一种高频隔离三电平逆变器制造技术

本发明专利技术提供一种高频隔离三电平逆变器，包括：连接的输入直流电源、分压电容、高频隔离Buck

【技术实现步骤摘要】
一种高频隔离三电平逆变器


[0001]本专利技术属于电力电子变换领域，尤其涉及一种高频隔离三电平逆变器。

技术介绍

[0002]直－交(DC
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AC)变换技术是应用功率半导体器件，将直流电能转换成恒压恒频交流电能的一种静止变流装置，供交流负载用电或与交流电网并网发电，广泛地应用于国防、工矿企业、科研院所和日常生活中。随着新能源的开发和利用，直－交(DC
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AC)变换技术在蓄电池、太阳能电池和燃料电池等其它新能源转化的电能变换成交流电能与电网并网发电中也有越来越多的应用。
[0003]迄今为止，国内外电力电子研究人员对于直－交变换器的研究，主要集中在非电气隔离式，而对于隔离式直－交变换器，主要集中在低频和高频电气隔离式两电平直－交变换器；对于多电平变换器的研究，主要集中在多电平直
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直、交
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交和交
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直变换器，对于多电平直－交变换器的研究则非常少，且仅仅局限于非隔离式、低频或中频隔离式多电平直－交变换器，对高频隔离式多电平两级功率变换的逆变器研究却比较少。
[0004]大功率电力电子器件的发展为多电平逆变装置的研究提供了技术支持。1977年德国学者Holtz首次提出了利用开关管来辅助中点箝位的三电平逆变器主电路，1980年日本的Akira Nabae教授等人对其进行了发展，提出了出了中点箝位逆变器(Neutral
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Point
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Clamped Inverter，NPC逆变器)。经过几十年的发展，多电平逆变技术目前主要有三类拓扑结构：(1)二极管箝位型逆变器、(2)飞跨电容箝位型逆变器、(3)具有独立直流电源的级联型逆变器。其中二极管箝位型、电容箝位型多电平逆变器适用于高输入电压大功率逆变器场合；具有独立直流电源的级联型多电平逆变器则适用于低输入、高输出电压大功率逆变场合。但是二极管箝位型、电容箝位型多电平多点平逆变技术存在拓扑形式单一、无电气隔离等缺陷；具有独立直流电源的级联型多电平逆变技术存在电路拓扑复杂输入侧功率因数低、变换效率偏低、功率密度低等缺陷。除此之外，其他类型的多电平拓扑结构基本都由这三类拓扑衍生而来。
[0005]Mr.ESPELAGE于1977年提出了高频链逆变技术的新概念。高频链逆变技术与常规的逆变技术最大的不同在于前者利用高频变压器实现输入与输出的电气隔离，减小了变压器的体积和重量。利用高频变压器代替传统低频环节逆变技术中的工频变压器，克服了低频逆变技术的缺点，显著提高了逆变器的特性，必将取代低频环节逆变器，得到广泛应用。随着航空科技和航空电子的快速发展，飞机二次电源必须向高功率密度、高效率和模块化方向发展；另外再生能源的开发利用中，适用于太阳能阵列与电网并联的逆变器和燃料电池逆变器以及不间断电源等逆变场合，高频环节逆变器都具有广泛的应用前景，特别是对逆变器的体积、重量有较高要求的逆变场合有更重要的应用前景。
[0006]自从高频逆变新技术的概念提出以来，围绕高频环节逆变技术，国内外学者做了大量的研究工作，取得了不少有价值的研究成果。1998年浙大黄敏超博士提出了全桥双向电流源高频链逆变器，该逆变器具有双向功率传输、拓扑结构简单、使用器件少、控制方案
简单、效率高、可靠性高以及良好的动态响应等优点。但是由于反激拓扑的限制及两电平电路本身的缺点，该逆变器开关管功率小，耐压能力低，只能在电压及功率较小的场合应用。

