基于Boost變換器的高頻隔離式三電平逆變器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于Boost變換器的高頻隔離式三電平逆變器，由依次連接的輸入直流電源單元、輸入濾波器、帶儲(chǔ)能電感的高頻隔離式三電平逆變單元、高頻變壓器、周波變換器、輸出濾波器和輸出交流負(fù)載構(gòu)成，通過功率開關(guān)管的交錯(cuò)導(dǎo)通，輸入儲(chǔ)能電感L上可以出現(xiàn)三種電壓電平，減小了電感的體積，減小了功率開關(guān)管的電壓應(yīng)力，濾波電容值得以減小，拓寬了功率開關(guān)管的選擇范圍，高頻變壓器副邊側(cè)經(jīng)過周波變換器和輸出濾波電容后得到穩(wěn)定的正弦交流電壓：本發(fā)明具有功率變換級(jí)數(shù)少，功率開關(guān)器件少，功率開關(guān)管電壓應(yīng)力低，能實(shí)現(xiàn)雙向功率流，高頻電氣隔離，輸出濾波器前端電壓頻譜特性好的特性。
【專利說明】基于Boost變換器的高頻隔離式三電平逆變器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電力電子變換【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是一種基于Boost變換器的高頻隔離式三電平逆變器。
【背景技術(shù)】
[0002]目前國(guó)內(nèi)外電力電子研究人員對(duì)于直一交變換器的研究，主要集中在非電氣隔離式、低頻和高頻電氣隔離式等兩電平直一交變換器；對(duì)于多電平變換器的研究，主要集中在多電平直-直、交-交和直-交-直變換器，而對(duì)于多電平直-交變換器的研究則非常少，且僅僅局限于非隔離式、低頻或中頻隔離式直-交型多電平直一交變換器、而對(duì)高頻隔離式多電平兩級(jí)功率變換的逆變器研究卻比較少。
[0003]高頻環(huán)節(jié)逆變技術(shù)采用高頻脈沖波變壓器來取代低頻變壓器來傳輸能量，克服了低頻逆變技術(shù)的缺點(diǎn)，顯著提高了逆變器的特性，得到廣泛應(yīng)用，大大降低了變壓器的體積和重量，使變壓器簡(jiǎn)易輕便，實(shí)現(xiàn)輸入與輸出的電氣隔離同時(shí)調(diào)節(jié)電壓的比例，不僅優(yōu)化了系統(tǒng)還提高系統(tǒng)的性能，電信、航空航天、軍事等領(lǐng)域常常要求供電裝置重量輕、體積小、功率密度大和可靠性高。石油、煤和天然氣等礦產(chǎn)能源的不斷消耗以及環(huán)境污染等問題，使用蓄電池、太陽能電池等作為能源的混合型電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)日益成為研究熱點(diǎn)，效率和體積是她首選的因素。因此，高頻環(huán)節(jié)逆變器都具有廣泛的應(yīng)用前景，特別是對(duì)逆變器的體積、重量有較高要求的逆變場(chǎng)合有更重要的應(yīng)用前景。
[0004]迄今為止,人們對(duì)buck、buck-boost型高頻環(huán)節(jié)DC-AC變換器的研究已經(jīng)取得了顯著的成果，但是buck、buck-boost型高頻環(huán)節(jié)DC-AC變換器存在輸入電流紋波大、負(fù)載短路時(shí)可靠性低(buck型),輸出容量小(buck-boost)等缺陷。對(duì)Boost型變換器的研究,主要集中在Boost型DC-DC、AC-AC、AC-DC變換器，包括非電氣隔離式和電氣隔離式，對(duì)Boost型三電平變換器的研究主要集中在無隔離變壓器型，而對(duì)于帶隔離變壓器的Boost型三電平變換器特別是帶隔離變壓器的Boost型三電平逆變器的研究還很少。為了構(gòu)成系統(tǒng)、完整的高頻環(huán)節(jié)逆變技術(shù)理論，有必要尋求和深入研究Boost型高頻隔離式三電平逆變器。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種具有電路拓?fù)浜?jiǎn)潔、變換效率高、功率密度高、輸入側(cè)功率因數(shù)高、高功率密度、輸出波形質(zhì)量高、負(fù)載適應(yīng)能力強(qiáng)、具有兩級(jí)功率變換(直流DC-高頻交流HFAC-低頻交流LFAC)、雙向功率流、輸出濾波器前端電壓頻譜特性好、降低開關(guān)器件的電壓應(yīng)力、能夠?qū)崿F(xiàn)直流電源與交流負(fù)載高頻電氣隔離的基于Boost變換器的高頻隔離式三電平逆變器。
[0006]實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為:一種基于Boost變換器的高頻隔離式三電平逆變器，包括依次連接的輸入直流電源單元1、輸入濾波器2、帶儲(chǔ)能電感的高頻隔離式三電平逆變單元3、高頻變壓器4、周波變換器5、輸出濾波器6、輸出交流負(fù)載7，其中，輸入直流電源單元I包括輸入直流電源Ui，輸入直流電源Ui與輸入濾波器2的一端連接，輸入濾波器2的另一端與帶儲(chǔ)能電感的高頻隔離式三電平逆變單元3的一端連接，帶儲(chǔ)能電感的高頻隔離式三電平逆變器單元3的另一端與高頻變壓器4的初級(jí)繞組連接，高頻變壓器4的次級(jí)繞組與周波變換器5的輸入端連接，周波變換器5的輸出端與輸出濾波器6的輸入端連接，輸出濾波電容6的輸出端與輸出交流負(fù)載7連接；
所述輸入濾波器2包括輸入濾波電感Ltl和輸入濾波電容Ctl,其中，輸入直流電源U1的參考正極與輸入濾波電感Ltl的一端連接,輸入濾波電感Ltl的另一端分別與輸入濾波電容Ctl的正極和儲(chǔ)能電感L的一端連接，輸入濾波電容Ctl的負(fù)極與輸入直流電源Ui的參考負(fù)極連接;
所述帶儲(chǔ)能電感的高頻隔離式三電平逆變單元3包括第一功率開關(guān)管SI及第一二極管Dl，第二功率開關(guān)管S2及第二二極管D2，第三功率開關(guān)管S3及第三二極管D3，第四功率開關(guān)管S4及第四二極管D4，第五功率開關(guān)管S5及第五二極管D5 ;其中，儲(chǔ)能電感L的一端和輸入濾波器2的電容正極連接，儲(chǔ)能電感L的另一端與第一功率開關(guān)管SI的漏極和第三功率開關(guān)管S3的漏極相連，第一二極管Dl和第三二極管D3分別反并聯(lián)于第一功率開關(guān)管SI和第三功率開關(guān)管S3兩端，即第一二極管Dl的陰極與第一功率開關(guān)管SI的漏極連接，第一二極管Dl的陽極與第一功率開關(guān)管SI的源極連接，第三二極管D3的陰極與第三功率開關(guān)管S3的漏極連接，第三二極管D3的陽極與第三功率開關(guān)管S3的源極連接，第四二極管D4的陰極與第四功率開關(guān)管S4的漏極連接，第四二極管D4的陽極與第四功率開關(guān)管S4的源極連接，第二二極管D2的陰極與第二功率開關(guān)管S2的漏極連接，第二二極管D2的陽極與第二功率開關(guān)管S2的源極連接，第五二極管D5的陰極與第五功率開關(guān)管S5的漏極連接，第五二極管D5的陽極與第五功率開關(guān)管S5的源極連接，第一功率開關(guān)管SI的源極分別和高頻變壓器4的第一原邊繞組NI的同名端和第四功率開關(guān)管S4的漏極連接，高頻變壓器4的第一原邊繞組NI的非同名端和第二原邊繞組N2的同名端連接后與第五功率開關(guān)管S5的漏極連接，第二原邊繞組N2的非同名端分別和第二功率開關(guān)管S2的漏極和第三功率開關(guān)管S3的源極連接，輸入直流電源的參考負(fù)極分別和輸入濾波電容Ctl的負(fù)極、第五功率開關(guān)管S5的源極、第四功率開關(guān)管S4的源極、第二功率開關(guān)管S2的源極連接。
