本實(shí)用新型涉及電力電子變換器，具體涉及一種基于高頻鏈的單級(jí)式逆變器。

背景技術(shù)：

電力電子變換器是利用功率開(kāi)關(guān)器件通過(guò)特定的組合方式而構(gòu)成的電能變換裝置，主要分為交流變直流、直流變交流、直流變直流、交流變交流四大類。其中將直流電轉(zhuǎn)換為交流電的變換器稱為逆變器，隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，逆變器作為一種電能轉(zhuǎn)換裝置已廣泛應(yīng)用于航空航天、軌道交通、感應(yīng)加熱、新能源發(fā)電系統(tǒng)等領(lǐng)域。

逆變器按照功率變換的級(jí)數(shù)分類，可分為單級(jí)式變換和多級(jí)式變換兩種拓?fù)浞桨?；單?jí)式逆變器只有一級(jí)能量轉(zhuǎn)換，因此相對(duì)于多級(jí)式變換，單級(jí)式逆變器具有電路簡(jiǎn)單、可靠性高、和高效低功耗等優(yōu)點(diǎn)。按照是否含有變壓器及其變壓器的類型，可分為無(wú)變壓器型、工頻變壓器型和高頻隔離變壓器型，無(wú)變壓器型逆變器輸入輸出之間無(wú)電氣隔離。目前普遍應(yīng)用的逆變器為多級(jí)逆變器、工頻變壓器型逆變器和無(wú)變壓器型逆變器，因此均存在損耗高或體積大等缺點(diǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問(wèn)題是：提供一種基于高頻鏈的單級(jí)式逆變器，其提高了逆變器的磁芯利用率，減少了逆變器的體積。

本實(shí)用新型的解決方案是這樣實(shí)現(xiàn)的：一種基于高頻鏈的單級(jí)式逆變器，包括依次連接的前級(jí)高頻鏈逆變電路、高頻隔離變壓器、后級(jí)吸收電路、后級(jí)逆變電路和輸出濾波電路，其中，

所述前級(jí)高頻鏈逆變電路將直流電源轉(zhuǎn)換為高頻交流電后，傳輸?shù)礁哳l隔離變壓器的原邊繞組；優(yōu)選的是，所述高頻交流電的占空比為0.01-0.99之間，并且，當(dāng)高頻交流電的占空比為0.5時(shí)，其轉(zhuǎn)換效率最高。

所述高頻隔離變壓器將原邊繞組高頻電壓以變比為1：N的方式傳輸?shù)礁哳l隔離變壓器的兩個(gè)副邊繞組，產(chǎn)生兩路同幅同相的高頻電；

所述后級(jí)吸收電路跨接于所述高頻隔離變壓器的兩個(gè)副邊繞組之間，用于吸收變壓器尖峰和給后級(jí)逆變電路提供續(xù)流通道；

所述后級(jí)逆變電路將所述高頻隔離變壓器兩個(gè)副邊繞組的高頻交流電轉(zhuǎn)換為SPWM交流電，并傳輸?shù)捷敵鰹V波電路；

所述輸出濾波電路將SPWM交流電進(jìn)行濾波后，為負(fù)載供電。

本實(shí)用新型的另一技術(shù)方案在于在上述基礎(chǔ)之上，所述前級(jí)高頻鏈逆變電路包括第一開(kāi)關(guān)管(S1)、第二開(kāi)關(guān)管(S2)、第三開(kāi)關(guān)管(S3)和第四開(kāi)關(guān)管(S4)；第一開(kāi)關(guān)管(S1)與第二開(kāi)關(guān)管(S2)構(gòu)成一個(gè)半橋，第三開(kāi)關(guān)管(S3)與第四開(kāi)關(guān)管 (S4)構(gòu)成一個(gè)半橋；第一開(kāi)關(guān)管(S1)與第四開(kāi)關(guān)管(S4)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)相同，第二開(kāi)關(guān)管(S2)與第三開(kāi)關(guān)管(S3)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)相同，第一開(kāi)關(guān)管(S1)驅(qū)動(dòng)信號(hào)與第二開(kāi)關(guān)管(S2)驅(qū)動(dòng)信號(hào)互補(bǔ)。優(yōu)選的是，所述驅(qū)動(dòng)信號(hào)的占空比為0.01-0.99之間，并且，當(dāng)驅(qū)動(dòng)信號(hào)的占空比為0.5時(shí)，所述前級(jí)高頻鏈逆變電路的轉(zhuǎn)換效率最高。

