專利名稱：交錯(cuò)并聯(lián)型三電平雙降壓式全橋逆變器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種交錯(cuò)并聯(lián)型三電平雙降壓式全橋逆變器，屬電能變換裝置中的逆變器。
背景技術(shù)：
隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，逆變器得到了廣泛的研究和應(yīng)用，同時(shí)某些特定的場(chǎng)合也對(duì)逆變器提出了更高的要求避免功率三極開關(guān)管直通問題和提高輸入直流電壓利用率。三電平雙降壓式全橋逆變器(dual buck full bridge three-level inverter,以下簡(jiǎn)稱DBFBTLI)是一種能夠很好解決上述問題的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，相對(duì)于傳統(tǒng)的逆變器，該逆變器具有無橋臂直通、無功率三極開關(guān)管寄生體二極管反向恢復(fù)問題、電壓應(yīng)力減半、輸出電壓諧波含量小、拓?fù)浔旧黹_關(guān)損耗小等優(yōu)點(diǎn)，是一種很具有研究?jī)r(jià)值和發(fā)展前景的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。同 時(shí)應(yīng)用交錯(cuò)并聯(lián)技術(shù)可有效降低輸出電流紋波和開關(guān)器件的電流應(yīng)力、減小單個(gè)輸出濾波電感容量和EMI濾波器的尺寸，提高逆變電路的功率等級(jí)和效率。

發(fā)明內(nèi)容
I、發(fā)明目的本發(fā)明的目的是提供一種采用交錯(cuò)并聯(lián)技術(shù)提高功率等級(jí)及減小輸出電流紋波的逆變器。2、技術(shù)方案為了解決上述的技術(shù)問題，本發(fā)明的交錯(cuò)并聯(lián)型三電平雙降壓式全橋逆變器，包括第一全橋逆變電路I、第二全橋逆變電路2、工頻換向電路3和負(fù)載電路4。第一全橋逆變電路I包括第一功率三極開關(guān)管S1、第二功率三極開關(guān)管S2、第一續(xù)流二極管D1、第二續(xù)流二極管D2、第一輸出濾波電感L1、第二輸出濾波電感L2 ;第二全橋逆變電路2包括第三功率三極開關(guān)管&、第四功率三極開關(guān)管&、第三續(xù)流二極管D3、第四續(xù)流二極管D4、第三輸出濾波電感L3、第四輸出濾波電感L4 ;工頻換向電路3包括第一工頻功率三極開關(guān)管S5、第二工頻功率三極開關(guān)管S6 ;負(fù)載電路4包括輸出濾波電容Cf和負(fù)載電阻R。第一全橋逆變電路I和第二全橋逆變電路2在輸入側(cè)和輸出側(cè)并聯(lián)，共用輸入電源、工頻換向電路及負(fù)載電路。本發(fā)明交錯(cuò)并聯(lián)型三電平雙降壓式全橋逆變器的特征在于，第一功率三極開關(guān)管S1的漏極與外接電源U的正極連接；第一功率三極開關(guān)管S1源極和第一續(xù)流二極管D1的陰極，連接到第一輸出濾波電感L1的一端；第一續(xù)流二極管01的陽極，連接到外接電源U的負(fù)極；第二功率三極開關(guān)管S2的源極與外接電源U的負(fù)極連接；第二功率三極開關(guān)管S2漏極和第二續(xù)流二極管D2的陽極，連接到第二輸出濾波電感L2的一端；第二續(xù)流二極管D2的陰極，連接到外接電源U的正極；第三功率三極開關(guān)管S3的漏極與外接電源U的正極連接；第三功率三極開關(guān)管S3源極和第三續(xù)流二極