[0007]高頻變壓器4和周波變換器5分別為高頻變壓器Tl和橋式周波變換器；
所述高頻變壓器Tl包括第一原邊繞組N1、第二原邊繞組N2和第三副邊繞組N3，第一原邊繞組NI的同名端與第一功率開關(guān)管SI的源極連接，第一原邊繞組NI的非同名端與第二原邊繞組N2的同名端連接后與第五功率開關(guān)管S5的漏極連接，第二原邊繞組N2的非同名端與第二功率開關(guān)管S2的漏極連接；頻變壓器4的第三副邊繞組N3與周波變換器5的輸入端連接；
所述周波變換器5為橋式周波變換器，包括第一四象限功率開關(guān)管SA、第二四象限功率開關(guān)管SB、第三四象限功率開關(guān)管SC、第四四象限功率開關(guān)管SD，高頻變壓器Tl的第三副邊繞組N3的同名端與所述橋式周波變換器的第七功率開關(guān)管S7的漏極、第七二極管D7的陰極、第十功率開關(guān)管SlO的漏極、第十二極管DlO的陰極連接，所述的橋式周波變換器5的第七功率開關(guān)管S7的源極、第七二極管D7的陽極、第六功率開關(guān)管S6的源極、第六二極管D6的陽極連接在一起，所述橋式周波變換器5的第六功率開關(guān)管S6的漏極、第六二極管D6的陰極、第八功率開關(guān)管S8的漏極、第八二極管D8的陰極連接在一起，所述的橋式周波變換器5的第八器功率開關(guān)管S8的源極、第八二極管D8的陽極、第九功率開關(guān)管S9的源極、第九二極管D9的陽極連接在一起，所述橋式周波變換器5的第九功率開關(guān)管S9的漏極、第九二極管D9的陰極、第十二功率開關(guān)管S12的漏極、第十二二極管D12的陰極連接在一起，高頻變壓器Tl的第三副邊繞組N3的非同名端與所述橋式周波變換器5的第九功率開關(guān)管S9的漏極、第九二極管D9的陰極、第十二功率開關(guān)管S12的漏極、第十二二極管D12的陰極連接在一起，所述的橋式周波變換器5的第十二功率開關(guān)管S12的源極、第十二二極管D12的陽極、第十三功率開關(guān)管S13的源極、第十三二極管D13的陽極連接在一起，所述的橋式周波變換器5的第十三功率開關(guān)管S13的漏極、第十三二極管D13的陰極、第十一功率開關(guān)管Sll的漏極、第十一二極管Dll的陰極連接在一起，所述的橋式周波變換器5的第十一功率開關(guān)管Sll的源極、第十一二極管Dll的陽極、第十功率開關(guān)管SlO的源極、第十二極管DlO的陽極連接在一起，第六功率開關(guān)管S6、第七功率開關(guān)管S7、第六二極管D6、第七二極管D7構(gòu)成第一四象限功率開關(guān)管SA，第八功率開關(guān)管S8、第九功率開關(guān)管S9、第八二極管D8、第九二極管D9構(gòu)成第二四象限功率開關(guān)管SB，第十功率開關(guān)管S10、第十一功率開關(guān)管Sll第十二極管D10、第十一二極管Dll構(gòu)成第三四象限功率開關(guān)管SC，第十二功率開關(guān)管S12、第十三功率開關(guān)管S13、第十二二極管D12、第十三二極管D13構(gòu)成第四四象限功率開關(guān)管SD，第一四象限功率開關(guān)管SA、第二四象限功率開關(guān)管SB、第三四象限功率開關(guān)管SC、第四四象限功率開關(guān)管SD四個(gè)四象限功率開關(guān)管構(gòu)成所述橋式周波變換器；
所述輸出濾波器6包括輸出濾波電容Cf ,其中,輸出濾波電容Cf的正極與周波變換器5中的第六功率開關(guān)管S6的漏極、第六二極管D6的陰極、第八功率開關(guān)管S8的漏極、第八二極管D8的陰極連接，輸出濾波電容4的負(fù)極與周波變換器5中的第十一功率開關(guān)管Sll的漏極、第十一二極管Dll的陰極、第十三功率開關(guān)管S13的漏極、第十三二極管D13的陰極連接；
所述輸出交流負(fù)載7包括交流負(fù)載交流負(fù)載\的兩端分別與輸出濾波電容Cf的正極和負(fù)極連接。
[0008]或者所述高頻變壓器4和周波變換器5分別為高頻變壓器T2和全波周波變換器；
所述高頻變壓器T2包括第一原邊繞組N1、第二原邊繞組N2和第四副邊繞組N4，第五副邊繞組N5，第一原邊繞組NI的同名端與第一功率開關(guān)管SI的源極連接，第一原邊繞組NI的非同名端與第二原邊繞組N2的同名端連接后與第五功率開關(guān)管S5的漏極連接，第二原邊繞組N2的非同名端與第二功率開關(guān)管S2的漏極連接；高頻變壓器T2的第四副邊繞組N4、第五副邊繞組N5與周波變換器5的輸入端連接；
所述周波變換器5為全波周波變換器，包括五四象限功率開關(guān)管SA’和第六四象限功率開關(guān)管SB’，高頻變壓器T2的第四副邊繞組N4的同名端與所述全波變換器的第十四功率開關(guān)管S6’的漏極和第十四二極管D6’的陰極連接，所述全波式周波變換器5的第十四功率開關(guān)管S6’的源極、第十四二極管D6’的陽極、第十五功率開關(guān)管S7’的源極、第十五二極管D7’的陽極連接在一起，高頻變壓器T2的第五副邊繞組N5的非同名端與所述全波式周波變換器的第十六功率開關(guān)管S8’的漏極和第十六二極管D8’的陰極連接，高頻變壓器T2的第四副邊繞組N4的非同名端連接于第五副邊繞組N5的同名端，所述全波周波變換器5的第十六功率開關(guān)管S8’的源極、第十六二極管D8’的陽極、第十七功率開關(guān)管S9’的源極、第十七二極管D9’的陽極連接在一起，所述全波周波變換器的第十七功率開關(guān)管S9’的漏極、第十七二極管D9’的陰極、第十五功率開關(guān)管S7’的漏極、第十五二極管D7’的陰極連接在一起，第十四功率開關(guān)管S6’、第十五功率開關(guān)管S7’、第十四二極管D6’、第十五二極管D7’構(gòu)成第五四象限功率開關(guān)管SA’，第十六功率開關(guān)管S8’、第十七功率開關(guān)管S9’、第十六二極管D8’、第十七二極管D9’構(gòu)成第六四象限功率開關(guān)管SB’，第五四象限功率開關(guān)管SA’和第六四象限功率開關(guān)管SB’構(gòu)成所述全波周波變換器；
所述輸出濾波器6包括輸出濾波電容Cf,其中，輸出濾波電容Cf的正極與第十五二極管D7’的陰極相連，輸出濾波電容Cf的負(fù)極與高頻變壓器T2的第四副邊繞組N4的非同名端相連；
所述輸出交流負(fù)載7包括交流負(fù)載交流負(fù)載\的兩端分別與輸出濾波電容Cf的正極和負(fù)極連接。
[0009]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點(diǎn)為:
(I)輸入儲(chǔ)能電感L上可以出現(xiàn)三種電壓電平，減小了電感的體積，減小了功率開關(guān)管的電壓應(yīng)力，拓寬了功率開關(guān)管的選擇范圍，濾波電容值都得以減小。在民用、工業(yè)、國(guó)防等要求電氣隔離的高壓大容量逆變場(chǎng)合，采用本發(fā)明的逆變拓?fù)淇梢院芎玫倪m應(yīng)這種場(chǎng)合，是比較理想的逆變電源解決方案。
[0010](2)在輸入直流電源與交流負(fù)載中插入高頻隔離變壓器，實(shí)現(xiàn)了輸入側(cè)與負(fù)載側(cè)的電氣隔離。高頻隔離變壓器的使用實(shí)現(xiàn)了變換器的小型化、輕量化，提高了變換器的效率。
[0011](3)本發(fā)明中的高頻隔離變壓器磁芯在每一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)被雙向磁化，提高了變壓器磁芯的利用率。
