[发明专利]单级双向降压直流变换器型高频环节逆变器

说明书

技术领域

本发明所涉及的单级双向降压（Buck）直流变换器型高频环节逆变器，属电力电子变换技术。

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，称为高频环节逆变器。高频环节逆变器，由于用来实现输出与输入电气隔离和电压匹配功能的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，克服了低频环节逆变器的缺点，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，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。

人们对高频环节逆变器的研究，仅仅局限于单向Buck型高频环节逆变器、单向Buck型高频脉冲直流环节逆变器、双向Buck型高频环节逆变器、双向Buck-Boost型高频环节逆变器、两级Buck或Buck-Boost直流交换器型高频环节逆变器等电路结构。

S.R.Narayana Prakash等人提出的“单向Buck型高频环节逆变器”（IEEE PESC，1990，pp.723-728），由高频电气隔离DC-DC变换器和Buck型逆变桥级联而成，具有单向功率流、两级功率交换（直流-直流-低频交流）、变换效率较高、采用传统PWM技术时功率器件的高频开关损耗大、成本高等特点。陈道炼博士等提出的“单向Buck型高频脉冲直流环节逆变器”（IEEE Trans.on Power Electronics，2004，pp.971-978），由高频电气隔离脉冲直流环节电路与Buck型逆变桥级联而成，前级输出的高频脉冲直流电压波为后级逆变桥实现ZVS创造了条件，具有单向功率流、两级功率变换（直流-高频脉冲直流-低频交流）、功率开关实现了ZVS、变换效率较高、逆变桥采用三态DPM电流滞环控制、输出滤波器音频噪音偏高、成本高等特点。I.Yamato等人提出的“双向Buck型高频环节逆变器”（IEEE PESC，1998，pp.658-663），由高频电气隔离逆变器与Buck型周波变换器级联而成，由四象限功率开关构成的周波变换器在任何导通期间均有两个或四个功率器件同时导通、总的导通损耗较大，具有双向功率流、准两级功率变换（直流-高频脉冲交流-低频交流）、变换效率较高、周波变换器换流时存在固有的电压过冲、工程实现难度大、成本高等特点。浙江大学黄敏超博士等提出的“双向Buck-Boost型高频环节逆变器”（IEEE PESC，1998，pp.1867-1871），由高频电气隔离逆变器与Buck-Boost型周波变换器级联而成，由四象限功率开关构成的周波变换器在任何导通期间均有两个功率器件同时导通、电流应力大、总的导通损耗大，具有双向功率流、准两级功率变换（直流-高频脉冲交流-低频交流）、变换效率较高、功率开关电流应力大、容量小、成本较高等特点。J.Jalade等人提出的“两级Buck或Buck-Boost直流变换器型高频环节逆变器”（IEEE PESC，1980，pp.326-331）由高频电气隔Buck或Buck-Boost型DC-DC变换器和工频逆变桥级联而成，具有单向功率流、两级功率变换（直流-低频正弦半波直流-低频交流）、变换功率较高、逆变桥功率器件开关频率和电压应力低、负载适应能力弱、成本较高等特点。

上述单向Buck型、单向Buck型高频脉冲直流环节、双向Buck型、双向Buck-Boost型、两级Buck或Buck-Boost直流交换器型等高频环节逆变器虽然具有较多优点，但它们均为两级或准两级交换器级联的电路结构，仍存在变换功率、功率密度和可靠性偏低、成本偏高等缺陷。因此，寻求一类能够进一步减少功率变换级数、提高变换效率、功率密度、可靠性和降低成本的单级电路结构的高频环节逆变器已迫在眉睫。

发明内容

本发明目的是为实现具有交流负载与直流电源高频电气隔离、双向功率流、单级功率交换、体积小、重量轻、变换效率高、输出电压纹波小、音频噪音低、成本低的新型逆变电源和静止变流器提供关键技术。

本发明的技术方案如下：本发明的逆变器是由两个相同的、输出反相低频正弦脉动直流电压的高频电气隔离双向功率流降压直流变换器以差动电路构成，所述的每个高频电气隔离双向功率流降压直流变换器均由输入滤波电路、逆变器、高频变压器、整流器以及输出滤波电路依序级联构成，其逆变器和整流器均由两象限高频功率开关构成，其输出滤波电路由交流滤波电感和直流滤波电容构成。