专利名称：半周控制三电平单电感双降压式半桥逆变器及其控制方法
技术领域：
本发明涉及一种电能转换装置中的逆变器，尤其涉及一种半周控制三电平单电感双降压 式半桥逆变器及其控制方法，属于逆变器领域。
背景技术：
随着高频功率器件的发展，逆变器的开关频率大幅提高，航空电源、UPS系统、以及高
性能电机驱动等交流电源的发展，都对逆变器的性能提出了更高的要求，在实现逆变器高频 化及高效率的同时如何进一步提高功率密度，也成了当前研究的关键问题。自从双降压式半 桥逆变器及其控制方法提出后，以其新颖的电路结构，具有无直通、无死区时间、开关损耗 低等优点而得到了大量的研究和应用。
如2007年7月25日公布的公开号为CN101005245A的发明半周控制单极性双降压式逆 变器，揭露一种双电感双降压式半桥逆变器。但由于要使用两只滤波电感，体积庞大。在实 际应用中特别是在高压低频场合的滤波器，其体积和重量较大，限制了其广泛应用。
发明内容
本发明要解决的技术问题是在双降压式逆变电路的基础上提出一种半周控制三电平单电 感双降压式半桥逆变器及其控制方法。
一种半周控制三电平单电感双降压式半桥逆变器，包括电源电路、降压电路和输出滤 波电路，其中电源电路包括两个相同的直流电源即第一直流电源和第二直流电源，第一直流
电源的负极和第二直流电源的正极连接后接地；降压电路包括第一降压电路和第二降压电路，
其中第一降压电路包括第一功率开关管、第二功率开关管、第一寄生体二极管、第二寄生体 二极管、第一阻断二极管、第一箝位二极管和第一续流二极管，第一功率开关管的漏极与第 一寄生体二极管的阴极连接后构成第一降压电路的输入端连于电源电路的正极，第一功率开 关管的源极、第一寄生体二极管的阳极与第一阻断二极管阳极连接，第一阻断二极管的阴极、 第一箝位二极管的阴极与第二功率开关管的漏极、第二寄生体二极管的阴极连接，第一箝位 二极管的阳极接地并连接第一直流电源的负极和第二直流电源的正极，第二功率开关管的源 极、第二寄生体二极管的阳极与第一续流二极管的阴极连接构成第一降压电路的输出端，第
一续流二极管的阳极连于电源电路的负极；第二降压电路包括第三功率开关管、第四功率开 关管、第三寄生体二极管、第四寄生体二极管、第二阻断二极管、第二箝位二极管和第二续 流二极管，第三功率开关管的源极与第三寄生体二极管的阳极连接后构成第二降压电路的输 入端连于电源电路的负极，第三功率开关管的漏极、第三寄生体二极管的阴极与第二阻断二 极管的阴极连接，第二阻断二极管的阳极、第二箝位二极管的阳极与第四功率开关管的源极、 第四寄生体二极管的阳极连接，第二箝位二极管的阴极接地，第四功率开关管的漏极、第四 寄生体二极管的阴极与第二续流二极管的阳极连接后构成第二降压电路的输出端连于第一降 压电路的输出端，第二续流二极管的阴极连于电源电路的正极；输出滤波电路包括输出滤波 电感和输出滤波电容，其中滤波电感正端接第二降压电路的输出端，输出滤波电容的正端与 输出滤波电感的负端连接，输出滤波电容的负端接地并连接第二箝位二极管的阴极。
一种基于该半周控制三电平单电感双降压式半桥逆变器的控制方法将采样的输出电压 反馈信号与基准正弦波电压经电压误差放大器后得到电压误差放大器输出电压；将采样的输 出滤波电感电流与电压误差放大器输出电压经过电流滞环比较器得到P丽波形信号；将电压 误差放大器输出电压和输出电压反馈信号分别经过第一过零比较器1和第二过零比较器2得到高电平或低电平信号，将电流滞环比较器输出的P^1波形信号、第一过零比较器l和第二 过零比较器2输出的高电平或低电平信号经过一系列的逻辑电路产生第一功率开关管、第二 功率开关管、第三功率开关管和第四功率开关管的驱动信号，使电路工作在六个工作模态中， 