單電源九電平高頻逆變器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本實(shí)用新型設(shè)及高頻交流配電系統(tǒng)巧igh Frequen巧AC Power Dishibution System，HFAC PDS)領(lǐng)域，特別設(shè)及一種單電源九電平高頻逆變器。
【背景技術(shù)】
[0002] 高頻交流配電系統(tǒng)化FAC PDS)與傳統(tǒng)的直流配電系統(tǒng)(DC PDS)相比，因具有高可 靠性、高效率、高功率密度、可實(shí)現(xiàn)無線傳輸?shù)葍?yōu)點(diǎn)而在計(jì)算機(jī)、通信、電動(dòng)汽車、可再生能 源微網(wǎng)等領(lǐng)域獲得廣泛的應(yīng)用。高頻逆變器完成將由蓄電池、燃料電池、光伏太陽能電池或 其它發(fā)電或儲(chǔ)電裝置提供的直流電轉(zhuǎn)換成高頻交流電，并饋送至高頻交流母線，進(jìn)而實(shí)現(xiàn) 能源的再分配。隨著對供電容量、供電質(zhì)量和供電效率要求的不斷提高，對多電平逆變器輸 出波形的要求也越來越高。目前的多電平逆變器常采用增加輸入直流源和開關(guān)器件的數(shù)量 實(shí)現(xiàn)更多的電平輸出W提高輸出性能，使得逆變器的結(jié)構(gòu)變得異常復(fù)雜，同時(shí)降低了逆變 器的效率。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0003] 本實(shí)用新型的目的在于W單個(gè)電源和更少量器件實(shí)現(xiàn)更多的電平輸出，提出一種 單電源九電平高頻逆變器，該單電源九電平高頻逆變器適用于高頻交流配電領(lǐng)域，具體可 W應(yīng)用于計(jì)算機(jī)、通信、電動(dòng)汽車、可再生能源微網(wǎng)等領(lǐng)域?qū)⒅绷麟娹D(zhuǎn)換成高頻交流電，該 逆變器只需單個(gè)輸入直流源，并且W更少量的器件實(shí)現(xiàn)九電平輸出，有效地降低了輸出交 流電的諧波崎變，提高了逆變器的效率，同時(shí)也有效地減少了逆變器所需的驅(qū)動(dòng)電路和安 裝空間。
[0004] 本實(shí)用新型的目的通過W下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):單電源九電平高頻逆變器，包括:開關(guān) 電容單元X、反向串聯(lián)開關(guān)管單元Y和全橋單元Z;所述開關(guān)電容單元(X)、反向串聯(lián)開關(guān)管單 元(Y)和全橋單元(Z)兩兩相互連接;所述開關(guān)電容單元X包括第一電解電容Cl、第二電解電 容〔2、第一二極管￥〇1、第二二極管￥〇2、第^二極管￥〇3、第十二極管￥〇1〇、第^^一二極管VDii、 第一開關(guān)管Si、第二開關(guān)管S2和第=開關(guān)管S3;所述第一電解電容Cl和第二電解電容C2的電 容值相等;所述第十二極管VDio的陽極、第一二極管VDi的陰極、第二二極管VD2的陰極、第一 開關(guān)管Si的漏級(jí)均和第二開關(guān)管S2的漏級(jí)相連接;所述第一二極管VDi的陽極、第十一二極 管VDii的陽極均和第一開關(guān)管Si的源級(jí)相連接;所述第十二極管VDio的陰極和第一電解電容 Cl的正極相連接;所述第十一二極管VDii的陰極、第一電解電容Cl的負(fù)極均和第二電解電容 C2的正極相連接;所述第二二極管VD2的陽極、第S二極管VD3的陰極、第二電解電容C2負(fù)極、 第二開關(guān)管S2的源級(jí)均和第S開關(guān)管S3的漏級(jí)相連接;所述第S二極管VD3的陽極和第S開 關(guān)管S3的源級(jí)相連接;所述反向串聯(lián)開關(guān)管單元Y包括第四二極管VD4、第五二極管VDs、第四 開關(guān)管S4和第五開關(guān)管Ss;所述第四二極管VD4的陰極和第四開關(guān)管S4的漏級(jí)相連接;所述 第四二極管VD4的陽極、第五二極管VDs的陽極、第四開關(guān)管S4的源級(jí)均和第五開關(guān)管Ss的源 級(jí)相連接;所述第五二極管VDs的陰極和第五開關(guān)管Ss的漏級(jí)相連接;所述全橋單元Z包括第 六二極管VD6、第屯二極管VD7、第八二極管VDs、第九二極管VD9、第六開關(guān)管S6、第屯開關(guān)管 87、第八開關(guān)管Ss和第九開關(guān)管S9;所述第六二極管VDs的陰極、第八二極管VDs的陰極、第六 開關(guān)管S6的漏級(jí)均和第八開關(guān)管Ss的漏級(jí)相連接;所述第六二極管VDs的陽極、第屯二極管 VD?