[发明专利]高频开关电容型逆变器

说明书

本发明为开关电容型逆变器，属于电能形式的变换装置。

目前实现电能量由直流变为交流的装置_逆变器_多数是电感型的，即其中的能量传递元件是由电感或变压器来充当的，这类逆变器虽然正在大量使用中，但有体积大、重量重、成本高、效率低等缺点。近年来，国外提出了能量传递元件为电容的逆变器或称纯电容逆变器，部分地解决了电感型逆变器的缺点。美国南伊里诺大学Marusarg    1989年6月在IEEE    PESC'89（美国电气及电子工程师学会功率电子学专家会议1989年会议）论文集上发表的无电感开关电容型升压式逆变器是目前有代表性的最新成果。但在Marusarg提出的电路方案中，电容充电与放电的频率是相同的，由要求的输出频率决定。一般情况下，这个频率较低，如工频50HZ（对我国）或60HZ（对美国）。所以，目前的纯电容逆变器虽然部分地克服了体积大、重量重等一些缺点，但由于开关频率很低，致使能量传递电容很大，结果这种纯电容逆变器的体积和重量仍然较大。

本发明的目的在于提供一种体积小、重量轻、成本低的高频开关电容型逆变器。

这种高频开关电容型逆变器的开关由充电开关1与放电开关2组成，高频开关电容型逆变器的电容器的连接方式是：把电容器（C₁），（C₂），…，（C_n）按顺序相串联，高频开关电容器型逆变器的充电开关的连接方式是：在每个电容器的上下两端分别与双刀单掷开关（S^′₁），（S^′₂），…，（S^′_n）的一侧相连接，然后把上述开关的另一则的上端都连接在一起，作为一个输入端，把上述开关同一侧的下端都连接在一起作为另一个输入端。高频开关电容型逆变器的放电开关的连接方式是：把电容器（C₁）的上端，（C₁）与（C₂）的连接点，（C₂）与（C₃）的连接点，…，（C_n-1）与（C_n）的连接点以及（C_n）的下端分别与单刀单掷开关（S₁），（S₂），（S₃）…，（S_n）和（S_n+1）的一端相连接，并将上述每个开关的另一端连在一起，作为一个输出端电容器（C₁）的上端和电容器（C_n）的下端分别与单刀单掷开关（S_b）和（S_a）的一端相连接，这两个开关的另一端连接在一起作为另一个输出端。充电开关与放电开关可由场效应管或晶体管或电子管或可控硅及门极关断晶闸管（GTO）等构成。充电开关为高频动作，充许的范围由逆变器中的开关器件的高频特性决定。

本发明所提供的逆变器，在同样输出带负载能力的情况下，大大地减小所需的能量传递电容的电容量，从而可大大减小逆变器的体积、重量、成本，同时也提高了效率;在使用同样容量的能量传递电容的情况下，可以大大提高逆变器的带负载能力，此电路可以广泛用于交流稳压电源，不间断电源和电机的驱动装置中。

本发明的具体结构由图1、2、3、4（a）、4（b）、5、6、7给出。

图1为高频开关电容型逆变器的电路结构。

图2为交流输出三角波形。

图3为交流输出接近正弦的阶梯波。

图4（a）为高频开关电容型逆变器用VMOS场效应晶体管实现其开关的具体电路的主电路部分。

图4（b）为图4（a）中所示高频开关电容型逆变器中VMOS开关管的驱动电路部分。

图5为结构外形产品图。

图6为实际输出波形图。

图7为当去掉放电开关和正、负极性开关短路时的直流_直流变换器的电路结构图。

下面结合附图对本发明加以具体说明。