实现半周期工作当输出滤波电感电流大于0、输出电压小于0时，第一过零比较器l输出 为高电平信号，第二过零比较器2输出为低电平信号，逆变器工作在正半周期，实现工作模 态Ml和工作模态M2:非门N0T2输出为低电平信号，与门AND4输出为低电平信号，与门AND5 输出也为低电平信号，第三功率开关管关断；与门AND6输出为低电平信号，或门0R2输出为 低电平信号，第四功率开关管关断；与门AND1输出为低电平信号，与门AND2输出也为低电 平信号，第一功率开关管关断；与门AND3输出为高电平或低电平信号，或门0R1输出为高电 平或低电平信号当该信号为高电平时，第二功率开关管开通，第一箝位二极管导通，逆变 器工作在工作模态M1，第一降压电路输出端输出为0;当该信号为低电平时，第二功率开关 管关断，第一续流二极管导通，逆变器工作在工作模态M2，第一降压电路输出端输出负直流 电源电压；当输出滤波电感电流大于0、输出电压大于0时，第一过零比较器1输出为高电 平信号，第二过零比较器2输出也为高电平信号，逆变器工作在正半周期，实现工作模态M3 和工作模态M1:非门N0T2输出为低电平信号，与门AND4输出为低电平信号，与门AND5输 出也为低电平信号，第三功率开关管关断；与门AND6输出为低电平信号，或门0R2输出为低 电平信号，第四功率开关管关断；与门AND1输出为高电平信号，或门0R1输出为高电平信号， 第二功率开关管开通；与门AND2输出为高电平或低电平信号当该信号为高电平时，第一功 率开关管开通，第一阻断二极管导通，逆变器工作在工作模态M3，第一降压电路输出端输出 正直流电源电压；当该信号为低电平时，第一功率开关管关断，第一箝位二极管导通，逆变 器工作在工作模态M1，第一降压电路输出端输出为0;即滤波电感电流大于O时，实现了逆 变器在正半周期工作时的工作模态Ml与工作模态M2和工作模态M3交替工作；当输出滤波电 感电流小于0、输出电压大于0时，第一过零比较器l输出为低电平信号，第二过零比较器2 输出为高电平信号，逆变器工作在负半周期，实现工作模态M4和工作模态M5:与门AND1输 出为低电平信号，与门AND2输出也为低电平信号，第一功率开关管关断；与门AND3输出为 低电平信号，或门0R1输出为低电平信号，第二功率开关管关断；非门N0T3输出为低电平信 号，与门AND4输出为低电平信号，与门AND5输出也为低电平信号，第三功率开关管关断； 非门N0T2输出为高电平信号，非门N0T1输出为高电平或低电平信号，与门AND6输出为高电 平或低电平信号，或门OR2输出为高电平或低电平信号当该信号为高电平时，第四功率开 关管开通，第二箝位二极管导通，逆变器工作在工作模态M4，第二降压电路输出端输出为O; 当该信号为低电平时，第四功率开关管关断，第二续流二极管导通，逆变器工作在工作模态 M5，第二降压电路输出端输出正直流电源电压；当输出滤波电感电流小于O、输出电压小于0 时，第一过零比较器l输出为低电平信号，第二过零比较器2输出也为低电平信号，逆变器 工作在负半周期，实现工作模态M6和工作模态M4:与门AND1输出为低电平信号，与门AND2 输出也为低电平信号，第一功率开关管关断；与门AND3输出为低电平信号，或门0R1输出为 低电平信号，第二功率开关管关断；非门N0T2输出为高电平信号，非门NOT3输出为高电平 信号，与门AND4输出为高电平信号，或门OR2输出为高电平信号，第四功率开关管开通；与 门AND5输出为高电平或低电平信号当该信号为高电平时，第三功率开关管开通，第二阻断 二极管导通，逆变器工作在工作模态M6，第二降压电路输出端输出负直流电源电压；当该信 号为低电平时，第三功率开关管关断，第二箝位二极管导通，逆变器工作在工作模态M4，第 二降压电路输出端输出为0;即滤波电感电流小于0时，实现了逆变器负半周期工作时的工 作模态M4与工作模态M5和工作模态M6交替工作。