管D3的陰極，連接到第三輸出濾波電感L3的一端；第三續(xù)流二極管D3的陽極，連接到外接電源U的負(fù)極；第四功率三極開關(guān)管S4的源極與外接電源U的負(fù)極連接；第四功率三極開關(guān)管S4漏極和第四續(xù)流二極管D4的陽極，連接到第四輸出濾波電感L4的一端；第四續(xù)流二極管隊(duì)的陰極，連接到外接電源U的正極；第一輸出濾波電感L1、第二輸出濾波電感L2、第三輸出濾波電感L3、第四輸出濾波電感L4的另一端連接到輸出濾波電容Cf的上端；第一工頻功率三極開關(guān)管S5的漏極與外接電源U的正極連接；第一工頻功率三極開關(guān)管S5的源極和第二工頻功率三極開關(guān)管S6的漏極，連接到輸出濾波電容Cf的下端；第二工頻功率三極開關(guān)管S6的源極與外接電源U的負(fù)極連接；負(fù)載電阻R并聯(lián)在輸出濾波電容Cf的兩端。3、有益效果本發(fā)明是可實(shí)現(xiàn)零電流開通逆變功能的交錯(cuò)并聯(lián)型三電平雙降壓式全橋逆變器，具有如下優(yōu)點(diǎn)(I)不需引入諧振電路、輔助開關(guān)，即可實(shí)現(xiàn)逆變器功率開關(guān)管的零電流開通，且控制簡(jiǎn)單；(2)隨著交錯(cuò)并聯(lián)技術(shù)的引入，使得該逆變器體積變得更小、更適合于大功率場(chǎng)合；(3)輸出電流諧波含量低。


圖I是本發(fā)明的可實(shí)現(xiàn)零電流開通逆變功能的交錯(cuò)并聯(lián)型三電平雙降壓式全橋逆變器結(jié)構(gòu)示意圖，標(biāo)號(hào)名稱1.第一全橋逆變電路；2.第二全橋逆變電路；3、工頻換向電路；4、負(fù)載電路；
圖2是本發(fā)明的可實(shí)現(xiàn)零電流開通逆變功能的交錯(cuò)并聯(lián)型三電平雙降壓式全橋逆變器各開關(guān)模態(tài)示意圖；圖3是本發(fā)明的可實(shí)現(xiàn)零電流開通逆變功能的交錯(cuò)并聯(lián)型三電平雙降壓式全橋逆變器采用的控制框圖。圖中的主要符號(hào)名稱=S1 S4-第一 第四功率三極開關(guān)管。D1ND4-第
一 第四續(xù)流二極管。S5、S6—第一、第二工頻功率三極開關(guān)管。u l4—第一 四輸出濾波電感。Cf——輸出濾波電容。iu iM——第一 四輸出濾波電感電流。izi、iz2——第一全橋逆變電路I、第二全橋逆變電路2的輸出電流。U?！孀兤鬏敵鲭妷?。U1^——電壓環(huán)基準(zhǔn)。i。一逆變器輸出電流。h—電壓環(huán)輸出即電流環(huán)基準(zhǔn)。CPpCP2—時(shí)鐘脈
沖1、2。(Irv1Ndrv4-第一 第四功率三極開關(guān)管S1 S4的驅(qū)動(dòng)。drv5、drv6-第一、
第二工頻功率三極開關(guān)管S5、S6的驅(qū)動(dòng)。U—外接電源。
具體實(shí)施例方式如圖I所示，本實(shí)例的可實(shí)現(xiàn)零電流開通逆變功能的交錯(cuò)并聯(lián)型三電平雙降壓式全橋逆變器，其特征在于，第一功率三極開關(guān)管S1的漏極與外接電源U的正極連接；第一功率三極開關(guān)管S1源極和第一續(xù)流二極管D1的陰極，連接到第一輸出濾波電感L1的一端；第一續(xù)流二極管D1的陽極，連接到外接電源U的負(fù)極；第二功率三極開關(guān)管S2的源極與外接電源U的負(fù)極連接；第二功率三極開關(guān)管S2漏極和第二續(xù)流二極管D2的陽極，連接到第二輸出濾波電感L2的一端；第二續(xù)流二極管D2的陰極，連接到外接電源U的正極；第