[发明专利]具有串联磁集成开关感容网络的单级单相电压型变换器

说明书

一种具有串联磁集成开关感容网络的单级单相电压型变换器电路结构，是由输入直流电源或单相交流电源、高频组合调制开关、滤波器、单相交流负载或直流负载依序级联构成，且在输入电源与高频组合调制开关之间串联有磁集成开关感容网络；磁集成开关感容网络是由储能电感和依序级联的两个相同的SLCC型二端口开关感容网络单元级联构成，其三个储能电感的磁集成结构为三个电感磁耦合、三个电感磁解耦、一个电感分别与其余两个电感磁耦合结构，分别采用EE型磁芯、四柱型磁芯、EE型磁芯。这种变换器能将不稳定的宽变化范围低压直流电或单相交流电单级高效变换成稳定、优质单相正弦交流电或直流电，适用于中小容量电能变换场合。

技术领域

本发明所涉及的一种具有串联磁集成开关感容网络的单级单相电压型变换器，属电力电子技术。

背景技术

变换器是应用功率半导体器件将直流电或交流电变换成交流电或直流电的一种静止变流装置，供交流负载(包括与交流电网并网发电)或直流负载使用。

由于石油、煤和天然气等化石能源(不可再生能源)日益紧张、环境污染严重、全球变暖、核能生产会产生核废料和污染环境等原因，能源和环境已成为21世纪人类所面临的重大问题。太阳能、风能、氢能、潮汐能和地热能等可再生能源(绿色能源)，具有清洁无污染、廉价、可靠、丰富等优点,其开发和利用越来越受到人们的重视，这对世界各国经济的持续发展具有相当重要的意义。太阳能、氢能、潮汐能、地热能等可再生能源转化的直流电能通常是不稳定的，需要采用DC-AC变换器或DC-DC变换器将其变换成交流电能或直流电能供给负载使用(包括与交流电网并网发电)；风能等可再生能源转化的交流电能通常是变压变频的交流电，需要采用AC-DC变换器将其变换成直流电能供负载使用(如逆变器负载)；交流发电机等一次电源产生的不稳定交流电，需要采用AC-AC变换器将其变换成同频恒压的交流电能供给交流负载使用。在以直流发电机、蓄电池、太阳能电池、燃料电池、风力机、交流发电机等为主直流、主交流电源的变换场合，逆变器、直流变换器、整流器和交流变换器具有广泛的应用前景。

目前，中小容量DC-AC变换场合通常采用传统的单相电压型PWM逆变器电路结构。这类逆变器正常工作时必须满足直流侧电压大于交流侧相电压的峰值，故存在一个明显的缺陷：当直流侧电压(如光伏电池输出能力)降低时，如阴雨天或夜晚，整个发电系统将难以正常运行，系统的利用率下降。对此，常采用如下两种方法来解决：(1)前级加Boost型直流变换器或高频隔离型DC-DC变换器，增加了功率变换级数、电路复杂性、损耗和成本；(2)输出加单相工频变压器，大大增加了系统的体积、重量和成本，难以适应铜铁原材料价格急剧上涨的今天。

目前，中小容量DC-DC、AC-DC、AC-AC变换场合通常也是采用传统的PWM变换器电路结构，同样存在桥臂功率器件需设置死区或重叠时间、可靠性和输出波形质量低、升压比不够大(非隔离型)、系统的体积重量大和成本高(输入或输出加单相工频变压器)等缺陷。

因此，寻求一种桥臂无须设死区时间、高功率密度、高可靠性、单级电路结构的新型具有串联磁集成开关感容网络的单级单相电压型变换器已迫在眉睫。这对于有效地克服传统PWM变换器存在的桥臂须设死区时间、升压比不够大(非隔离型)、系统的体积重量大和成本高(输入或输出加单相工频变压器)等缺陷，提高变换系统的输出波形质量、可靠性和降低输入侧EMI，拓宽电力电子学变换技术和可再生能源发电技术理论，推动新能源发电产业的发展以及发展节能型与节约型社会均具有重要的意义。

发明内容

本发明目的是要提供一种具有大升压比、单级功率变换、功率密度高、变换效率高、输出波形质量高、可靠性高、输入电压变化范围宽、成本低、适用于中小容量变换场合等特点的具有串联磁集成开关感容网络的单级单相电压型变换器。