[发明专利]基于反激变换器的高频隔离式三电平逆变器

摘要

本发明公开了一种基于反激变换器的高频隔离式三电平逆变器，由依次连接的输入直流电源、分压电容、高频隔离式反激三电平变换单元、周波变换器、输出滤波器和输出交流负载构成；该变换器在传统反激逆变器基础上，通过在输入直流电压源两端并联两个电容分压，并增加一个变压器绕组确保电容能均压，使变压器前端能产生U、U/2、-N₁U₀/N₃三个电平，减小开关管电压应力。本发明具有两级功率变换（直流DC-高频交流HFAC-低频交流LFAC）、双向功率流、开关器件电压应力低、输出滤波器前端电压频谱特性好、输出滤波器体积小、功率密度较高、能够实现交流负载与直流电源高频电气隔离的优点。

主权项

一种基于反激变换器的高频隔离式三电平逆变器，其特征在于，包括依次连接的输入直流电源单元（1）、分压电容（2）、高频隔离式反激三电平变换单元（3）、周波变换器（4）、输出滤波器（5）和输出交流负载（6）；输入直流电源单元（1）与分压电容（2）一端连接，分压电容（2）另一端与高频隔离式反激三电平变换单元（3）一端连接，高频隔离式反激三电平变换单元（3）另一端与周波变换器（4）一端连接，周波变换器（4）另一端与输出滤波器（5）一端连接，输出滤波器（5）另一端与输出交流负载（6）连接；分压电容（2）包括第一分压电容（C₁）和第二分压电容（C₂）；第一分压电容（C₁）的正极与输入直流电源（U）的正极连接，第一分压电容（C₁）的负极与第二分压电容（C₂）的正极连接，第二分压电容（C₂）的负极与输入直流电源（U）的参考负极连接；高频隔离式反激三电平变换单元（3）包括第一功率开关管（S₁）、第一二极管（D₁）、第二功率开关管（S₂）、第二二极管（D₂）、第三功率开关管（S₃）、第三二极管（D₃）、第四功率开关管（S₄）、第四二极管（D₄）、第五二极管（D₅）、第六二极管（D₆）、高频隔离变压器（T）第一原边绕组（N₁）、高频隔离变压器（T）第二原边绕组（N₂）、高频隔离变压器（T）第三原边绕组（N₃）、高频隔离变压器（T）第四原边绕组（N₄）；第一功率开关管（S₁）的漏极和第三功率开关管（S₃）的漏极与第一分压电容（C₁）的正极相连接，第一二极管（D₁）和第三二极管（D₃）分别反并联于第一功率开关管（S₁）和第三功率开关管（S₃）两端，即第一二极管（D₁）的阴极与第一功率开关管（S₁）的漏极连接，第一二极管（D₁）的阳极与第一功率开关管（S₁）的源极连接，第三二极管（D₃）的阴极与第三功率开关管（S₃）的漏极连接，第三二极管（D₃）的阳极与第三功率开关管（S₃）的源极连接，第一功率开关管（S₁）的源极和高频隔离变压器（T）第一原边绕组（N₁）的同名端连接，第三功率开关管（S₃）的源极和高频隔离变压器（T）第二原边绕组（N₂）的同名端连接，高频隔离变压器（T）第一原边绕组（N₁）的非同名端与第二功率开关管（S₂）的漏极连接，高频隔离变压器（T）第二原边绕组（N₂）的同名端与第四功率开关管（S₄）的漏极连接，第二二极管（D₂）和第四二极管（D₄）分别反并联与第二功率开关管（S₂）和第四功率开关管（S₄）两端，即第二二极管（D₂）的阴极与第二功率开关管（S₂）的漏极连接，第二二极管（D₂）的阳极与第二功率开关管（S₂）的源极连接，第四二极管（D₄）的阴极与第四功率开关管（S₄）的漏极连接，第四二极管（D₄）的阳极与第四功率开关管（S₄）的源极连接，第二功率开关管（S₂）的源极和第四功率开关管（S₄）的源极与第二分压电容（C₂）的负极相连，第五二极管（D₅）的阳极和第六二极管（D₆）的阴极与第二分压电容（C₂）的正极相连，第五二极管（D₅）的阴极与高频隔离变压器（T）第一原边绕组（N₁）的同名端相连，第六二极管（D₆）的阳极与高频隔离变压器（T）第二原边绕组（N₂）的非同名端相连，高频隔离变压器（T）第三原边绕组（N₃）的同名端与高频隔离变压器（T）第四原边绕组（N₄）的非同名端连接；周波变换器（4）包括第一双向开关管（S_A）和第二双向功率开关管（S_B），所述的第一双向功率开关管（S_A）和第二双向功率开关管（S_B）都是由两个单个的功率开关管反向串联而构成承受正向、反向的电压应力和电流应力的开关，具有双向阻断功能；第一双向功率开关管（S_A）包括第五功率开关管（S₅）、第六功率开关管（S₆）、第七二极管（D₇）、第八二极管（D₈），第二双向功率开关管（S_B）包括第七功率开关管（S₇）、第八功率开关管（S₈）、第九二极管（D₉）、第十二极管（D₁₀）；第一双向功率开关管（S_A）的一端与高频隔离变压器（T）第三原边绕组（N₃）的非同名端相连，第一双向功率开关管（S_A）的另一端与第二双向功率开关管（S_B）的另一端连接，第二双向功率开关管（S_B）的一端与高频隔离变压器（T）第三原边绕组（N₃）的同名端与相连，第二双向功率开关管（S_B）的另一端与第一双向功率开关管（S_A）的另一端连接；第五功率开关管（S₅）的漏极和第七二极管（D₇）的阴极相连作为第一双向功率开关管（S_A）的一端，第六功率开关管（S₆）的漏极和第八二极管（D₈）的阴极相连作为第一双向功率开关管（S_A）的另一端，第五功率开关管（S₅）的源极、第六功率开关管（S₆）的源极、第七二极管（D₇）的阳极、第八二极管（D₈）的阳极连接在一起，第七功率开关管（S₇）的漏极和第九二极管（D₉）的阴极相连作为第二双向功率开关管（S_B）的一端，第八功率开关管（S₈）的漏极和第十二极管（D₁₀）的阴极相连作为第二双向功率开关管（S_B）的另一端，第七功率开关管（S₇）的源极、第八功率开关管（S₈）的源极、第九二极管（D₉）的阳极、第十二极管（D₁₀）的阳极连接在一起；输出滤波器（5）包含输出滤波电容（C₃），输出滤波电容（C₃）的一端和第六功率开关管（S₆）的漏极、第八二极管（D₈）的阴极、第八功率开关管（S₈）的漏极、第十二极管（D₁₀）的阴极连接，输出滤波电容（C₃）的另一端和高频隔离变压器（T）第三原边绕组（N₃）的同名端、高频隔离变压器（T）第四原边绕组（N₄）的非同名端连接；输出交流负载（6）包含交流负载（Z_L），交流负载（Z_L）的一端和输出滤波电容（C₃）的一端连接，交流负载（Z_L）的另一端和输出滤波电容（C₃）的另一端连接。