三功率三極開關(guān)管S3的漏極與外接電源U的正極連接；第三功率三極開關(guān)管S3源極和第三續(xù)流二極管D3的陰極，連接到第三輸出濾波電感L3的一端；第三續(xù)流二極管D3的陽極，連接到外接電源U的負(fù)極；第四功率三極開關(guān)管S4的源極與外接電源U的負(fù)極連接；第四功率三極開關(guān)管S4漏極和第四續(xù)流二極管D4的陽極，連接到第四輸出濾波電感L4的一端；第四續(xù)流二極管D4的陰極，連接到外接電源U的正極；第一輸出濾波電感L1、第二輸出濾波電感L2、第三輸出濾波電感L3、第四輸出濾波電感L4的另一端連接到輸出濾波電容Cf的上端；第一工頻功率三極開關(guān)管S5的漏極與外接電源U的正極連接；第一工頻功率三極開關(guān)管S5的源極和第二工頻功率三極開關(guān)管S6的漏極，連接到輸出濾波電容Cf的下端；第二工頻功率三極開關(guān)管S6的源極與外接電源U的負(fù)極連接；負(fù)載電阻R并聯(lián)在輸出濾波電容Cf的兩端。本發(fā)明的可實(shí)現(xiàn)零電流開通逆變功能的交錯(cuò)并聯(lián)型三電平雙降壓式全橋逆變器可分為四個(gè)工作區(qū)間1.輸出電流i。正半周期時(shí)，第一功率三極開關(guān)管S1、第三功率三極開關(guān)管S3交替調(diào)制工作，第二功率三極開關(guān)管S2和第四功率三極開關(guān)管S4截止，第二工頻功率三極開關(guān)管S6導(dǎo)通，第一工頻功率三極開關(guān)管S5截止，此階段電路可分為6個(gè)工作模態(tài)；2.輸出電流i。正半周期過零時(shí)，由于第一工頻功率三極開關(guān)管S5、第二工頻功率三極開關(guān)管S6設(shè)置了死區(qū)，在此階段系統(tǒng)暫不工作；3.輸出電流i。負(fù)半周期時(shí)，第二功率三極開關(guān)管S2、第四功率三極開關(guān)管S4交替調(diào)制工作，第一功率三極開關(guān)管S1和第三功率三極開關(guān)管S3截止，第一工頻功率三極開關(guān)管S5導(dǎo)通，第二工頻功率三極開關(guān)管S6截止，此階段電路可分為6個(gè)工作模態(tài)；4.輸出電流i。負(fù)半周期過零時(shí)，由于第一工頻功率三極開關(guān)管S5、
第二工頻功率三極開關(guān)管S6設(shè)置了死區(qū)，在此階段系統(tǒng)暫不工作。下面以圖I所示為主電路結(jié)構(gòu)，結(jié)合圖2敘述本發(fā)明的交錯(cuò)并聯(lián)型三電平雙降壓式全橋逆變器的工作原理和工作模態(tài)。I.工作區(qū)間I :輸出電流i。為正，第一功率三極開關(guān)管S1、第三功率三極開關(guān)管S3交替調(diào)制工作，第二功率三極開關(guān)管S2和第四功率三極開關(guān)管S4截止，第二工頻功率三極開關(guān)管S6導(dǎo)通，第一工頻功率三極開關(guān)管S5截止，此階段共包含6個(gè)工作模態(tài)工作模態(tài)I :如圖2(a)所示，第一功率三極開關(guān)管S1和第三功率三極開關(guān)管S3導(dǎo)通，第二功率三極開關(guān)管S2、第四功率三極開關(guān)管S4截止，第二工頻功率三極開關(guān)管S6導(dǎo)通，第一工頻功率三極開關(guān)管S5截止，全橋逆變電路1、2同時(shí)工作，此時(shí)iZ2從零開始上升，iZi逐漸上升至最大值。工作模態(tài)II :如圖2(b)所示，第三功率三極開關(guān)管S3導(dǎo)通，第一功率三極開關(guān)管
