一种电压型高频逆变电路拓扑结构制造技术

本发明专利技术涉及一种电压型高频逆变电路拓扑结构，该逆变电路拓扑依然采用桥式结构，开关管数目只有2个，2个开关管互补开通和关断，开关管之间共地连接，驱动电路的电源之间无需隔离，驱动电路得以简化，开关管的两路驱动信号无需设计死区时间，该电路可适用于阻容性负载条件下，当负载为纯阻性时，输出交流电压方波幅值为直流电压幅值两倍，相比于传统的桥式逆变电路，即输出功率能力更强，驱动电路更加简化，开关管的开关损耗也得以降低。

【技术实现步骤摘要】
一种电压型高频逆变电路拓扑结构
本专利技术属于电力电子
，涉及一种电压型高频逆变电路拓扑结构。
技术介绍
逆变电路的功能是实现直流电到交流电的变换，用于构成各种交流电源，逆变电路根据直流侧储能元件形式的不同，可划分为电压型逆变电路和电流型逆变电路。电压型逆变电路直流侧的储能元件为恒定电压源，传统的电压型逆变电路典型代表有单相桥式逆变电路，半桥逆变电路等。桥式逆变电路如图1所示，由4个开关管V1，V2，V3和V4构成，V1和V4同时开通和关断，V2和V3同时开通和关断，V1和V4处于导通状态时，V2和V3处于关断状态，反之当V2和V3处于导通状态时，V1和V4处于关断状态，通过控制开关管的开通和关断时序，可在负载端产生恒定频率的交流方波电压。电压型桥式逆变电路开关管数目多，开关管的驱动电路之间需要相互隔离，而且当逆变电路的频率升高时，开关损耗和驱动损耗较大，效率较低，同时由于开关管的开通和关断动作不是瞬时完成的，存在开通和关断时间，为了保证同一桥臂上下两个开关管不同时导通，驱动信号之间需要设置死区时间，设计过程复杂。单相半桥式逆变电路开关管数目只有2个，拓扑结构得到简化，但输出交流电压幅值减半，输出功率减小，只适用于小功率场合，而且电压型逆变电路一般多用于阻感性负载条件下，阻容性负载条件下，开关管换流过程中负载电容会经开关管形成短路放电回路，烧毁开关管。
技术实现思路
要解决的技术问题为了避免现有技术的不足之处，本专利技术提出一种电压型高频逆变电路拓扑结构技术方案一种电压型高频逆变电路拓扑结构，其特征在于包括两个开关管Q1和Q2、以及两个储能电感L1和L2；两个开关管Q1和Q2以及两个储能电感L1和L2组成桥式结构，每个桥的上桥臂为储能电感，下桥臂为开关管；所述两个开关管Q1和Q2的驱动信号PWM1和PWM2的相位相差180°；所述两个开关管Q1和Q2相同；所述两个储能电感L1和L2相等。当负载为容阻性负载时，将D1二极管与Q1开关管相串联，将D2二极管与Q2开关管相串联。所述两个二极管D1和D2相同。所述两个开关管Q1和Q2采用C2M0025120D开关管。所述储能电感L1和L2为L1＝L2＝100uH。所述两个二极管D1和D2采用FR604二极管。有益效果本专利技术提出的一种电压型高频逆变电路拓扑结构，该逆变电路拓扑依然采用桥式结构，每个桥臂的上桥臂为储能电感，下桥臂为开关管，开关管数目只有2个，2个开关管互补开通和关断，开关管之间共地连接，驱动电路的电源之间无需隔离，驱动电路得以简化，开关管的两路驱动信号无需设计死区时间，该电路可适用于阻容性负载条件下，当负载为纯阻性时，输出交流电压方波幅值为直流电压幅值两倍，即输出功率能力更强。本专利技术有益效果：1，与传统的单相桥式逆变电路相比，本专利技术的电路拓扑和开关管的驱动电路更加简单，开关损耗更低；根据本专利技术的逆变电路拓扑(图2)可知，本专利技术的逆变电路只使用了两个开关管，与现有的单相桥式逆变电路相比开关管数目减少一半，相对应开关管的驱动电路减少一半，本专利技术的开关管是共地连接，因此开关管的驱动电路电源无需隔离，驱动电路得到简化，系统的复杂程度降低，开关管的数目减少，开关管的开关损耗和驱动损耗降低。2，与传统的单相桥式逆变电路相比，本专利技术的电路拓扑中的开关管在驱动过程中无需设计死区时间。传统的桥式逆变电路，开关管开通和关断不是瞬间完成的，为了防止同一桥臂上下两个开关管同时导通造成直流侧电源短路，需要在上下两个开关管的驱动信号之间设计一定的死区时间，在死区时间内，两个开关管同时关断。本专利技术的两个开关管不位于同一桥臂，即使两个开关管同时开通，也不会发生短路的情况，本专利技术中两个开关管不能处于同时关断的状态。3，与传统的单相桥式逆变电路相比，本专利技术的输出功率能力更强；如图2，当负载为纯电阻时，L1和L2的电感值足够大，I1和I2在一个周期内的大小波动可忽略不计，视为恒定值，即负载两端电压为方波电压。