单级单相大升压比级联电压型准阻抗源变换器制造技术

一种单级单相大升压比级联电压型准阻抗源变换器电路结构，是由输入直流电源或单相交流电源、大升压比阻抗网络、高频组合调制开关、滤波器、单相交流负载或直流负载依序级联构成；所述的大升压比阻抗网络是由储能电感和依序级联的n个相同的SLCC型二端口阻抗网络单元串联构成，其中n为大于1的自然数；每个SLCC型二端口阻抗网络单元，是由一个功率二极管或一个四象限功率开关、一个储能电感、两个储能电容构成；所述的高频组合调制开关是由两象限功率开关或四象限功率开关构成。这种变换器能将不稳定的宽变化范围低压直流电或单相交流电单级高效变换成稳定、优质的单相正弦交流电或直流电，适用于中小容量电能变换场合。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术所涉及的一种单级单相大升压比级联电压型准阻抗源变换器，属电力电子技术。
技术介绍
变换器是应用功率半导体器件将直流电或交流电变换成交流电或直流电的一种静止变流装置，供交流负载(包括与交流电网并网发电)或直流负载使用。由于石油、煤和天然气等化石能源(不可再生能源)日益紧张、环境污染严重、全球变暖、核能生产会产生核废料和污染环境等原因，能源和环境已成为21世纪人类所面临的重大问题。太阳能、风能、氢能、潮汐能和地热能等可再生能源(绿色能源)，具有清洁无污染、廉价、可靠、丰富等优点，其开发和利用越来越受到人们的重视，这对世界各国经济的持续发展具有相当重要的意义。太阳能、氢能、潮汐能、地热能等可再生能源转化的直流电能通常是不稳定的，需要采用DC-AC变换器或DC-DC变换器将其变换成交流电能或直流电能供给负载使用(包括与交流电网并网发电)；风能等可再生能源转化的交流电能通常是变压变频的交流电，需要采用AC-DC变换器将其变换成直流电能供负载使用(如逆变器负载)；交流发电机等一次电源产生的不稳定交流电，需要采用AC-AC变换器将其变换成同频恒压的交流电能供给交流负载使用。在以直流发电机、蓄电池、太阳能电池、燃料电池、风力机、交流发电机等为主直流、主交流电源的变换场合，逆变器、直流变换器、整流器和交流变换器具有广泛的应用前景。目前，中小容量DC-AC变换场合通常采用传统的单相电压型PWM逆变器电路结构。这类逆变器正常工作时必须满足直流侧电压大于交流侧相电压的峰值，故存在一个明显的缺陷当直流侧电压(如光伏电池输出能力)降低时，如阴雨天或夜晚，整个发电系统将难以正常运行，系统的利用率下降。对此，常采用如下两种方法来解决(1)前级加Boost型直流变换器或高频隔离型DC-DC变换器，增加了功率变换级数、电路复杂性、损耗和成本；(2)输出加单相工频变压器，大大增加了系统的体积、重量和成本，难以适应铜铁原材料价格急剧上涨的今天。目前，中小容量DC-DC、AC-DC, AC-AC变换场合通常也是采用传统的PWM变换器电路结构，同样存在桥臂功率器件需设置死区或重叠时间、可靠性和输出波形质量低、升压比不够大(非隔离型)、系统的体积重量大和成本高(输入或输出加单相工频变压器)等缺陷。因此，寻求一种桥臂无须设死区时间、高可靠性、单级电路结构的新型单相大升压比级联电压型准阻抗源变换器已迫在眉睫。这对于有效地克服传统PWM变换器存在的桥臂须设死区时间、升压比不够大(非隔离型)、系统的体积重量大和成本高(输入或输出加单相工频变压器)等缺陷，提高变换系统的输出波形质量、可靠性和降低输入侧EMI，拓宽电力电子学变换技术和可再生能源发电技术理论，推动新能源发电产业的发展以及发展节能型与节约型社会均具有重要的意义。
技术实现思路