的陰極、第六開關(guān)管S6的源級(jí)均和第屯開關(guān)管S7的漏級(jí)相連接;所述第八二極管VDs的陽 極、第九二極管VD9的陰極、第八開關(guān)管Ss的源級(jí)均和第九開關(guān)管S9的漏級(jí)相連接;所述開關(guān) 電容單元X中第一電解電容Cl的正極與全橋單元Z中第六開關(guān)管S6的漏級(jí)相連接;所述開關(guān) 電容單元X中第一電解電容Cl的負(fù)極與反向串聯(lián)開關(guān)管單元Y中第四開關(guān)管S4的漏極相連 接;所述反向串聯(lián)開關(guān)管單元Y中第五開關(guān)管Ss的漏級(jí)與全橋單元Z中第六開關(guān)管S6的源級(jí) 相連接;所述開關(guān)電容單元X中第=開關(guān)管S3的源級(jí)與全橋單元Z中第屯開關(guān)管S7的源級(jí)相 連接。所述第一開關(guān)管Si、第二開關(guān)管S2、第=開關(guān)管S3、第四開關(guān)管S4、第五開關(guān)管S5、第六 開關(guān)管S6、第屯開關(guān)管S7、第八開關(guān)管Ss和第九開關(guān)管S9的第一驅(qū)動(dòng)信號(hào)Gl、第二驅(qū)動(dòng)信號(hào) G2、第=驅(qū)動(dòng)信號(hào)G3、第四驅(qū)動(dòng)信號(hào)G4、第五驅(qū)動(dòng)信號(hào)Gs、第六驅(qū)動(dòng)信號(hào)G6、第屯驅(qū)動(dòng)信號(hào)G?、 第八驅(qū)動(dòng)信號(hào)Gs和第九驅(qū)動(dòng)信號(hào)G9由基本P歷波經(jīng)過基本邏輯運(yùn)算得到，基本的P歷波由S 角載波V。和直流電壓￥。1、￥"2、￥"3、￥"4比較得到;所述單電源高頻逆變器按輸出電平等級(jí)分 析，一個(gè)工作周期共有九種工作狀態(tài)：
[0005] 狀態(tài)I:第二開關(guān)管S2導(dǎo)通，第一電解電容Cl、第二電解電容C2與電源串聯(lián)，第六開 關(guān)管S6和第九開關(guān)管S詔通，逆變器輸出Vnut為2Vd油平。
[0006] 狀態(tài)II:第二開關(guān)管S2導(dǎo)通，第一電解電容Cl、第二電解電容C2與電源串聯(lián)，第四開 關(guān)管S4和第九開關(guān)管S9導(dǎo)通，逆變器輸出Vout為3/2Vd。電平。
[0007] 狀態(tài)III:第S開關(guān)管S3、第六開關(guān)管S6和第九開關(guān)管S9導(dǎo)通，第一電解電容Cl和第 二電解電容C2串聯(lián)充電，逆變器輸出Vnut為Vdc電平。
[000引狀態(tài)IV:第=開關(guān)管S3、第四開關(guān)管S4、第九開關(guān)管S9導(dǎo)通，第二電解電容C2放電， 逆變器輸出Vout為l/2Vdc電平。
[0009]狀態(tài)V:第立開關(guān)管S3導(dǎo)通，第一電解電容Cl和第二電解電容C2串聯(lián)充電，第六開關(guān) 管S6和第八開關(guān)管S得通，逆變器輸出Vout為0電平。
[0010]狀態(tài)VI :第立開關(guān)管S3、第五開關(guān)管Ss和第八開關(guān)管S得通，第一電解電容Cl放電， 逆變器輸出Vnut為-1/2Vdc電平。
[0011]狀態(tài)VII:第=開關(guān)管S3、第屯開關(guān)管S7和第八開關(guān)管Ss導(dǎo)通，第一電解電容Cl和第 二電解電容C2串聯(lián)充電，逆變器輸出Vnut為-VdC電平。
[001^ 狀態(tài)VIII:第一開關(guān)管Si、第屯開關(guān)管S7和第八開關(guān)管S詔通，第一電解電容Cl和 電源串聯(lián)，逆變器輸出Vout為-3/2Vdc電平。
