[发明专利]半周控制三电平单电感双降压式半桥逆变器及其控制方法

权利要求书

1.一种半周控制三电平单电感双降压式半桥逆变器，其特征在于：包括电源电路(1)、降压电路(2)和输出滤波电路(3)，其中电源电路(1)包括两个相同的直流电源即第一直流电源(U_d1)和第二直流电源(U_d2)，第一直流电源(U_d1)的负极和第二直流电源(U_d2)的正极连接后接地；降压电路(2)包括第一降压电路(21)和第二降压电路(22)，其中第一降压电路(21)包括第一功率开关管(S₁)、第二功率开关管(S₂)、第一寄生体二极管(D_S1)、第二寄生体二极管(D_S2)、第一阻断二极管(D₃)、第一箝位二极管(D₁)和第一续流二极管(D₂)，第一功率开关管(S₁)的漏极与第一寄生体二极管(D_S1)的阴极连接后构成第一降压电路(21)的输入端连于电源电路(1)的正极，第一功率开关管(S₁)的源极、第一寄生体二极管(D_S1)的阳极与第一阻断二极管(D₃)阳极连接，第一阻断二极管(D₃)的阴极、第一箝位二极管(D₁)的阴极与第二功率开关管(S₂)的漏极、第二寄生体二极管(D_S2)的阴极连接，第一箝位二极管(D₁)的阳极接地并连接第一直流电源(U_d1)的负极和第二直流电源(U_d2)的正极，第二功率开关管(S₂)的源极、第二寄生体二极管(D_S2)的阳极与第一续流二极管(D₂)的阴极连接构成第一降压电路(21)的输出端，第一续流二极管(D₂)的阳极连于电源电路(1)的负极；第二降压电路(22)包括第三功率开关管(S₃)、第四功率开关管(S₄)、第三寄生体二极管(D_S3)、第四寄生体二极管(D_S4)、第二阻断二极管(D₆)、第二箝位二极管(D₄)和第二续流二极管(D₅)，第三功率开关管(S₃)的源极与第三寄生体二极管(D_S3)的阳极连接后构成第二降压电路(22)的输入端连于电源电路(1)的负极，第三功率开关管(S₃)的漏极、第三寄生体二极管(D_S3)的阴极与第二阻断二极管(D₆)的阴极连接，第二阻断二极管(D₆)的阳极、第二箝位二极管(D₄)的阳极与第四功率开关管(S₄)的源极、第四寄生体二极管(D_S4)的阳极连接，第二箝位二极管(D₄)的阴极接地，第四功率开关管(S₄)的漏极、第四寄生体二极管(D_S4)的阴极与第二续流二极管(D₅)的阳极连接后构成第二降压电路(22)的输出端连于第一降压电路(21)的输出端，第二续流二极管(D₅)的阴极连于电源电路(1)的正极；输出滤波电路(3)包括输出滤波电感(L)和输出滤波电容(C_f)，其中滤波电感(L)正端接第二降压电路(22)的输出端，输出滤波电容(C_f)的正端与输出滤波电感(L)的负端连接，输出滤波电容(C_f)的负端接地并连接第二箝位二极管(D₄)的阴极。

2.一种基于权利要求1所述的半周控制三电平单电感双降压式半桥逆变器的控制方法，其特征在于：将采样的输出电压反馈信号(U_f)与基准正弦波电压(U_r)经电压误差放大器后得到电压误差放大器输出电压(U_e)；将采样的输出滤波电感电流(i_L)与电压误差放大器输出电压(U_e)经过电流滞环比较器得到PWM波形信号；将电压误差放大器输出电压(U_e)经过第一过零比较器1、输出电压反馈信号(U_f)经过第二过零比较器2得到高电平或低电平信号，将电流滞环比较器输出的PWM波形信号、第一过零比较器1和第二过零比较器2输出的高电平或低电平信号经过一系列的逻辑电路产生第一功率开关管(S₁)、第二功率开关管(S₂)、第三功率开关管(S₃)和第四功率开关管(S₄)的驱动信号，使电路工作在六个工作模态中，实现半周期工作，

所述逻辑电路的结构为：第一过零比较器1的输出分别接入与门AND1、与门AND3和非门NOT2，电流滞环比较器的输出分别接入与门AND2、与门AND3和非门NOT1，第二过零比较器2的输出分别接入与门AND1和非门NOT3，与门AND1的输出分别接入与门AND2和或门OR1，与门AND3的输出接入或门OR1，非门NOT1的输出分别接入与门AND5和与门AND6，非门NOT2的输出分别接入与门AND4和与门AND6，非门NOT3的输出接入与门AND4，与门AND4的输出分别接入与门AND5和或门OR2，与门AND6的输出接入或门OR2，与门AND2的输出接入第一功率开关管(S₁)，或门OR1的输出接入第二功率开关管(S₂)，与门AND5的输出接入第三功率开关管(S₃)，或门OR2的输出接入第四功率开关管(S₄)；

