半周期工作的单电感双降压式半桥逆变器及其控制方法技术

半周期工作的单电感双降压式半桥逆变器及其控制方法，属逆变器及其控制方法。由电源电路、降压电路、输出滤波电路依次连接组成。其中电源电路包括第一、第二直流电源，降压电路包括第一、第二降压电路，第一降压电路包括第一功率开关管、第一寄生体二极管、第一阻断二极管和第一续流二极管，第二降压电路包括第二功率开关管、第二寄生体二极管、第二阻断二极管和第二续流二极管，输出滤波电路包括输出滤波电感和输出滤波电容。所述控制方法是通过电压电流双环调节器得到功率开关管的高低电平驱动信号，实现半周期工作。本发明专利技术逆变器的体积小、重量轻、无偏置电流、波形失真小、效率高。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种电能转换装置中的逆变器及其控制方法，尤其涉及一种半 周期工作的单电感双降压式半桥逆变器及其控制方法。
技术介绍
随着高频功率器件的发展，逆变器的开关频率大幅提高，航空电源、UPS系统、以及高性能电机驱动等交流电源的发展，都对逆变器的性能提出了更高 的要求，在实现逆变器高频化及高效率的同时如何进一步提高功率功率密度， 也成了当前研究的关键问题。自从双降压式半桥逆变器及其控制方法提出后， 以其新颖的电路结构，具有无直通、无死区时间、开关损耗低等优点而得到丫 大量的研究和应用。如2007年7月25日公布的公开号为CN101005245A的专利技术半周控制单极 性双降压式逆变器，揭露一种双电感双降压式半桥逆变器。但由于要使用两只 滤波电感，体积庞大。在实际应用中特别是在高压低频场合的滤波器，其体积 和重量较大，限制了其广泛应用。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是在双降压式逆变电路的基础上提出一种半周期 工作的单电感双降压式半桥逆变器及其控制方法。一种半周期工作的单电感双降压式半桥逆变器，由电源电路、降压电路、 输出滤波电路依次连接组成，其中电源电路包括两个相同的直流电源即第一直 流电源、第二直流电源，第一直流电源的负极和第二直流电源的正极连接后接 地；降压电路包括第一降压电路和第二降压电路，其中第一降压电路包括第一 功率开关管、第一寄生体二极管、第一阻断二极管和第一续流二极管，第一功 率开关管的漏极与第一寄生体二极管的阴极连接后构成第一降压电路的输入 端，第一功率开关管的源极与第一寄生体二极管的阳极和第一阻断二极管阳极 连接，第一阻断二极管阴极与第一续流二极管阴极相连接后构成第一降压电路 的输出端，第二降压电路包括第二功率开关管、第二寄生体二极管、第二阻断 二极管和第二续流—极管，第二功率开关管的源极与第二寄生体二极管的阳极 相连后构成第二降压电路的输入端，第二功率开关管的漏极与第二寄生体二极 管的阴极和第二阻断二极管的阴极连接，第二阻断二极管的阳极与第二续流二 极管的阳极相连后构成第二降压电路的输出端，第一降压电路的输入端与第二 续流二极管的阴极和第一直流电源的正极连接，第一降压电路的输出端与第二 降压电路的输出端连接，第二降压电路的输入端与第一续流二极管的阳极和第二直流电源的负极连接；输出滤波电路包括输出滤波电感和输出滤波电容，其 中滤波电感正端接第二降压电路的输出端，输出滤波电感的负端与输出滤波电 容的正端连接，输出滤波电容的负端接地。本专利技术为一种半周期工作的单电感双降压式半桥逆变器，电感体积与原双 降压式逆变器相比大大减小，从而减小丫整个电路的体积和重量，滤波电感为 双向磁化，提高了磁芯的利用率。