本實(shí)用新型的另一技術(shù)方案在于在上述基礎(chǔ)之上，所述第一開(kāi)關(guān)管(S1)、第二開(kāi)關(guān)管(S2)、第三開(kāi)關(guān)管(S3)和第四開(kāi)關(guān)管(S4)由IGBT和與其反并聯(lián)的二極管組成，其中二極管的陽(yáng)極與IGBT的發(fā)射極相連，二極管的陰極與IGBT 的集電極相連。

本實(shí)用新型的另一技術(shù)方案在于在上述基礎(chǔ)之上，所述第一開(kāi)關(guān)管(S1)的集電極、第三開(kāi)關(guān)管(S3)的集電極和直流電源的正極相連接，所述第二開(kāi)關(guān)管 (S2)的發(fā)射極、第四開(kāi)關(guān)管(S4)的發(fā)射極和直流電源的負(fù)極相連接。

本實(shí)用新型的另一技術(shù)方案在于在上述基礎(chǔ)之上，所述高頻隔離變壓器包括第一原邊繞組(N1)、第一副邊繞組(N2)和第二副邊繞組(N3)，所述第一原邊繞組(N1)與第一副邊繞組(N2)的匝數(shù)比和第一原邊繞組(N1)與第二副邊繞組(N3)的匝數(shù)比相同。

本實(shí)用新型的另一技術(shù)方案在于在上述基礎(chǔ)之上，所述高頻隔離變壓器的第一原邊繞組(N1)的同名端與所述第三開(kāi)關(guān)管(S3)的發(fā)射極和第四開(kāi)關(guān)管(S4) 的集電極相連接，所述高頻隔離變壓器的第一原邊繞組(N1)的異名端與所述第一開(kāi)關(guān)管(S1)的發(fā)射極和第二開(kāi)關(guān)管(S2)的集電極相連接。

本實(shí)用新型的另一技術(shù)方案在于在上述基礎(chǔ)之上，所述后級(jí)吸收電路包括第五開(kāi)關(guān)管(S5)、第六開(kāi)關(guān)管(S6)、第一二極管(D1)、第一電容(C1)、第二電容(C2)、第三電容(C3)和第四電容(C4)；所述第六開(kāi)關(guān)管(S6)的發(fā)射極、第一電容(C1)的一端和第一副邊繞組(N2)的同名端相連接，第一電容(C1)的另一端、第二電容(C2)的一端和第二副邊繞組(N3)的同名端相連接，第二電容(C2)的另一端和第五開(kāi)關(guān)管(S5)的集電極相連接，第五開(kāi)關(guān)管(S5)的發(fā)射極、第一二極管(D1) 的陽(yáng)極、第三電容(C3)的一端和第二副邊繞組(N3)的異名端相連接，第三電容 (C3)的另一端、第四電容(C4)的一端和第一副邊繞組(N2)的異名端相連接，第四電容(C4)的另一端、第一二極管(D1)的陰極和第六開(kāi)關(guān)管(S6)的集電極相連接。