本发明为一种半周控制三电平单电感双降压式半桥逆变器及其控制方法，电感体积与原 双降压式逆变器相比大大减小，从而减小了整个电路的体积和重量；滤波电感为双向磁化， 提高了磁芯的利用率；桥臂输出为单极性脉宽调制波形，谐波含量小；每个功率开关管只承受一倍的直流电源电压，适合高压应用场合；电路工作于半周期模式，控制实现简单，无偏 置电流产g，开关管和二极管可分别得到优化，保留了原双降压式逆变器的优点，波形失真 小，效率高。
图1是本发明电路拓扑原理图。
图2是本发明中输出滤波电感电流大于零(iL>0)时的各丌关状态对应的各开关模态示意m。
图3是本发明中输出滤波电感电流小于零(i^0)时的各开关状态对应的各开关模态示意图。
心图4是本发明控制原理框图。
图5是本发明半周控制三电平滞环电流控制转换逻辑图。 图6是本发明电流半周控制的理想驱动波形图。 图7是本发明主要波形仿真示意图。
图中的主要符号名称Udl、 Ud2-—分别为第直流电源和第二直流电源，Si、 S2、 S3、 S4—-分别为第一功率开关管、第二功率开关管、第三功率开关管、第四功率开关管，D2、 D5---分别为第一续流二极管和第二续流二极管，D3、 De—-分别为第一阻断二极管和第二阻断二极 管，D,、 D4_—分别为第一箝位二极管和第二箝位二极管，L-一输出滤波电感，Cf --输出滤 波电容，DS1、 DS2、 DS3、 Ds4—-分别为第一寄牛体二极管、第二寄生体二极管、第三寄生体二极 管、第四寄生体二极管，Ugsl、 Ugs2、 Ugs3、 Ugs4-—分别为第一开功率关管、第二功率开关 管、第三功率开关管、第四功率开关管的驱动波形，；L-一输出滤波电感电流，Us-—电压环输 出电压，i「一电流误差信号，Uo-—输出电压，Ur-—基准正弦波电压，Uf—-输出电压反馈信 号，R—-负载，i。-一负载电流。
具体实施例方式
如图1所示， 一种半周控制三电平单电感双降压式半桥逆变器，包括电源电路1、降 压电路2和输出滤波电路3，其中电源电路1包括两个相同的直流电源即第一直流电源Ud,和
第二直流电源Ud2，第一直流电源Udi的负极和第二直流电源Ud2的正极连接后接地；降压电路
2包括第一降压电路21和第二降压电路22，其中第一降压电路21包括第一功率开关管St、 第二功率开关管S2、第一寄生体二极管Da、第二寄生体二极管Ds2、第一阻断二极管D3、第一 箝位二极管Dj卩第一续流二极管D2，第一功率开关管Si的漏极与第一寄生体二极管DS1的阴极 连接后构成第一降压电路21的输入端连于电源电路1的正极，第功率开关管S:的源极、第 一寄生体二极管Ds,的阳极与第一阻断二极管D3阳极连接，第一阻断二极管D3的阴极、第一箝 位二极管D'的阴极与第二功率开关管S2的漏极、第二寄生体二极管Ds2的阴极连接，第一箝位
二极管"的阳极接地并连接第一直流电源Udi的负极和第二直流电源Ud2的正极，第二功率开
关管S2的源极、第二寄生体二极管Ds2的阳极与第一续流二极管D2的阴极连接构成第一降压电 路21的输出端，第一续流二极管D2的阳极连于电源电路1的负极；第二降压电路22包括第
三功率开关管S3、第四功率开关管S4、第三寄生体二极管Ds3、第四寄生体二极管Ds4、第二阻
断二极管De、第二箝位二极管D4和第二续流二极管Ds，第三功率开关管S3的源极与第三寄生
体二极管Ds3的阳极连接后构成第二降压电路22的输入端连于电源电路1的负极，第三功率