电路工作于半周期模式，控制实现简单，无 偏置电流产生，开关管和二极管可分别得到优化。保留了原双降压式逆变器， 从而波形失真小，效率高。附图说明图1:本专利技术半周期工作的单电感双降压式半桥逆变器主电路拓扑原理图； 图2:本专利技术半周期工作的单电感双降压式半桥逆变器输出滤波电感电流大 于零Gl>0)时的各开关状态对应的各开关模态示意图3:本专利技术半周期工作的单电感双降压式半桥逆变器输出滤波电感电流小 于零(ifO)时的各开关状态对应的各开关模态示意图； 图4:本专利技术半周期工作的单电感双降压式半桥逆变器的控制框图； 图5:本专利技术电流半周期工作控制的理想驱动波形图6:本专利技术半周期工作的单电感双降压式半桥逆变器的主要波形仿真示意圉p图中的主要符号名称Udl、 Ud2—分别为第一直流电源和第二直流电源，S。 S2—分别为第一功率开关管和第二功率开关管，Ugsl…第一开功率关管的驱动波形，Ugs2—第二功率开关管驱动波形，Dt、 Dr-分别为第一续流二极管和第 二续流二极管，D3、 D4-—分别为第一阻断二极管和第二阻断二极管，L—-输出滤 波电感，Cf —输出滤波电容，DS1、 DS2—分别为第一寄生体二极管和第二寄生 体二极管，iL—输出滤波电感电流，Ue---电压环输出电压，vo—输出电压，Ur-基准正弦波电压，R—负载，io--负载电流。具体实施例方式如图1所示， 一种半周期工作的单电感双降压式半桥逆变器，其特征在于由电源电路l、降压电路2、输出滤波电路3依次连接组成，其中电源电路l包 括两个相同的直流电源即第一直流电源Un、第二直流电源Ud2，第一直流电源 Udl的负极和第二直流电源Ud2的正极连接后接地；降压电路2包括第一降压电 路21和第二降压电路22，其中第一降压电路21包括第一功率开关管S,、第一 寄生体二极管Ds,、第一阻断二极管D3和第一续流二极管Dp第一功率开关管 S,的漏极与第一寄生体二极管Dw的阴极连接后构成第一降压电路21的输入端， 第一功率开关管S,的源极与第一寄生体二极管DS1的阳极和第一阻断二极管D3 阳极连接，第一阻断二极管D3阴极与第一续流二极管D,阴极相连接后构成第一 降压电路21的输出端，第二降压电路22包括第二功率开关管S2、第二寄生体二极管Ds2、第二阻断二极管D4和第二续流二极管D2，第二功率开关管S2的源极与第二寄生体二极管Ds2的阳极相连后构成第二降压电路22的输入端，第二 功率开关管S2的漏极与第二寄生体二极管DS2的阴极和第二阻断二极管D4的阴 极连接，第二阻断二极管D4的阳极与第二续流二极管D2的阳极相连后构成第二 降压电路22的输出端，第一降压电路21的输入端与第二续流二极管D2的阴极 和第一直流电源Un的正极连接，第一降压电路21的输出端与第二降压电路22 的输出端连接，第二降压电路22的输入端与第一续流二极管A的阳极和第二 直流电源Ud2的负极连接；输出滤波电路3包括输出滤波电感L和输出滤波电容 Cf，其中滤波电感L正端接第二降压电路22的输入端，输出滤波电容Cf的正端 与输出滤波电感L的负端连接，输出滤波电容Cf的负端接地。负载R和输出滤 波电容Cf并联。在输出滤波电感电流iL大于零的正半周期，第一功率开关管S，、第一阻断 二极管D;和第一续流二极管Di交替工作，第二功率开关管S2、第二阻断二极 管D4和第二续流二极管D2不工作，此时电路包括两个工作模态(1) 工作模态I:如图2 (a)所示，第一功率开关管Si和第一阻断二极管D3导通，第一续流二极管^及第二功率开关管S2均关断，输出滤波电感电流iL线性上升，逆变器输出电平(滤波前)为+Ud， Ud为第一直流电源Un或第二直流电源Ud2的电 源电压值。