本實(shí)用新型的另一技術(shù)方案在于在上述基礎(chǔ)之上，所述后級(jí)逆變電路包括第七開(kāi)關(guān)管(S7)、第八開(kāi)關(guān)管(S8)、第九開(kāi)關(guān)管(S9)和第十開(kāi)關(guān)管(S10)；所述第七開(kāi)關(guān)管(S5)和第八開(kāi)關(guān)管(S8)構(gòu)成一個(gè)半橋；所述第九開(kāi)關(guān)管(S9)和第十開(kāi)關(guān)管(S10)構(gòu)成一個(gè)半橋；所述第七開(kāi)關(guān)管(S7)的發(fā)射極與第一副邊繞組(N2)的異名端相連接，所述第七開(kāi)關(guān)管(S7)的集電極與第八開(kāi)關(guān)管(S8)的發(fā)射極相連接，所述第八開(kāi)關(guān)管(S8)的集電極與第二副邊繞組(N3)的同名端相連接，所述第九開(kāi)關(guān)管(S9)的集電極與第二副邊繞組(N3)的異名端相連接，所述第九開(kāi)關(guān)管(S9) 的發(fā)射極與第十開(kāi)關(guān)管(S10)的集電極相連接，所述第十開(kāi)關(guān)管(S10)的發(fā)射極與第一副邊繞組(N2)的同名端相連接，其中所述第七開(kāi)關(guān)管(S7)和第十開(kāi)關(guān)管的驅(qū)動(dòng)信號(hào)相同(S10)，所述第八開(kāi)關(guān)管(S8)和第九開(kāi)關(guān)管(S9)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)相同。

本實(shí)用新型的另一技術(shù)方案在于在上述基礎(chǔ)之上，所述第五開(kāi)關(guān)管(S5)和第六開(kāi)關(guān)管(S6)由IGBT和反并聯(lián)二極管組成，其中二極管的陽(yáng)極與IGBT的發(fā)射極相連，二極管的陰極與IGBT的集電極相連；或者，所述第七開(kāi)關(guān)管(S7)、第八開(kāi)關(guān)管(S8)、第九開(kāi)關(guān)管(S9)和第十開(kāi)關(guān)管(S10)由IGBT和反并聯(lián)二極管組成，其中二極管的陽(yáng)極與IGBT的發(fā)射極相連，二極管的陰極與IGBT的集電極相連。

本實(shí)用新型的另一技術(shù)方案在于在上述基礎(chǔ)之上，所述輸出濾波電路包括輸出濾波電感(Lf)和輸出濾波電容(Cf)，所述輸出濾波電感(Lf)的一端與第九開(kāi)關(guān)管(S9)的發(fā)射極和第十開(kāi)關(guān)管(S10)的集電極相連接，所述輸出濾波電感(Lf) 的另一端與輸出濾波電容(Cf)的一端連接，所述輸出濾波電容的另一端與第八開(kāi)關(guān)管(S8)的發(fā)射極和第七開(kāi)關(guān)管(S7)的集電極相連接。

本實(shí)用新型的有益效果：

本實(shí)用新型所述的基于高頻鏈的單級(jí)式逆變器，其包括依次連接的前級(jí)高頻鏈逆變電路、高頻隔離變壓器、后級(jí)吸收電路、后級(jí)逆變電路和輸出濾波電路。所述單級(jí)式逆變器轉(zhuǎn)換級(jí)數(shù)較少，提高了高頻隔離變壓器的磁芯利用率和系統(tǒng)效率，實(shí)現(xiàn)了變換器的電氣隔離，減小輸出濾波體積和重量。

附圖說(shuō)明

構(gòu)成本實(shí)用新型的一部分的附圖用來(lái)提供對(duì)本實(shí)用新型的進(jìn)一步理解，本實(shí)用新型的示意性實(shí)施例及其說(shuō)明用于解釋本實(shí)用新型，并不構(gòu)成對(duì)本實(shí)用新型的不當(dāng)限定。

圖1為本實(shí)用新型一種實(shí)施方式涉及的單級(jí)式逆變器的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖；

圖2和圖3為圖1中高頻隔離變壓器在不同狀態(tài)下的后級(jí)等效電路圖。

圖中：

1前級(jí)高頻鏈逆變電路 2高頻隔離變壓器 3后級(jí)吸收電路

4后級(jí)逆變器邊路 5輸出濾波電路

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)描述，本部分的描述僅是示范性和解釋性，不應(yīng)對(duì)本實(shí)用新型的保護(hù)范圍有任何的限制作用。此外，本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本文件的描述，可以對(duì)本文件中實(shí)施例中以及不同實(shí)施例中的特征進(jìn)行相應(yīng)組合。

