[发明专利]基于非隔离逆变模块的高频逆变或整流拓扑及切换方法

说明书

本发明属于高频逆变及整流技术领域，具体涉及了一种基于非隔离逆变模块的高频逆变或整流拓扑及切换方法，旨在解决现有技术在逆变模块不使用隔离变压器的情况下无法通过直流侧并联交流侧串联并使用开关频率较低的器件输出等效频率较高的电压的问题。本发明包括：N个非隔离逆变模块以及与非隔离逆变模块一一并联的N个旁路开关，直流侧接电源、交流侧接负载时逆变，交流侧接电源、直流侧接负载时整流；非隔离逆变模块不含隔离变压器，旁路开关为快速机械开关或双向开关。本发明逆变模块无需使用隔离变压器即可通过直流侧并联交流侧串联并使用开关频率较低的器件输出等效频率较高的电压，模块不含隔离变压器占用空间小、成本低。

技术领域

本发明属于高频逆变及整流技术领域，具体涉及了一种基于非隔离逆变模块的高频逆变或整流拓扑及切换方法。

背景技术

提高电力电子变换器的频率，可以减小磁性元件的体积，减小谐波损耗，还能够提高无线电能传输系统效率等。可以通过提高开关器件的开关频率来实现，也可以通过采用多模块功率变换电路和相应的控制策略，提升系统等效开关频率来实现。

现有高频开关器件，其耐压通流能力相对较低。为了输出高压大电流高频交流电，直接采用高频开关器件难以实现，为此可以使用耐压通流能力较高的低频开关器件通过多模块拓扑产生等效的高压大电流高频交流电。级联H桥交直流变换拓扑，将N个H桥模块串联输出，其等效开关频率是单个模块内器件开关频率的N倍，但是该拓扑每个H桥模块的直流侧互相独立，各模块不能直流侧并联和使用公共直流母线。基于双有源全桥的多模块交直流变换拓扑等，多个逆变模块的直流侧并联交流侧串联，但是每个双向有源全桥模块包含隔离变压器，模块占用空间大、价格高。

总的来说，现有技术在不使用隔离变压器的情况下无法实现多逆变模块直流侧并联至公共母线、交流侧串联，从而无法实现通过开关频率较低的器件输出较高频率的电压。

发明内容

为了解决现有技术中的上述问题，即现有技术在不使用隔离变压器的情况下无法通过多逆变模块直流侧并联交流侧串联并使用开关频率较低的器件输出等效频率较高的电压的问题，本发明提供了一种基于非隔离逆变模块的高频逆变或整流拓扑，该拓扑包括N个非隔离逆变模块、N个旁路开关；

所述非隔离逆变模块分别包括直流侧正极连接端、直流侧负极连接端、交流侧第一连接端、交流侧第二连接端；

所述N个非隔离逆变模块直流侧的N个正极连接端分别连接至直流母线正极；所述N个非隔离逆变模块直流侧的N个负极连接端分别连接至直流母线负极；

所述N个非隔离逆变模块中第一个非隔离逆变模块交流侧第一连接端作为所述拓扑交流侧第一连接端；所述多个非隔离逆变模块中最后一个非隔离逆变模块交流侧第二连接端作为所述拓扑交流侧第二连接端；

所述多个非隔离逆变模块中第N个非隔离逆变模块交流侧第一连接端连接至第N-1个非隔离逆变模块交流侧第二连接端；

所述N个旁路开关分别与所述N个非隔离逆变模块的交流侧一一并联，用于控制所述非隔离逆变模块接入或旁路。

在一些优选的实施例中，该拓扑在直流侧连接直流电源时，交流侧连接交流负载，用于直流电源侧到交流负载侧的逆变。

在一些优选的实施例中，该拓扑在交流侧连接交流电源时，直流侧连接直流负载，用于交流电源侧到直流负载侧的整流。

在一些优选的实施例中，所述非隔离逆变模块为不含隔离变压器的逆变模块。

在一些优选的实施例中，所述旁路开关为快速机械开关或电力电子器件构成的双向开关中的一种。

本发明的另一方面，提出了一种基于非隔离逆变模块的高频逆变拓扑中交流电压输出模块切换方法，基于上述的基于非隔离逆变模块的高频逆变或整流拓扑，该方法包括：