[发明专利]单电源九电平高频逆变器

说明书

技术领域

本发明涉及高频交流配电系统(HighFrequencyACPowerDistributionSystem，HFACPDS)领域，特别涉及一种单电源九电平高频逆变器。

背景技术

高频交流配电系统(HFACPDS)与传统的直流配电系统(DCPDS)相比，因具有高可靠性、高效率、高功率密度、可实现无线传输等优点而在计算机、通信、电动汽车、可再生能源微网等领域获得广泛的应用。高频逆变器完成将由蓄电池、燃料电池、光伏太阳能电池或其它发电或储电装置提供的直流电转换成高频交流电，并馈送至高频交流母线，进而实现能源的再分配。随着对供电容量、供电质量和供电效率要求的不断提高，对多电平逆变器输出波形的要求也越来越高。目前的多电平逆变器常采用增加输入直流源和开关器件的数量实现更多的电平输出以提高输出性能，使得逆变器的结构变得异常复杂，同时降低了逆变器的效率。

发明内容

本发明的目的在于以单个电源和更少量器件实现更多的电平输出，提出一种单电源九电平高频逆变器，该单电源九电平高频逆变器适用于高频交流配电领域，具体可以应用于计算机、通信、电动汽车、可再生能源微网等领域将直流电转换成高频交流电，该逆变器只需单个输入直流源，并且以更少量的器件实现九电平输出，有效地降低了输出交流电的谐波畸变，提高了逆变器的效率，同时也有效地减少了逆变器所需的驱动电路和安装空间。

本发明的目的通过以下技术方案实现：单电源九电平高频逆变器，包括：开关电容单元X、反向串联开关管单元Y和全桥单元Z；所述开关电容单元(X)、反向串联开关管单元(Y)和全桥单元(Z)两两相互连接；所述开关电容单元X包括第一电解电容C₁、第二电解电容C₂、第一二极管VD₁、第二二极管VD₂、第三二极管VD₃、第十二极管VD₁₀、第十一二极管VD₁₁、第一开关管S₁、第二开关管S₂和第三开关管S₃；所述第一电解电容C₁和第二电解电容C₂的电容值相等；所述第十二极管VD₁₀的阳极、第一二极管VD₁的阴极、第二二极管VD₂的阴极、第一开关管S₁的漏级均和第二开关管S₂的漏级相连接；所述第一二极管VD₁的阳极、第十一二极管VD₁₁的阳极均和第一开关管S₁的源级相连接；所述第十二极管VD₁₀的阴极和第一电解电容C₁的正极相连接；所述第十一二极管VD₁₁的阴极、第一电解电容C₁的负极均和第二电解电容C₂的正极相连接；所述第二二极管VD₂的阳极、第三二极管VD₃的阴极、第二电解电容C₂负极、第二开关管S₂的源级均和第三开关管S₃的漏级相连接；所述第三二极管VD₃的阳极和第三开关管S₃的源级相连接；所述反向串联开关管单元Y包括第四二极管VD₄、第五二极管VD₅、第四开关管S₄和第五开关管S₅；所述第四二极管VD₄的阴极和第四开关管S₄的漏级相连接；所述第四二极管VD₄的阳极、第五二极管VD₅的阳极、第四开关管S₄的源级均和第五开关管S₅的源级相连接；所述第五二极管VD₅的阴极和第五开关管S₅的漏级相连接；所述全桥单元Z包括第六二极管VD₆、第七二极管VD₇、第八二极管VD₈、第九二极管VD₉、第六开关管S₆、第七开关管S₇、第八开关管S₈和第九开关管S₉；所述第六二极管VD₆的阴极、第八二极管VD₈的阴极、第六开关管S₆的漏级均和第八开关管S₈的漏级相连接；所述第六二极管VD₆的阳极、第七二极管VD₇的阴极、第六开关管S₆的源级均和第七开关管S₇的漏级相连接；所述第八二极管VD₈的阳极、第九二极管VD₉的阴极、第八开关管S₈的源级均和第九开关管S₉的漏级相连接；所述开关电容单元X中第一电解电容C₁的正极与全桥单元Z中第六开关管S₆的漏级相连接；所述开关电容单元X中第一电解电容C₁的负极与反向串联开关管单元Y中第四开关管S₄的漏极相连接；所述反向串联开关管单元Y中第五开关管S₅的漏级与全桥单元Z中第六开关管S₆的源级相连接；所述开关电容单元X中第三开关管S₃的源级与全桥单元Z中第七开关管S₇的源级相连接。所述第一开关管S₁、第二开关管S₂、第三开关管S₃、第四开关管S₄、第五开关管S₅、第六开关管S₆、第七开关管S₇、第八开关管S₈和第九开关管S₉的第一驱动信号G₁、第二驱动信号G₂、第三驱动信号G₃、第四驱动信号G₄、第五驱动信号G₅、第六驱动信号G₆、第七驱动信号G₇、第八驱动信号G₈和第九驱动信号G₉由基本PWM波经过基本逻辑运算得到，基本的PWM波由三角载波V_c和直流电压V_m1、V_m2、V_m3、V_m4比较得到；所述单电源高频逆变器按输出电平等级分析，一个工作周期共有九种工作状态：