51、第二功率三極開關(guān)管S2、第四功率三極開關(guān)管S4截止，第二工頻功率三極開關(guān)管S6導(dǎo)通，第一工頻功率三極開關(guān)管S5截止，izl通過第一續(xù)流二極管D1續(xù)流下降，全橋逆變電路1、2同時(shí)工作，iZ2繼續(xù)上升。工作模態(tài)III :如圖2(c)所示，第三功率三極開關(guān)管S3導(dǎo)通，第一功率三極開關(guān)管S1、第二功率三極開關(guān)管S2、第四功率三極開關(guān)管S4截止，第二工頻功率三極開關(guān)管S6導(dǎo)通，第一工頻功率三極開關(guān)管S5截止，由于此時(shí)izl已下降至零，第一續(xù)流二極管D1截止，全橋逆變電路2單獨(dú)工作，iZ2繼續(xù)上升。工作模態(tài)IV :如圖2(d)所示，第一功率三極開關(guān)管S1和第三功率三極開關(guān)管S3導(dǎo)通，第二功率三極開關(guān)管S2、第四功率三極開關(guān)管S4截止,第二工頻功率三極開關(guān)管S6導(dǎo)通，第一工頻功率三極開關(guān)管S5截止，全橋逆變電路1、2同時(shí)工作，此時(shí)izl從零開始上升，iZ2逐漸上升至最大值。工作模態(tài)V:如圖2(e)所不,第一功率三極開關(guān)管S1導(dǎo)通,第二功率三極開關(guān)管
52、第三功率三極開關(guān)管S3、第四功率三極開關(guān)管S4截止，第二工頻功率三極開關(guān)管S6導(dǎo)通，第一工頻功率三極開關(guān)管S5截止，iZ2通過第三續(xù)流二極管D3續(xù)流下降，全橋逆變電路1、2同時(shí)工作，izl繼續(xù)上升。工作模態(tài)VI :如圖2(f)所不,第一功率三極開關(guān)管S1導(dǎo)通,第二功率三極開關(guān)管S2、第三功率三極開關(guān)管S3、第四功率三極開關(guān)管S4截止，第二工頻功率三極開關(guān)管S6導(dǎo)通，第一工頻功率三極開關(guān)管S5截止，由于此時(shí)iZ2已下降至零，第三續(xù)流二極管D3截止，全橋逆變電路I單獨(dú)工作，izl繼續(xù)上升。2.工作區(qū)間2 工作模態(tài)VII :如圖2(g)所示，由于死區(qū)時(shí)間設(shè)置的較短，故第一功率三極開關(guān)管S1、第二功率三極開關(guān)管S2、第三功率三極開關(guān)管S3、第四功率三極開關(guān)管S4、第一工頻功率三極開關(guān)管S5、第二工頻功率三極開關(guān)管S6均處于截止?fàn)顟B(tài)，電路暫不工作，izl，izl為零。3.工作區(qū)間3 :輸出電流i。為負(fù)，第二功率三極開關(guān)管S2、第四功 率三極開關(guān)管S4交替調(diào)制工作，第一功率三極開關(guān)管S1和第三功率三極開關(guān)管S3截止，第一工頻功率三極開關(guān)管S5導(dǎo)通，第二工頻功率三極開關(guān)管S6截止，此階段共包含6個(gè)工作模態(tài)工作模態(tài)VIII :如圖2(h)所示，第二功率三極開關(guān)管&和第四功率三極開關(guān)管&導(dǎo)通，第一功率三極開關(guān)管S1、第三功率三極開關(guān)管S3截止,第一工頻功率三極開關(guān)管S5導(dǎo)通，第二工頻功率三極開關(guān)管S6截止，全橋逆變電路1、2同時(shí)工作，此時(shí)iZ2從零開始下降，izl逐漸下降至最小值。