本實(shí)用新型的說(shuō)明書(shū)和權(quán)利要求書(shū)及上述附圖中的術(shù)語(yǔ)“第一”、“第二”、“第三”“第四”等(如果存在)是用于區(qū)別類似的對(duì)象，而不必用于描述特定的順序或先后次序。應(yīng)該理解這樣使用的數(shù)據(jù)在適當(dāng)情況下可以互換，以便這里描述的本實(shí)用新型的實(shí)施例，例如能夠以除了在這里圖示或描述的那些以外的順序?qū)嵤４送?，術(shù)語(yǔ)“包括”和“具有”以及他們的任何變形，意圖在于覆蓋不排他的包含，例如，包含了一系列步驟或單元的過(guò)程、方法、系統(tǒng)、產(chǎn)品或設(shè)備不必限于清楚地列出的那些步驟或單元，而是可包括沒(méi)有清楚地列出的或?qū)τ谶@些過(guò)程、方法、產(chǎn)品或設(shè)備固有的其它步驟或單元。

本實(shí)用新型實(shí)施例如下，請(qǐng)參見(jiàn)圖1和圖2，一種基于高頻鏈的單級(jí)式逆變器，包括依次連接的前級(jí)高頻鏈逆變電路1、高頻隔離變壓器2、后級(jí)吸收電路3、后級(jí)逆變電路4和輸出濾波電路5五個(gè)部分。

所述前級(jí)高頻鏈逆變電路1包括四個(gè)開(kāi)關(guān)管S1、S2、S3和S4組成的單相全橋逆變結(jié)構(gòu)，由直流電源向前級(jí)高頻鏈逆變電路1供電；高頻隔離變壓器2 包括第一原邊繞組N1、第一副邊繞組N2和第二副邊繞組N3組成的單原邊雙副邊結(jié)構(gòu)；后級(jí)吸收電路3包括電容C1、電容C2、電容C3、電容C4、開(kāi)關(guān)管S5和開(kāi)關(guān)管S6；后級(jí)逆變級(jí)電路4包括四個(gè)開(kāi)關(guān)管S7、S8、S9和S10組成的單相全橋式結(jié)構(gòu)；輸出濾波電路5包括電感Lf和電容Cf組成的LC濾波器結(jié)構(gòu)。

本實(shí)用新型所述的基于高頻鏈的單級(jí)式逆變器，其中，各開(kāi)關(guān)管可以由 IGBT和反并聯(lián)二極管組成，其中二極管的陽(yáng)極與IGBT的發(fā)射極相連，二極管的陰極與IGBT的集電極相連。開(kāi)關(guān)管S1的集電極、開(kāi)關(guān)管S3的集電極和直流電源單元的正極相連接，開(kāi)關(guān)管S2的發(fā)射極、開(kāi)關(guān)管S4的發(fā)射極和直流電源單元的負(fù)極相連接。所述高頻隔離變壓器的第一原邊繞組N1同名端與開(kāi)關(guān)管S3的發(fā)射極和開(kāi)關(guān)管S4的集電極相連接，高頻隔離變壓器的第一原邊繞組 N1異名端與開(kāi)關(guān)管S1的發(fā)射極和開(kāi)關(guān)管S2的集電極相連接；開(kāi)關(guān)管S6的發(fā)射極、開(kāi)關(guān)管S10的發(fā)射極、電容C1的一端和第一副邊繞組N2的同名端相連接，電容C1的另一端和電容C2的一端、開(kāi)關(guān)管S8的集電極和第二副邊繞組 N3的同名端相連接，電容C2的另一端和開(kāi)關(guān)管S5的集電極相連接，開(kāi)關(guān)管 S5的發(fā)射極、開(kāi)關(guān)管S9的集電極、二極管D1的陽(yáng)極、電容C3的一端和第二副邊繞組N3的異名端相連接，電容C3的另一端、電容C4的一端、開(kāi)關(guān)管S7 的發(fā)射極和第一副邊繞組N2的異名端相連接，電容C4的另一端、二極管D1 的陰極和開(kāi)關(guān)管S6的集電極相連接；開(kāi)關(guān)管S9的發(fā)射極、開(kāi)關(guān)管S10的集電極和輸出濾波電感Lf的一端相連接，輸出濾波電感Lf的另一端與輸出濾波電容Cf的一端連接，輸出濾波電容的另一端和開(kāi)關(guān)管S7的集電極、開(kāi)關(guān)管S8 的發(fā)射極相連接。

