[发明专利]反激式五电平逆变器

说明书

本发明公开了一种反激式五电平逆变器，由依次连接的输入直流电源、分压电容、五电平变换单元、高频隔离变压器、周波变换器、输出滤波器和输出交流负载构成；通过增加分压电容个数、改变五电平变换单元，可以很好的将反激式五电平逆变器推广至七电平和九电平，得到一组该类型的反激式多电平逆变器的电路拓扑族。本发明具有电路拓扑简洁、双向功率流、两级功率变换、功率开关管电压应力小、输出滤波器前端电压频谱特性好、输出滤波器体积小、负载适应能力强等优点，适用于高电压输入场合。

技术领域

本发明属于电力电子变换技术领域，特别是一种反激式五电平逆变器。

背景技术

直－交(DC-AC)变换技术是应用功率半导体器件，将直流电能转换成恒压恒频交流电能的一种变流技术，简称逆变技术。其广泛地应用于国防、工矿企业、科研院所、大学实验室和日常生活中。随着新能源技术的发展与应用，逆变技术在新能源中的应用也越来越多。

迄今为止，国内外电力电子研究人员对于直－交变换器的研究，主要集中在非电气隔离式、低频和高频电气隔离式等两电平直－交变换器；对于多电平变换器的研究，主要集中在多电平直-直、交-交和交-直变换器，而对于多电平直－交变换器的研究则非常少，且仅仅局限于非隔离式、低频或中频隔离式多电平直－交变换器，对高频隔离式多电平两级功率变换的逆变器研究却比较少。

传统的逆变技术通常在逆变器和输出端之间加入一级工频变压器来调整电压比和作为电气隔离，但是工频变压器具有体积大、会产生音频噪声、动态响应特性差及输出滤波器体积大等诸多缺点。1977年Mr.ESPELAGE提出了高频链逆变技术的新概念，利用高频变压器代替工频变压器，克服了低频逆变技术的缺点，显著提高了逆变器的特性，并在市场上得到了广泛应用。

在传统的两电平逆变器中，开关管承受的电压应力大，不适用于高压大功率场合。1977年德国学者Holtz首次提出了利用开关管来辅助中点箝位的三电平逆变器主电路，1980年日本的A Nabae等人又对其进行了发展，提出了二极管箝位式多电平逆变电路。经过近几十年的发展，多电平逆变技术目前主要有三类拓扑结构：二极管箝位型逆变器、飞跨电容箝位型逆变器、具有独立直流电源直流的级联型逆变器。其中前两种多电平逆变器适用于高输入电压大功率逆变器场合，后一种多电平逆变器则适用于低输入、高输出电压大功率逆变场合。但是二极管箝位型、电容箝位型多电平多点平逆变技术存在拓扑形式单一、无电气隔离等缺陷，具有独立直流电源的级联型多电平逆变技术存在电路拓扑复杂、输入侧功率因数低、变换效率偏低、功率密度低等缺陷。

发明内容

本发明的目的在于提供一种反激式五电平逆变器。

实现本发明目的的技术方案为：一种反激五电平逆变器，由输入直流电源单元、分压电容、五电平变换单元、高频隔离变压器、周波变换器、输出滤波器和输出交流负载构成；

输入直流电源单元用于输入直流电源；

分压电容用于将输入的直流电源平均分压；

五电平变换单元用于将平均分压后的直流电压调制成高频五电平SPWM波；

高频隔离变压器用于实现直流侧和交流侧电气隔离；

周波变换器用于将隔离后的高频五电平SPWM波调制成所需频率的SPWM波；

输出滤波器用于将周波变换器输出的SPWM波进行滤波处理，得到正弦波。

本发明与现有技术相比，其显著优点为：

(1)本发明将箝位型多电平拓扑和回路构造法的构造思路运用于反激型逆变电路中，并在输入直流电源与交流负载中插入高频隔离变压器，实现了输入侧与负载侧的电气隔离，同时实现变换器的小型化、轻量化，提高变换器的效率；