开关管S3的漏极、第三寄生体二极管Ds3的阴极与第二阻断二极管D6的阴极连接，第二阻断二
极管De的阳极、第二箝位二极管D4的阳极与第四功率开关管S4的源极、第四寄生体二极管DS4
的阳极连接，第二箝位二极管D4的阴极接地，第四功率开关管S4的漏极、第四寄生体二极管
Ds4的阴极与第二续流二极管Ds的阳极连接后构成第二降压电路22的输出端连于第一降压电 路21的输出端，第二续流二极管Ds的阴极连于电源电路l的正极；输出滤波电路3包括输出滤波电感L和输出滤波电容Cf，其中滤波电感L正端接第二降压电路22的输出端，输出滤波 电容Cf的正端与输出滤波电感L的负端连接，输出滤波电容Cf的负端接地并连接第二箝位二 极管D4的阴极；负载R和输出滤波电容Cf并联。
在输出滤波电感电流iL大于零的正半周期，第一降压电路21工作，第二降压电路22不 工作，此时电路工作分为两种情况
1、 如图6中A区所示输出电压Uo小于0时，电路工作在工作模态Ml和工作模态M2 以实现最优即平均开关频率最小的工作状态-
(1) 工作模态M1:
如图2 (a)所示，第二功率开关管S2和第一箝位二极管D,导通，其它功率开关管和二极 管均关断。输出滤波电感电流1l在-Uo作用下上升，第一降压电路21输出端输出电平为0 (滤 波前)。这个模态一直持续到第二功率开关管S2关断，然后进入到工作模态M2。
(2) 工作模态M2:
如图2 (b)所示，第一续流二极管D2进入续流状态，其它功率开关管及二极管均关断。 输出滤波电感电流i,.在-Ud-Uo作用下卜'降，第一降压电路21输出端输出电平为-lU滤波前)， Ud为第一直流电源Ud或第二直流电源Ud2的电源电压值。这个开关模态一直持续到第二功率开 关管S2开通，然后又进入到工作模态Ml 。
2、 如图6中B区所示输出电压Uo大于0时，电路工作在工作模态M3和工作模态Ml 以实现最优即平均开关频率最小的工作状态
(3) 工作模态M3:
如图2 (c)所示，第一、第二功率开关管Si、 S2和第一阻断二极管D3导通，其它功率开 关管和二极管均关断。输出滤波电感电流i,在Ud-Uo作用下上升，第一降压电路21输出端输 出电平为+Ud (滤波前)。这个模态一直持续到第一功率开关管Si关断，然后进入到丄作模态 Ml。
(4) 工作模态M1:
如图2 (a)所示，第二功率开关管S2和第一箝位二极管D,导通，其它功率开关管和二极 管均关断。输出滤波电感电流L在-Uo作用下下降，第一降压电路21输出端输出电平为0 (滤 波前)。这个模态一直持续到第一功率开关管Si开通，然后进入到工作模态M3。
在输出滤波电感电流it小于零的负半周期，第一降压电路21不工作，第二降压电路22 工作，此时电路工作也分为两种情况
3、 如图6中C区所示输出电压Uo大于0时，电路工作在工作模态M4和工作模态M5 以实现最优即平均开关频率最小的工作状态
(5) 工作模态M4:
如图3(a)所示，第四功率开关管S4和第二箝位二极管D4导通，其它功率开关管和二极 管均关断。输出滤波电感电流iL在Uo作用下负向上升，第二降压电路22输出端输出电平0 (滤波前)。这个模态一直持续到第四功率开关管S4关断，然后进入到工作模态M5。
(6) 工作模态M5:
如图3 (b)所示，第二续流二极管Ds进入续流状态，其它功率开关管及二极管均关断。 输出滤波电感电流L在Uo-Ud作用下负向下降，第—降压电路22输出端输出电平为+Ud (滤波 前)。这个模态一直持续到第四功率开关管S4开通，然后又进入到工作模态M4。
4、 如图6中D区所示输出电压Uo小于0时，电路工作在工作模态M6和工作模态M4 以实现最优即平均开关频率最小的工作状态
