單級可升降壓雙Boost逆變器及其控制方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種單級可升降壓雙Boost逆變器，包括Boost1升壓電路、Boost1旁路開關(guān)管、包括Boost2升壓電路、Boost2旁路開關(guān)管。還公開了該逆變器的控制方法，在正弦波的正半周期，控制Boost1升壓電路與其旁路開關(guān)管工作，處于升壓狀態(tài)；正弦波的負(fù)半周期，控制Boost2升壓電路與其旁路開關(guān)管工作，處于升壓狀態(tài)。在相同電壓增益的情況下，本發(fā)明使開關(guān)管電壓、電流應(yīng)力更小、開關(guān)管導(dǎo)通總時間減少，導(dǎo)通損耗降低。電感電流紋波降低，減少了電感的銅耗和鐵耗。旁路開關(guān)管的工頻切換，為正負(fù)半周電路的電流提供回路，減小了傳統(tǒng)雙Boost逆變器中環(huán)流的導(dǎo)通損耗，提升了雙Boost逆變器的效率。
【專利說明】單級可升降壓雙Boost逆變器及其控制方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種單級可升降壓雙Boost逆變器及其控制方法，屬于電力電子變換 器的【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002] 新能源由于受環(huán)境等因素的影響，其輸出電壓范圍寬，需要通過升降壓逆變裝置 將其逆變成可用的穩(wěn)定交流電壓。傳統(tǒng)的逆變器當(dāng)直流側(cè)電壓低于輸出的交流電壓時，需 要在逆變器的前級加入升壓變換器以達(dá)到升壓功能。但兩級式功率變換使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜且 影響效率。通過工頻變壓器升壓，存在工頻變壓器笨重、體積龐大等缺陷。
[0003] 單級功率變換器的逆變器有利于功率密度和效率的提升。單級式逆變器具有功率 級只有一級，效率高，體積小等優(yōu)點。雙Boost變換器的逆變器。采用兩組獨(dú)立對稱的雙向 DC/DC變換器差動輸出，得到純正弦交流電壓。常見的調(diào)制方式是使兩組Boost變換器各輸 出一路相差180°帶直流偏置的電壓，經(jīng)差動輸出得到可升降壓的交流輸出電壓。這種調(diào)制 方式下變換器所有功率開關(guān)在整個工頻周期內(nèi)均處于高頻調(diào)制狀態(tài)，且電感電流大、開關(guān) 管電壓電流應(yīng)力也較大，導(dǎo)致電感損耗、開關(guān)管通態(tài)損耗與開關(guān)損耗增加，同時整個變換器 存在內(nèi)部環(huán)流，不利于效率的提升。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是：提供一種單級可升降壓雙Boost逆變器，包括 Boostl升壓單元及Boost2升壓單元，通過增加 Boostl旁路開關(guān)管、Boost2旁路開關(guān)管，構(gòu) 成六個開關(guān)管組成的雙Boost逆變器，還公開了該單級可升降壓雙Boost逆變器的控制方 法，使得兩組Boost升壓單元與其旁路開關(guān)管分時間歇工作，兩組各產(chǎn)生一路相差180°帶 直流偏置的半周期的正弦半波，降低了開關(guān)管電壓、電流應(yīng)力，降低電感電流紋波，消除了 變換器內(nèi)部環(huán)流，提升了雙Boost逆變器的系統(tǒng)效率。
[0005] 本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題，采用如下技術(shù)方案：
