雙端反激高頻隔離式三電平逆變器制造技術

本發明專利技術公開了一種雙端反激高頻隔離式三電平逆變器，主要涉及電力電子技術領域，該變換器在傳統反激逆變器的基礎上，引入二極管鉗位的思路，并考慮輸入濾波電容均壓的問題而提出；該三電平逆變器包括：輸入直流電源、輸入濾波電容、雙端反激三電平變換單元、高頻隔離變壓器、周波變換器、輸出濾波器和交流負載；本發明專利技術雙端反激高頻隔離式三電平逆變器的優點是：采用了多電平技術，減小了主功率開關管電壓應力；輸出只需電容濾波，減小了濾波器體積；輸入直流電壓和輸出交流負載高頻電氣隔離；輸出功率密度高，頻譜特性好。

【技術實現步驟摘要】
雙端反激高頻隔離式三電平逆變器
本專利技術屬于電力電子變換
，特別是一種雙端反激高頻隔離式三電平逆變器。
技術介紹
直一交(DC-AC)變換技術是應用功率半導體器件，將直流電能轉換成交流電能的一種變流技術，廣泛地應用于國防、工礦企業、科研院所、大學實驗室和日常生活中。大功率電力電子器件的發展為多電平逆變裝置的研究提供了技術支持。1977年德國學者Holtz首次提出了利用開關管來輔助中點鉗位的三電平逆變器主電路，1980年日本的A Nabae等人對其進行了發展，提出了二極管鉗位式多電平逆變電路。經過幾十年的發展，多電平逆變技術目前主要有三類拓撲結構:(I) 二極管鉗位型逆變器、(2)飛跨電容鉗位型逆變器、(3)具有獨立直流電源直流的級聯型逆變器。Mr.ESPELAGE于1977年提出了高頻鏈逆變技術的新概念，利用高頻變壓器代替傳統低頻環節逆變技術中的工頻變壓器，克服了低頻逆變技術的缺點，顯著提高了逆變器的特性，必將取代低頻環節逆變器，得到廣泛應用。浙江大學黃敏超博士提出了一系列雙向電流源高頻鏈逆變器，該系列逆變器具有雙向功率傳輸、拓撲結構簡單、控制方案簡單、效率高、可靠性高以及良好的動態響應等優點。但是由于反激拓撲的限制及兩電平電路本身的缺點，該逆變器開關管功率小，耐壓能力低，只能在電壓及功率較小的場合應用。因此在傳統雙端反激逆變器中弓I入多電平技術，可以減輕其開關管電壓應力，拓寬反激型逆變器的應用范圍。
技術實現思路
本專利技術的目的在于提供一種具有反激變換器的優點，并能適用于更高電壓、更大功率場合的逆變器。因此在傳統雙端反激逆變器基礎上，引入多電平技術，提出了一種具有開關管管電壓應力小、輸入輸出高頻電氣隔離、輸出電壓波形更好的雙端反激高頻隔離三電平逆變器。實現本專利技術目的的技術解決方案為:—種雙端反激高頻隔離三電平逆變器，由依次相連的輸入直流電源、輸入濾波電容、三電平變換單元、高頻隔離變壓器、周波變換器、輸出濾波器和輸出交流負載構成；輸入直流電源單兀與輸入濾波電容一端相連，輸入濾波電容另一端與三電平變換單兀一端相連，三電平變換單元另一端與高頻隔離變壓器一端相連，高頻隔離變壓器另一端與周波變換器一端相連，周波變換器另一端與輸出濾波器一端相連，輸出濾波器另一端與輸出交流負載相連。進一步的實施例中，所述輸入濾波電容包括第一輸入濾波電容和第二輸入濾波電容；第一輸入濾波電容的正極與輸入直流電源單元的正極相連，第一輸入濾波電容的負極與第二輸入濾波電容的正極相連，第二輸入濾波電容的負極與輸入直流電源的參考負極相連；所述三電平變換單元包括第一功率開關管，第一二極管，第二功率開關管，第二二極管，第三功率開關管，第三二極管，第四功率開關管，第四二極管，第五二極管第六二極管，第七二極管第八二極管；第一功率開關管的漏極與第一輸入濾波電容的正極相相連，第一二極管反并聯于第一功率開關管兩端，即第一二極管的陰極與第一功率開關管的漏極相連，第一二極管的陽極與第一功率開關管的源極相連，第二功率開關管的漏極與第一功率開關管的源極相連，第二二極管反并聯與第二功率開關管兩端，即第二二極管的陰極與第二功率開關管的漏極相連，第二二極管的陽極與第二功率開關管的源極相連，第四功率開關管的源極與第二輸入分壓電容的