工作模態(tài)IX :如圖2(i)所示，第四功率三極開關(guān)管S4導(dǎo)通，第一功率三極開關(guān)管S1、第二功率三極開關(guān)管S2、第三功率三極開關(guān)管S3截止，第一工頻功率三極開關(guān)管S5導(dǎo)通，第二工頻功率三極開關(guān)管S6截止，izl通過第二續(xù)流二極管D2續(xù)流上升，全橋逆變電路1、2同時(shí)工作，iZ2繼續(xù)下降。工作模態(tài)X:如圖2(j)所示，第四功率三極開關(guān)管S4導(dǎo)通，第一功率三極開關(guān)管S1、第二功率三極開關(guān)管S2、第三功率三極開關(guān)管S3截止，第一工頻功率三極開關(guān)管S5導(dǎo)通，第二工頻功率三極開關(guān)管S6截止，由于此時(shí)izl已上升至零，第二續(xù)流二極管D2截止，全橋逆變電路2單獨(dú)工作，iZ2繼續(xù)下降。工作模態(tài)XI :如圖2(k)所示，第二功率三極開關(guān)管S2和第四功率三極開關(guān)管S4導(dǎo)通，第一功率三極開關(guān)管S1、第三功率三極開關(guān)管S3截止,第一工頻功率三極開關(guān)管S5導(dǎo)通，第二工頻功率三極開關(guān)管S6截止，全橋逆變電路1、2同時(shí)工作，此時(shí)izl從零開始下降，iZ2逐漸下降至最小值。工作模態(tài)XII :如圖2(1)所示，第二功率三極開關(guān)管S2導(dǎo)通，第一功率三極開關(guān)管S1、第三功率三極開關(guān)管S3、第四功率三極開關(guān)管S4截止，第一工頻功率三極開關(guān)管S5導(dǎo)通，第二工頻功率三極開關(guān)管S6截止，iZ2通過第四續(xù)流二極管D4續(xù)流上升，全橋逆變電路1、2同時(shí)工作，izl繼續(xù)下降。工作模態(tài)XIII :如圖2(m)所示，第二功率三極開關(guān)管S2導(dǎo)通，第一功率三極開關(guān)管S1、第三功率三極開關(guān)管S3、第四功率三極開關(guān)管S4截止，第一工頻功率三極開關(guān)管S5導(dǎo)通，第二工頻功率三極開關(guān)管S6截止，由于此時(shí)iZ2己上升至零，第四續(xù)流二極管D4截止，全橋逆變電路I單獨(dú)工作，izl繼續(xù)下降。4.工作區(qū)間4 工作模態(tài)XIV :如圖2(n)所示，由于死區(qū)時(shí)間設(shè)置的較短，故第一功率三極開關(guān)管S1、第二功率三極開關(guān)管S2、第三功率三極開關(guān)管S3、第四功率三極開關(guān)管S4、第一工頻功率三極開關(guān)管S5、第二工頻功率三極開關(guān)管S6均處于截止?fàn)顟B(tài)，電路暫不工作，izl，izl為零。為實(shí)現(xiàn)以上工作原理，采用控制方案如附圖3所示輸出電壓U。與電壓基準(zhǔn)W經(jīng)電壓環(huán)調(diào)節(jié)器運(yùn)算得到電流基準(zhǔn)L電感電流iu 與電流基準(zhǔn)h經(jīng)比較器、鎖存器運(yùn)算得到PWM信號(hào)。該P(yáng)WM信號(hào)經(jīng)邏輯運(yùn)算得到第一 第四功率三極開關(guān)管的驅(qū)動(dòng)信號(hào)后，通過驅(qū)動(dòng)電路得到ClrVpdrVydrVydrV4,分別驅(qū)動(dòng)第一 第四功率三極開關(guān)管S1 s4。電壓基準(zhǔn)W經(jīng)過零比較、死區(qū)電路、驅(qū)動(dòng)電路后得到第一、第二工頻功率三極開關(guān)管S5、S6的驅(qū)動(dòng)信號(hào)drv5、drv6。由以上描述可知，本發(fā)明是一種可實(shí)現(xiàn)零電流開通逆變功能的交錯(cuò)并聯(lián)型三電平雙降壓式全橋逆變器，該逆變器具有如下優(yōu)點(diǎn)I.不需引入諧振電路、輔助開關(guān)，即可實(shí)現(xiàn)逆變器主開關(guān)管的零電流開通，且控制
