一种倍流式差分输出的逆变器制造技术

本发明专利技术公开了一种倍流式差分输出的逆变器，包括两个隔离型DC-DC变换电路；DC-DC变换电路的原边为全桥电路结构，副边为倍流整流电路结构；两个DC-DC变换电路副边的输出端分别接于负载两端以构成差分结构。本发明专利技术逆变器工作时没有占空比丢失现象，从而在根本上消除了死区带来的电压波形畸变；逆变器采用差分输出的结构，进一步消除由于实际电路的非理想特性带来的波形畸变，同时还具有很高的共模干扰抑制能力，从而得到波形畸变率极低的输出电压。此外，本发明专利技术逆变器输出与输入之间用高频变压器相互隔离，降低了输入端对负载的电磁干扰。

【技术实现步骤摘要】
一种倍流式差分输出的逆变器
本专利技术属于电力电子
，具体涉及一种倍流式差分输出的逆变器。
技术介绍
随着现代科技的进步，各行各业出现了越来越多的精密仪器与设备，如临床医学上所用的床旁机械臂系统(俗称达芬奇手术机器人)，晶圆半导体芯片生产线设备，以及各种精密加工机械。精密仪器设备对电源提出了很高的要求，不仅要求供电电压稳定、频率偏差小、波形畸变率低，同时还要求供电设备对仪器的电磁干扰小。因此，精密仪器设备的供电不能直接采用市电，而需要专门设计的可靠稳定的并且波形畸变率达到要求的逆变电源。另一方面，随着生活水平的提高，高品质音响设备在人们的生活中越来越常见。在音响设备中，音频功率放大电路是关键的组成部分。高品质音频功放不仅要失真度小，音频噪声低，而且要求频率响应带宽范围大，对频带宽、输出波形畸变率低的电路提出了需求。与之类似的是在水下探测以及军事领域里被广泛应用的声呐设备。主动型声呐通过水声换能器发出一定频率的水声信号并检测回声来探测水下目标，水声换能器要求供电电源的波形畸变率极低，对传统的变频电源提出了严峻挑战。传统的桥式逆变器结构简单、技术成熟，广泛应用于常规的交流电源装置。但是在上述需要高精度逆变电源的应用场合，桥式逆变器遇到了难以克服的困难。桥式逆变电路在工作时为了避免桥臂的直通，必须在上下开关管的开关信号之间加入死区时间。死区时间的引入会导致输出基波电压减小，低次谐波电压增加，波形畸变严重。为了解决死区带来的波形畸变问题，Seon-Hwan.H and K.Jang-Mok 在标题为 Dead Time CompensationMethod for Voltage-Fed PffM Inverter.Energy Conversion (IEEE Transactionson, 2010.25(1):p.1-10.)的文献中提出了在控制中加入死区补偿机制，但是该做法需要对输出电流进行检测，通过判断电流的极性来决定占空比的增减。而实际中在电流过零点附近对电流极性的检测是很难做到精准的。Lihua.C and Ζ.P.Fang 在标题为 Dead-Time Elimination for Voltage SourceInverters.Power Electronics (IEEE Transactions on, 2008.23 (2):p.574-580)的文献中提出了采用无死区时间的控制策略，该控制策略中为了避免桥臂的直通，需要准确的判断开关管的开关状态，实际应用中一般通过检测滤波电感电流或开关管反并二极管的导通状态来判断开关管的开关状态；但由于电感电流存在纹波，再加上各种干扰因素的影响，使得方法的有效性大打折扣，装置的可靠性也大大降低。总之，现有各种方案由于需要对电路中的某些变量进行精确的检测，因而很难在实际装置中应用。此外，传统的桥式逆变器是一种非隔离型的结构，工作时输出端很容易受到来自输入端的电磁干扰的影响；且开关管难以实现软开关，这限制了电路实现高频化。
技术实现思路
针对现有技术所存在的上述技术问题，本专利技术提出了一种倍流式差分输出的逆变器，该逆变器在工作中死区时间不会造成占空比丢失，因而从根本上解决了传统逆变器所遇到的困难；同时由于其采用差分输出的结构，因此能够进一步消除由于实际电路的非理想特性带来的波形畸变，同时还具有很高的共模干扰抑制能力，从而得到波形畸变率极低的输出电压。一种倍流式差分输出的逆变器，由两个子电路组成，所述的子电路为隔离型DC-DC变换电路；所述的DC-DC变换电路的原边为全桥电路结构，副边为倍流整流电路结构；两个子电路副边的输出端分别接于逆变器负载两端以构成差分输出结构；所述的子电路用于将直流输入电压变换为带有交流分量的直流输出电压，两个子电路对应的两组直流输出电压在逆变器负载两端作差得到交流输出电压。两组直流输出电压中的交流分量的初始相位分别进行独立的控制。优选地，两个子电路的原边共用一个桥臂；这样不仅减少了两个功率开关管，使原边电路得到简化，并且有利于逆变器实现原边电路所有开关管的软开关。所述的子电路原边包括一原边绕组和两个并联的桥臂，每个桥臂由两个带反并二极管的开关管S1~S2串联组成；原边绕组的同名端与其中一桥臂的中间节点相连，异名端与另一桥臂的中间节点相连。优选地，所述的原边绕组的任一端通过隔直电容与对应桥臂的中间节点相连；可以改善高频变压器的磁偏问题，可以在不改变电路工作模式的前提下大大加快隔离变压器漏感电流在电路换流过程中的下降速度，降低对隔离变压器漏感的要求，从而降低了隔离变压器的工艺要求。省去所述的子电路原边的隔直电容，可使逆变器适用于变压器制作工艺很高且变压器磁偏问题已得到很好解决的场合；省去隔直电容，能够得到更好的输出波形。优选地，两个开关管S1~S2的源极与漏极两端均并联有缓冲电容，所述的缓冲电容为开关管内部的寄生电容或为在寄生电容的基础上外加的一个外置电容；此缓冲电容有利于开关管实现软开关，避免了因开关管硬开关带来的各种电磁干扰问题。所述的子电路副边包括两个带反并二极管的开关管S3~S4、两个滤波电感L1~L2、一副边绕组和一滤波电容Ctjl ;其中:滤波电感1^的一端与滤波电感L2的一端和滤波电容C01的一端相连于所述的输出端，滤波电感L1的另一端与副边绕组的异名端和开关管S3的漏极相连，滤波电感L2的另一端与副边绕组的同名端和开关管S4的漏极相连，滤波电容C01的另一端与开关管S3的源极和开关管S4的源极相连并接地，两个开关管S3~S4的栅极均接收外部控制电路提供的控制信号。根据实际情况，所述的逆变器负载两端并联有滤波电容Ct53 ;滤波电容(；3工作在交流状态下，配合两个DC-DC变换电路副边的滤波电容Ctjl工作可以得到更好的输出波形。作为另一种实施方案:所述的子电路副边包括两个带反并二极管的开关管S3~S4、两个滤波电感L1~L2和一副边绕组；其中:滤波电感L1的一端与滤波电感L2的一端相连于所述的输出端，滤波电感L1的另一端与副边绕组的异名端和开关管S3的漏极相连，滤波电感L2的另一端与副边绕组的同名端和开关管S4的漏极相连，开关管S3的源极与开关管S4的源极相连并接地，两个开关管S3~S4的栅极均接收外部控制电路提供的控制信号，所述的逆变器负载两端并联有滤波电容(；3。此副边电路拓扑得到简化，减少了滤波电容使用量，可以提高装置的可靠性。本专利技术逆变器相对现有技术具有以下优点:(I)本专利技术逆变器在工作过程中不存在占空比丢失，不需要采取任何的死区补偿策略就可以得到一个畸变率超低的交流输出波形。(2)本专利技术逆变器中的功率开关管易于实现软开关，避免了由于开关管硬开关带来的各种电磁干扰问题，易于实现电路的闻频化，同时有利于电路效率的提闻。(3)本专利技术逆变器原副边电路由高频变压器相互隔离，抑制了输入端对输出端的电磁干扰。(4)本专利技术逆变器建立在成熟的技术基础之上，子电路是传统的DC-DC电路，原边为全桥结构，副边为倍流整流结构；电路采用传统的移相全桥PWM调制方法，该方法原理简单、技术成熟。本专利技术逆变器可以用来给精密仪器供电，或者用作高品质音响的功率放大器，还可以用来给主动型声呐的水声换能器供电。【附图说明本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种倍流式差分输出的逆变器，其特征在于：由两个子电路组成，所述的子电路为隔离型DC‑DC变换电路；所述的DC‑DC变换电路的原边为全桥电路结构，副边为倍流整流电路结构；两个子电路副边的输出端分别接于逆变器负载两端以构成差分输出结构；所述的子电路用于将直流输入电压变换为带有交流分量的直流输出电压，两个子电路对应的两组直流输出电压在逆变器负载两端作差得到交流输出电压。

