專利名稱：高頻開關(guān)電容型逆變器的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明為開關(guān)電容型逆變器，屬于電能形式的變換裝置。
目前實現(xiàn)電能量由直流變?yōu)榻涣鞯难b置_逆變器_多數(shù)是電感型的，即其中的能量傳遞元件是由電感或變壓器來充當?shù)?，這類逆變器雖然正在大量使用中，但有體積大、重量重、成本高、效率低等缺點。近年來，國外提出了能量傳遞元件為電容的逆變器或稱純電容逆變器，部分地解決了電感型逆變器的缺點。美國南伊里諾大學Marusarg 1989年6月在IEEE PESC'89(美國電氣及電子工程師學會功率電子學專家會議1989年會議)論文集上發(fā)表的無電感開關(guān)電容型升壓式逆變器是目前有代表性的最新成果。但在Marusarg提出的電路方案中，電容充電與放電的頻率是相同的，由要求的輸出頻率決定。一般情況下，這個頻率較低，如工頻50HZ(對我國)或60HZ(對美國)。所以，目前的純電容逆變器雖然部分地克服了體積大、重量重等一些缺點，但由于開關(guān)頻率很低，致使能量傳遞電容很大，結(jié)果這種純電容逆變器的體積和重量仍然較大。
本發(fā)明的目的在于提供一種體積小、重量輕、成本低的高頻開關(guān)電容型逆變器。
這種高頻開關(guān)電容型逆變器的開關(guān)由充電開關(guān)1與放電開關(guān)2組成，充電開關(guān)與放電開關(guān)可由場應管或晶體管或電子管或可控硅及門極關(guān)斷晶閘管(GTO)等構(gòu)成。充電開關(guān)為高頻動作，允許的范圍由逆變器中的開關(guān)器件的高頻特性決定。
本發(fā)明所提供的逆變器，在同樣輸出帶負載能力的情況下，大大地減小所需的能量傳遞電容的電容量，從而可大大減小逆變器的體積、重量、成本，同時也提高了效率;在使用同樣容量的能量傳遞電容的情況下，可以大大提高逆變器的帶負載能力，此電路可以廣泛用于交流穩(wěn)壓電源，不間斷電源和電機的驅(qū)動裝置中。
本發(fā)明的具體結(jié)構(gòu)由

圖1、2、3、4(a)、4(b)、5、6、7給出。
圖1為高頻開關(guān)電容型逆變器的電路結(jié)構(gòu)。
圖2為交流輸出三角波形。
圖3為交流輸出接近正弦的階梯波。
圖4(a)為高頻開關(guān)電容型逆變器用VMOS場效應晶體管實現(xiàn)其開關(guān)的具體電路的主電路部分。
圖4(b)為圖4(a)中所示高頻開關(guān)電容型逆變器中VMOS開關(guān)管的驅(qū)動電路部分。
圖5為結(jié)構(gòu)外形產(chǎn)品圖。
圖6為實際輸出波形圖。
圖7為當去掉放電開關(guān)和正、負極性開關(guān)短路時的直流_直流變換器的電路結(jié)構(gòu)圖。
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明加以具體說明。
圖1中的C1＝C2＝C3＝…＝Cn＝C，充電開關(guān)1(S′1，S′2，…，S′n)為高頻動作，放電開關(guān)2(S1，S2，…，Sn，Sn+1及Sa，Sb)按要求的輸出頻率動作。當放電開關(guān)(S1，S2，…，Sn，Sn+1及Sa，Sb)按圖2所示動作時，便可得到圖2所示的交流輸出波形(三角波)，利用放電開關(guān)中的每個開關(guān)導通的時間不同，可以近似得到任意的波形，如正弦波、三角波、梯形波及矩形波等，圖3為近似實現(xiàn)正弦波的例子。圖4(a)中P11、P21、Pb為P溝道VMOS場效應晶體管，N11′，N12，N12′…N1n，N1n′，N22，N23…N2n，N2n+1，Na為N溝道VMOS場效應晶體管，D11，D11′，D12，D12′…D1n，D1n′為快恢復二極管，Da，Db，D21，D221，D222，D223，D224…D2n1，D2n2，D2n3，D2n4，D2，n+1為一般整流二極管，S2～Sn為橋式雙向開關(guān)。圖4(b)中，～為正弦電源，+V為直流電壓，B為比較器，此電路通過給定正弦信號與電阻R1，R2…Rn組成的分壓器上各點電壓的比較，以及正弦信號的正負狀態(tài)，通過比較器處理，給出開關(guān)管P21，N′22，N23…N2n，N2，n+1，以及Na和Nb的恰當?shù)尿?qū)動信號，便可產(chǎn)生如圖3所示的接近正弦的階梯波，圖中的Ga、Gb、G2、G3、G4、Gn、Gn+1分別接于圖4(a)中的Na、Pb、N22或N2n、N23或N2，n-1、N24或N2，n-2、N22或N2n、P21或N2，n+1的柵極。