Q1开通Q2关断期间，L1两端电压为U，L2两端电压为U+uab；Q1关断Q2开通期间，L1两端电压为U-uab，L2两端电压为U；根据电感的伏秒定律对于电感L1有：UD+(U-uab)(1－D)＝0；对于电感L2有：U(1－D)+(U+uab)D＝0。D为开关管驱动信号的占空比。占空比为0.5时传统单相桥式逆变电路的输出方波电压幅值为直流侧电压，本专利技术的输出方波电压幅值为直流侧电压的2倍，输出功率能力得到提高。负载电阻20欧姆，直流侧电压100V，逆变频率50KHz，仿真输出电压波形如图4所示，交流方波电压幅值为200V，输出功率是传统桥式逆变电路的两倍。4，适用于阻容性负载条件下，可实现开关管的零电流关断桥式逆变电路一般只适用于阻感性负载条件下，阻容性负载条件下，开关管换流过程中负载电容会经开关管形成短路放电回路，烧毁开关管。本专利技术的逆变电路可用于容性负载条件下，如图3所示，可实现开关管的零电流关断。如图3所示当负载电容C＝100nF，RL＝50欧姆，电感L1＝L2＝20mH,直流侧电源电压U＝100V，逆变频率f＝10KHz，仿真得到逆变输出电压波形如图5，和开关管的电压电流波形如图6。由于负载中有容性阻抗，输出电压波形不再是方波。图6是电路工作过程中开关管的电压电流波形，开关管导通时，开关管两端电压Vds＝0V，开关管关断时，开关管两端电压由0V逐渐升高。如图6所示，在开关管两端电压由0V上升之前，电流已经减为0A，即开关管实现了零电流关断。附图说明图1是单相桥式逆变电路图2是本专利技术的逆变电路基本拓扑图图3是本专利技术在阻容性负载条件下的改进逆变电路拓扑图图4是本专利技术在纯阻性负载条件下逆变电路输出电压的仿真波形图5是本专利技术在阻容性负载条件下逆变电路输出电压的仿真波形图6是本专利技术在阻容性负载条件下逆变电路开关管的电压电流波形具体实施方式现结合实施例、附图对本专利技术作进一步描述：当基本逆变电路拓扑如图2所示，U为直流侧恒定电压源，L1和L2为储能电感，Q1和Q2为开关管，RL为负载电阻，PWM1和PWM2分别为Q1和Q2的驱动信号，驱动信号为高电平时开关管开通，低电平时开关管关断，驱动信号PWM1和PWM2的相位相差180°。当PWM1为高电平，PWM2为低电平时，Q1管导通，Q2管关断，此时L1两端电压为U，电感L1储能，电感L2与负载电阻RL串联，流经负载电阻RL的电流为I2；当PWM1为低电平，PWM2为高电平时，Q1管关断，Q2管开通，此时电感L2两端电压为U，电感L2储能，流经负载电阻RL的电流为I1。当L1和L2的电感值足够大时，I1和I2在一个周期内的大小波动可忽略不计，视为恒定值。流经负载电阻RL的电流I1和I2方向相反，即开关管的一个开通关断周期内，RL两端电压呈正负方波变化，根据电感的伏秒定律，当驱动信号占空比为0.5时，RL两端方波电压幅值为±2U，即实现了直流到交流的逆变过程，同时输出交流电压幅值比传统的单相桥式逆变电路提升了1倍。因开关管Q1和Q2在不同的桥臂上，当Q1和Q2同时开通时，负载电阻两端输出电压为0V，不会产生短路的情况，因此驱动信号PWM1和PWM2之间不需要设计死区时间。当开关管Q1和Q2同时关断时，I1和I2瞬间减为0，由于电感L1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电压型高频逆变电路拓扑结构，其特征在于包括两个开关管Q1和Q2、以及两个储能电感L1和L2；两个开关管Q1和Q2以及两个储能电感L1和L2组成桥式结构，每个桥的上桥臂为储能电感，下桥臂为开关管；所述两个开关管Q1和Q2的驱动信号PWM1和PWM2的相位相差180°；所述两个开关管Q1和Q2相同；所述两个储能电感L1和L2相等。

【技术特征摘要】
1.一种电压型高频逆变电路拓扑结构，其特征在于包括两个开关管Q1和Q2、以及两个储能电感L1和L2；两个开关管Q1和Q2以及两个储能电感L1和L2组成桥式结构，每个桥的上桥臂为储能电感，下桥臂为开关管；所述两个开关管Q1和Q2的驱动信号PWM1和PWM2的相位相差180°；所述两个开关管Q1和Q2相同；所述两个储能电感L1和L2相等。2.根据权利要求1所述电压型高频逆变电路拓扑结构，其特征在于：当负载为容阻性负载时，将D1二极管与Q1开关管相串联，将D...

【专利技术属性】
技术研发人员：王尧，刘卫国，魏晨露，赵心滢，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61