(7) 工作模态M6:
如图3 (c)所示，第三、第四功率开关管S3、 S4和第二阻断二极管De导通，其它功率开 关管和二极管均关断。输出滤波电感电流L在Uo+Ud作用下负向上升，第二降压电路22输出 端输出电平为-Ud (滤波前)。这个开关模态一直持续到第三功率开关管S3关断，然后进入到工作模态M4。 (8)工作模态M4:
如图3(c)所示，第四功率开关管S4和第二箝位二极管D4导通，其它功率开关管和二极 管均关断。输出滤波电感电流L在Uo作用下负向下降，第二降压电路22输出端输出电0 (滤 波前)。这个模态一直持续到第三功率开关管S3开通，然后又进入到工作模态M6。
综上所述，在输出滤波电感电流为L 〉0的正半周期里，实现了逆变器正半周期工作时 的工作模态Ml和工作模态M2、 M3交替工作，也即实现了逆变器在正半周期以三电平(0、 -Ud、 +IU方式工作；在输出滤波电感电流为i"O的负半周期里，实现了逆变器负半周期工作时的 工作模态M4和工作模态M5、 M6交替工作，也即实现了逆变器在负半周期以三电平(0、 +Ud、 -Ud)方式工作。
以上的六个工作模态可用表1来表示，其中OFF表示关断，ON表示导通。 表1半周控制三电平单电感双降压式半桥逆变器功率开关管组合状态与输出电压关系
Uo开关模 态s)s2S3S4滤波前 输出电 压对应附 图
A区〉0<0MlOFFONOFFOFF02(a)
M2OFFOFFOFFOFF2(b)
B区〉0>0M3ONONOFFOFF+ud2(c)
MlOFFONOFFOFF02(a)
C区<0〉0M4OFFOFFOFFON03(a)
M5OFFOFFOFFOFF+ud3(b)
D区<0<0M6OFFOFFONON-ud3(c)
M4OFFOFFOFFON03(a)
为实现以上工作原理，该半周控制三电平单电感双降压式半桥逆变器采用的控制方案如
图4所示将采样的输出电压反馈信号Uf与基准正弦波电压ll经电压误差放大器后得到电压 误差放大器输出电压仏；将采样的输出滤波电感电流iL与电压误差放大器输出电压lL经过电 流滞环比较器得到波形信号；将电压误差放大器输出电压Ue和输出电压反馈信号Uf分别 经过第一过零比较器1和第二过零比较器2得到高电平或低电平信号，将电流滞环比较器输 出的PWM波形信号、第一过零比较器1和第二过零比较器2输出的高电平或低电平信号经过 一系列的逻辑电路产生第一功率开关管S,、第二功率开关管S2、第三功率开关管S3和第四功 率开关管S4的驱动信号，使电路工作在六个工作模态中，实现半周期工作当输出滤波电感 电流i,大于0、输出电压Uo小于0时，第一过零比较器l输出为高电平信号，第二过零比较 器2输出为低电平信号，逆变器工作在正半周期，实现工作模态Ml和工作模态M2:非门N0T2 输出为低电平信号，与门AND4输出为低电平信号，与门AND5输出也为低电平信号，第三功 率开关管S3关断；与门AND6输出为低电平信号，或门0R2输出为低电平信号，第四功率开关 管S4关断；与门AND1输出为低电平信号，与门AND2输出也为低电平信号，第一功率开关管 S,关断；与门AND3输出为高电平或低电平信号，或门0R1输出为高电平或低电平信号当该 信号为高电平吋，第二功率开关管S2开通，第一箝位二极管D,导通，逆变器工作在工作模态 Ml，第一降压电路21输出端输出为0;当该信号为低电平吋，第二功率开关管S2关断，第一 续流二极管"导通，逆变器工作在工作模态M2，第一降压电路21输出端输出负直流电源电 压-Ud;当输出滤波电感电流L大丁 0、输出电压Uo大于0时，第一过零比较器1输出为高电 平信号，第二过零比较器2输出也为高电平信号，逆变器工作在正半周期，实现工作模态M3
