复合式三电平双降压式逆变器及其控制方法和系统技术方案

本发明专利技术公开了一种复合式三电平双降压式逆变器及其控制方法和系统，包括直流电压源Vcc、支撑电容C1、支撑电容C2、功率开关管S1、功率开关管S2、功率开关管S3、功率开关管S4、功率开关管S5、功率开关管S6、功率二极管D1、功率二极管D2、功率二极管D3、功率二极管D4、功率二极管D5、功率二极管D6、滤波电感L

【技术实现步骤摘要】
复合式三电平双降压式逆变器及其控制方法和系统


[0001]本专利技术涉及逆变器
，尤其涉及一种复合式三电平双降压式逆变器及其控制方法和系统。

技术介绍

[0002]现有技术中的复合式三电平桥式逆变器如图1所示，它是由1个三电平桥臂和1个两电平桥臂组合而成的，比起两个桥臂都采用三电平而言，其控制简单，容易实现，适合于中小功率场合的单相逆变器。
[0003]然而，由于该复合式三电平桥式逆变器是桥式结构，同桥臂的开关管均存在桥臂直通的问题，需设置死区时间，而死区的引入会增加并网电流谐波含量，降低逆变器的电能质量，此外，由于桥式逆变器开关管体二极管参与了续流，反向恢复损耗高，可靠性较低。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种复合式三电平双降压式逆变器及其控制方法和系统，解决现有技术中复合式三电平桥式逆变器会增加并网电流谐波含量，降低逆变器的电能质量以及反向恢复损耗高，可靠性较低的问题。
[0005]本专利技术通过下述技术方案实现：
[0006]复合式三电平双降压式逆变器，该逆变器由直流电压源Vcc、支撑电容C1、支撑电容C2、功率开关管S1、功率开关管S2、功率开关管S3、功率开关管S4、功率开关管S5、功率开关管S6、功率二极管D1、功率二极管D2、功率二极管D3、功率二极管D4、功率二极管D5、功率二极管D6、滤波电感L
a1
、滤波电感L
a2
、滤波电感L和滤波电容C
f
以及负载电阻R组成；
[0007]其中，所述支撑电容C1的一端与所述直流电压源Vcc的正极连接，所述支撑电容C1的另一端与所述支撑电容C2的一端连接，所述支撑电容C2的另一端与所述直流电压源Vcc的负极连接；
[0008]所述功率开关管S1的集电极与所述直流电压源Vcc的正极连接，所述功率开关管S1的发射极与所述功率二极管D1的阳极连接，所述功率二极管D1的阴极与所述滤波电感L
a1
的一端连接，所述滤波电感L
a1
的另一端与所述功率开关管S2的集电极连接，所述功率开关管S2的发射极与所述功率开关管S3的集电极连接，所述功率开关管S3的发射极与所述功率开关管S4的集电极连接，所述功率开关管S4的发射极与所述直流电压源Vcc的负极连接；
[0009]所述功率二极管D6的阳极与所述功率二极管D1的阴极连接，所述功率二极管D6的阴极与所述功率开关管S1的集电极连接；所述功率二极管D5的阳极与所述功率开关管S3的发射极连接，所述功率二极管D5的阴极与所述功率二极管D4的阳极连接，所述功率二极管D4的阴极与所述功率开关管S2的集电极连接；
[0010]所述功率开关管S5的集电极与所述功率开关管S1的集电极连接，所述功率开关管S5的发射极与所述功率二极管D2的阳极连接，所述功率二极管D2的阴极与所述滤波电感L
a2
的一端连接，所述滤波电感L
a2
的另一端与所述功率开关管S6的集电极连接，所述功率开关
管S6的发射极与所述功率开关管S4的发射极连接；
[0011]所述滤波电感L的一端与所述功率开关管S2的发射极连接，所述滤波电感L的另一端与所述负载电阻R的一端连接，所述负载电阻R的另一端与所述功率二极管D2的阴极连接；
[0012]所述滤波电容C
f
