基于双滤波电感和变压器三磁件集成的全桥逆变器制造技术

基于双滤波电感和变压器三磁件集成的全桥逆变器，包括含有前级DC/DC全桥和后级DC/AC逆变桥的两级变换电路，前级DC/DC全桥电路中含有双LC滤波电路；双LC滤波电路中含有双滤波电感和倍压整流双电容支路；双LC滤波电路中的双滤波电感和高频变压器集成在EE型磁芯中；本逆变器具备升压和逆变两个功能，即逆变器的DC/DC级进行升压，DC/AC级输出交流电，可实现从48VDC直流输入到负载端220VAC交流输出的变换，采用磁集成技术将逆变器中所有磁件，由于磁件都集成在了同一个磁件，体积更小，功率密度更高。

【技术实现步骤摘要】
基于双滤波电感和变压器三磁件集成的全桥逆变器
本专利技术涉及逆变器领域，尤其是一种基于双滤波电感和变压器三磁件集成的全桥逆变器。
技术介绍
逆变器是把直流电能(电池、蓄电瓶)转变成交流电(一般为220V,50Hz正弦波)，通俗的讲，逆变器是一种将直流电(DC)转化为交流电(AC)的装置，它由逆变桥、控制逻辑和滤波电路组成；常用逆变器的DC/DC级采用移相全桥电路是应用较多的DC/DC变换器，其结构简单，工作效率高，但也存在占空比丢失的问题，对输出波形质量有不良的影响；在现有的技术中，都含有众多的磁件，如滤波电感、高频变压器等，而磁件占据逆变器最大的重量和体积，是影响整个逆变器功率密度的最主要因素，而很多对体积和重量有严格要求的场合，功率密度是最为重要的；根据专利技术专利(CN102570830B)其只是将电感集成为耦合电感，即有耦合电感和高频变压器两个磁件，耦合电感能减少移相控制的方式下的占空比丢失问题，但还没有达到功率密度最高，体积和重量还有进一步减小的空间，为了解决这一问题，现有的技术尤其是采用耦合电感的方式，逆变器中所有的磁件都进行了集成，即将耦合和高频变压器集成在一个磁件中，大大减小了磁件的体积，增加了逆变器的功率密度，迅速降低高频变压器原边电流而减少占空比丢失，可以使本专利技术扩大应用场合，尤其是应用在空间站、潜艇、舰船、飞机等对逆变器体积和重量有严格要求的场合，控制方法简单，逆变器效果好。本专利技术就是为了解决以上问题而进行的改进。
技术实现思路
本专利技术需要解决的技术问题是提供一种克服现有技术的不足，能够将全部电感和变压器集成在一个磁件，减少体积和重量，提高逆变器整体功率密度，还能实现减少占空比丢失，保证滤波质量的基于双滤波电感和变压器三磁件集成的全桥逆变器。本专利技术为解决其技术问题所采用的技术方案是：基于双滤波电感和变压器三磁件集成的全桥逆变器，包括含有前级DC/DC全桥和后级DC/AC逆变桥的两级变换电路，所述前级DC/DC全桥电路中含有双LC滤波电路；所述双LC滤波电路中含有双滤波电感和倍压整流双电容支路；所述双LC滤波电路中的双滤波电感和高频变压器集成在EE型磁芯中；所述EE型磁芯中含有左柱、中柱和右柱，左柱和右柱分别位于EE型磁芯的两边，中柱位于EE型磁芯的中间；进一步的，所述双滤波电感包括电感Lf1和电感Lf2，所述电感Lf1和电感Lf2分别绕在EE型磁芯的左柱和右柱上并形成耦合电感，电感Lf1上设置有第一绕组，电感Lf2上设置有第二绕组，所述第一绕组的末端与第二绕组的末端相连；所述高频变压器设置有原边TP和副边TS，变压器原边TP和副边TS绕在EE型磁芯的中柱上，高频变压器上设置有第三绕组；更进一步的，所述倍压整流双电容支路包括二极管Dr1、二极管Dr2和电容Cr1、电容Cr2，所述电容Cr1、电容Cr2相互串联，电容Cr1的一端与二极管Dr1的负极相连，二极管Dr1的正极连接在第一绕组的首端，电容Cr2的一端与二极管Dr2的正极相连，二极管Dr2的负极连接在第二绕组的首端；所述前级DC/DC全桥电路中还包含有开关管S1、开关管S2、开关管S3和开关管S4，二极管D1、二极管D2、二极管D3和二极管D4，所述二极管D1、二极管D2、二极管D3和二极管D4分别为开关管S1、开关管S2、开关管S3和开关管S4的寄生二极管，所述开关管S1、开关管S3串联形成第一支路，开关管S2和开关管S4串联形成第二支路，所述第一支路和第二支路并联后分别连接在电源电压Vin的正负极上，所述Vin表示太阳能电池板经蓄电池输出的电压；具体的，所述开关管S1、开关管S2、开关管S3和开关管S4均为理想开关管；其中，所述后级DC/AC逆变桥电路中含有开关管Q1、开关管Q2、开关管Q3、开关管Q4和电阻R0，开关管Q1、开关管Q3串联形成第三支路，开关管Q2、开关管Q4串联形成第四支路，第三支路和第四支路并联后再与倍压整流双电容支路相并联；所述开关管Q1、开关管Q2、开关管Q3和开关管Q4均为理想开关管；所述高频变压器上第三绕组的首端分别与开关管S1和开关管S3相连，第三绕组的末端分别与电容Cr1和电容Cr2相连。本专利技术的有益效果在于：本逆变器具备升压和逆变两个功能，即逆变器的DC/DC级进行升压，DC/AC级输出交流电，可实现从48VDC直流输入到负载端220VAC交流输出的变换，采用磁集成技术将逆变器中所有磁件，包含两个滤波电感和一个变压器集成在一个磁件中，能实现减少占空比丢失，且由于磁件都集成在了同一个磁件，体积更小，功率密度更高，尤其可应用在空间站、潜艇、舰船、飞机等对逆变器体积和重量有严格要求的场合，功率密度高，可广泛用在太阳能光伏系统、蓄电池发电系统、智能电网微网系统等直流发电逆变的场合。附图说明图1是基于双滤波电感和变压器三磁件集成的全桥逆变器的示意图。图2是双滤波电感和变压器三磁件集成的磁芯示意图。图3是双滤波电感和变压器三磁件集成的磁路图。图4是前级DC/DC全桥电路高频工作波形。图5是开关模态1(t0,t1)的等效电路示意图。图6是开关模态2(t1,t2)的等效电路示意图。图7是开关模态3(t2,t3)的等效电路示意图。图8是开关模态4(t3,t4)的等效电路示意图。图9是开关模态5(t4,t5)的等效电路示意图。图10是工频工作波形。图11是集成磁件和分立磁件的电感电流和变压器电流对比。具体实施方式为了使本专利技术实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合图示与具体实施例，进一步阐述本专利技术。参照图1所示，该基于双滤波电感和变压器三磁件集成的全桥逆变器的特征结构是从直流电源的48VDC到负载端220VAC，图1中：(1)Vin表示太阳能电池板经蓄电池输出的电压；(2)开关管S1、S2、S3、S4和Q1、Q2、Q3、Q4均为理想开关管，其中D1、D2、D3、D4为开关管S1、S2、S3、S4的寄生二极管；(3)将双滤波电感Lf1、Lf2和高频变压器集成在EE型磁芯中，其中高频变压器原边TP和副边TS绕组绕在磁芯中柱，双滤波电感绕在左右两边柱。(4)电感Lf1和Lf2绕在一个磁芯上为耦合电感，VLf1和VLf2分别为Lf1和Lf2上电压；(5)二极管Dr1、Dr2和电容Cr1、Cr2构成倍压整流电路，电容Cr1、Cr2上电压为VCr1、VCr2，倍压整流输出电压为VDC，且VDC＝VCr1+VCr2，进而达到倍压的效果，且Cr1＝Cr2，VCr1＝VCr2＝VDC/2；(6)输出交流电压为Vo。将图1中所有的磁件进行集成，包括两个滤波电感和一个高频变压器，集成磁件中，两滤波电感在左右两柱上，变压器在中柱上。各个磁件的耦合可根据工作的具体情况进行调节。集成磁件中的变压器原副边绕组在中柱上，满足匝比的关系，即集成磁件能实现变压器的变比的功能；集成磁件中的滤波电感同其后的倍压整流双电容支路构成双LC滤波电路，具有倍压功能和滤波功能，通过集成磁件中的电感耦合还能快速减少续流时间以减少占空比丢失，减少占空比丢失；实施中，所述的DC/DC移相全桥电路输出经SPWM调制的工频正弦半波电压，DC/AC逆变桥对正弦半波电压进行翻转即可输出交流电。由于DC/AC逆变桥工作在工频，控制简单、开关损耗低、整本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于双滤波电感和变压器三磁件集成的全桥逆变器，包括含有前级DC/DC全桥和后级DC/AC逆变桥的两级变换电路，其特征在于：所述前级DC/DC全桥电路中含有双LC滤波电路；所述双LC滤波电路中含有双滤波电感和倍压整流双电容支路；所述双LC滤波电路中的双滤波电感和高频变压器集成在EE型磁芯中；所述EE型磁芯中含有左柱、中柱和右柱，左柱和右柱分别位于EE型磁芯的两边，中柱位于EE型磁芯的中间。