技术实现思路

[0007]为解决上述技术问题，本专利技术提出一种高频隔离三电平逆变器的技术方案，以解决上述技术问题。
[0008]本专利技术公开了一种高频隔离三电平逆变器；包括：
[0009]输入直流电源单元、分压电容、高频隔离Buck
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Boost型三电平变换单元、周波变换器、输出滤波器和输出交流负载；所述输入直流电源单元与所述分压电容的一端连接，得到两种电平，所述分压电容的另一端与所述高频隔离Buck
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Boost型三电平变换单元的一端连接，即所述两种电平输入到所述高频隔离Buck
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Boost型三电平变换单元得到三种电平，所述高频隔离Buck
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Boost型三电平变换单元的另一端与所述周波变换器的一端连接，所述周波变换器的另一端与所述输出滤波器的一端连接，所述输出滤波器的另一端与所述输出交流负载连接。
[0010]在一些实施例中，所述分压电容的具体电路结构包括：
[0011]第一分压电容(C1)和第二分压电容(C2)；所述第一分压电容(C1)的正极与所述输入直流电源单元的正极连接，所述第一分压电容(C1)的负极与所述第二分压电容(C2)的正极连接，所述第二分压电容(C2)的负极与所述输入直流电源单元的参考负极连接。
[0012]在一些实施例中，所述高频隔离Buck
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Boost型三电平变换单元的具体电路结构包括：
[0013]第一功率开关组件、第二功率开关组件、第三功率开关组件、第四功率开关组件、双向功率开关管和高频隔离变压器(T)；所述双向功率开关管由第五功率开关组件和第六功率开关组件串联构成；
[0014]所述一功率开关组件和第三功率开关组件的一端与所述第一分压电容(C1)的正极相连接，所述一功率开关组件的另一端与所述第二功率开关组件、双向功率开关管和高频隔离变压器(T)的第一原边绕组(N1)的一端连接，所述第三功率开关组件的另一端与所述第四功率开关组件的一端和高频隔离变压器(T)的第一原边绕组(N1)的另一端连接，所述第二功率开关组件和所述第四功率开关组件的另一端与所述第二分压电容(C2)的负极连接，所述双向功率开关管的另一端与所述第一分压电容(C1)的负极连接。
[0015]在一些实施例中，所述第一功率开关组件、第二功率开关组件、第三功率开关组件、第四功率开关组件、第五功率开关组件和第六功率开关组件的结构相同，都是由功率开关管和二极管并联组成。
[0016]在一些实施例中，所述高频隔离Buck
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Boost型三电平变换单元具体电路结构包括：
[0017]第一功率开关管(S1)、第一二极管(D1)、第二功率开关管(S2)、第二二极管(D2)、第三功率开关管(S3)、第三二极管(D3)、第四功率开关管(S4)、第四二极管(D4)、第五功率开关管(S5)、第五二极管(D5)、第六功率开关管(S6)、第六二极管(D6)、高频隔离变压器(T)第一原边绕组(N1)和高频隔离变压器(T)第二原边绕组(N2)；所述第一功率开关管(S1)的漏极和所述第三功率开关管(S3)的漏极与所述第一分压电容(C1)的正极相连接，所述第一
二极管(D1)和所述第三二极管(D3)分别反并联于所述第一功率开关管(S1)和所述第三功率开关管(S3)两端，即所述第一二极管(D1)的阴极与所述第一功率开关管(S1)的漏极连接，所述第一二极管(D1)的阳极与所述第一功率开关管(S1)的源极本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高频隔离三电平逆变器，其特征在于，所述逆变器包括：输入直流电源单元(1)、分压电容(2)、高频隔离Buck
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Boost型三电平变换单元(3)、周波变换器(4)、输出滤波器(5)和输出交流负载(6)；所述输入直流电源单元(1)与所述分压电容(2)的一端连接，得到两种电平，所述分压电容(2)的另一端与所述高频隔离Buck