的一端与所述功率开关管S2的发射极连接，所述滤波电容C
f
的另一端与所述功率二极管D2的阴极连接；
[0013]所述功率二极管D3的阳极与所述功率开关管S6的集电极连接，所述功率二极管D3的阴极与所述功率开关管S5的集电极连接。
[0014]另一方面，本专利技术还提出了一种上述复合式三电平双降压式逆变器的控制方法，该方法包括：
[0015]通过电压外环电路获取电压外环给定值U
ref
与直流电压源Vcc的电压信号u
dc
的偏差信号；
[0016]通过所述偏差信号获取负载电流的参考信号；
[0017]根据所述负载电流与其参考信号的偏差值，得到调制信号u
c
；
[0018]采用单极性双载波调制方法将调制信号u
c
转换为所述逆变器中功率开关管的驱动信号，从而实现所述逆变器的工作模态控制。
[0019]优选地，所述逆变器的工作模态控制包括：当检测到桥臂输出电流i>0时，控制所述功率开关管S1、所述功率开关管S2以及所述功率开关管S6导通，所述功率开关管S3、所述功率开关管S4以及所述功率开关管S5关断，则所述直流电压源Vcc、所述支撑电容C1和所述支撑电容C2形成正向充电回路，对所述支撑电容C1和所述支撑电容C2充电；所述功率开关管S1、所述功率二极管D1、所述滤波电感L
a1
、所述功率开关管S2、所述滤波电感C
f
、所述滤波电感L
a2
、所述功率开关管S6、所述支撑电容C1以及所述支撑电容C2形成正向充电回路，对所述滤波电容C
f
充电；同时，所述滤波电容C
f
对所述滤波电感L和所述负载电阻R供电。
[0020]优选地，所述逆变器的工作模态控制包括：当检测到桥臂输出电流i>0时，控制所述功率开关管S2、所述功率开关管S3以及所述功率开关管S6导通，所述功率开关管S1、所述功率开关管S4以及所述功率开关管S5关断，则所述滤波电容C
f
、所述滤波电感L
a2
、所述功率开关管S6、所述支撑电容C2、所述功率二极管D4以及所述功率开关管S2形成正向放电回路，输出端向所述支撑电容C2回馈能量；同时所述滤波电容C
f
向所述负载电阻R和滤波电感L供电。
[0021]优选地，所述逆变器的工作模态控制包括：当检测到桥臂输出电流i>0时，控制所述功率开关管S3、所述功率开关管S4以及所述功率开关管S6导通，所述功率开关管S1、所述功率开关管S2以及所述功率开关管S5关断，则所述直流电压源V
cc
对所述支撑电容C1与所述支撑电容C2充电，所述滤波电容C
f
、所述滤波电感L
a2
、所述功率开关管S6、所述功率开关管S4以及所述功率开关管S3形成正向续流回路；同时所述滤波电容C
f
、所述滤波电感L和所述负载电阻R构成正向放电，所述滤波电容C
f
向所述滤波电感L和所述负载电阻R供电。
[0022]优选地，所述逆变器的工作模态控制包括：当检测到桥臂输出电流i<0时，控制所述功率开关管S3、所述功率开关管S4以及所述功率开关管S5导通，所述功率开关管S1、所述功率开关管S2以及所述功率开关管S6关断，则所述直流电压源V
cc
对所述支撑电容C1与所述支撑电容C2充电，所述滤波电容C...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.复合式三电平双降压式逆变器，其特征在于，该逆变器由直流电压源Vcc、支撑电容C1、支撑电容C2、功率开关管S1、功率开关管S2、功率开关管S3、功率开关管S4、功率开关管S5、功率开关管S6、功率二极管D1、功率二极管D2、功率二极管D3、功率二极管D4、功率二极管D5、功率二极管D6、滤波电感L
a1
、滤波电感L
a2
、滤波电感L和滤波电容C
f
