[发明专利]正激式高频隔离三电平逆变器

摘要

本发明公开了一种正激式高频隔离三电平逆变器。该逆变器由依次连接的输入直流电源、正激式三电平变换单元、高频隔离变压器、周波变换器、输出滤波器和输出交流负载构成；输入直流电源单元输入直流电源，首先经正激式三电平变换单元调制成双极性、多电平的高频脉冲电压，然后经高频变压器进行电压匹配和电气隔离，接着经周波变换器解调成单极性低频脉冲电压，经输出滤波器进行滤波处理后输出所需的低频脉冲电压，最后经输出交流负载输出稳定或可调的电压。本发明具有功率变换级数少，双向功率流，输出滤波器前端电压频谱特性好的优点，提高了变换效率和功率密度，减小了体积和重量，降低了开关器件的电压应力，实现了交流负载与直流电源的高频电气隔离。

主权项

1.一种正激式高频隔离三电平逆变器，其特征在于，由依次连接的输入直流电源单元(1)、正激式三电平变换单元(2)、高频隔离式变压器(3)、周波变换器(4)、输出滤波器(5)和输出交流负载(6)构成，其中：输入直流电源单元(1)用于输入直流电源；正激式三电平变换单元(2)用于将输入直流电源单元(1)产生的电平调制成双极性、多电平的高频脉冲电压；高频隔离式变压器(3)用于实现电压匹配和电气隔离；周波变换器(4)用于将双极性高频脉冲电压解调成单极性低频脉冲电压；输出滤波器(5)用于对周波变换器(4)输出的低频脉冲进行滤波处理；输出交流负载(6)用于输出稳定或可调的电压；所述正激式三电平变换单元(2)包括以下三种结构形式：第一种结构：所述正激式三电平变换单元(2)包括储能电感(L)、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)、第五功率开关管(S5)、第五二极管(D5)、第六功率开关管(S6)、第六二极管(D6)、第七二极管(D7)、第八二极管(D8)、第一储能电容(C1)、第二储能电容(C2)；所述储能电感(L)正极与输入直流电源(Ui)正极连接，储能电感(L)负极与第一功率开关管(S1)漏极、第一储能电容(C1)正极连接，第一二极管(D1)反并联于第一功率开关管(S1)两端，即第一二极管(D1)阴极与第一功率开关管(S1)漏极连接、第一二极管(D1)阳极与第一功率开关管(S1)源极连接，第一功率开关管(S1)的源极与第二功率开关管(S2)的漏极连接，第二二极管(D2)反并联于第二功率开关管(S2)两端，即第二二极管(D2)的阴极与第二功率开关管(S2)漏极连接、第二二极管(D2)阳极与第二功率开关管(S2)源极连接，第二功率开关管(S2)源极与输入直流电源(Ui)负极、第二储能电容(C2)负极相连接，第三功率开关管(S3)漏极与第一储能电容(C1)负极、第五功率开关管(S5)漏极连接，第三二极管(D3)反并联于第三功率开关管(S3)两端，即第三二极管(D3)阴极与第三功率开关管(S3)漏极连接、第三二极管(D3)阳极与第三功率开关管(S3)源极连接，第三功率开关管(S3)源极与第一原边绕组(N1)同名端、第七二极管(D7)阳极连接，第一原边绕组(N1)非同名端与第四功率开关管(S4)漏极连接，第四二极管(D4)反并联于第四功率开关管(S4)两端，即第四二极管(D4)阴极与第四功率开关管(S4)漏极连接、第四二极管(D4)阳极与第四功率开关管(S4)源极连接，第四功率开关管(S4)源极与第二储能电容(C2)正极、第六功率开关管(S6)源极连接，第五功率开关管(S5)漏极与第三功率开关管(S3)漏极、第一储能电容(C1)负极连接，第五二极管(D5)反并联于第五功率开关管(S5)两端，即第五二极管(D5)阴极与第五功率开关管(S5)漏极连接、第五二极管(D5)阳极与第五功率开关管(S5)源极连接，第五功率开关管(S5)源极与第二原边绕组(N2)非同名端连接，第二原边绕组(N2)同名端与第六功率开关管(S6)漏极、第八二极管(D8)阴极连接，第六二极管(D6)反并联于第六功率开关管(S6)两端，即第六二极管(D6)阴极与第六功率开关管(S6)漏极连接、第六二极管(D6)阳极与第六功率开关管(S6)源极连接，第七二极管(D7)阴极与第八二极管(D8)阳极、第一功率开关管(S1)源极、第二功率开关管(S2)漏极相连接；第二种结构：所述正激式三电平变换单元(2)包括第一储能电感(L1)、第二储能电感(L2)、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)、第五功率开关管(S5)、第五二极管(D5)、第六功率开关管(S6)、第六二极管(D6)、第七二极管(D7)、第八二极管(D8)、第一储能电容(C1)、第二储能电容(C2)；所述第一储能电感(L1)的正极与输入直流电源(