專利名稱：反激逆變器主電路拓?fù)涞闹谱鞣椒?br> 技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種反激逆變器的主電路拓?fù)洌瑢匐娏﹄娮幽孀兗夹g(shù)。
背景技術(shù)：
隨著航空科技的發(fā)展和航空電子的快速發(fā)展，飛機(jī)二次電源必須向高功率密度和高電能轉(zhuǎn)換效率及模塊化方向發(fā)展。另外隨著再生能源的開發(fā)利用，適用于太陽能陣列與電網(wǎng)并聯(lián)的逆變器和燃料電池用逆變器，以及隨電子計(jì)算機(jī)發(fā)展，不間斷電源的需求增加都需要一種適合小功率，變換結(jié)構(gòu)簡單，控制簡單，容易并聯(lián)，具有隔離功能的單級式逆變器。單級逆變技術(shù)的基本形式就是高頻鏈逆變技術(shù)。近十幾年，圍繞單級逆變器和高頻鏈逆變技術(shù)，國內(nèi)外學(xué)者做了大量研究，取得了不少有價(jià)值的研究成果。1995年Walker Jim提出了一種單四象限反激逆變器，反激逆變器的變壓器有四組繞組，一個(gè)原邊繞組，一個(gè)回饋繞組和兩個(gè)整流繞組。逆變器由三只MOSFET和四只二極管組成，可以四個(gè)象限工作。該逆變器具有電氣隔離，輸入輸出電壓變化范圍寬的特點(diǎn)。但是電路開關(guān)管數(shù)目較多，增加了開關(guān)器件的損耗，限制了實(shí)現(xiàn)軟開關(guān)的可能性。1998年浙江大學(xué)黃敏超先生在他的申請工學(xué)博士學(xué)位論文中提出了由于Flyback電路工作在DCM下有類似電流源的輸出特性，故稱為電流源高頻鏈逆變拓?fù)?。同時(shí)他又提出了一種基于Flyback電路工作在DCM模式的全橋高頻鏈逆變拓?fù)?。它的每一個(gè)工作模式，均可等效為一個(gè)反激變換器，由MOSFET及其體內(nèi)二極管組成雙向開關(guān)，精簡了循環(huán)變流器中開關(guān)管的個(gè)數(shù)，簡化了控制和驅(qū)動電路，且無需濾波電感，動態(tài)響應(yīng)性能好，磁芯利用率高，可靠性高，效率明顯提高。但該主電路仍需要六只功率開關(guān)管，開關(guān)損耗較大，適用于高壓場合。2001年南京航空航天大學(xué)李偉先生在他的申請工學(xué)博士學(xué)位論文中又提出并研究了半橋式和推挽式電流源高頻鏈逆變電路，進(jìn)一步減少了開關(guān)管的數(shù)目到四只，簡化了電路結(jié)構(gòu)，缺點(diǎn)是副邊仍有兩個(gè)開關(guān)管壓降。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在電流源高頻鏈逆變電路的基礎(chǔ)上提出一種新穎的反激逆變器(Flyback inverter)主電路拓?fù)?。該拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)簡單，由兩路雙向反激變換器組合得到，共有四只MOSFET，由MOSFET及其體內(nèi)二極管組成雙向開關(guān)。同時(shí)，兩路雙向反激變換器的不同組合可以應(yīng)用在DC/DC，DC/AC，AC/DC，AC/AC變換，是一個(gè)很靈活的拓?fù)浣M合。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是，用內(nèi)含體二極管的功率場效應(yīng)管替代反激變換器的開關(guān)器件得到雙向反激變換器，兩路雙向反激變換器原邊并聯(lián)，副邊串聯(lián)。由電源正極連于第一個(gè)變壓器原邊的同名端，其原邊的非同名端與第一只功率開關(guān)管的漏極相連，并通過接地線將第一只功率開關(guān)管的源極與電源負(fù)極相連；第一個(gè)變壓器副邊同名端通過第一個(gè)濾波電容與第三只功率開關(guān)管相連，回到第一個(gè)變壓器的副邊非同名端，從而構(gòu)成了逆變器正半周輸出電路；由電源正極連于第二個(gè)變壓器原邊的同名端，其原邊的非同名端與第二只功率開關(guān)管的漏極相連，并通過接地線將第二只功率開關(guān)管的源極與電源負(fù)極相連；第二個(gè)變壓器副邊同名端通過第二個(gè)濾波電容與第四只功率開關(guān)管相連，回到第二個(gè)變壓器的副邊非同名端，從而構(gòu)成了逆變器負(fù)半周輸出電路。