簡(jiǎn)單；
2.隨著交錯(cuò)并聯(lián)技術(shù)的引入，使得該逆變器體積變得更小、更適合于大功率場(chǎng)合；3.輸出電流諧波含量小。
權(quán)利要求
1.一種交錯(cuò)并聯(lián)型三電平雙降壓式全橋逆變器，包括第一全橋逆變電路(I)、第二全橋逆變電路(2)、工頻換向電路(3)和負(fù)載電路(4)，其特征在于，第一功率三極開關(guān)管(S1)的漏極與外接電源(U)的正極連接；第一功率三極開關(guān)管(S1)源極和第一續(xù)流二極管(D1)的陰極，連接到第一輸出濾波電感(L1)的一端；第一續(xù)流二極管(D1)的陽極，連接到外接電源(U)的負(fù)極；第二功率三極開關(guān)管(S2)的源極與外接電源(U)的負(fù)極連接；第二功率三極開關(guān)管(S2)漏極和第二續(xù)流二極管(D2)的陽極，連接到第二輸出濾波電感(L2)的一端；第二續(xù)流二極管(D2)的陰極，連接到外接電源(U)的正極；第三功率三極開關(guān)管(S3)的漏極與外接電源(U)的正極連接；第三功率三極開關(guān)管(S3)源極和第三續(xù)流二極管(D3)的陰極，連接到第三輸出濾波電感(L3)的一端；第三續(xù)流二極管(D3)的陽極，連接到外接電源(U)的負(fù)極；第四功率三極開關(guān)管(S4)的源極與外接電源(U)的負(fù)極連接；第四功率三極開關(guān)管(S4)漏極和第四續(xù)流二極管(D4)的陽極，連接到第四輸出濾波電感(L4)的一端；第四續(xù)流二極管(D4)的陰極，連接到外接電源(U)的正極；第一輸出濾波電感(U)、第二輸出濾波電感(L2)、第三輸出濾波電感(L3)、第四輸出濾波電感(L4)的另一端連接到輸出濾波電容(Cf)的上端；第一工頻功率三極開關(guān)管(S5)的漏極與外接電源(U)的正極連接；第一工頻功率三極開關(guān)管(S5)的源極和第二工頻功率三極開關(guān)管(S6)的漏極，連接到輸出濾波電容(Cf)的下端；第二工頻功率三極開關(guān)管(S6)的源極與外接電源(U)的負(fù)極連接；負(fù)載電阻(R)并聯(lián)在輸出濾波電容(Cf)的兩端。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種交錯(cuò)并聯(lián)型三電平雙降壓式全橋逆變器，包括第一全橋逆變電路1、第二全橋逆變電路2、工頻換向電路3和負(fù)載電路4。采用峰值電流控制，根據(jù)電感電流的方向和輸出電壓的大小，控制逆變電路半周期工作。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是拓?fù)浔旧頍o橋臂直通問題、無開關(guān)管寄生二極管反向恢復(fù)問題、電壓應(yīng)力減半、輸出電壓諧波含量小、系統(tǒng)的效率和功率等級(jí)高且控制簡(jiǎn)單易于實(shí)現(xiàn)等。
文檔編號(hào)H02M7/483GK102891619SQ20121021606
公開日2013年1月23日 申請(qǐng)日期2012年6月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月28日
發(fā)明者趙鑫, 洪峰, 劉周成, 王成華, 楊劍青, 姚偉, 季鑫, 尹培培 申請(qǐng)人:南京航空航天大學(xué)