[0012](4)本發(fā)明具有功率變換級(jí)數(shù)少(直流DC-高頻交流HFAC-低頻交流LFAC)，雙向功率流，輸出濾波器前端電壓頻譜特性好等優(yōu)點(diǎn)，因而提高變換效率和功率密度、減小體積
和重量。
[0013]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)的描述。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1為本發(fā)明基于Boost變換器的高頻隔離式三電平逆變器的結(jié)構(gòu)框架示意圖。
[0015]圖2為本發(fā)明基于Boost變換器的橋式高頻隔離式三電平逆變器的電路拓?fù)鋱D。
[0016]圖3為本發(fā)明基于Boost變換器的全波高頻隔離式三電平逆變器的電路拓?fù)鋱D。
【具體實(shí)施方式】
[0017]本發(fā)明的一種基于Boost變換器的高頻隔離式三電平逆變器，輸入直流電源Ui的參考正極與輸入濾波電感Ltl的一端連接,輸入濾波電感Ltl的另一端分別與輸入濾波電容Ctl的正極和儲(chǔ)能電感L的一端連接，儲(chǔ)能電感L的另一端與第一功率開關(guān)管SI的漏極和第三功率開關(guān)管S3的漏極相連,第一二極管D2和第三二極管D3分別反并聯(lián)與第一功率開關(guān)管SI和第三功率開關(guān)管S3兩端，即第一二極管的陰極Dl與第一功率開關(guān)管SI的漏極連接，第一二極管Dl的陽極與第一功率開關(guān)管SI的源極連接，第三二極管D3的陰極與第三功率開關(guān)管S3的漏極連接，第三二極管D3的陽極與第三功率開關(guān)管S3的源極連接，第四二極管D4的陰極與第四功率開關(guān)管S4的漏極連接，第四二極管D4的陽極與第四功率開關(guān)管S4的源極連接，第二二極管D2的陰極與第二功率開關(guān)管S2的漏極連接，第二二極管D2的陽極與第二功率開關(guān)管S2的源極連接，第五二極管D5的陰極與第五功率開關(guān)管S5的漏極連接，第五二極管D5的陽極與第五功率開關(guān)管S5的源極連接，第一功率開關(guān)管SI的源極分別和高頻變壓器的第一原邊繞組NI的同名端和第四功率開關(guān)管S4的漏極連接，高頻變壓器的第一原邊繞組NI的非同名端和第二原邊繞組N2的同名端連接后與第五功率開關(guān)管S5的漏極連接，第二原邊繞組N2的非同名端分別和第二功率開關(guān)管S2的漏極和第三功率開關(guān)管S3的源極連接，輸入直流電源的參考負(fù)極分別和輸入濾波電容的負(fù)極、第五功率開關(guān)管S5的源極、第四功率開關(guān)管S4的源極、第二功率開關(guān)管S2的源極連接。
[0018]結(jié)合附圖1，本發(fā)明基于Boost變換器的高頻隔離式三電平逆變器，由依次連接的輸入直流電源單元1、輸入濾波器2、帶儲(chǔ)能電感的高頻隔離式三電平逆變單元3、高頻變壓器4、周波變換器5、輸出電容濾波器6和輸出交流負(fù)載7構(gòu)成,輸入直流電源單兀I與輸入濾波器2的一端連接，輸入濾波器2的另一端與帶儲(chǔ)能電感的高頻隔離式三電平逆變單元3的一端連接，帶儲(chǔ)能電感的高頻隔離式三電平逆變器單元3的另一端與高頻變壓器4的初級(jí)繞組連接，高頻變壓器4的次級(jí)繞組與周波變換器5的輸入端連接，周波變換器5的輸出端與輸出濾波電容6的輸入端連接，輸出濾波電容6的輸出端與輸出交流負(fù)載7連接。
[0019]結(jié)合附圖2，一種高頻隔離式三電平逆變器適用于高頻電氣隔離的高壓逆變場(chǎng)合的橋式的電路拓?fù)?，輸入直流電源Ui的參考正極與輸入濾波器的濾波電感Ltl的一端連接，輸入濾波器的Ltl的另一端與輸入濾波器的濾波電容Ctl的正極連接,輸入濾波器的濾波電容C0的負(fù)極與儲(chǔ)能電感L的一端連接，儲(chǔ)能電感L的另一端與第一功率開關(guān)管SI的漏極和第三功率開關(guān)管S3的漏極相連,第一二極管Dl和第三二極管D3分別反并聯(lián)與第一功率開關(guān)管SI和第三功率開關(guān)管S3兩端，即第一二極管Dl的陰極與第一功率開關(guān)管SI的漏極連接，第一二極管Dl的陽極與第一功率開關(guān)管SI的源極連接，第三二極管D3的陰極與第三功率開關(guān)管S3的漏極連接，第三二極管D3的陽極與第三功率開關(guān)管S3的源極連接，高頻變壓器Tl第一原邊繞組NI的同名端分別和第一功率開關(guān)管SI的源極和第四功率開關(guān)管S4的漏極連接，第四二極管D4的陰極與第四功率開關(guān)管S4的漏極連接，第四二極管D4的陽極與第四功率開關(guān)管S4的源極連接，高頻變壓器Tl第二原邊繞組N2的非同名端分別和第三功率開關(guān)管S3的源極和第二功率開關(guān)管S2的漏極連接，第二二極管D2的陰極與第二功率開關(guān)管S2的漏極連接，第二二極管D2的陽極與第二功率開關(guān)管S2的源極連接，高頻變壓器Tl第一原邊繞組NI的非同名端與第二原邊繞組N2的同名端連接，第五功率開關(guān)管S5的漏極與第一原邊繞組NI的非同名端和第二原邊繞組N2的同名端連接，第五二極管D5的陰極與第五功率開關(guān)管S5的漏極連接，第五二極管D5的陽極與第五功率開關(guān)管S5的源極連接，輸入直流電源的參考負(fù)極分別和第五功率開關(guān)管S5的源極、第四功率開關(guān)管S4的源極、第二功率開關(guān)管S2的源極連接，高頻變壓器Tl第三副邊繞組N3的同名端分別于與第一雙向功率開關(guān)管SA和第三雙向功率開關(guān)管SC的一端連接，第一雙向功率開關(guān)管SA的另一端分別和第二雙向功率開關(guān)管SB的一端、輸出濾波電容Cf的一端連接，高頻變壓器Tl第三副邊繞組N3的非同名端分別與第二雙向功率開關(guān)管SB的另一端和第四雙向功率開關(guān)管SD的一端連接,輸出濾波電容Cf的另一端分別于第三雙向功率開關(guān)管SC的另一端連接和第四雙向功率開關(guān)管SD的另一端連接，輸出濾波電容Cf的兩端接交流負(fù)載&，所述的第一雙向功率開關(guān)管SA、第二雙向功率開關(guān)管SB、第三雙向功率開關(guān)管SC和第四雙向功率開關(guān)管SD都是由兩個(gè)單個(gè)的功率開關(guān)管反向串聯(lián)而構(gòu)成承受正向、反向的電壓應(yīng)力和電流應(yīng)力的開關(guān)，具有雙向阻斷功能，第一雙向功率開關(guān)管SA包括第六功率開關(guān)管S6、第七功率開關(guān)管S7、第六二極管D6、第七二極管D7，第二雙向功率開關(guān)管SB包括第八功率開關(guān)管S8、第九功率開關(guān)管S9、第八二極管D8，第九二極管D9，第三雙向功率開關(guān)管SC包括第十功率開關(guān)管S10、第十一功率開關(guān)管S11、第十二極管D10，第十一二極管D11，第四雙向功率開關(guān)管SD包括第十二功率開關(guān)管S12、第十三功率開關(guān)管S13、第十二二極管D12，第十三二極管D13,第七功率開關(guān)管S7的漏極和第七二極管D7的陰極相連作為第一雙向功率開關(guān)管SA的一端，第六功率開關(guān)管S6的漏極和第八二極管D8的陰極相連作為第一雙向功率開關(guān)管SA的另一端，第七功率開關(guān)管S7的源極、第六功率開關(guān)管S6的源極、第七二極管D7的陽極、第六二極管D6的陽極連接在一起，第八功率開關(guān)管S8的漏極和第八二極管D8的陰極相連做為第二雙向功率開關(guān)管SB的一端，第九功率開關(guān)管S9的漏極和第九二極管D9的陰極相連做為第二雙向功率開關(guān)管SB的另一端，第八功率開關(guān)管S8的源極、第九功率開關(guān)管S9的源極、第八二極管D8的陽極、第九極管D9的陽極連接在一起。