以及负载电阻R组成；其中，所述支撑电容C1的一端与所述直流电压源Vcc的正极连接，所述支撑电容C1的另一端与所述支撑电容C2的一端连接，所述支撑电容C2的另一端与所述直流电压源Vcc的负极连接；所述功率开关管S1的集电极与所述直流电压源Vcc的正极连接，所述功率开关管S1的发射极与所述功率二极管D1的阳极连接，所述功率二极管D1的阴极与所述滤波电感L
a1
的一端连接，所述滤波电感L
a1
的另一端与所述功率开关管S2的集电极连接，所述功率开关管S2的发射极与所述功率开关管S3的集电极连接，所述功率开关管S3的发射极与所述功率开关管S4的集电极连接，所述功率开关管S4的发射极与所述直流电压源Vcc的负极连接；所述功率二极管D6的阳极与所述功率二极管D1的阴极连接，所述功率二极管D6的阴极与所述功率开关管S1的集电极连接；所述功率二极管D5的阳极与所述功率开关管S3的发射极连接，所述功率二极管D5的阴极与所述功率二极管D4的阳极连接，所述功率二极管D4的阴极与所述功率开关管S2的集电极连接；所述功率开关管S5的集电极与所述功率开关管S1的集电极连接，所述功率开关管S5的发射极与所述功率二极管D2的阳极连接，所述功率二极管D2的阴极与所述滤波电感L
a2
的一端连接，所述滤波电感L
a2
的另一端与所述功率开关管S6的集电极连接，所述功率开关管S6的发射极与所述功率开关管S4的发射极连接；所述滤波电感L的一端与所述功率开关管S2的发射极连接，所述滤波电感L的另一端与所述负载电阻R的一端连接，所述负载电阻R的另一端与所述功率二极管D2的阴极连接；所述滤波电容C
f
的一端与所述功率开关管S2的发射极连接，所述滤波电容C
f
的另一端与所述功率二极管D2的阴极连接；所述功率二极管D3的阳极与所述功率开关管S6的集电极连接，所述功率二极管D3的阴极与所述功率开关管S5的集电极连接。2.如权利要求1所述的复合式三电平双降压式逆变器的控制方法，其特征在于，该方法包括：通过电压外环电路获取电压外环给定值U
ref
与直流电压源Vcc的电压信号u
dc
的偏差信号；通过所述偏差信号获取负载电流的参考信号；根据所述负载电流与其参考信号的偏差值，得到调制信号u
c
；采用单极性双载波调制方法将调制信号u
c
转换为所述逆变器中功率开关管的驱动信号，从而实现所述逆变器的工作模态控制。3.根据权利要求2所述的控制方法，其特征在于，所述逆变器的工作模态控制包括：当检测到桥臂输出电流i>0时，控制所述功率开关管S1、所述功率开关管S2以及所述功率开关管S6导通，所述功率开关管S3、所述功率开关管S4以及所述功率开关管S5关断，则所述直流电压源Vcc、所述支撑电容C1和所述支撑电容C2形成正向充电回路，对所述支撑电容C1和所述支撑电容C2充电；所述功率开关管S1、所述功率二极管D1、所述滤波电感L
a1
、所述功率开关
管S2、所述滤波电感C
f
、所述滤波电感L
a2
、所述功率开关管S6、所述支撑电容C1以及所述支撑电容C2形成正向充电回路，对所述滤波电容C
f
充电；同时，所述滤波电容C
f
对所述滤波电感L和所述负载电阻R供电。4.根据权利要求2所述的控制方法，其特征在于，所述逆变器的工作模态控制包括：当检测到桥臂输出电流i>0时，控制所述功率开关管S2、所述功率开关管S3以及所述功率开关管S6导通，所述功率开关管S1、所述功率开关管S4以及所述功率开关管S5关断，则所述滤波电容C
f
、所述滤波电感L
a2
、所述功率开关管S6、所述支撑电容C2、所述功率二极管D4以及所述功率开关管S2形成正向放电回路，输出端向所述支撑电...

【专利技术属性】
技术研发人员：代云中，李泓廷，鲁庆东，罗钟雨，游元庆，刘勇，屈珣，刘健洋，林虹宇，梅清洪，张鑫坤，彭宇峰，程健钊，曹竞，
申请(专利权)人：宜宾职业技术学院，
类型：发明
国别省市：