本专利技术目的是要提供一种具有大升压比、单级功率变换、功率密度高、变换效率高、输出波形质量高、可靠性高、输入电压变化范围宽、成本低、适用于中小容量变换场合等特点的单级单相大升压比级联电压型准阻抗源变换器。本专利技术的技术方案I在于一种单级单相大升压比级联电压型准阻抗源变换器，是由输入直流电源、大升压比阻抗网络、单相高频组合调制开关、单相滤波器和单相交流负载依序级联构成；所述的大升压比阻抗网络是由储能电感Ltl和依序级联的η个相同的SLCC型二端口阻抗网络单元串联构成，其中η为大于I的自然数；每个SLCC型二端口阻抗网络单元，是由一个功率二极管1、一个储能电感Lp两个储能电容q和C/构成，功率二极管Sj的阴极与储能电感Lj的一端、储能电容Cj的正极性端相连接,储能电感Lj的另一端、功率二极管S」的阳极分别与储能电容C/的正、负极性端相连接，储能电容的负极性端与输入直流电源的负极性端连接成公共端，功率二极管S」与储能电容C/的连接端和储能电容&的公共端构成了第j个SLCC型二端口阻抗网络单元的输入端口，储能电感h与储能电容C/的连接端和储能电容&的公共端构成了第j个SLCC型二端口阻抗网络单元的输出端口，功率二极管S1与储能电容C1,的连接端和输入直流电源正极性端之间串联有储能电感U，其中j为不大于η的自然数；所述的单相高频组合调制开关是由四个承受单向电压应力和双向电流应力的两象限功率开关构成。本专利技术的技术方案2在于一种单级单相大升压比级联电压型准阻抗源变换器，是由输入直流电源、大升压比阻抗网络、高频组合调制开关、滤波器和直流负载依序级联构成；所述的大升压比阻抗网络是由储能电感Ltl和依序级联的η个相同的SLCC型二端口阻抗网络单元串联构成，其中η为大于I的自然数；每个SLCC型二端口阻抗网络单元，是由一个功率二极管Sp—个储能电感Lp两个储能电容&和C/构成，功率二极管S」的阴极与储能电感h的一端、储能电容的正 极性端相连接，储能电感h的另一端、功率二极管Sj的阳极分别与储能电容C/的正、负极性端相连接，储能电容G的负极性端与输入直流电源的负极性端连接成公共端，功率二极管I与储能电容C/的连接端和储能电容的公共端构成了第j个SLCC型二端口阻抗网络单元的输入端口，储能电感Lj与储能电容Cj,的连接端和储能电容Cj的公共端构成了第j个SLCC型二端口阻抗网络单元的输出端口，功率二极管S1与储能电容C1'的连接端和输入直流电源正极性端之间串联有储能电感U，其中j为不大于η的自然数；所述的高频组合调制开关是由一个承受单向电压应力和双向电流应力的两象限功率开关构成。本专利技术的技术方案3在于一种单级单相大升压比级联电压型准阻抗源变换器，是由输入单相交流电源、大升压比阻抗网络、单相高频组合调制开关、滤波器和直流负载依序级联构成；所述的大升压比阻抗网络是由储能电感Ltl和依序级联的η个相同的SLCC型二端口阻抗网络单元串联构成，其中η为大于I的自然数；每个SLCC型二端口阻抗网络单元，是由一个四象限功率开关Sp—个储能电感Lp两个储能电容&和C/构成，四象限功率开关I的一端与储能电感h的一端、储能电容的一端相连接，四象限功率开关I的另一端、储能电感h的另一端分别与储能电容C/的两端相连接，储能电容&的另一端与输入单相交流电源的参考负极性端连接成公共端，四象限功率开关S」与储能电容C/的连接端和储能电容&的公共端构成了第j个SLCC型二端口阻抗网络单元的输入端口，储能电感Lj与储能电容C/的连接端和储能电容&的公共端构成了第j个SLCC型二端口阻抗网络单元的输出端口，四象限功率开关S1与储能电容C/的连接端和输入单相交流电源的参考正极性端之间串联有储能电感U，其中j为不大于η的自然数；所述的单相高频组合调制开关是由四个承受单向电压应力和双向电流应力的两象限功率开关构成。