【技术特征摘要】
1.一种倍流式差分输出的逆变器，其特征在于:由两个子电路组成，所述的子电路为隔离型DC-DC变换电路；所述的DC-DC变换电路的原边为全桥电路结构，副边为倍流整流电路结构； 两个子电路副边的输出端分别接于逆变器负载两端以构成差分输出结构； 所述的子电路用于将直流输入电压变换为带有交流分量的直流输出电压，两个子电路对应的两组直流输出电压在逆变器负载两端作差得到交流输出电压。2.根据权利要求1所述的逆变器，其特征在于:两个子电路的原边共用一个桥臂。3.根据权利要求1所述的逆变器，其特征在于:所述的子电路原边包括一原边绕组和两个并联的桥臂，每个桥臂由两个带反并二极管的开关管S1~S2串联组成；原边绕组的同名端与其中一桥臂的中间节点相连，异名端与另一桥臂的中间节点相连。4.根据权利要求3所述的逆变器，其特征在于:所述的原边绕组的任一端通过隔直电容与对应桥臂的中间节点相连。5.根据权利要求3或4所述的逆变器，其特征在于:两个开关管S1~S2的源极与漏极两端均并联有缓冲电容，所述的缓冲电容为开关管内部的寄生电容或为在寄生电容的基础上外加的一个外置电容。6.根据权利要求1~4任一权利要求所述的逆变器，其特征在于:所述的子...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓焰，吕自波，彭浩，李楚杉，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33