此时，第一、第二续流二极管Dp D2的电压应力均为负值，从而保 证了可靠关断。这个模态一直持续到第功率开关管Si关断，然后进入到工作 模态II。(2) 工作模态II:如图2 (b)所示，第一续流二极管Di进入续流状态，其它所有功率开关管 及二极管均关断，输出滤波电感电流L线性下降，逆变器输出电平(滤波前) 为-Ud。此时，第二续流二极管D2的电压应力为-2Ud，从而可靠地关断，同样，第二阻断二极管D4保证了第二功率开关管S2体二极管不工作。这个开关模态一直持续到第一功率开关管S、开通，然后又进入到工作模态I。在输出滤波电感电流小于零的负半周期，第二功率开关管S2、第二阻断二 极管D4和第二续流二极管D2交替工作，第一功率开关管S^本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半周期工作的单电感双降压式半桥逆变器，其特征在于：由电源电路（１）、降压电路（２）、输出滤波电路（３）依次连接组成，其中电源电路（１）包括两个相同的直流电源即第一直流电源（Ｕ↓［ｄ１］）、第二直流电源（Ｕ↓［ｄ２］），第一直流电源（Ｕ↓［ｄ１］）的负极和第二直流电源（Ｕ↓［ｄ２］）的正极连接后接地；降压电路（２）包括第一降压电路（２１）和第二降压电路（２２），其中第一降压电路（２１）包括第一功率开关管（Ｓ↓［１］）、第一寄生体二极管（Ｄ↓［Ｓ１］）、第一阻断二极管（Ｄ↓［３］）和第一续流二极管（Ｄ↓［１］），第一功率开关管（Ｓ↓［１］）的漏极与第一寄生体二极管（Ｄ↓［Ｓ１］）的阴极连接后构成第一降压电路（２１）的输入端，第一功率开关管（Ｓ↓［１］）的源极与第一寄生体二极管（Ｄ↓［Ｓ１］）的阳极和第一阻断二极管（Ｄ↓［３］）阳极连接，第一阻断二极管（Ｄ↓［３］）阴极与第一续流二极管（Ｄ↓［１］）阴极相连接后构成第一降压电路（２１）的输出端，第二降压电路（２２）包括第二功率开关管（Ｓ↓［２］）、第二寄生体二极管（Ｄ↓［Ｓ２］）、第二阻断二极管（Ｄ↓［４］）和第二续流二极管（Ｄ↓［２］），第二功率开关管（Ｓ↓［２］）的源极与第二寄生体二极管（Ｄ↓［Ｓ２］）的阳极相连后构成第二降压电路（２２）的输入端，第二功率开关管（Ｓ↓［２］）的漏极与第二寄生体二极管（Ｄ↓［Ｓ２］）的阴极和第二阻断二极管（Ｄ↓［４］）的阴极连接，第二阻断二极管（Ｄ↓［４］）的阳极与第二续流二极管（Ｄ↓［２］）的阳极相连后构成第二降压电路（２２）的输出端，第一降压电路（２１）的输入端与第二续流二极管（Ｄ↓［２］）的阴极和第一直流电源（Ｕ↓［ｄ１］）的正极连接，第一降压电路（２１）的输出端与第二降压电路（２２）的输出端连接，第二降压电路（２２）的输入端与第一续流二极管（Ｄ↓［１］）的阳极和第二直流电源（Ｕ↓［ｄ２］）的负极连接；输出滤波电路（３）包括输出滤波电感（Ｌ）和输出滤波电容（Ｃ↓［ｆ］），其中滤波电感（Ｌ）正端接第二降压电路（２２）的输出端，输出滤波电容（Ｃ↓［ｆ］）的正端与输出滤波电感（Ｌ）的负端连接，输出滤波电容（Ｃ↓［ｆ］）的负端接地。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈小刚，王慧贞，龚春英，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：84[中国|南京]