本专利技术的技术方案4在于一种单级单相大升压比级联电压型准阻抗源变换器，是由输入单相交流电源、大升压比阻抗网络、单相高频组合调制开关、单相滤波器和单相交流负载依序级联构成；所述的大升压比阻抗网络是由储能电感Ltl和依序级联的η个相同的SLCC型二端口阻抗网络单元串联构成，其中η为大于I的自然数；每个SLCC型二端口阻抗网络单元，是由一个四象限功率开关S」、一个储能电感Lp两个储能电容Cj和C/构成，四象限功率开关S」本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种单级单相大升压比级联电压型准阻抗源变换器，其特征在于：这种变换器电路结构是由输入直流电源、大升压比阻抗网络、单相高频组合调制开关、单相滤波器和单相交流负载依序级联构成；所述的大升压比阻抗网络是由储能电感L0和依序级联的n个相同的SLCC型二端口阻抗网络单元串联构成，其中n为大于1的自然数；每个SLCC型二端口阻抗网络单元，是由一个功率二极管Sj、一个储能电感Lj、两个储能电容Cj和Cj′构成，功率二极管Sj的阴极与储能电感Lj的一端、储能电容Cj的正极性端相连接，储能电感Lj的另一端、功率二极管Sj的阳极分别与储能电容Cj′的正、负极性端相连接，储能电容Cj的负极性端与输入直流电源的负极性端连接成公共端，功率二极管Sj与储能电容Cj′的连接端和储能电容Cj的公共端构成了第j个SLCC型二端口阻抗网络单元的输入端口，储能电感Lj与储能电容Cj′的连接端和储能电容Cj的公共端构成了第j个SLCC型二端口阻抗网络单元的输出端口，功率二极管S1与储能电容C1′的连接端和输入直流电源正极性端之间串联有储能电感L0，其中j为不大于n的自然数；所述的单相高频组合调制开关是由四个承受单向电压应力和双向电流应力的两象限功率开关构成。...

【技术特征摘要】
1.一种单级单相大升压比级联电压型准阻抗源变换器，其特征在于这种变换器电路结构是由输入直流电源、大升压比阻抗网络、单相高频组合调制开关、单相滤波器和单相交流负载依序级联构成；所述的大升压比阻抗网络是由储能电感Ltl和依序级联的η个相同的SLCC型二端口阻抗网络单元串联构成，其中η为大于I的自然数；每个SLCC型二端口阻抗网络单元，是由一个功率二极管S」、一个储能电感Lj、两个储能电容Cj和C/构成，功率二极管Sj的阴极与储能电感Lj的一端、储能电容Cj的正极性端相连接,储能电感Lj的另一端、功率二极管I的阳极分别与储能电容C/的正、负极性端相连接，储能电容的负极性端与输入直流电源的负极性端连接成公共端，功率二极管S」与储能电容C/的连接端和储能电容&的公共端构成了第j个SLCC型二端口阻抗网络单元的输入端口，储能电感Lj与储能电容C/的连接端和储能电容&的公共端构成了第j个SLCC型二端口阻抗网络单元的输出端口，功率二极管S1与储能电容C1,的连接端和输入直流电源正极性端之间串联有储能电感U，其中j为不大于η的自然数；所述的单相高频组合调制开关是由四个承受单向电压应力和双向电流应力的两象限功率开关构成。2.一种单级单相大升压比级联电压型准阻抗源变换器，其特征在于这种变换器电路结构是由输入直流电源、大升压比阻抗网络、高频组合调制开关、滤波器和直流负载依序级联构成；所述的大升压比阻抗网络是由储能电感Ltl和依序级联的η个相同的SLCC型二端口阻抗网络单元串联构成，其中η为大于I的自然数；每个SLCC型二端口阻抗网络单元，是由一个功率二极管Sp—个储能电感Lp两个储能电容&和C/构成，功率二极管S」的阴极与储能电感Lj的一端、储能电容Cj的正极性端相连接,储能电感Lj的另一端、功率二极管S」的阳极分别与储能电容C/的正、负极性端相连接，储能电容的负极性端与输入直流电源的负极性端连接成公共端，功率二极管Sj与储能电容C/的连接端和储能电容Cj的公共端构成了第j个SLCC型二端口阻抗网络单元的输入端口，储能电感h与储能电容C/的连接端和储能电容Cj的公共端构成了第j个SLCC型二端口阻抗网络单元的输出端口，功率二极管S1与储能电容C1 /的连接端和输入直流电源正极性端之间串联有储能电感U，其中j为不大于η的自然数；所述的高频组合调制开关是由一个承受单向电压应力和双向电流应力的两象限功率开关构成。3.一种单级单相大升压比级联电...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈道炼，黄瑞哲，
申请(专利权)人：福州大学，
类型：发明
国别省市：