8和工作模态M1:非门N0T2输出为低电平信号，与门AND4输出为低电平信号，与门AND5输 出也为低电平信号，第三功率开关管S3关断；与门AND6输出为低电平信号，或门0R2输出为 低电平信号，第四功率开关管S4关断；与门AND1输出为高电平信号，或门0R1输出为高电平 信号，第二功率开关管S2开通；与门AND2输出为高电平或低电平信号当该信号为高电平时， 第一功率开关管S,开通，第一阻断二极管D3导通，逆变器工作在工作模态M3，第一降压电路 21输出端输出正直流电源电压+Ud;当该信号为低电平时，第一功率开关管31关断，第一箝位 二极管D,导通，逆变器工作在工作模态M1，第-降压电路21输出端输出为0;即滤波电感电 流L大于0时，实现了逆变器在正半周期工作时的工作模态Ml与工作模态M2和工作模态M3 交替工作，也即实现了逆变器在正半周期以三电平(0、 -Ud、 +IU方式工作；当输出滤波电 感电流i,小于0、输出电压Uo大于O时，第一过零比较器l输出为低电平信号，第二过零比 较器2输出为高电平信号，逆变器丁作在负半周期，实现工作模态M4和工作模态M5:与门 AND1输出为低电平信号，与门AND2输出也为低电平信号，第一功率开关管St关断；与门AND3 输出为低电平信号，或门0R1输出为低电平信号，第二功率开关管S2关断；非门N0T3输出为 低电平信号，与门AND4输出为低电平信号，与门AND5输出也为低电平信号，第三功率开关 管Ss关断；非门N0T2输出为高电平信号，非门N0T1输出为高电平或低电平信号，与门AND6 输出为高电平或低电平信号，或门0R2输出为高电平或低电平信号当该信号为高电平时， 第四功率开关管S4开通，第二箝位二极管D4导通，逆变器工作在工作模态M4，第二降压电路 22输出端输出为0;当该信号为低电平时，第四功率开关管S4关断，第二续流二极管Ds导通， 逆变器工作在工作模态M5，第二降压电路22输出端输出iH直流电源电压+Ud;当输出滤波电 感电流iL小于O、输出电压Uo小于O时，第一过零比较器l输出为低电平信号，第二过零比 较器2输出也为低电平信号，逆变器工作在负半周期，实现工作模态M6和工作模态M4:与 门AND1输出为低电平信号，与门AND2输出也为低电平信号，第一功率开关管S,关断；与门 AND3输出为低电平信号,或门0R1输出为低电平信号，第二功率开关管S2关断；非门N0T2 输出为高电平信号，非门N0T3输出为高电平信号，与门AND4输出为高电平信号，或门OR2 输出为高电平信号，第四功率开关管S4开通；与门AND5输出为高电平或低电平信号当该信 号为高电平时，第三功率开关管S3开通，第二阻断二极管De导通，逆变器工作在工作模态M6， 第二降压电路22输出端输出负直流电源电压-Ud;当该信号为低电平时，第三功率开关管S3 关断，第一-箝位二极管D4导通，逆变器工作在工作模态M4，第二降压电路22输出端输出为0; 即滤波电感电流L小于0时，实现了逆变器负半周期工作时的工作模态M4与工作模态M5和 工作模态M6交替工作，也即实现了逆变器在负半周期以三电平(0、 +Ud、 -Ud)方式工作。
由于采用的是上述半周期工作的控制方案，在滤波电感电流iL由正半周期过零变负半周 期时，电路的工作模态由工作模态M1、 M2、 M3向工作模态M4、 M5、 M6转换，而在滤波电感 电流L由负半周期过零变正半周期时，电路的工作模态由工作模态M4、 M5、 M6向工作模态 Ml、 M2、 M3转换。
权利要求