第十功率開關(guān)管SlO的漏極和第十二極管DlO的陰極相連作為第三雙向功率開關(guān)管SC的一端，第十一功率開關(guān)管Sll的漏極和第十一二極管Dll的陰極相連作為第三雙向功率開關(guān)管SC的另一端，第十功率開關(guān)管SlO的源極、第十一功率開關(guān)管Sll的源極、第十二極管DlO的陽極、第十一二極管Dll的陽極連接在一起，第十二功率開關(guān)管S12的漏極和第十二二極管D12的陰極相連作為第四雙向功率開關(guān)管SD的一端，第十三功率開關(guān)管S13的漏極和第十三二極管D13的陰極相連作為第四雙向功率開關(guān)管SD的另一端，第十二功率開關(guān)管S12的源極、第十三功率開關(guān)管S13的源極、第十二二極管D12的陽極、第十三二極管D13的陽極連接在一起，第八功率開關(guān)管S8的漏極連接于輸出濾波電容的正極，第十三功率開關(guān)管S13的漏極連接于濾波電容Cf的負(fù)極后接“地”，濾波電容Cf的兩端接交流負(fù)載
[0020]結(jié)合附圖3，一種高頻隔離式三電平逆變器適用于高頻電氣隔離的高壓逆變場(chǎng)合的全波型的電路拓?fù)?，輸入直流電源Ui的參考正極與輸入濾波器的濾波電感Ltl的一端連接，輸入濾波器的Ltl的另一端與輸入濾波器的濾波電容Ctl的正極連接，輸入濾波器的濾波電容Ctl的負(fù)極與儲(chǔ)能電感`L的一端連接，儲(chǔ)能電感L的另一端與第一功率開關(guān)管SI的漏極和第三功率開關(guān)管S3的漏極相連,第一二極管Dl和第三二極管D3分別反并聯(lián)與第一功率開關(guān)管SI和第三功率開關(guān)管S3兩端，即第一二極管Dl的陰極與第一功率開關(guān)管SI的漏極連接，第一二極管Dl的陽極與第一功率開關(guān)管SI的源極連接，第三二極管D3的陰極與第三功率開關(guān)管S3的漏極連接，第三二極管D3的陽極與第三功率開關(guān)管S3的源極連接，高頻變壓器T2第一原邊繞組NI的同名端分別和第一功率開關(guān)管SI的源極和第四功率開關(guān)管S4的漏極連接，第四二極管D4的陰極與第四功率開關(guān)管S4的漏極連接，第四二極管D4的陽極與第四功率開關(guān)管S4的源極連接，高頻變壓器T2第二原邊繞組N2的非同名端分別和第三功率開關(guān)管S3的源極和第二功率開關(guān)管S2的漏極連接，第二二極管D2的陰極與第二功率開關(guān)管S2的漏極連接，第二二極管D2的陽極與第二功率開關(guān)管S2的源極連接，高頻變壓器T2第一原邊繞組NI的非同名端與第二原邊繞組N2的同名端連接，第五功率開關(guān)管S5的漏極與第一原邊繞組NI的非同名端和第二原邊繞組N2的同名端連接，第五二極管D5的陰極與第五功率開關(guān)管S5的漏極連接，第五二極管D5的陽極與第五功率開關(guān)管S5的源極連接，輸入直流電源的參考負(fù)極分別和第五功率開關(guān)管S5的源極、第四功率開關(guān)管S4的源極、第二功率開關(guān)管S2的源極連接，高頻變壓器T2的第四副邊繞組N4的同名端與所述全波變換器的第十四功率開關(guān)管S6’的漏極和第十四二極管D6’的陰極連接作為第五雙向功率開關(guān)管SA’的一端，第十五功率開關(guān)管S7’的漏極、第十五二極管D7’的陰極連接在一起作為第五雙向功率開關(guān)管SA’的另一端，所述全波式周波變換器的第十四功率開關(guān)管S6’的源極、第十四二極管D6’的陽極、第十五功率開關(guān)管S7’的源極、第十五二極管D7’的陽極連接在一起，高頻變壓器T2的第五副邊繞組N5的非同名端與所述全波式周波變換器的第十六功率開關(guān)管S8’的漏極和第十六二極管D8’的陰極連接，第十六功率開關(guān)管S8’的漏極和第十六二極管D8’的陰極連接作為雙向功率開關(guān)管SB’的一端，第十七功率開關(guān)管S9’的漏極、第十七二極管D9’的陰極連接作為雙向功率開關(guān)管SB’的另一端，高頻變壓器T2的第四副邊繞組N4的非同名端連接于第五副邊繞組N5的同名端，所述全波周波變換器的第十六功率開關(guān)管S8’的源極、第十六二極管D8’的陽極、第十七功率開關(guān)管S9’的源極、第十七二極管D9’的陽極連接在一起，所述全波周波變換器的第十七功率開關(guān)管S9’的漏極、第十七二極管D9’的陰極、第十五功率開關(guān)管S7’的漏極、第十五二極管D7’的陰極連接，第七功率開關(guān)管S7的漏極連接于輸出濾波電容的正極，第五副邊繞組N5的同名端連接于濾波電容Cf的負(fù)極后接“地”，濾波電容Cf的兩端接交流負(fù)載
[0021]本發(fā)明的工作過程為:
本逆變器可以采用有源箝位的脈沖調(diào)制(SPWM)斬波的控制方式。當(dāng)不穩(wěn)定的高壓輸入直流Ui向交流負(fù)載A傳遞功率時(shí)，儲(chǔ)能電感經(jīng)高頻逆變器后可得到三種電平Uu、n3，輸入電源電壓經(jīng)過帶儲(chǔ)能電感的高頻隔離式三電平逆變單元將其調(diào)制成雙極性的高頻脈沖電壓，通過高頻變壓器的隔離、傳遞后，周波變換器將其解調(diào)成單極性的低頻脈沖電壓，再經(jīng)輸出濾波器進(jìn)行輸出濾波后得到穩(wěn)定或可調(diào)的正弦交流電壓UO，此逆變器具有四象限工作能力，因此可以帶感性、容性、阻性和整流性負(fù)載，此逆變器的控制電路可根據(jù)交流負(fù)載的性質(zhì)進(jìn)行調(diào) 整，從而在輸出端得到穩(wěn)定或可調(diào)的電壓。該變換器將不穩(wěn)定的高壓直流電變換成穩(wěn)定或可調(diào)的正弦電，并減少功率變換級(jí)數(shù)，實(shí)現(xiàn)高頻電氣隔離，適用于高壓直一交變換場(chǎng)合，Cf構(gòu)成輸出濾波器，該輸出濾波器濾除所述的周波變換器的輸出電壓中的高壓諧波，從而在輸出交流負(fù)載側(cè)得到高質(zhì)量的正弦交流電壓U。。
[0022]對(duì)于高頻隔離式三電平逆變器適用于高頻電氣隔離的高壓逆變場(chǎng)合的橋式電路拓?fù)洌哳l隔離式三電平逆變器在一個(gè)輸出電壓周期中的工作過程中電感產(chǎn)生三個(gè)電平的過程如下:
輸出電壓正半周期的工作狀態(tài):
(I)輸入儲(chǔ)能電感L第一電平Uu的產(chǎn)生，功率開關(guān)管SI閉合，S2閉合，S3閉合，S4閉合，S5斷開，此時(shí)輸入直流電源給儲(chǔ)能電感L充電，輸入儲(chǔ)能電感L充電，電感電流線性上升，電感出現(xiàn)第一電平Uu，周波變換器中的功率開關(guān)管S7閉合、S9閉合、Sll閉合、S13閉合，周波變換器中的功率開關(guān)管S6斷開，S8斷開，SlO斷開，S12斷開，輸出濾波電容(^與輸出交流負(fù)載\構(gòu)成回路，輸出濾波電容Cf對(duì)負(fù)載Zj共電。