[0006] 單級可升降壓雙Boost逆變器，包括Boostl升壓單元、Boost2升壓單元，所述 Boostl升壓單元包括第一開關(guān)管、第二開關(guān)管、第一電感、第一電容，B〇〇st2升壓單元包括 第三開關(guān)管、第四開關(guān)管、第二電感、第二電容，第一電感、第一電容、第二電感、第二電容均 包括第一端、第二端，其中，第一電感的第一端、第二電感的第一端與直流電源的正極連接； 所述第一電感的第二端分別與第一開關(guān)管的輸入端、第二開關(guān)管的輸出端連接；第一開關(guān) 管的輸出端分別與第三開關(guān)管的輸出端、第一電容的第二端、第二電容的第二端連接；所述 第二電感的第二端分別與第三開關(guān)管的輸入端、第四開關(guān)管的輸出端連接；所述第四開關(guān) 管的輸入端與第二電容的第一端連接；第一電容的第一端作為該逆變器的第一輸出端；第 二電容的第一端作為該逆變器的第二輸出端；還包括Boostl旁路開關(guān)管、B 〇〇st2旁路開關(guān) 管，Boostl旁路開關(guān)管的輸入端與該逆變器的第一輸出端連接、Boostl旁路開關(guān)管的輸出 端與第一電感的第一端連接；B 〇〇st2旁路開關(guān)管的輸入端與該逆變器的第二輸出端連接、 B〇〇st2旁路開關(guān)管的輸出入端與第二電感的第一端連接。
[0007] 所述逆變器中的所有開關(guān)管的輸入端、輸出端之間均并聯(lián)二極管，二極管的陽極 與開關(guān)管的輸出端連接，二極管的陰極與開關(guān)管的輸入端連接。
[0008] 在正弦波的正半周期內(nèi)，控制第四開關(guān)管、B〇〇st2旁路開關(guān)管導(dǎo)通，第三開關(guān)管、 Boostl旁路開關(guān)管關(guān)斷，第一開關(guān)管、第二開關(guān)管互補(bǔ)導(dǎo)通；在正弦波的負(fù)半周期內(nèi)，控制 第二開關(guān)管、Boostl旁路開關(guān)管導(dǎo)通，第一開關(guān)管、B 〇〇st2旁路開關(guān)管關(guān)斷，第三開關(guān)管、 第四開關(guān)管互補(bǔ)導(dǎo)通。
[0009] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果：
[0010] 1)本文提出一種單級可升降壓雙Boost逆變器使得開關(guān)管的電壓應(yīng)力與電感的 電流應(yīng)力比傳統(tǒng)方式小。
[0011] 2)通過半周期調(diào)制法，控制開關(guān)管半周期高頻工作，旁路開關(guān)管工頻切換，減少了 變換器的開關(guān)損耗。同時其相比傳統(tǒng)方式又減小了一定的導(dǎo)通損耗，消除了變換器的內(nèi)部 環(huán)流。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0012] 圖1為本發(fā)明單級可升降壓雙Boost逆變器。
[0013] 圖2為傳統(tǒng)雙Boost逆變器的調(diào)制方式示意框圖。
[0014] 圖3為本發(fā)明單電感雙Boost逆變器的調(diào)制方式示意圖。
[0015] 圖4為本發(fā)明單級可升降壓雙Boost逆變器實驗驅(qū)動波形。
[0016] 圖5為本發(fā)明單級可升降壓雙Boost逆變器開關(guān)管電壓應(yīng)力。
[0017] 圖6為本發(fā)明單級可升降壓雙Boost逆變器輸入輸出電壓與電感電流。

【具體實施方式】
[0018] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說明：
[0019] 如圖1所示，單級可升降壓雙Boost逆變器，包括Boostl升壓單元、Boost2升壓 單元，所述Boostl升壓單元包括第一開關(guān)管S1、第二開關(guān)管S2、第一電感L1、第一電容C1， B〇〇st2升壓單元包括第三開關(guān)管S3、第四開關(guān)管S4、第二電感L2、第二電容C2,第一電感 L1、第一電容C1、第二電感L2、第二電容C2均包括第一端、第二端，其中，第一電感L1的第 一端、第二電感L2的第一端與直流電源Vin的正極連接；所述第一電感L1的第二端分別 與第一開關(guān)管S1的輸入端、第二開關(guān)管S2的輸出端連接；第一開關(guān)管S1的輸出端分別與 第三開關(guān)管S3的輸出端、第一電容C1的第二端、第二電容C2的第二端連接；所述第二電 