[0013] 狀態(tài)IX:第二開關(guān)管S2、第屯開關(guān)管S7和第八開關(guān)管Ss導(dǎo)通，第一電解電容Cl、第二 電解電容C2與電源串聯(lián)，逆變器輸出Vnut為-2Vdc電平。
[0014] 所述單電源高頻逆變器輸出九電平階梯波由上述九種狀態(tài)組成，階梯波的角頻率 為《，對所述單電源高頻逆變器輸出的九電平階梯波進(jìn)行傅里葉分解可得：
[0016] 式中：k和n為求和變量，且k=l，2,3,4，n=l，3,5…；
，Vc為S角載 波尖峰值，Vmk為直流調(diào)制波電壓值，且0<Vm^Vm2<Vm3<Vm4<Vc。
[0017]所述單電源九電平高頻逆變器的輸出電壓總諧波崎變（total harmonic distortion, T皿）的表達(dá)式為：
[0019] 式中，k和n為求和變量，且k = l，2,3,4，n = 3,5,7…。
[0020] 所述單電源九電平高頻逆變器，根據(jù)輸出電壓的總諧波崎變THD值的表達(dá)式選擇 參數(shù)V"i、參數(shù)V"2、參數(shù)V"3、參數(shù)V"4、參數(shù)VeW確保輸出的電壓的總諧波崎變T皿值滿足要求。
[0021] 與現(xiàn)有的多電平逆變器相比，本實(shí)用新型具有如下優(yōu)點(diǎn)和有益效益：
[0022] (1)與現(xiàn)有的=電平、五電平或屯電平逆變器相比，本實(shí)用新型擁有九電平輸出階 梯，可有效地減少輸出電壓的諧波含量，進(jìn)而提高逆變器的效率。
[0023] (2)與現(xiàn)有的九電平逆變器相比，本實(shí)用新型使用更少量的器件實(shí)現(xiàn)九電平輸出， 可有效減少逆變器所需要的驅(qū)動(dòng)電路，降低能量的傳輸損耗，同時(shí)，逆變器的安裝空間也可 有效地減少。
[0024] (3)現(xiàn)有的多電平逆變器通常需要兩個(gè)或兩個(gè)W上的電源來實(shí)現(xiàn)更多的電平輸 出，本實(shí)用新型只需單個(gè)電源便可實(shí)現(xiàn)九電平輸出，適用于僅有單個(gè)電源供電的場合。
[0025] (4)本實(shí)用新型所述的單電源九電平高頻逆變器，通過調(diào)制方式使第一電解Cl和 第二電解電容C2在輸出波形的正半周和負(fù)半周放電時(shí)間相同，從而有效地解決了兩只電容 串聯(lián)使用時(shí)存在的電容均壓的問題。
【附圖說明】
[0026] 圖1是本實(shí)用新型所述的單電源九電平高頻逆變器的結(jié)構(gòu)圖。
[0027] 圖2是本實(shí)用新型所述的單電源九電平高頻逆變器中開關(guān)管的驅(qū)動(dòng)信號(hào)及輸出九 電平電壓波形示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0028] 為進(jìn)一步闡述本實(shí)用新型的內(nèi)容及特點(diǎn)，W下結(jié)合附圖對本實(shí)用新型的具體實(shí)施 方案進(jìn)行具體說明。
[0029] 實(shí)施例
[0030] 如圖1所示，為單電源九電平高頻逆變器的結(jié)構(gòu)圖。所述單電源九電平高頻逆變器 包括:開關(guān)電容單元X、反向串聯(lián)開關(guān)管單元Y和全橋單元Z;所述開關(guān)電容單元X包括第一電 解電容Cl、第二電解電容C2、第一二極管VDi、第二二極管VD2、第S二極管VD3、第十二極管 VDio、第十一二極管VDii、第一開關(guān)管Si、第二開關(guān)管S2和第S開關(guān)管S3;所述第一電解電容Cl 和第二電解電容C2的電容值相等;所述第十二極管VDio的陽極、第一二極管VDi的陰極、第二 二極管VD2的陰極、第一開關(guān)管Si的漏級(jí)均和第二開關(guān)管S2的漏級(jí)相連接;所述第一二極管 VDi的陽極、第十一二極管VDii的陽極均和第一開關(guān)管Si的源級(jí)相連接;所述第十二極管VDiO 的陰極和第一電解電容Cl的正極相連接;所述第十一二極管VDii的陰極、第一電解電容Cl的 負(fù)極均和第二電解電容C2的正極相連接;所述第二二極管VD2的陽極、第S二極管VD3的陰 極、第二電解電容C2負(fù)極、第