[0023](2)輸入儲(chǔ)能電感L第二電平Ul2的產(chǎn)生，功率開關(guān)管SI閉合，功率開關(guān)管S5閉合，S2關(guān)斷、S3關(guān)斷、S4關(guān)斷，此時(shí)有回路輸入電源Ui正極一輸入濾波器一輸入儲(chǔ)能電感L一功率開關(guān)管SI—高頻變壓器Tl第一原邊繞組NI—功率開關(guān)管S5—輸入電源Ui負(fù)極形成回路，輸入電感L的電流開始下降，輸入電感出現(xiàn)第二電平隊(duì)2，輸入電壓Ui經(jīng)電感L由高頻變壓器Tl的第一原邊繞組NI傳遞能量到高頻變壓器Tl第三副邊繞組N3，功率開關(guān)管S6閉合，功率開關(guān)管S12閉合，高頻變壓器Tl副邊側(cè)的回路由高頻變壓器Tl第三副邊繞組N3同名端一功率開關(guān)管S7—功率開關(guān)管S6—輸出濾波電容和輸出交流負(fù)載一功率開關(guān)管S13—功率開關(guān)管S12—高頻變壓器Tl第三副邊繞組N3的非同名端所構(gòu)成，此時(shí)輸入電壓Ui經(jīng)電感L由高頻變壓器Tl第一原邊繞組NI傳遞能量到高頻變壓器Tl第三副邊繞組N3，給輸出濾波電容Cf和負(fù)載Rlj供電。輸入儲(chǔ)能電感L第二電平Ulj2的產(chǎn)生的另一種模態(tài),功率開關(guān)管S3閉合，功率開關(guān)管S5閉合，SI關(guān)斷、S2關(guān)斷、S4關(guān)斷，此時(shí)有回路輸入電源Ui正極一輸入濾波器一輸入儲(chǔ)能電感L一功率開關(guān)管S3—高頻變壓器Tl第二原邊繞組N2—功率開關(guān)管S5—輸入電源Ui負(fù)極形成回路，輸入電感L的電流開始下降，輸入電感出現(xiàn)第二電平Ul2，功率開關(guān)管S8閉合，功率開關(guān)管SlO閉合，高頻變壓器Tl副邊側(cè)的回路由高頻變壓器Tl第三副邊繞組N3的非同名端一功率開關(guān)管S9—功率開關(guān)管S8—輸出濾波電容和輸出交流負(fù)載一功率開關(guān)管SI I—功率開關(guān)管SlO—高頻變壓器Tl第三副邊繞組N3的同名端所構(gòu)成，此時(shí)輸入電壓Ui經(jīng)電感L由高頻變壓器Tl第二原邊繞組N2傳遞能量到高頻變壓器Tl第三副邊繞組N3，給輸出濾波電容Cf和負(fù)載&供電。
[0024](3)輸入儲(chǔ)能電感L第三電平Ul3的產(chǎn)生，功率開關(guān)管SI閉合，功率開關(guān)管S2閉合，S3關(guān)斷，S4關(guān)斷，S5關(guān)斷，此時(shí)有回路輸入電源Ui正極一輸入濾波器一輸入儲(chǔ)能電感L一功率開關(guān)管SI—高頻變壓器Tl第一原邊繞組NI—第二原邊繞組N2—功率開關(guān)管S2—輸入電源Ui負(fù)極形成回路，輸入電感L的電流繼續(xù)下降，輸入電感出現(xiàn)第三電平UL3，功率開關(guān)管S6閉合，功率開關(guān)管S12閉合，高頻變壓器Tl副邊側(cè)的回路由高頻變壓器Tl第三副邊繞組N3同名端一功率開關(guān)管S7—功率開關(guān)管S6—輸出濾波電容和輸出交流負(fù)載一功率開關(guān)管S13—功率開關(guān)管S12—高頻變壓器Tl第三副邊繞組N3的非同名端所構(gòu)成，此時(shí)輸入電壓Ui經(jīng)電感L由高頻變壓器Tl第一原邊繞組NI和第二原邊繞組N2傳遞能量到高頻變壓器Tl第三副邊繞組N3，給輸出濾波電容Cf和負(fù)載RL供電。輸入儲(chǔ)能電感L第三電平Ul3的產(chǎn)生的另一種模態(tài)，功率開關(guān)管S3閉合，功率開關(guān)管S4閉合，SI關(guān)斷，S2關(guān)斷，S5關(guān)斷，此時(shí)有回路輸入電源Ui正極——輸入濾波器一輸入儲(chǔ)能電感L一功率開關(guān)管S3—高頻變壓器Tl第二原邊繞組N2—第一原邊繞組NI—功率開關(guān)管S4—輸入電源Ui負(fù)極形成回路，輸入電感L的電流繼續(xù)下降，輸入電感出現(xiàn)第三電平Uu，功率開關(guān)管S8閉合，功率開關(guān)管SlO閉合，高頻變壓器Tl副邊側(cè)的回路由高頻變壓器Tl第三副邊繞組的非同名端一功率開關(guān)管S9—功率開關(guān)管S8—輸出濾波電容和輸出交流負(fù)載一功率開關(guān)管Sll—功率開關(guān)管SlO—高頻變壓器Tl第三副邊繞組N3的同名端所構(gòu)成，此時(shí)輸入電壓Ui經(jīng)電感L由高頻變壓器Tl第二原邊繞組N2和第一原邊繞組NI傳遞能量到高頻變壓器Tl第三副邊繞組N3，給輸出濾波電容Cf和負(fù)載&供電。
[0025]輸出電壓負(fù)半周期的工作過程:
(I)輸入儲(chǔ)能電感L第一電平Uu的產(chǎn)生，功率開關(guān)管SI閉合，S2閉合，S3閉合，S4閉合，S5斷開，輸入電源Ui輸入儲(chǔ)能電感L充電，電感電流線性上升，電感出現(xiàn)第一電平Uli,周波變換器中的功率開關(guān)管S6閉合、S8閉合、SlO閉合、S12閉合，周波變換器中的功率開關(guān)管S7斷開，S9斷開，Sll斷開，S13斷開，此輸出濾波電容Cf—輸出交流負(fù)載\構(gòu)成回路，輸出濾波電容Cf對(duì)負(fù)載\供電。
[0026](2)輸入儲(chǔ)能電感L第二電平隊(duì)2的產(chǎn)生，功率開關(guān)管SI閉合，功率開關(guān)管S5閉合，S2關(guān)斷、S3關(guān)斷、S4關(guān)斷，此時(shí)有回路輸入電源Ui正極一輸入濾波器一輸入儲(chǔ)能電感L一功率開關(guān)管SI—高頻變壓器Tl第一原邊繞組NI—功率開關(guān)管S5—輸入電源Ui負(fù)極形成回路，輸入電感L的電流開始下降，輸入電感出現(xiàn)第二電平隊(duì)2，功率開關(guān)管S9閉合，功率開關(guān)管Sll閉合，高頻變壓器Tl副邊側(cè)的回路由高頻變壓器Tl副邊側(cè)同名端一功率開關(guān)管SlO—功率開關(guān)管Sll—輸出濾波電容和輸出交流負(fù)載一功率開關(guān)管S8一功率開關(guān)管S9—高頻變壓器Tl第三副邊繞組N3的非同名端所構(gòu)成，此時(shí)輸入電壓Ui經(jīng)電感L由高頻變壓器Tl第一原邊繞組NI傳遞能量到高頻變壓器Tl第三副邊繞組N3，給輸出濾波電容Cf和負(fù)載RL供電。輸入儲(chǔ)能電感L第二電平Ul2的產(chǎn)生的另一種模態(tài),功率開關(guān)管S3閉合,功率開關(guān)管S5閉合，SI關(guān)斷、S2關(guān)斷、S4關(guān)斷，此時(shí)有回路輸入電源Ui正極一輸入濾波器一輸入儲(chǔ)能電感L一功率開關(guān)管S3—高頻變壓器Tl第二原邊繞組N2—功率開關(guān)管S5—輸入電源Ui負(fù)極形成回路，輸入電感L的電流開始下降，輸入電感出現(xiàn)第二電平隊(duì)2，功率開關(guān)管S7閉合，功率開關(guān)管S13閉合，高頻變壓器Tl副邊側(cè)的回路由高頻變壓器Tl副邊側(cè)非同名端一功率開關(guān)管S12—功率開關(guān)管S13—輸出濾波電容和輸出交流負(fù)載一功率開關(guān)管S6—功率開關(guān)管S7—高頻變壓器Tl第三副邊繞組N3的同名端所構(gòu)成，此時(shí)輸入電壓Ui經(jīng)電感L由高頻變壓器Tl第二原邊繞組N2傳遞能量到高頻變壓器Tl第三副邊繞組N3，給輸出濾波電容Cf和負(fù)載&供電。