本發(fā)明的反激逆變器主電路拓?fù)溆兴闹还β书_關(guān)管，每一個(gè)開關(guān)周期僅有一只功率管高頻斬波，開關(guān)、導(dǎo)通損耗較小，且副邊僅有一個(gè)開關(guān)管壓降，適用于低壓大電流輸出場合；動態(tài)性能良好。而且由于每一種開關(guān)模式都可以等效為反激變換器，所以它保留了反激變換器的特點(diǎn)，具有寬輸入輸出電壓比，原副邊隔離，可以在小功率時(shí)工作在斷續(xù)模式，在功率較大時(shí)工作在連續(xù)模式。使逆變器具有高功率密度、高效率及高可靠性的特點(diǎn)，在中、小功率場合有著廣泛的應(yīng)用前景。


圖1是反激逆變器主電路拓?fù)湓韴D。
圖2是在空載時(shí)，反激逆變器對應(yīng)的工作模態(tài)(A-D-C-B)波形圖。
圖3是反激逆變器各工作模式下對應(yīng)的等效電路圖(A、B、C、D)。
圖1-圖3符號名稱Vin-電源，S1、S2、S3、S4-分別為第一至第四功率開關(guān)管，D1、D2、D3、D4-分別為第一至第四續(xù)流二極管，LP1、LS1-分別為第一變壓器原邊、副邊電感，LP2、LS2-分別為第二變壓器原邊、副邊電感，C1、C2-分別為第一與第二濾波電容，Vo-輸出電壓，Vo1、Vo2-分別為逆變器正負(fù)半周輸出電壓，io-輸出電流，Ve-誤差電壓，Vst+、Vst--分別為正負(fù)向三角波電壓，Vg1、Vg2、Vg3、Vg4-分別為第一至第四功率開關(guān)管的驅(qū)動電壓，其它均為公知符號。A、B、C、D-分別表示逆變器的4個(gè)工作區(qū)域；A為輸出能量區(qū)(Vo＞0，io＞0)，B為回饋能量區(qū)(Vo＜0，io＞0)，C為輸出能量區(qū)(Vo＜0，io＜0)，D為輸出能量區(qū)(Vo＞0，io＜0)。
具體實(shí)施例方式圖1是反激逆變器主電路拓?fù)湓韴D，其電路的組成是，由電源Vin正極連于第一個(gè)變壓器T1的原邊電感LP1的同名端，原邊電感LP1的非同名端與第一只功率開關(guān)管S1的漏極相連，并通過接地線將第一只功率開關(guān)管S1的源極與電源Vin負(fù)極相連；第一個(gè)變壓器T1副邊電感LS1的同名端通過第一個(gè)濾波電容C1與第三只功率開關(guān)管S3相連，回到第一個(gè)變壓器T1的副邊電感LS1的非同名端，從而構(gòu)成了逆變器正半周輸出電路。由電源Vin正極連于第二個(gè)變壓器T2的原邊電感LP2的同名端，原邊電感LP2的非同名端與第二只功率開關(guān)管S2的漏極相連，并通過接地線將第二只功率開關(guān)管S2的源極與電源Vin負(fù)極相連；第二個(gè)變壓器T2的副邊電感LS2的同名端通過第二個(gè)濾波電容C2與第四只功率開關(guān)管S4相連，回到第二個(gè)變壓器T2的副邊電感LS2的非同名端，從而構(gòu)成了逆變器負(fù)半周輸出電路。
圖2是空載時(shí)反激逆變器對應(yīng)的工作模態(tài)(A-D-C-B)波形圖。它表明該反激逆變器控制簡單，只需采用輸出電壓瞬時(shí)值反饋控制。利用SPWM技術(shù)，將輸出電壓Vo與基準(zhǔn)電壓Vref經(jīng)誤差放大器得到的誤差電壓信號Ve分別與正負(fù)向高頻三角波Vst+、Vst-交截得到高頻斬波信號，再經(jīng)過一系列邏輯電路從而獲得功率開關(guān)管S1-S4的驅(qū)動信號。
工作原理及工作過程反激逆變器實(shí)質(zhì)上是由兩個(gè)雙向反激變換器組合而成，原邊并聯(lián)，副邊串聯(lián)。輸出電壓Vo＝Vo1-Vo2；當(dāng)Vo1＞Vo2時(shí)Vo＞0，當(dāng)Vo1＝Vo2時(shí)Vo＝0，當(dāng)Vo1＜Vo2時(shí)Vo＜0，電路就完成了單級DC/AC逆變功能。在本電路通過控制，保證當(dāng)Vo＞0時(shí)，由功率開關(guān)管S1、S3和第一個(gè)變壓器T1組成的雙向Flyback變換器工作，而功率開關(guān)管S2、S4和第二個(gè)變壓器T2不工作，輸出電壓Vo＝Vo1；反之后一組工作前一組不工作，輸出電壓Vo＝Vo2。
本發(fā)明著重分析該逆變器主電路的工作模式。