在上述實(shí)施例的基礎(chǔ)上，本實(shí)用新型另一實(shí)施例中，所述前級(jí)高頻鏈逆變電路中的開(kāi)關(guān)管S1和開(kāi)關(guān)管S4的驅(qū)動(dòng)電路相同，開(kāi)關(guān)管S2和開(kāi)關(guān)管S3的驅(qū)動(dòng)電路相同，開(kāi)關(guān)管S1的驅(qū)動(dòng)信號(hào)與開(kāi)關(guān)管S2的驅(qū)動(dòng)信號(hào)互補(bǔ)，開(kāi)關(guān)管S1、S2、S3和S4的驅(qū)動(dòng)信號(hào)的占空比為0.01-0.99之間，將直流電源轉(zhuǎn)換為占空比為0.01-0.99之間的高頻交流電傳輸?shù)礁哳l隔離變壓器的原邊，使高頻隔離變壓器工作磁通關(guān)于原點(diǎn)對(duì)稱，以提高高頻隔離變壓器的利用率。優(yōu)選的是，所述開(kāi)關(guān)管S1、S2、S3和S4的驅(qū)動(dòng)信號(hào)的占空比為0.5，將直流電源轉(zhuǎn)換為占空比為0.5的高頻交流電傳輸?shù)礁哳l隔離變壓器的原邊，使高頻隔離變壓器工作磁通關(guān)于原點(diǎn)對(duì)稱，以提高高頻隔離變壓器的利用率。

在上述實(shí)施例的基礎(chǔ)上，本實(shí)用新型另一實(shí)施例中，所述第一原邊繞組N1 與第一副邊繞組N2的匝數(shù)比和第一原邊繞組N1與第二副邊繞組N3的匝數(shù)比相同，高頻隔離變壓器將原邊高頻電壓以變比為1：N的方式傳輸?shù)礁哳l隔離變壓器的兩個(gè)副邊繞組，在副邊繞組中感應(yīng)出兩路同幅同相的高頻電。

本實(shí)用新型所述的基于高頻鏈的單級(jí)式逆變器具體工作原理如下，當(dāng)開(kāi)關(guān)管S2和開(kāi)關(guān)管S3導(dǎo)通，開(kāi)關(guān)管S1和開(kāi)關(guān)管S4關(guān)斷時(shí)，高頻隔離變壓器的第一副邊繞組N2和第二副邊繞組N3的同名端感應(yīng)出正電壓，高頻隔離變壓器第一副邊繞組N2和第二副邊繞組N3的異名端感應(yīng)出負(fù)電壓，高頻隔離變壓器后級(jí)等效電路如圖2所示；后級(jí)吸收電路中開(kāi)關(guān)管S6的驅(qū)動(dòng)信號(hào)保持與第二開(kāi)關(guān)管S2和第三開(kāi)關(guān)管S3的驅(qū)動(dòng)信號(hào)相同，后級(jí)吸收電路中電容C1與開(kāi)關(guān)管S10 反并聯(lián)二極管、開(kāi)關(guān)管S9反并聯(lián)二極管和第二副邊繞組N3構(gòu)成回路，后級(jí)吸收電路電容C4與開(kāi)關(guān)管S6反并聯(lián)二極管、第一副邊繞組N2構(gòu)成回路，后級(jí)吸收電路電容C3與開(kāi)關(guān)管S10反并聯(lián)二極管、開(kāi)關(guān)管S9反并聯(lián)二極管和第一副邊繞組N2構(gòu)成回路，后級(jí)吸收電路電容C1、電容C4和電容C3各自所在的回路能夠有效的吸收高頻隔離變壓器的尖峰電壓。