[0027](3)輸入儲(chǔ)能電感L第三電平Ul3的產(chǎn)生，功率開關(guān)管SI閉合，功率開關(guān)管S2閉合，S3關(guān)斷，S4關(guān)斷，S5關(guān)斷，此時(shí)有回路輸入電源Ui正極一輸入濾波器一輸入儲(chǔ)能電感L一功率開關(guān)管SI—高頻變壓器Tl第一原邊繞組NI—第二原邊繞組N2—功率開關(guān)管S2—輸入電源Ui負(fù)極形成回路，輸入電感L的電流繼續(xù)下降，輸入電感出現(xiàn)三電平Uu，功率開關(guān)管S9閉合，功率開關(guān)管Sll閉合，高頻變壓器Tl副邊側(cè)的回路由高頻變壓器Tl副邊側(cè)同名端一功率開關(guān)管SlO—功率開關(guān)管Sll—輸出濾波電容和輸出交流負(fù)載一功率開關(guān)管S8—功率開關(guān)管S9—高頻變壓器Tl第三副邊繞組N3的非同名端所構(gòu)成，此時(shí)輸入電壓Ui經(jīng)電感L由高頻變壓器Tl第一原邊繞組NI和第二原邊繞組N2傳遞能量到高頻變壓器Tl第三副邊繞組N3，給輸出濾波電容Cf和負(fù)載&供電。輸入儲(chǔ)能電感L第三電平Ul3的產(chǎn)生的另一種模態(tài)，功率開關(guān)管S3閉合，功率開關(guān)管S4閉合，SI關(guān)斷、S2關(guān)斷、S5關(guān)斷，此時(shí)有回路輸入電源Ui正極一輸入濾波器一輸入儲(chǔ)能電感L一功率開關(guān)管S3—高頻變壓器Tl第二原邊繞組N2—第一原邊繞組NI—功率開關(guān)管S4—輸入電源Ui負(fù)極形成回路，輸入電感L的電流繼續(xù)下降，輸入電感出現(xiàn)三電平Uu，功率開關(guān)管S7閉合，功率開關(guān)管S13閉合，高頻變壓器Tl副邊側(cè)的回路由高頻變壓器Tl副邊側(cè)非同名端一功率開關(guān)管S12—功率開關(guān)管S13—輸出濾波電容和輸出交流負(fù)載一功率開關(guān)管S6—功率開關(guān)管S7—高頻變壓器Tl第三副邊繞組N3的同名端所構(gòu)成，此時(shí)輸入電壓Ui經(jīng)電感L由高頻變壓器Tl第二原邊繞組N和第一原邊繞組NI傳遞能量到高頻變壓器Tl第三副邊繞組N3，給輸出濾波電容Cf和負(fù)載&供電。
[0028]對(duì)于高頻隔離式三電平逆變器適用于高頻電氣隔離的高壓逆變場(chǎng)合的全波電路拓?fù)?，高頻隔離式三電平逆變器在一個(gè)輸出電壓周期中的工作過程中電感產(chǎn)生三個(gè)電平的過程如下:
輸出電壓正半周期的工作狀態(tài):
(I)輸入儲(chǔ)能電感L第一電平Uu的產(chǎn)生，功率開關(guān)管SI閉合，S2閉合，S3閉合，S4閉合，S5斷開，此時(shí)輸入直流電源給儲(chǔ)能電感L充電，輸入儲(chǔ)能電感L充電，電感電流線性上升，電感出現(xiàn)第一電平Uu，周波變換器中的四象限功率開關(guān)管SA’、SB’閉合，輸出濾波電容Cf與輸出交流負(fù)載\構(gòu)成回路，輸出濾波電容Cf對(duì)負(fù)載Zj共電。
[0029](2)輸入儲(chǔ)能電感L第二電平Ul2的產(chǎn)生，功率開關(guān)管SI閉合，功率開關(guān)管S5閉合，S2關(guān)斷、S3關(guān)斷、S4關(guān)斷，此時(shí)有回路輸入電源Ui正極一輸入濾波器一輸入儲(chǔ)能電感L一功率開關(guān)管SI—高頻變壓器T2第一原邊繞組NI—功率開關(guān)管S5—輸入電源Ui負(fù)極形成回路，輸入電感L的電流開始下降，輸入電感出現(xiàn)第二電平隊(duì)2，四象限功率開關(guān)管SA’閉合，高頻變壓器T2副邊側(cè)的回路由高頻變壓器T2第四副邊繞組N4同名端一四象功率開關(guān)管SA’ 一輸出濾波電容和輸出交流負(fù)載一高頻變壓器T2第四副邊繞組N4的非同名端所構(gòu)成，此時(shí)輸入電壓Ui經(jīng)電感L由高頻變壓器T2第一原邊繞組NI傳遞能量到高頻變壓器T2第四副邊繞組N4，給輸出濾波電容Cf和負(fù)載&供電。輸入儲(chǔ)能電感L第二電平Ul2的產(chǎn)生的另一種模態(tài)，四象限功率開關(guān)管SB’閉合，功率開關(guān)管S5閉合，SI關(guān)斷、S2關(guān)斷、S4關(guān)斷，此時(shí)有回路輸入電源Ui正極一輸入濾波器一輸入儲(chǔ)能電感L一功率開關(guān)管S3—高頻變壓器T2第二原邊繞組N2—功率開關(guān)管S5—輸入電源Ui負(fù)極形成回路，輸入電感L的電流開始下降，輸入電感出現(xiàn)第二電平Ul2，高頻變壓器T2副邊側(cè)的回路由高頻變壓器T2第五副邊繞組N5的非同名端一四象限功率開關(guān)管SB’ 一輸出濾波電容和輸出交流負(fù)載一高頻變壓器T2第五副邊繞組N5的同名端所構(gòu)成，此時(shí)輸入電壓Ui經(jīng)電感L由高頻變壓器T2第二原邊繞組N2傳遞能量到高頻變壓器T2第五副邊繞組N5，給輸出濾波電容Cf和負(fù)載&供電。
[0030](3)輸入儲(chǔ)能電感L第三電平Ul3的產(chǎn)生，功率開關(guān)管SI閉合，功率開關(guān)管S2閉合，S3關(guān)斷，S4關(guān)斷，S5關(guān)斷，此時(shí)有回路輸入電源Ui正極一輸入濾波器一輸入儲(chǔ)能電感L一功率開關(guān)管SI—高頻變壓器T2第一原邊繞組NI—第二原邊繞組N2—功率開關(guān)管S2—輸入電源Ui負(fù)極形成回路，輸入電感L的電流繼續(xù)下降，輸入電感出現(xiàn)第三電平UL3，四象限功率開關(guān)管SA’閉合，高頻變壓器T2副邊側(cè)的回路由高頻變壓器T2第四副邊繞組N4同名端一四象限功率開關(guān)管SA’ 一輸出濾波電容和輸出交流負(fù)載一高頻變壓器T2第四副邊繞組N4的非同名端所構(gòu)成，此時(shí)輸入電壓Ui經(jīng)電感L由高頻變壓器T2第一原邊繞組NI和第二原邊繞組N2傳遞能量到高頻變壓器T2第四副邊繞組N4，給輸出濾波電容Cf和負(fù)載RL供電。輸入儲(chǔ)能電感L第三電平Uu的產(chǎn)生的另一種模態(tài)，功率開關(guān)管S3閉合，功率開關(guān)管S4閉合，SI關(guān)斷，S2關(guān)斷，S5關(guān)斷，此時(shí)有回路輸入電源Ui正極一輸入濾波器一輸入儲(chǔ)能電感L一功率開關(guān)管S3—高頻變壓器T2第二原邊繞組N2—第一原邊繞組NI—功率開關(guān)管S4—輸入電源Ui負(fù)極形成回路，輸入電感L的電流繼續(xù)下降，輸入電感出現(xiàn)第三電平Ul3,四象限功率開關(guān)管SB’閉合，高頻變壓器T2副邊側(cè)的回路由高頻變壓器T2第五副邊繞組N5的非同名端一四象限功率開關(guān)管SB’ 一輸出濾波電容和輸出交流負(fù)載一高頻變壓器T2第五副邊繞組N5的同名端所構(gòu)成，此時(shí)輸入電壓Ui經(jīng)電感L由高頻變壓器T2第二原邊繞組N2和第一原邊繞組NI傳遞能量到高頻變壓器T2第五副邊繞組N5，給輸出濾波電容Cf和負(fù)載&供電。
[0031]輸出電壓負(fù)半周期的工作狀態(tài):
(I)輸入儲(chǔ)能電感L第一電平Uu的產(chǎn)生，功率開關(guān)管SI閉合，S2閉合，S3閉合，S4閉合，S5斷開，此時(shí)輸入直流電源給儲(chǔ)能電感L充電，輸入儲(chǔ)能電感L充電，電感電流線性上升，電感出現(xiàn)第一電平Uu，周波變換器中的四象限功率開關(guān)管SA’、SB’閉合，輸出濾波電容Cf與輸出交流負(fù)載\構(gòu)成回路，輸出濾波電容Cf對(duì)負(fù)載Zj共電。
