点连接第三电感（L3）的第一端，第三电感（L3）的第二端...

【专利技术属性】
技术研发人员：张宇翔，郭敏，
申请(专利权)人：郑州大学，
类型：发明
国别省市：河南;41