1、一种半周控制三电平单电感双降压式半桥逆变器，其特征在于包括电源电路(1)、降压电路(2)和输出滤波电路(3)，其中电源电路(1)包括两个相同的直流电源即第一直流电源(Ud1)和第二直流电源(Ud2)，第一直流电源(Ud1)的负极和第二直流电源(Ud2)的正极连接后接地；降压电路(2)包括第一降压电路(21)和第二降压电路(22)，其中第一降压电路(21)包括第一功率开关管(S1)、第二功率开关管(S2)、第一寄生体二极管(DS1)、第二寄生体二极管(DS2)、第一阻断二极管(D3)、第一箝位二极管(D1)和第一续流二极管(D2)，第一功率开关管(S1)的漏极与第一寄生体二极管(DS1)的阴极连接后构成第一降压电路(21)的输入端连于电源电路(1)的正极，第一功率开关管(S1)的源极、第一寄生体二极管(DS1)的阳极与第一阻断二极管(D3)阳极连接，第一阻断二极管(D3)的阴极、第一箝位二极管(D1)的阴极与第二功率开关管(S2)的漏极、第二寄生体二极管(DS2)的阴极连接，第一箝位二极管(D1)的阳极接地并连接第一直流电源(Ud1)的负极和第二直流电源(Ud2)的正极，第二功率开关管(S2)的源极、第二寄生体二极管(DS2)的阳极与第一续流二极管(D2)的阴极连接构成第一降压电路(21)的输出端，第一续流二极管(D2)的阳极连于电源电路(1)的负极；第二降压电路(22)包括第三功率开关管(S3)、第四功率开关管(S4)、第三寄生体二极管(DS3)、第四寄生体二极管(DS4)、第二阻断二极管(D6)、第二箝位二极管(D4)和第二续流二极管(D5)，第三功率开关管(S3)的源极与第三寄生体二极管(DS3)的阳极连接后构成第二降压电路(22)的输入端连于电源电路(1)的负极，第三功率开关管(S3)的漏极、第三寄生体二极管(DS3)的阴极与第二阻断二极管(D6)的阴极连接，第二阻断二极管(D6)的阳极、第二箝位二极管(D4)的阳极与第四功率开关管(S4)的源极、第四寄生体二极管(DS4)的阳极连接，第二箝位二极管(D4)的阴极接地，第四功率开关管(S4)的漏极、第四寄生体二极管(DS4)的阴极与第二续流二极管(D5)的阳极连接后构成第二降压电路(22)的输出端连于第一降压电路(21)的输出端，第二续流二极管(D5)的阴极连于电源电路(1)的正极；输出滤波电路(3)包括输出滤波电感(L)和输出滤波电容(Cf)，其中滤波电感(L)正端接第二降压电路(22)的输出端，输出滤波电容(Cf)的正端与输出滤波电感(L)的负端连接，输出滤波电容(Cf)的负端接地并连接第二箝位二极管(D4)的阴极。
2. —种基于权利要求1所述的半周控制三电平单电感双降压式半桥逆变器的控制方法， 其特征在于将采样的输出电压反馈信号(Uf)与基准正弦波电压(Ur)经电压误差放大器后 得到电压误差放大器输出电压(IU;将采样的输出滤波电感电流(ij与电压误差放大器输 出电压(ID经过电流滞环比较器得到PWM波形信号；将电压误差放大器输出电压(ID和输 出电压反馈信号(Uf)分别经过第一过零比较器1和第二过零比较器2得到高电平或低电平 信号，将电流滞环比较器输出的P丽波形信号、第一过零比较器1和第二过零比较器2输出 的高电平或低电平信号经过一系列的逻辑电路产生第一功率开关管(SJ、第二功率开关管(S2)、第三功率开关管(S3)和第四功率开关管(S4)的驱动信号，使电路工作在六个工作 模态中，实现半周期工作当输出滤波电感电流(iJ大于0、输出电压(Uo)小于0时，第 一过零比较器l输出为高电平信号，第二过零比较器2输出为低电平信号，逆变器工作在正 半周期，实现工作模态M1和工作模态M2:非门N0T2输出为低电平信号，与门AND4输出为 