[0032](2)輸入儲(chǔ)能電感L第二電平Ul2的產(chǎn)生，功率開關(guān)管SI閉合，功率開關(guān)管S5閉合，S2關(guān)斷、S3關(guān)斷、S4關(guān)斷，此時(shí)有回路輸入電源Ui正極一輸入濾波器一輸入儲(chǔ)能電感L一功率開關(guān)管SI—高頻變壓器T2第一原邊繞組NI—功率開關(guān)管S5—輸入電源Ui負(fù)極形成回路，輸入電感L的電流開始下降，輸入電感出現(xiàn)第二電平隊(duì)2，四象限功率開關(guān)管SB’閉合，高頻變壓器T2副邊側(cè)的回路由高頻變壓器T2第五副邊繞組N5同名端一輸出濾波電容和輸出交流負(fù)載一四象限功率開關(guān)管SB’一高頻變壓器T2第五副邊繞組N5的非同名端所構(gòu)成，此時(shí)輸入電壓Ui經(jīng)電感L由高頻變壓器T2第一原邊繞組NI傳遞能量到高頻變壓器T2第五副邊繞組N5,給輸出濾波電容Cf和負(fù)載Rlj供電。輸入儲(chǔ)能電感L第二電平Ul2的產(chǎn)生的另一種1吳態(tài)，功率開關(guān)管S3閉合，功率開關(guān)管S5閉合，SI關(guān)斷、S2關(guān)斷、S4關(guān)斷，此時(shí)有回路輸入電源Ui正極一輸入濾波器一輸入儲(chǔ)能電感L一功率開關(guān)管S3—高頻變壓器T2第二原邊繞組N2—功率開關(guān)管S5—輸入電源Ui負(fù)極形成回路，輸入電感L的電流開始下降，輸入電感出現(xiàn)第二電平隊(duì)2，四象限功率開關(guān)管SA’閉合，高頻變壓器T2副邊側(cè)的回路由高頻變壓器T2第四副邊繞組N4的非同名端一輸出濾波電容和輸出交流負(fù)載一四象限功率開關(guān)管SA’ 一高頻變壓器T2第四副邊繞組N4的同名端所構(gòu)成，此時(shí)輸入電壓Ui經(jīng)電感L由高頻變壓器T2第二原邊繞組N2傳遞能量到高頻變壓器T2第四副邊繞組N4，給輸出濾波電容Cf和負(fù)載&供電。
[0033](3)輸入儲(chǔ)能電感L第三電平Ul3的產(chǎn)生，功率開關(guān)管SI閉合，功率開關(guān)管S2閉合，S3關(guān)斷，S4關(guān)斷，S5關(guān)斷，此時(shí)有回路輸入電源Ui正極一輸入濾波器一輸入儲(chǔ)能電感L一功率開關(guān)管SI—高頻變壓器T2第一原邊繞組NI—第二原邊繞組N2—功率開關(guān)管S2—輸入電源Ui負(fù)極形成回路，輸入電感L的電流繼續(xù)下降，輸入電感出現(xiàn)第三電平Uu，四象限功率開關(guān)管SB’閉合，高頻變壓器T2副邊側(cè)的回路由高頻變壓器T2第五副邊繞組N5同名端一輸出濾波電容和輸出交流負(fù)載一四象限功率開關(guān)管SB’ 一高頻變壓器T2第五副邊繞組N5的非同名端所構(gòu)成，此時(shí)輸入電壓Ui經(jīng)電感L由高頻變壓器T2第一原邊繞組NI和第二原邊繞組N2傳遞能量到高頻變壓器T2第五副邊繞組N5，給輸出濾波電容Cf和負(fù)載RL供電。輸入儲(chǔ)能電感L第三電平Uu的產(chǎn)生的另一種模態(tài)，功率開關(guān)管S3閉合，功率開關(guān)管S4閉合，SI關(guān)斷，S2關(guān)斷，S5關(guān)斷，此時(shí)有回路輸入電源Ui正極——輸入濾波器一輸入儲(chǔ)能電感L一功率開關(guān)管S3—高頻變壓器T2第二原邊繞組N2—第一原邊繞組NI—功率開關(guān)管S4—輸入電源Ui負(fù)極形成回路，輸入電感L的電流繼續(xù)下降，輸入電感出現(xiàn)第三電平Uu，四象限功率開關(guān)管SA’閉合，高頻變壓器T2副邊側(cè)的回路由高頻變壓器T2第四副邊繞組N4的非同名端一輸出濾波電容和輸出交流負(fù)載一四象限功率開關(guān)管SA’ 一高頻變壓器T2第四副邊繞組N4的同名端所構(gòu)成，此時(shí)輸入電壓Ui經(jīng)電感L由高頻變壓器T2第二原邊繞組N2和第一原邊繞組NI傳遞能量到高頻變壓器T2第四副邊繞組N4，給輸出濾波電容Cf和負(fù)載&供電。
[0034]本發(fā)明具有功率變換級(jí)數(shù)少(直流DC-高頻交流HFAC-低頻交流LFAC)，雙向功率流，輸出濾波器前端電壓頻譜特性好等優(yōu)點(diǎn)，因而提高變換效率和功率密度、減小體積和重量。
【權(quán)利要求】
1.一種基于Boost變換器的高頻隔離式三電平逆變器，其特征在于，包括依次連接的輸入直流電源單元(I)、輸入濾波器(2)、帶儲(chǔ)能電感的高頻隔離式三電平逆變單元(3)、高頻變壓器(4)、周波變換器(5)、輸出濾波器(6)、輸出交流負(fù)載(7)，其中，輸入直流電源單元(I)包括輸入直流電源(Ui)，輸入直流電源(Ui)與輸入濾波器(2 )的一端連接，輸入濾波器(2)的另一端與帶儲(chǔ)能電感的高頻隔離式三電平逆變單元(3)的一端連接，帶儲(chǔ)能電感的高頻隔離式三電平逆變器單元(3)的另一端與高頻變壓器(4)的初級(jí)繞組連接，高頻變壓器(4)的次級(jí)繞組與周波變換器(5)的輸入端連接，周波變換器(5)的輸出端與輸出濾波器(6)的輸入端連接,輸出濾波電容(6)的輸出端與輸出交流負(fù)載(7)連接； 所述輸入濾波器(2 )包括輸入濾波電感(Ltl)和輸入濾波電容(Ctl )，其中，輸入直流電源(Ui)的參考正極與輸入濾波電感(Ltl)的一端連接,輸入濾波電感(Ltl)的另一端分別與輸入濾波電容(Ctl)的正極和儲(chǔ)能電感(L)的一端連接，輸入濾波電容(Ctl)的負(fù)極與輸入直流電源(Ui)的參考負(fù)極連接； 所述帶儲(chǔ)能電感的高頻隔離式三電平逆變單元(3)包括第一功率開關(guān)管(SI)及第一二極管(D1)，第二功率開關(guān)管(S2)及第二二極管(D2)，第三功率開關(guān)管(S3)及第三二極管(D3)，第四功率開關(guān)管(S4)及第四二極管(D4)，第五功率開關(guān)管(S5)及第五二極管(D5);其中，儲(chǔ)能電感(L)的一端和輸入濾波器(2)的電容正極連接，儲(chǔ)能電感(L)的另一端與第一功率開關(guān)管(SI)的漏極和第三功率開關(guān)管(S3)的漏極相連,第一二極管(Dl)和第三二極管(D3)分別反并聯(lián)于第一功率開關(guān)管(SI)和第三功率開關(guān)管(S3)兩端，即第一二極管(Dl)的陰極與第一功率開關(guān)管(SI)的漏極連接，第一二極管(Dl)的陽極與第一功率開關(guān)管(SI)的源極連接，第三二極管(D3)的陰極與第三功率開關(guān)管(S3)的漏極連接，第三二極管(D3)的陽極與第三功率開關(guān)管(S3)的源極連接，第四二極管(D4)的陰極與第四功率開關(guān)管(S4)的漏極連接，第四二極管(D4)的陽極與第四功率開關(guān)管(S4)的源極連接，第二二極管(D2)的陰極與第二功率開關(guān)管(S2)的漏極連接，第二二極管(D2)的陽極與第二功率開關(guān)管(S2)的源極連接，第五二極管(D5)的陰極與第五功率開關(guān)管(S5)的漏極連接，第五二極管(D5)的陽極與第五功率開關(guān)管(S5)的源極連接，第一功率開關(guān)管(SI)的源極分別和高頻變壓器(4)的第一原邊繞組(NI)的同名端和第四功率開關(guān)管(S4)的漏極連接，高頻變壓器(4)的第一原邊繞組(NI)的非同名端和第二原邊繞組(N2)的同名端連接后與第五功率開關(guān)管(S5)的漏極連接，第二原邊繞組(N2)的非同名端分別和第二功率開關(guān)管(S2)的漏極和第三功率開關(guān)管(S3)的源極連接，輸入直流電源的參考負(fù)極分別和輸入濾波電容(Ctl)的負(fù)極、第五功率開關(guān)管(S5)的源極、第四功率開關(guān)管(S4)的源極、第二功率開關(guān)管(S2)的源極連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于Boost變換器的高頻隔離式三電平逆變器，其特征在于，高頻變壓器(4)和周波變換器(5)分別為高頻變壓器(Tl)和橋式周波變換器； 