當(dāng)開(kāi)關(guān)管S1和開(kāi)關(guān)管S4導(dǎo)通，開(kāi)關(guān)管S2和開(kāi)關(guān)管S3關(guān)斷時(shí)，高頻隔離變壓器第一副邊繞組N2和第二副邊繞組N3的同名端感應(yīng)出負(fù)電壓，高頻隔離變壓器第一副邊繞組N2和第二副邊繞組N3的異名端感應(yīng)出正電壓，高頻隔離變壓器后級(jí)等效電路如圖3所示；后級(jí)吸收電路中開(kāi)關(guān)管S5驅(qū)動(dòng)信號(hào)保持與開(kāi)關(guān)管S1和開(kāi)關(guān)管S4的驅(qū)動(dòng)信號(hào)相同，后級(jí)吸收電路電容C2與開(kāi)關(guān)管S5反并聯(lián)二極管、第二副邊繞組N3構(gòu)成回路，后級(jí)吸收電路電容C3與開(kāi)關(guān)管S7反并聯(lián)二極管、開(kāi)關(guān)管S8反并聯(lián)二極管和第二副邊繞組N3構(gòu)成回路，后級(jí)吸收電路電容C4與二極管D1、開(kāi)關(guān)管S7反并聯(lián)二極管、開(kāi)關(guān)管S8反并聯(lián)二極管和第二副邊繞組N3構(gòu)成回路，后級(jí)吸收電路電容C2、電容C4和電容C3各自所在的回路能夠有效的吸收高頻隔離變壓器的尖峰電壓，進(jìn)而改善輸出波形的質(zhì)量。

在上述實(shí)施例的基礎(chǔ)上，本實(shí)用新型另一實(shí)施例中，所述后級(jí)逆變電路采用SPWM調(diào)制策略或移相調(diào)制進(jìn)行調(diào)制，其中開(kāi)關(guān)管S7和開(kāi)關(guān)管S10的驅(qū)動(dòng)信號(hào)相同，開(kāi)關(guān)管S8和開(kāi)關(guān)管S9的驅(qū)動(dòng)信號(hào)相同，開(kāi)關(guān)管S7與開(kāi)關(guān)管S8的驅(qū)動(dòng)信號(hào)互補(bǔ)；高頻隔離變壓器副邊繞組的同名端感應(yīng)出正電壓時(shí)，后級(jí)逆變開(kāi)關(guān)管的驅(qū)動(dòng)信號(hào)與高頻隔離變壓器副邊繞組同名端感應(yīng)出負(fù)電壓時(shí)后級(jí)逆變開(kāi)關(guān)管的驅(qū)動(dòng)信號(hào)互補(bǔ)，使后級(jí)逆變電路輸出高頻SPWM，高頻SPWM經(jīng)過(guò)輸出濾波電路5后轉(zhuǎn)換為正弦波，為交流負(fù)載供電。

經(jīng)過(guò)理論分析和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明，電氣產(chǎn)品的變壓器、電感和電容的體積重量與供電頻率的平方根成反比，所以當(dāng)工作頻率從工頻的50Hz提高到高頻 20KHZ時(shí)，用電設(shè)備的體積重量會(huì)下降至工頻設(shè)計(jì)的5-10％。因此相對(duì)于工頻變壓器型逆變器，高頻隔離變壓器型逆變器具有體積小、重量輕、成本低等優(yōu)點(diǎn)。本實(shí)用新型所述的基于高頻鏈的單級(jí)式逆變器，其包括依次連接的前級(jí)高頻鏈逆變電路、高頻隔離變壓器、后級(jí)吸收電路、后級(jí)逆變電路和輸出濾波電路。所述單級(jí)式逆變器轉(zhuǎn)換級(jí)數(shù)較少，提高了高頻隔離變壓器的磁芯利用率和系統(tǒng)效率，實(shí)現(xiàn)了變換器的電氣隔離，減小輸出濾波體積和重量。

以上所述僅是本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本實(shí)用新型原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。