用圖4所示的電路，在如下一組參數(shù)下，所獲得的輸出電壓波形50HZ正弦階梯波如圖6所示。此組參數(shù)為C1＝C2＝…＝Cn＝4700μf，25v;
P11SMP8P20;
Pb，P21SMP4P20;
N11′，N12，N12′，…，N1n，N1n′MTP8N20;
N22，N23，…，N2n，N2，n+1，NaMTP4N20;
D11，D11′，D12，D12′，…，D1n，D1n′CM-90;
Da，Db，D21，D221，D222，D223，D224，…，D2n1，D2n2，D2n3，D2n4，D2，n+1IN4004;
V＝12v直流。
圖5為外形結(jié)構(gòu)產(chǎn)品圖，其中3為底板安裝圖，4為面板圖，5為底板上主要電器元件安裝圖。
當放電開關(guān)處于全開狀態(tài)及正、負極性開關(guān)完全短路時，該逆變器可做為直流_直流變換器，如圖7所示，圖中的C1＝C2＝…＝Cn＝C。直流變換器輸出電壓，變換器效率與充電頻率的關(guān)系式為
式中Ts = 1/(fs) ，fs為開關(guān)頻率，T為開關(guān)周期，t = (RLC′)/(n - 1)Vg為輸入直流電壓，Vo為輸出直流電壓，n是電容個數(shù)。
式中η為變換器的效率，其他符號的含義與(1)式相同。
權(quán)利要求
1.一種高頻開關(guān)電容型逆變器，由電容器及開關(guān)組成，其特征在于開關(guān)由充電開關(guān)與放電開關(guān)組成。
2.如權(quán)利要求1所述的高頻開關(guān)電容型逆變器，其特征在于充電開關(guān)與放電開關(guān)可由場效應管或晶體管或電子管或可控硅及門極關(guān)斷晶閘管(GTO)構(gòu)成。
3.如權(quán)利要求1所述的高頻開關(guān)電容型逆變器，其特征在于充電開關(guān)為高頻動作，允許的范圍由逆變器中的開關(guān)器件的高頻特性決定。
4.如權(quán)利要求1所述的高頻開關(guān)電容型逆變器，其特征在于當放電開關(guān)處于全開狀態(tài)時，該逆變器可做為直流_直流變換器。
5.如權(quán)利要求4所述的高頻開關(guān)電容型逆變器，其特征在于直流變換器輸出電壓，變換器效率與充電頻率存在如下關(guān)系V0=Vg2nn+11-n-1n+1e-Ts/τ·τTs(1-e-Ts/τ)...(1)]]>式中Ts = 1/(fs) ，fs為開關(guān)頻率，Ts為開關(guān)周期，t = (RLC′)/(n - 1)Vg為輸入直流電壓，Vo為輸出直流電壓，n是電容個數(shù)。n=1n+1·1+e-Ts/τ1-n-1n+1e-Ts/τ(2)]]>式中η為變換器的效率，其他符號的含義與(1)式相同。
全文摘要
一種高頻開關(guān)電容型逆變器，由電容器及開關(guān)組成，開關(guān)由充電開關(guān)與放電開關(guān)組成，充電開關(guān)與放電開關(guān)可由場效應管或晶體管或電子管或可控硅及門極關(guān)斷晶閘管(GTO)構(gòu)成，充電開關(guān)為高頻動作，當放電開關(guān)處于全開狀態(tài)時，該逆變器可做為直流-直流變換器。這種逆變器與低頻開關(guān)電容型逆變器相比，在同樣輸出帶負載能力的情況下，減小了所需的能量傳遞電容的電容量，從而可減小逆變器的體積和重量。
文檔編號H02M3/06GK1057133SQ9010401
公開日1991年12月18日 申請日期1990年6月6日 優(yōu)先權(quán)日1990年6月6日
發(fā)明者龔紹文, 陳瑋, 劉波濤, 臺林 申請人:北京理工大學