所述高頻變壓器(Tl)包括第一原邊繞組(NI)、第二原邊繞組(N2)和第三副邊繞組(N3)，第一原邊繞組(NI)的同名端與第一功率開關(guān)管(SI)的源極連接，第一原邊繞組(NI)的非同名端與第二原邊繞組(N2)的同名端連接后與第五功率開關(guān)管(S5)的漏極連接，第二原邊繞組(N2)的非同名端與第二功率開關(guān)管(S2)的漏極連接；頻變壓器(4)的第三副邊繞組(N3)與周波變換器(5)的輸入端連接；所述周波變換器(5)為橋式周波變換器，包括第一四象限功率開關(guān)管(SA)、第二四象限功率開關(guān)管(SB)、第三四象限功率開關(guān)管(SC)、第四四象限功率開關(guān)管(SD)，高頻變壓器(Tl)的第三副邊繞組(N3)的同名端與所述橋式周波變換器的第七功率開關(guān)管(S7)的漏極、第七二極管(D7)的陰極、第十功率開關(guān)管(SlO)的漏極、第十二極管(DlO)的陰極連接，所述的橋式周波變換器(5)的第七功率開關(guān)管(S7)的源極、第七二極管(D7)的陽極、第六功率開關(guān)管(S6)的源極、第六二極管(D6)的陽極連接在一起，所述橋式周波變換器(5)的第六功率開關(guān)管(S6)的漏極、第六二極管(D6)的陰極、第八功率開關(guān)管(S8)的漏極、第八二極管(D8)的陰極連接在一起，所述的橋式周波變換器(5)的第八器功率開關(guān)管(S8)的源極、第八二極管(D8)的陽極、第九功率開關(guān)管(S9)的源極、第九二極管(D9)的陽極連接在一起，所述橋式周波變換器(5)的第九功率開關(guān)管(S9)的漏極、第九二極管(D9)的陰極、第十二功率開關(guān)管(S12)的漏極、第十二二極管(D12)的陰極連接在一起，高頻變壓器(Tl)的第三副邊繞組(N3)的非同名端與所述橋式周波變換器(5)的第九功率開關(guān)管(S9)的漏極、第九二極管(D9)的陰極、第十二功率開關(guān)管(S12)的漏極、第十二二極管(D12)的陰極連接在一起，所述的橋式周波變換器(5)的第十二功率開關(guān)管(S12)的源極、第十二二極管(D12)的陽極、第十三功率開關(guān)管(S13)的源極、第十三二極管(D13)的陽極連接在一起，所述的橋式周波變換器(5)的第十三功率開關(guān)管(S13)的漏極、第十三二極管(D13)的陰極、第十一功率開關(guān)管(Sll)的漏極、第十一二極管(Dll)的陰極連接在一起，所述的橋式周波變換器(5)的第十一功率開關(guān)管(Sll) 的源極、第十一二極管(Dll)的陽極、第十功率開關(guān)管(SlO)的源極、第十二極管(DlO)的陽極連接在一起，第六功率開關(guān)管(S6)、第七功率開關(guān)管(S7)、第六二極管(D6)、第七二極管(D7)構(gòu)成第一四象限功率開關(guān)管(SA)，第八功率開關(guān)管(S8)、第九功率開關(guān)管(S9)、第八二極管(D8)、第九二極管(D9)構(gòu)成第二四象限功率開關(guān)管(SB)，第十功率開關(guān)管(S10)、第十一功率開關(guān)管(Sll)第十二極管(D10)、第十一二極管(Dll)構(gòu)成第三四象限功率開關(guān)管(SC)，第十二功率開關(guān)管(S12)、第十三功率開關(guān)管(S13)、第十二二極管(D12)、第十三二極管(D13)構(gòu)成第四四象限功率開關(guān)管(SD)，第一四象限功率開關(guān)管(SA)、第二四象限功率開關(guān)管(SB)、第三四象限功率開關(guān)管(SC)、第四四象限功率開關(guān)管(SD)四個(gè)四象限功率開關(guān)管構(gòu)成所述橋式周波變換器； 所述輸出濾波器(6)包括輸出濾波電容(Cf),其中,輸出濾波電容(Cf)的正極與周波變換器(5)中的第六功率開關(guān)管(S6)的漏極、第六二極管(D6)的陰極、第八功率開關(guān)管(S8)的漏極、第八二極管(D8)的陰極連接，輸出濾波電容(Cf)的負(fù)極與周波變換器(5)中的第十一功率開關(guān)管(Sll)的漏極、第十一二極管(Dll)的陰極、第十三功率開關(guān)管(S13)的漏極、第十三二極管(D13)的陰極連接； 所述輸出交流負(fù)載(7)包括交流負(fù)載(?)，交流負(fù)載(?)的兩端分別與輸出濾波電容(Cf)的正極和負(fù)極連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于Boost變換器的高頻隔離式三電平逆變器，其特征在于，所述高頻變壓器(4)和周波變換器(5)分別為高頻變壓器(T2)和全波周波變換器； 所述高頻變壓器(T2)包括第一原邊繞組(NI)、第二原邊繞組(N2)和第四副邊繞組(N4)，第五副邊繞組(N5)，第一原邊繞組(NI)的同名端與第一功率開關(guān)管(SI)的源極連接，第一原邊繞組(NI)的非同名端與第二原邊繞組(N2)的同名端連接后與第五功率開關(guān)管(S5)的漏極連接，第二原邊繞組(N2)的非同名端與第二功率開關(guān)管(S2)的漏極連接；高頻變壓器(T2)的第四副邊繞組(N4)、第五副邊繞組(N5)與周波變換器(5)的輸入端連接；所述周波變換器(5)為全波周波變換器，包括五四象限功率開關(guān)管(SA’)和第六四象限功率開關(guān)管(SB’)，高頻變壓器(T2)的第四副邊繞組(N4)的同名端與所述全波變換器的第十四功率開關(guān)管(S6’)的漏極和第十四二極管(D6’)的陰極連接，所述全波式周波變換器(5)的第十四功率開關(guān)管(S6’)的源極、第十四二極管(D6’)的陽極、第十五功率開關(guān)管(S7’)的源極、第十五二極管(D7’)的陽極連接在一起，高頻變壓器(T2)的第五副邊繞組(N5)的非同名端與所述全波式周波變換器的第十六功率開關(guān)管(S8’)的漏極和第十六二極管(D8’)的陰極連接，高頻變壓器(T2)的第四副邊繞組(N4)的非同名端連接于第五副邊繞組(N5)的同名端，所述全波周波變換器(5)的第十六功率開關(guān)管(S8’)的源極、第十六二極管(D8’)的陽極、第十七功率開關(guān)管(S9’)的源極、第十七二極管(D9’)的陽極連接在一起，所述全波周波變換器的第十七功率開關(guān)管(S9’)的漏極、第十七二極管(D9’)的陰極、第十五功率開關(guān)管(S7’)的漏極、第十五二極管(D7’)的陰極連接在一起，第十四功率開關(guān)管(S6’)、第十五功率開關(guān)管(S7’)、第十四二極管(D6’)、第十五二極管(D7’)構(gòu)成第五四象限功率開關(guān)管(SA’)，第十六功率開關(guān)管(S8’)、第十七功率開關(guān)管(S9’)、第十六二極管(D8’)、第十七二極管(D9’)構(gòu)成第六四象限功率開關(guān)管(SB’)，第五四象限功率開關(guān)管(SA’ )和第六四象限功率開關(guān)管(SB’ )構(gòu)成所述全波周波變換器； 所述輸出濾波器(6)包括輸出濾波電容(Cf),其中，輸出濾波電容(Cf)的正極與第十五二極管(D7’)的陰極相連，輸出濾波電容(Cf)的負(fù)極與高頻變壓器(T2)的第四副邊繞組(N4)的非同名端相連； 所述輸出交流負(fù)載(7)包括交流負(fù)載(?)，交流負(fù)載(?)的兩端分別與輸出濾波電容(Cf)的正極和負(fù) 極連接。
【文檔編號(hào)】H02M5/293GK103762873SQ201410033508
【公開日】2014年4月30日 申請(qǐng)日期:2014年1月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月24日
【發(fā)明者】胥佳梅, 李磊, 趙衛(wèi), 項(xiàng)澤宇, 潘敏 申請(qǐng)人:南京理工大學(xué)