[发明专利]具有AC正激电桥和改进的DC/DC拓扑的逆变器

说明书

本发明涉及一种具有主DC输入(1)和主单相AC输出(4)的DC到AC功率变换器，该DC到AC功率变换器包括：单个DC到DC变换器(5)；以及首先根据直接路径，与该DC到DC变换器(5)级联的双向电压型DC到AC变换器(6)，所述双向电压型DC到AC变换器(6)具有并联连接到该DC输出(10)的DC输入‑输出(11)和连接到所述主AC输出(4)的AC输出‑输入(12)；以及其次根据旁路路径，并且与所述双向电压型DC到AC变换器(6)和所述低频二极管(2)并联，具有DC输入和AC输出的电流型低频全开关H电桥(7)，下文称为AC正激电桥，所述DC输入连接到该单个DC到DC变换器(5)的所述DC输出(10)，并且所述AC输出与所述主AC输出(4)并联连接，所述AC正激电桥的工作频率小于1kHz，从而，当所述主AC输出(4)的端子之间的瞬时电压达到预定电平时，该低频正激AC电桥(7)接通，该低频二极管(2)被反向偏置并且不导通，并且该DC到DC变换器(5)将恒定功率直接提供给该负载。

技术领域

本发明涉及一种效率改进的DC/AC功率变换器，该DC/AC功率变换器包括由DC/DC变换器、接着是双向电压型DC/AC变换器构成的主路径、以及由电流型DC/AC变换器构成的旁路路径，其中，功率峰值由旁路变换器输送以使损耗最小化。

特别地，本发明是文献WO 2016/083143 A1中描述的DC/AC功率变换器的改进。

背景技术

图1示出了经典的逆变器拓扑。无论是否(电位)隔离，DC/DC输入级都将输入DC电压变换为非常适合于为输出非隔离式DC/AC逆变器电桥供电的不同DC电压，该输出非隔离式DC/AC逆变器电桥通常在几kHz至几MHz频率范围内工作，并且通过典型地使用高频PWM调制来产生50Hz或60Hz的正弦波输出。

为了提高效率，文献US 7,710,752 B2示出了一种并联配置，其中一个路径围绕升压桥式变换器构建，而另一直接路径围绕简单的桥式变换器构建。

该拓扑的问题在于，仅当输出的瞬时电压足够低时才可以激活最高效的直接路径。当瞬时功率需求最大时，它无法被激活。就要增加的部件数量而言，效率改进并非是最佳的。

文献EP 2 270 624 A1提出了另一种解决方案，该解决方案通过基于哪种连接是最佳的将(具有不同特性的)三个电流发生器交替地连接到三个输出相以使效率最大化来优化效率。该拓扑只能应用于三相输出系统，并且没有解决绝缘问题。

文献WO 2016/083143 A1提出了一种隔离式DC到AC变换器，该变换器通过增加从DC输入到AC输出的直接路径来提供效率改进。这种方法提高了效率，但是其缺点是，在隔离式DC/DC变换器变压器中需要额外的开关变换器或额外的绕组。

文献US 7,778,046 B1提出了一种感兴趣的解决方案，以提高可以在逆变器中用于执行所需的绝缘的DC/DC变换器的效率。图35a尤其是其代表。尽管是一种非常感兴趣的操作模式，但该发明具有几个缺点：

-变换器不能在软开关操作中完全运行，这会阻止使用高工作频率；

-开关S没有过压保护(不存在钳位效应)；

-二极管CR2没有过压保护。当开关S闭合(或接通)时，电容器C2继续由在变压器的漏电感中流动的电流充电，二极管CR2由于(在其反向恢复阶段之后)在二极管CR2的端子处出现过压而被阻断，该过压可能是二极管阻断电压的几倍，并且可能损坏二极管CR2。此外，二极管CR1的可能的钳位效应被串联电感Lr抵消，因为在开关S闭合时在二极管CR1上产生过压。该问题使得难以根据需要增大功率。