[发明专利]差动降压直流斩波器型高频链逆变器

说明书

技术领域

本发明所涉及的差动降压(Buck)直流斩波器型高频链逆变器，属于电力电子变换技术 领域。

背景技术

逆变器是应用功率半导体器件将直流电变换成交流电的一种静止变流装置，供交流负载 使用。输出交流负载与输入直流电源间有高频电气隔离的逆变器，称为高频链逆变器。高频 电气隔离元件在逆变器中主要起到了如下作用：1)实现了逆变器输出与输入之间的电气 隔离，提高了逆变器运行的安全可靠性和电磁兼容性；2)实现了逆变器输出电压与输入电压 之间的匹配，即实现了逆变器的输出电压可以高于、等于或低于输入直流电压的技术效果， 其应用范围得到了大大拓宽；3)高频变压器或高频储能式变压器的工作频率在20kHz以上， 其体积、重量和音频噪音大大降低了，有效地克服了低频链逆变器的缺陷。因此，在以直流 发电机、蓄电池、太阳能电池和燃料电池为主直流电源的逆变场合，高频链逆变器具有广泛 的应用前景，特别是在对体积与重量有高要求的逆变场合有更重要的应用价值。

高频链逆变器通常是由高频电气隔离DC-DC变换器和逆变桥两级电路结构级联而成，电 能经过了两级变换(直流-直流-低频交流)，其变换效率(高频电气隔离DC-DC变换器效率 和逆变桥效率的乘积)必定低于单级高频电气隔离DC-DC变换器的效率。所以说，高频链逆 变器的变换效率并不理想，其根本原因是它属于级联的两级电路结构。

降压(Buck)直流斩波器，通常是用来将一种直流电压变换成平均值低于输入电压的高 频脉冲直流电压。如果在降压(Buck)直流斩波器的输出端接有LC滤波器，就构成了无电 气隔离或高频电气隔离降压(Buck)直流变换器，其电能变换效率通常高达90％以上。降压 (Buck)直流斩波器或变换器的电能变换效率之所以能达到如此之高，主要原因是它属于单 级电路结构。

因此，寻求一类单级电路结构(单级功率变换)的高频链逆变器已迫在眉睫，对于有 效提高高频链逆变器的变换效率、功率密度、可靠性和降低成本将具有十分重要的意义。

发明内容

本发明目的是要提供一种具有输出交流负载与输入直流电源间高频电气隔离、输出与 输入电压匹配能力强、电路拓扑简洁、单级功率变换、双向功率流、功率密度高、变换 效率高、输出电压纹波小、负载适应能力强、音频噪音低、成本低、应用前景广泛等优 点的差动降压直流斩波器型高频链逆变器。

本发明的差动降压(Buck)直流斩波器型高频链逆变器，是由两个相同的、分别输出低 频正、负半周单极性正弦脉宽调制电压波的高频电气隔离双向降压直流斩波器以差动电 路构成，并且两个高频电气隔离双向降压直流斩波器的正输出端之间接有交流LC滤波器， 两个高频电气隔离双向降压直流斩波器的负输出端接地，滤波电容两端并联有输出负载， 在输入直流电源与差动斩波器的输入端之间接有一个直流LC滤波器；所述的高频链逆变器中 的两个高频电气隔离双向降压直流斩波器在一个低频输出周期内分别工作在正、负半周， 在任意时刻只有一个高频电气隔离双向降压直流斩波器处于工作状态而不存在环流，属 于单级功率变换；所述的高频链逆变器任意时刻输出的低频正弦交流电压瞬时值的绝对 值等于输入直流电压、高频变压器副边绕组与原边绕组的匝数比、占空比三者之间的 乘积；所述的每个高频电气隔离双向降压直流斩波器均由两象限高频功率开关构成的 高频逆变器、高频变压器、整流用两象限高频功率开关及续流和极性选择用两象限高 频功率开关构成的高频整流器依序级联构成，所述的续流和极性选择用两象限高频功 率开关在一个低频输出周期内续流半个低频周期和极性选择半个低频周期。

本发明将传统的高频链逆变器中两级变换器的级联电路结构，变为两个单级高频电气 隔离双向降压(Buck)直流斩波器的差动电路结构，首次提出了差动降压(Buck)直流斩 波器型高频链逆变器新概念、电路结构和拓扑族。

本发明的差动降压(Buck)直流斩波器型高频链逆变器，能够将一种不稳定的直流电压 变换成所需电压大小、稳定的优质正弦交流电压，具有高频电气隔离、输出与输入电压匹配 能力强、电路拓扑简洁、单级功率变换(直流-低频交流)、双向功率流、功率密度高、 变换效率高、输出电压纹波小、负载适应能力强、音频噪音低、成本低、应用前景广泛 等优点。差动降压(Buck)直流斩波器型高频链逆变器的性能将比传统的两级变换器级联 电路结构的高频链逆变器优越。

附图说明

图1是本发明的原理框图。