[发明专利]一种单级式高转换比Buck‑Boost逆变器

说明书

技术领域

本发明属于电力电子领域，涉及一种单级式高转换比Buck-Boost逆变器。

背景技术

在例如光伏、燃料电池等可再生能源领域，具有高转换比的逆变器是必不可少的。由于易于控制和实现，通常情况下，采用两级式逆变器。然而，由于更低的成本和更高的效率，单级式逆变器越来越引起学者的广泛兴趣。纵观目前所发表的文献，主要涉及的是反激、Boost、以及Buck-Boost这几种类型。

在单级式高转换比逆变器所采用的方案中，反激型拓扑由于采用了变压器因而其转换比可以很高，然而由于其单级式的结构不得不增加解耦电路以减小解耦电容，这将会弱化反激型拓扑结构简单的特点，使得器件数量增加，效率降低；Boost型拓扑由于其具有高压母线使得功率解耦变得简单，但已查到文献的拓扑却都受制于转换比有限的缺点；Buck-Boost型拓扑大部分还是受限于有限的电压转换比，个别拓扑可以实现高转换比，但是其器件数量大大增加。

发明内容

要解决的技术问题

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种单级式高转换比Buck-Boost逆变器，解决目前Buck-Boost型单级式逆变器拓扑高转换比与元器件数量之间的矛盾，是一种具有低元器件数量、高转换比的Buck-Boost型单级式逆变器拓扑。

技术方案

一种单级式高转换比Buck-Boost逆变器，其特征在于包括四个开关管M₁～M₄组成的全桥电路、四个绕组的耦合电感L_cp、输出滤波电容C_o和等效负载R_L；开关管M₁、M₃的源极以及输入电源的负极相连并接地，开关管M₁的漏极、M₂的源极与耦合电感L_cp的N₁绕组同名端相并连，开关管M₃的漏极、M₄的源极和耦合电感L_cp的N₂绕组非同名端相并连，耦合电感L_cp的N₂绕组同名端、N₁绕组非同名端以及输入电源的正极相并连，开关管M₂的漏极与耦合电感L_cp的N₄绕组同名端相连，开关管M₄的漏极与耦合电感L_cp的N₃绕组同名端相连，耦合电感L_cp的N₄绕组同名端和N₃绕组非同名端分别连接输出等效电阻的正与负极，输出滤波电容与输出等效电阻并联。

所述耦合电感设计为两对对称的绕组，其原端绕组具有相同的绕组N₁＝N₂，副边具有相同的绕组N₃＝N₄；其变比均为n＝N₃/N₁＝N₄/N₂。

在CCM模式下，拓扑在每个开关周期内有两个工作模式。当输出电压为正时，拓扑工作于模态A和B，当输出电压为负时，拓扑工作于模态A’和B’。

当输出电压为正时，开关管M₄始终开通，而开关管M₃始终关断，通过控制开关管M₁和M₂的开通与关断来实现输出电压的控制。

模态A：开关管M₁开通，输入电压源开始给耦合电感的初级绕组N₁充电。开关管M₂关断，输出电容C_o给负载供电。

模态B：在DT_s时刻，开关管M₁关断而开关管M₂开通，因此耦合电感所有的绕组都将给输出电容C_o和负载R_L充电。

当输出电压为负时，开关管M₂始终开通而M₁始终关断，通过控制M₃和M₄的开关来实现输出电压的控制，从而得到工作模态A’与B’。