負極相連，第四二極管反并聯于第四功率開關管兩端，即第四二極管的陰極與第四功率開關管的漏極相連，第四二極管的陽極與第四功率開關管的源極相連，第三功率開關管的源極與第四功率開關管的漏極相連，第三二極管反并聯與第三功率開關管兩端，即第三二極管的陰極與第三功率開關管的漏極相連，第三二極管的陽極與第三功率開關管的源極相連，第五二極管的陽極、第六二極管的陰極與第一輸入濾波電容的負極和第二輸入濾波電容的正極相連，第五二極管的陰極與第一功率開關管的源極和第二功率開關管的漏極相連，第六二極管的陽極與第三功率開關管的源極和第四功率開關管的漏極相連，第七二極管的陰極與第一輸入濾波電容的正極、第一功率開關管的漏極相連，第七二極管的陽極與第三功率開關管的漏極相連，第八二極管的陰極與第二功率開關管的源極相連，第八二極管的陽極與第二輸入濾波電容的負極、第四功率開關管的源極相連；所述高頻隔離變壓器包括高頻隔離變壓器第一原邊繞組、高頻隔離變壓器第一副邊繞組和高頻隔離變壓器第二副邊繞組；高頻隔離變壓器第一原邊繞組非同名端與第二功率開關管的源極相連，高頻隔離變壓器第一原邊繞組的同名端與第三功率開關管的漏極相連；所述周波變換器包括第五功率開關管、第六功率開關管、第七功率開關管、第八功率開關管、第九二極管、第十二極管，第十一二極管，第十二二極管；第五功率開關管的漏極與高頻隔離變壓器第一副邊繞組的同名端相連，第九二極管反并聯于第五功率開關管的兩端，即第九二極管的陰極與第五功率開關管的漏極相連，第九二極管的陽極與第五功率開關管的源極相連，第六功率開關管的漏極與高頻隔離變壓器第一副邊繞組的非同名端相連，第十二極管反并聯于第六功率開關管的兩端，即第十二極管的陰極與第六功率開關管的漏極相連，第十二極管的陽極與第六功率開關管的源極相連，第七功率開關管的漏極與高頻隔離變壓器第二副邊繞組的非同名端相連，第七功率開關管的源極與第五功率開關管的源極相連，第十一二極管反并聯于第七功率開關管的兩端，即第十一二極管的陰極與第七功率開關管的漏極相連，第十一二極管的陽極與第七功率開關管的源極相連，第八功率開關管的漏極與高頻隔離變壓器第二副邊繞組的同名端相連，第八功率開關管的源極與第六功率開關管的源極相連，第十二二極管反并聯于第八功率開關管的兩端，即第十二二極管的陰極與第八功率開關管的漏極相連，第十二二極管的陽極與第八功率開關管的源極相連；所述輸出濾波器包含輸出濾波電容，輸出濾波電容的正極與第五功率開關管的源極、第九二極管的陽極、第七功率開關管的源極、第十一二極管的陽極相連，輸出濾波電容的負極與第六功率開關管的源極、第十二極管的陽極、第八功率開關管的源極、第十二二極管的陽極相連；所述輸出交流負載包含交流負載，交流負載的一端與輸出濾波電容的正極相連，交流負載的另一端與輸出濾波電容的負極相連。由以上本專利技術的上述技術方案可知，本專利技術所提出的雙端反激高頻隔離三電平逆變器，與現有技術相比，其顯著優點在于:(I)將二極管鉗位型多電平拓撲的思路運用于傳統反激型逆變器中，并在輸入直流電源與交流負載中插入高頻隔離變壓器，實現了輸入側與負載側的電氣隔離；(2)與其他拓撲形式逆變器相比，雙端反激型逆變器具有拓撲簡潔、輸出濾波器體積小、轉換效率高等優點；(3)與傳統的“反激型高頻環節逆變器”相比，本專利技術在輸出濾波器前端能夠得到三電平，從而減小了功率開關管的電壓應力，拓寬了功率開關管的選擇范圍，適用于更大功率場合。在民用、工業、國防等要求電氣隔離的高壓大容量逆變場合，采用本專利技術的逆變拓撲是比較理想的逆變電源解決方案；(4)本專利技術具兩級功率變換(直流DC-高頻交流HFAC-低頻交流LFAC)，雙向功率流，在一個輸出交流周期內高頻隔離變壓器磁芯被雙向磁化，變壓器磁芯的利用率高，輸出濾波器前端電壓頻譜特性好等優點，因而提高了變換效率和功率密度、減小了體積和重量。