感L2的第二端分別與第三開關(guān)管S3的輸入端、第四開關(guān)管S4的輸出端連接；所述第四開 關(guān)管S4的輸入端與第二電容C2的第一端連接；第一電容C1的第一端作為該逆變器的第 一輸出端；第二電容C2的第一端作為該逆變器的第二輸出端；還包括Boostl旁路開關(guān)管 S5、Boost2旁路開關(guān)管S6,Boostl旁路開關(guān)管S5的輸入端與該逆變器的第一輸出端連接、 Boostl旁路開關(guān)管S5的輸出端與第一電感L1的第一端連接；Boost2旁路開關(guān)管S6的輸 入端與該逆變器的第二輸出端連接、B 〇〇st2旁路開關(guān)管S6的輸出入端與第二電感L2的第 一端連接。
[0020] 所述逆變器中的所有開關(guān)管的輸入端、輸出端之間均并聯(lián)二極管，二極管的陽極 與開關(guān)管的輸出端連接，二極管的陰極與開關(guān)管的輸入端連接。
[0021] 常見的調(diào)制方式是使兩組Boost變換器各輸出一路相差180°帶直流偏置的電 壓，經(jīng)差動輸出得到可升降壓的交流輸出電壓。使Boostl與B〇〇st2同時處于升壓狀態(tài)，所 以四個開關(guān)管均處于高頻開關(guān)狀態(tài)，如圖2所示的傳統(tǒng)雙Boost逆變器調(diào)制示意圖。通過 相應(yīng)的控制邏輯使得兩組的輸出電壓滿足：

【權(quán)利要求】
1. 單級可升降壓雙Boost逆變器，包括Boostl升壓單元、Boost2升壓單元，所述 Boostl升壓單元包括第一開關(guān)管、第二開關(guān)管、第一電感、第一電容，B〇〇st2升壓單元包括 第三開關(guān)管、第四開關(guān)管、第二電感、第二電容，第一電感、第一電容、第二電感、第二電容均 包括第一端、第二端，其中，第一電感的第一端、第二電感的第一端與直流電源的正極連接； 所述第一電感的第二端分別與第一開關(guān)管的輸入端、第二開關(guān)管的輸出端連接；第一開關(guān) 管的輸出端分別與第三開關(guān)管的輸出端、第一電容的第二端、第二電容的第二端連接；所 述第二電感的第二端分別與第三開關(guān)管的輸入端、第四開關(guān)管的輸出端連接；所述第四開 關(guān)管的輸入端與第二電容的第一端連接；第一電容的第一端作為該逆變器的第一輸出端； 第二電容的第一端作為該逆變器的第二輸出端；其特征在于：還包括Boostl旁路開關(guān)管、 B〇〇st2旁路開關(guān)管，Boostl旁路開關(guān)管的輸入端與該逆變器的第一輸出端連接、Boostl旁 路開關(guān)管的輸出端與第一電感的第一端連接；B 〇〇st2旁路開關(guān)管的輸入端與該逆變器的 第二輸出端連接、B〇〇st2旁路開關(guān)管的輸出入端與第二電感的第一端連接。
2. 根據(jù)權(quán)利要求所述的單級可升降壓雙Boost逆變器，其特征在于：所述逆變器中的 所有開關(guān)管的輸入端、輸出端之間均并聯(lián)二極管，二極管的陽極與開關(guān)管的輸出端連接，二 極管的陰極與開關(guān)管的輸入端連接。
3. 基于權(quán)利要求1所述的單級可升降壓雙Boost逆變器的控制方法，其特征在于：在 正弦波的正半周期內(nèi)，控制第四開關(guān)管、B 〇〇st2旁路開關(guān)管導(dǎo)通，第三開關(guān)管、Boostl旁路 開關(guān)管關(guān)斷，第一開關(guān)管、第二開關(guān)管互補(bǔ)導(dǎo)通；在正弦波的負(fù)半周期內(nèi)，控制第二開關(guān)管、 Boostl旁路開關(guān)管導(dǎo)通，第一開關(guān)管、B〇〇st2旁路開關(guān)管關(guān)斷，第三開關(guān)管、第四開關(guān)管互 補(bǔ)導(dǎo)通。
【文檔編號】H02M7/48GK104104252SQ201410307997
【公開日】2014年10月15日 申請日期:2014年6月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月30日
【發(fā)明者】湯雨, 徐飛 申請人:南京航空航天大學(xué)