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Boost型三电平变换单元(3)的一端连接，即所述两种电平输入到所述高频隔离Buck
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Boost型三电平变换单元(3)得到三种电平，所述高频隔离Buck
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Boost型三电平变换单元(3)的另一端与所述周波变换器(4)的一端连接，所述周波变换器(4)的另一端与所述输出滤波器(5)的一端连接，所述输出滤波器(5)的另一端与所述输出交流负载(6)连接。2.根据权利要求1所述的一种高频隔离三电平逆变器，其特征在于，所述分压电容(2)的具体电路结构包括：第一分压电容(C1)和第二分压电容(C2)；所述第一分压电容(C1)的正极与所述输入直流电源单元(1)的正极连接，所述第一分压电容(C1)的负极与所述第二分压电容(C2)的正极连接，所述第二分压电容(C2)的负极与所述输入直流电源单元(1)的参考负极连接。3.根据权利要求2所述的一种高频隔离三电平逆变器，其特征在于，所述高频隔离Buck
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Boost型三电平变换单元(3)的具体电路结构包括：第一功率开关组件(31)、第二功率开关组件(32)、第三功率开关组件(33)、第四功率开关组件(34)、双向功率开关管(SA)和高频隔离变压器(T)；所述双向功率开关管(SA)由第五功率开关组件(35)和第六功率开关组件(36)串联构成；所述第一功率开关组件(31)和第三功率开关组件(32)的一端与所述第一分压电容(C1)的正极相连接，所述第一功率开关组件(31)的另一端与所述第二功率开关组件(32)、双向功率开关管(SA)和高频隔离变压器(T)的第一原边绕组(N1)的一端连接，所述第三功率开关组件(32)的另一端与所述第四功率开关组件(34)的一端和高频隔离变压器(T)的第一原边绕组(N1)的另一端连接，所述第二功率开关组件(32)和所述第四功率开关组件(34)的另一端与所述第二分压电容(C2)的负极连接，所述双向功率开关管(SA)的另一端与所述第一分压电容(C1)的负极连接。4.根据权利要求3所述的一种高频隔离三电平逆变器，其特征在于，所述第一功率开关组件(31)、第二功率开关组件(32)、第三功率开关组件(33)、第四功率开关组件(34)、第五功率开关组件(35)和第六功率开关组件(36)的结构相同，都是由功率开关管和二极管并联组成。5.根据权利要求4所述的一种高频隔离三电平逆变器，其特征在于，所述高频隔离Buck
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Boost型三电平变换单元(3)具体电路结构包括：第一功率开关管(S1)、第一二极管(D1)、第二功率开关管(S2)、第二二极管(D2)、第三功率开关管(S3)、第三二极管(D3)、第四功率开关管(S4)、第四二极管(D4)、第五功率开关管(S5)、第五二极管(D5)、第六功率开关管(S6)、第六二极管(D6)、高频隔离变压器(T)第一原边绕组(N1)和高频隔离变压器(T)第二原边绕组(N2)；所述第一功率开关管(S1)的漏极和所述第三功率开关管(S3)的漏极与所述第一分压电容(C1)的正极相连接，所述第一二极管(D1)和所述第三二极管(D3)分别反并联于所述第一功率开关管(S1)和所述第三功率开关管(S3)两端，即所述第一二极管(D1)的阴极与所述第一功率开关管(S1)的漏极连接，所述第一二极管(D1)的阳极与所述第一功率开关管(S1)的源极连接，所述第三二极管(D3)的
阴极与所述第三功率开关管(S3)的漏极连接，所述第三二极管(D3)的阳极与所述第三功率开关管(S3)的源极连接，所述第一功率开关管(S1)的源极和所述高频隔离变压器(T)第一原边绕组(N1)的同名端连接，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：凌兵，顾燕丰，李磊，
申请(专利权)人：江苏华成协弘科技有限公司，
类型：发明
国别省市：