【附圖說明】圖1為本專利技術雙端反激高頻隔離三電平逆變器的電路拓撲本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種雙端反激高頻隔離三電平逆變器，其特征在于：由依次相連的輸入直流電源單元(1)、輸入濾波電容(2)、三電平變換單元(3)、高頻隔離變壓器(4)、周波變換器(5)、輸出濾波器(6)和輸出交流負載(7)；輸入直流電源單元(1)與輸入濾波電容(2)一端相連，輸入濾波電容(2)另一端與三電平變換單元(3)一端相連，三電平變換單元(3)另一端與高頻隔離變壓器(4)原邊相連，高頻隔離變壓器(4)副邊與周波變換器(5)一端相連，周波變換器(5)另一端與輸出濾波器(6)一端相連，輸出濾波器(6)另一端與輸出交流負載(7)相連。

【技術特征摘要】
1.一種雙端反激高頻隔離三電平逆變器，其特征在于:由依次相連的輸入直流電源單元(I)、輸入濾波電容(2)、三電平變換單元(3)、高頻隔離變壓器(4)、周波變換器(5)、輸出濾波器(6)和輸出交流負載(7);輸入直流電源單兀(I)與輸入濾波電容(2) —端相連,輸入濾波電容(2)另一端與三電平變換單元(3) —端相連，三電平變換單元(3)另一端與高頻隔離變壓器(4)原邊相連，高頻隔離變壓器(4)副邊與周波變換器(5) —端相連，周波變換器(5)另一端與輸出濾波器(6) —端相連,輸出濾波器(6)另一端與輸出交流負載(7)相連。2.根據權利要求1所述的雙端反激高頻隔離三電平逆變器，其特征在于:所述輸入濾波電容(2)包括第一輸入濾波電容(Cl)和第二輸入濾波電容(C2);第一輸入濾波電容(Cl)的正極與輸入直流電源單元(I)的正極相連，第一輸入濾波電容(Cl)的負極與第二輸入濾波電容(C2)的正極相連，第二輸入濾波電容(C2)的負極與輸入直流電源單元(I)的參考負極相連； 所述三電平變換單元(3)包括第一功率開關管(SI)，第一二極管(Dl)，第二功率開關管(S2)，第二二極管(D2)，第三功率開關管(S3)，第三二極管(D3)，第四功率開關管(S4)，第四二極管(D4)，第五二極管(D5)第六二極管(D6)，第七二極管(D7)第八二極管(D8)，其中: 第一功率開關管(SI)的漏極與第一輸入濾波電容(Cl)的正極相相連，第一二極管(Dl)反并聯于第一功率開關管(SI)兩端，即第一二極管(Dl)的陰極與第一功率開關管(SI)的漏極相連，第一二極管(Dl)的陽極與第一功率開關管(SI)的源極相連，第二功率開關管(S2)的漏極與第一功率開關管(SI)的源極相連，第二二極管(D2)反并聯與第二功率開關管(S2)兩端，即第 二二極管(D2)的陰極與第二功率開關管(S2)的漏極相連，第二二極管(D2)的陽極與第二功率開關管(S2)的源極相連，第四功率開關管(S4)的源極與第二輸入分壓電容(C2)的負極相連，第四二極管(D4)反并聯于第四功率開關管(S4)兩端，即第四二極管(D4)的陰極與第四功率開關管(S4)的漏極相連，第四二極管(D4)的陽極與第四功率開關管(S4)的源極相連，第三功率開關管(S3)的源極與第四功率開關管(S4)的漏極相連，第三二極管(D3)反并聯與第三功率開關管兩端，即第三二極管(D3)的陰極與第三功率開關管(S3)的漏極相連，第三二極管(D3)的陽極與第三功率開關管(S3)的源極相連，第五二極管(D5)的陽極、第六二極管(D6)的陰極與第一輸入濾波電容(Cl)的負極和第二輸入濾波電容(C2)的正極相連，第五二極管(D5)的陰極與第一功率開關管(SI)的源極和第二功率開關管(S2)的漏極相連，第六二極管(D6)的陽極與第三功率開關管(S3)的源極和第四功率開關管(S4)的漏極相連，第七二極管(...

【專利技術屬性】
技術研發人員：胡文斌，姚凱，呂建國，哈進兵，戴雙飛，劉兆青，陸曉玉，文晞暢，趙剛，
申請(專利權)人：南京理工大學，
類型：發明
國別省市：江蘇;32