【技术特征摘要】
1.基于双滤波电感和变压器三磁件集成的全桥逆变器，包括含有前级DC/DC全桥和后级DC/AC逆变桥的两级变换电路，其特征在于：所述前级DC/DC全桥电路中含有双LC滤波电路；所述双LC滤波电路中含有双滤波电感和倍压整流双电容支路；所述双LC滤波电路中的双滤波电感和高频变压器集成在EE型磁芯中；所述EE型磁芯中含有左柱、中柱和右柱，左柱和右柱分别位于EE型磁芯的两边，中柱位于EE型磁芯的中间。2.如权利要求1所述的基于双滤波电感和变压器三磁件集成的全桥逆变器，其特征在于，所述双滤波电感包括电感Lf1和电感Lf2，所述电感Lf1和电感Lf2分别绕在EE型磁芯的左柱和右柱上并形成耦合电感，电感Lf1上设置有第一绕组，电感Lf2上设置有第二绕组，所述第一绕组的末端与第二绕组的末端相连；所述高频变压器设置有原边TP和副边TS，变压器原边TP和副边TS绕在EE型磁芯的中柱上，高频变压器上设置有第三绕组。3.如权利要求1或2所述的基于双滤波电感和变压器三磁件集成的全桥逆变器，其特征在于，所述倍压整流双电容支路包括二极管Dr1、二极管Dr2和电容Cr1、电容Cr2，所述电容Cr1、电容Cr2相互串联，电容Cr1的一端与二极管Dr1的负极相连，二极管Dr1的正极连接在第一绕组的首端，电容Cr2的一端与二极管Dr2的正极相连，二极管Dr2的负极连接在第二绕组的首端。4.如权利要求1所述的基于双滤波电感和变压器三磁件集成的全桥逆变器，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋赢，胡鹏，马豫超，
申请(专利权)人：上海电机学院，
类型：发明
国别省市：上海,31