当输出滤波电感电流(i_L)大于0、输出电压(Uo)小于0时，第一过零比较器1输出为高电平信号，第二过零比较器2输出为低电平信号，逆变器工作在正半周期，实现工作模态M1和工作模态M2：非门NOT2输出为低电平信号，与门AND4输出为低电平信号，与门AND5输出也为低电平信号，第三功率开关管(S₃)关断；与门AND6输出为低电平信号，或门OR2输出为低电平信号，第四功率开关管(S₄)关断；与门AND1输出为低电平信号，与门AND2输出也为低电平信号，第一功率开关管(S₁)关断；与门AND3输出为高电平或低电平信号，或门OR1输出为高电平或低电平信号：当或门OR1的输出信号为高电平时，第二功率开关管(S₂)开通，第一箝位二极管(D₁)导通，逆变器工作在工作模态M1，第一降压电路(21)输出端输出为0；当或门OR1的输出信号为低电平时，第二功率开关管(S₂)关断，第一续流二极管(D₂)导通，逆变器工作在工作模态M2，第一降压电路(21)输出端输出负直流电源电压(-U_d)；当输出滤波电感电流(i_L)大于0、输出电压(Uo)大于0时，第一过零比较器1输出为高电平信号，第二过零比较器2输出也为高电平信号，逆变器工作在正半周期，实现工作模态M3和工作模态M1：非门NOT2输出为低电平信号，与门AND4输出为低电平信号，与门AND5输出也为低电平信号，第三功率开关管(S₃)关断；与门AND6输出为低电平信号，或门OR2输出为低电平信号，第四功率开关管(S₄)关断；与门AND1输出为高电平信号，或门OR1输出为高电平信号，第二功率开关管(S₂)开通；与门AND2输出为高电平或低电平信号：当与门AND2的输出信号为高电平时，第一功率开关管(S₁)开通，第一阻断二极管(D₃)导通，逆变器工作在工作模态M3，第一降压电路(21)输出端输出正直流电源电压(+U_d)；当与门AND2的输出信号为低电平时，第一功率开关管(S₁)关断，第一箝位二极管(D₁)导通，逆变器工作在工作模态M1，第一降压电路(21)输出端输出为0；即滤波电感电流(i_L)大于0时，实现了逆变器在正半周期工作时的工作模态M1与工作模态M2和工作模态M3交替工作；当输出滤波电感电流(i_L)小于0、输出电压(Uo)大于0时，第一过零比较器1输出为低电平信号，第二过零比较器2输出为高电平信号，逆变器工作在负半周期，实现工作模态M4和工作模态M5：与门AND1输出为低电平信号，与门AND2输出也为低电平信号，第一功率开关管(S₁)关断；与门AND3输出为低电平信号，或门OR1输出为低电平信号，第二功率开关管(S₂)关断；非门NOT3输出为低电平信号，与门AND4输出为低电平信号，与门AND5输出也为低电平信号，第三功率开关管(S₃)关断；非门NOT2输出为高电平信号，非门NOT1输出为高电平或低电平信号，与门AND6输出为高电平或低电平信号，或门OR2输出为高电平或低电平信号：当或门OR2的输出信号为高电平时，第四功率开关管(S₄)开通，第二箝位二极管(D₄)导通，逆变器工作在工作模态M4，第二降压电路(22)输出端输出为0；当或门OR2的输出信号为低电平时，第四功率开关管(S₄)关断，第二续流二极管(D₅)导通，逆变器工作在工作模态M5，第二降压电路(22)输出端输出正直流电源电压(+U_d)；当输出滤波电感电流(i_L)小于0、输出电压(Uo)小于0时，第一过零比较器1输出为低电平信号，第二过零比较器2输出也为低电平信号，逆变器工作在负半周期，实现工作模态M6和工作模态M4：与门AND1输出为低电平信号，与门AND2输出也为低电平信号，第一功率开关管(S₁)关断；与门AND3输出为低电平信号，或门OR1输出为低电平信号，第二功率开关管(S₂)关断；非门NOT2输出为高电平信号，非门NOT3输出为高电平信号，与门AND4输出为高电平信号，或门OR2输出为高电平信号，第四功率开关管(S₄)开通；与门AND5输出为高电平或低电平信号：当与门AND5的输出信号为高电平时，第三功率开关管(S₃)开通，第二阻断二极管(D₆)导通，逆变器工作在工作模态M6，第二降压电路(22)输出端输出负直流电源电压(-U_d)；当与门AND5的输出信号为低电平时，第三功率开关管(S₃)关断，第二箝位二极管(D₄)导通，逆变器工作在工作模态M4，第二降压电路(22)输出端输出为0；即滤波电感电流(i_L)小于0时，实现了逆变器负半周期工作时的工作模态M4与工作模态M5和工作模态M6交替工作。