由于反激逆變器具有四象限工作能力，因此可以帶感性，容性，阻性和整流負(fù)載。在一個(gè)輸出電壓周期中，逆變器有四種工作模式分別對應(yīng)四個(gè)象限的工作，每一種工作模式的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)都相當(dāng)于一個(gè)反激變換器，而且對應(yīng)不同的負(fù)載，逆變器工作模式的順序不同。具體工作模式描述如下1、能量輸出模式(模式A、C)模式A(Vo＞0，io＞0)對于A模式，功率開關(guān)管S4常通，功率開關(guān)管S1高頻斬波，功率開關(guān)管S2、S3關(guān)斷；則電源Vin、第一個(gè)變壓器原邊電感LP1、第一只功率開關(guān)管S1、第一個(gè)變壓器副邊電感LS1、續(xù)流二極管D3、第一濾波電容C1和負(fù)載ZL構(gòu)成一個(gè)反激變換器，電源Vin向負(fù)載ZL傳輸能量。其中Vo＝Vo1，Vo2＝0，對應(yīng)于圖3(a)所示。
模式C(Vo＜0，io＜0)對于C模式，功率開關(guān)管S3常通，功率開關(guān)管S2高頻斬波，功率開關(guān)管S1、S4關(guān)斷；則電源Vin、第二個(gè)變壓器原邊電感LP2、第二只功率開關(guān)管S2、第二個(gè)變壓器副邊電感LS2、續(xù)流二極管D4、第二濾波電容C2和負(fù)載ZL構(gòu)成一個(gè)反激變換器，電源Vin向負(fù)載ZL傳輸能量。其中Vo＝Vo2，Vo1＝0，對應(yīng)于圖3(c)所示。
2、能量回饋模式(模式B、D)模式B(Vo＜0，io＞0)對于B模式，功率開關(guān)管S3常通，功率開關(guān)管S4高頻斬波，功率開關(guān)管S1、S2關(guān)斷；則電源Vin、第二個(gè)變壓器原邊電感LP2、續(xù)流二極管D2、第二個(gè)變壓器副邊電感LS2、第四只功率開關(guān)管S4、第二濾波電容C2和負(fù)載ZL構(gòu)成一個(gè)反激變換器，負(fù)載ZL向電源Vin回饋能量。其中Vo＝Vo2，Vo1＝0，對應(yīng)于圖3(b)所示。
模式D(Vo＞0，io＜0)對于D模式，功率開關(guān)管S4常通，功率開關(guān)管S3高頻斬波，功率開關(guān)管S1、S2關(guān)斷；則電源Vin、第一個(gè)變壓器原邊電感LP1、續(xù)流二極管D1、第一個(gè)變壓器副邊電感LS1、第三只功率開關(guān)管S3、第一濾波電容C1和負(fù)載ZL構(gòu)成一個(gè)反激變換器，負(fù)載ZL向電源Vin回饋能量。其中Vo＝Vo1，Vo2＝0，對應(yīng)于圖3(d)所示。
當(dāng)逆變器帶感性負(fù)載時(shí)，工作順序?yàn)锳-B-C-D，若逆變器帶容性負(fù)載，則工作順序?yàn)锳-D-C-B。
權(quán)利要求
1.一種反激逆變器主電路拓?fù)洌涮卣髟谟陔娫?Vin)正極連于第一個(gè)變壓器(T1)的原邊電感(LP1)的同名端，原邊電感(LP1)的非同名端與第一只功率開關(guān)管(S1)的漏極相連，并通過接地線將第一只功率開關(guān)管(S1)的源極與電源(Vin)負(fù)極相連；第一個(gè)變壓器(T1)副邊電感(LS1)的同名端通過第一個(gè)濾波電容(C1)與第三只功率開關(guān)管(S3)相連，回到第一個(gè)變壓器(T1)的副邊電感(LS1)的非同名端，從而構(gòu)成了逆變器正半周輸出電路；由電源(Vin)正極連于第二個(gè)變壓器(T2)的原邊電感(LP2)的同名端，原邊電感(LP2)的非同名端與第二只功率開關(guān)管(S2)的漏極相連，并通過接地線將第二只功率開關(guān)管(S2)的源極與電源(Vin)負(fù)極相連；第二個(gè)變壓器(T2)的副邊電感(LS2)的同名端通過第二個(gè)濾波電容(C2)與第四只功率開關(guān)管(S4)相連，回到第二個(gè)變壓器(T2)的副邊電感(LS2)的非同名端，從而構(gòu)成了逆變器負(fù)半周輸出電路。
全文摘要
一種反激逆變器主電路拓?fù)?，屬逆變器。由電?Vin)，兩只功率開關(guān)管(S
文檔編號H02M7/48GK1588781SQ20041006473
公開日2005年3月2日 申請日期2004年9月24日 優(yōu)先權(quán)日2004年9月24日
發(fā)明者龔春英, 王慧貞, 嚴(yán)仰光, 梁永春, 孫林 申請人:南京航空航天大學(xué)