Ui)正极相连接，第一储能电感(L1)负极与第一功率开关管(S1)漏极、第一储能电容(C1)正极相连接，第一二极管(D1)反并联于第一功率开关管(S1)两端，即第一二极管(D1)阴极与第一功率开关管(S1)漏极连接、第一二极管(D1)阳极与第一功率开关管(S1)源极连接，第一功率开关管(S1)源极与第二功率开关管(S2)漏极连接，第二二极管(D2)反并联于第二功率开关管(S2)两端，即第二二极管(D2)阴极与第二功率开关管(S2)漏极连接、第二二极管(D2)阳极与第二功率开关管(S2)源极连接，第二功率开关管(S2)源极与输入直流电源(Ui)负极、第二储能电容(C2)负极相连接，第一储能电容(C1)负极与第二储能电感(L2)正极、第三功率开关管(S3)漏极相连接，第二储能电感(L2)负极与第二储能电容(C2)正极、第四功率开关管(S4)源极相连接，第三二极管(D3)反并联于第三功率开关管(S3)两端，即第三二极管(D3)阴极与第三功率开关管(S3)漏极连接、第三二极管(D3)阳极与第三功率开关管(S3)源极连接，第三功率开关管(S3)源极与第一原边绕组(N1)的同名端、第七二极管(D7)阴极连接，第一原边绕组(N1)的非同名端与第四功率开关管(S4)漏极连接，第四二极管(D4)反并联于第四功率开关管(S4)两端，即第四二极管(D4)阴极与第四功率开关管(S4)漏极连接、第四二极管(D4)阳极与第四功率开关管(S4)源极连接，第四功率开关管(S4)源极与第二储能电容(C2)正极、第六功率开关管(S6)源极相连接，第五功率开关管(S5)漏极与第三功率开关管(S3)漏极、第一储能电容(C1)负极相连接，第五二极管(D5)反并联于第五功率开关管(S5)两端，即第五二极管(D5)阴极与第五功率开关管(S5)漏极连接、第五二极管(D5)阳极与第五功率开关管(S5)源极连接，第五功率开关管(S5)源极与第二原边绕组(N2)的非同名端连接，第二原边绕组(N2)同名端与第六功率开关管(S6)漏极、第八二极管(D8)阳极连接，第六二极管(D6)反并联于第六功率开关管(S6)两端，即第六二极管(D6)阴极与第六功率开关管(S6)漏极连接、第六二极管(D6)阳极与第六功率开关管(S6)源极连接，第七二极管(D7)阳极与第八二极管(D8)阴极、第一功率开关管(S1)源极、第二功率开关管(S2)漏极相连接；第三种结构，所述正激式三电平变换单元(2)包括储能电感(L)、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)、第五功率开关管(S5)、第五二极管(D5)、第六二极管(D6)、第七二极管(D7)、第一储能电容(C1)、第二储能电容(C2)；所述第一功率开关管(S1)漏极与输入直流电源(Ui)正极相连接，第一二极管(D1)反并联于第一功率开关管(S1)两端，即第一二极管(D1)阴极与第一功率开关管(S1)漏极连接、第一二极管(D1)阳极与第一功率开关管(S1)源极连接，第一功率开关管(S1)源极与储能电感(L)正极、第六二极管(D6)阴极、第一储能电容(C1)正极相连接，储能电感(L)负极与输入直流电源(Ui)负极、第七二极管(D7)阳极、第二储能电容(C2)负极相连接，第一储能电容(C1)负极与第三功率开关管(S3)的漏极相连接，第三二极管(D3)反并联于第三功率开关管(S3)两端，即第三二极管(D3)阴极与第三功率开关管(S3)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，第三功率开关管(S3)源极与第一原边绕组(N1)的同名端、第七二极管(D7)阴极连接，第一原边绕组(N1)的非同名端与第二功率开关管(S2)漏极连接，第二二极管(D2)反并联于第二功率开关管(S2)两端，即第二二极管(D2)阴极与第二功率开关管(S2)漏极连接、第二二极管(D2)阳极与第二功率开关管(S2)源极连接，第二功率开关管(S2)源极与第二储能电容(C2)正极、第四功率开关管(S4)源极相连接，第五功率开关管(S5)漏极与第三功率开关管(S3)漏极、第一储能电容(C1)负极相连接，第五二极管(D5)反并联于第五功率开关管(S5)两端，即第五二极管(D5)阴极与第五功率开关管(S5)漏极连接、第五二极管(D5)阳极与第五功率开关管(S5)源极连接，第五功率开关管(S5)源极与第二原边绕组(N2)非同名端连接，第二原边绕组(N2)的同名端与第四功率开关管(S4)漏极、第六二极管(D6)阳极连接，第四二极管(D4)反并联于第四功率开关管(S4)两端，即第四二极管(D4)阴极与第四功率开关管(S4)漏极连接、第四二极管(D4)阳极与第四功率开关管(S4)源极连接。