低电平信号，与门AND5输卜I',也为低电平信号，第三功率开关管(S3)关断；与门AND6输出 为低电平信号，或门0R2输出为低电平信号，第四功率开关管(S4)关断；与门AND1输出为 低电平信号，与门AND2输出也为低电平信号，第一功率开关管(Si)关断；与门AND3输出 为高电平或低电平信号，或门0R1输出为高电平或低电平信号当该信号为高电平时，第二 功率开关管(S2)开通，第一箝位二极管(D,)导通，逆变器工作在工作模态Ml，第一降压 电路(21)输出端输出为0;当该信号为低电平时，第二功率开关管(S2)关断，第一续流二 极管(D2)导通，逆变器工作在工作模态M2，第一降压电路(21)输出端输出负直流电源电压(-LU;当输出滤波电感电流(L)大于0、输出电压(lb)大于0时，第一过零比较器l 输出为高电平信号，第二过零比较器2输出也为高电平信号，逆变器工作在正半周期，实现工作模态M3和工作模态Ml:非门N0T2输出为低电平信号，与门AND4输出为低电平信号， 与门AND5输出也为低电平信号，第三功率开关管(S3)关断；与门AND6输出为低电平信号， 或门0R2输出为低电平信号，第四功率开关管(S4)关断；与门AND1输出为高电平信号，或 门0R1输出为高电平信号，第二功率开关管(S2)开通；与门AND2输出为高电平或低电平信 号当该信号为高电平时，第一功率开关管(S》开通，第一阻断二极管(D3)导通，逆变器 工作在工作模态M3，第一降压电路(21)输出端输出正直流电源电压(+Ud);当该信号为低 电平时，第一功率开关管(S》关断，第一箝位二极管(D》导通，逆变器工作在工作模态 Ml，第一降压电路(21)输出端输出为0;即滤波电感电流(ij大于0时，实现了逆变器在 正半周期工作时的工作模态M1与工作模态M2和工作模态M3交替工作；当输出滤波电感电流 (iJ小于0、输出电压(Uo)大于0时，第一过零比较器l输出为低电平信号，第二过零比 较器2输出为高电平信号，逆变器工作在负半周期，实现工作模态M4和工作模态M5:与门 AND1输出为低电平信号，与门AND2输出也为低电平信号，第一功率开关管(SJ关断；与门 AND3输出为低电平信号，或门0R1输出为低电平信号，第二功率开关管(S2)关断；非门N0T3 输出为低电平信号，与门AND4输出为低电平信号，与门AND5输出也为低电平信号，第三功 率开关管(S3)关断；非门NOT2输出为高电平信号，非门N0T1输出为高电平或低电平信号， 与门AND6输出为高电平或低电平信号，或门0R2输出为高电平或低电平信号当该信号为高 电平时，第四功率开关管(S4)开通，第二箝位二极管(D4)导通，逆变器工作在工作模态 M4,第二降压电路(22)输出端输出为0;当该信号为低电平时，第四功率开关管(S4)关断， 第二续流二极管(D5)导通，逆变器工作在工作模态M5，第二降压电路(22)输出端输出正 直流电源电压(+LU;当输出滤波电感电流(ij小于0、输出电压(Uo)小于0时，第一过 零比较器1输出为低电平信号，第二过零比较器2输出也为低电平信号，逆变器工作在负半 周期，实现工作模态M6和工作模态M4:与门AND1输出为低电平信号，与门AND2输出也为 低电平信号，第一功率开关管(S》关断；与门AND3输出为低电平信号，或门0R1输出为低 电平信号，第二功率开关管(S2)关断；非门NOT2输出为高电平信号，非门N0T3输出为高 电平信号，与门AND4输出为高电平信号，或门0R2输出为高电平信号，第四功率开关管(S4) 开通；与门AND5输出为高电平或低电平信号当该信号为高电平时，第三功率开关管(S3) 开通，第二阻断二极管(D6)导通，逆变器工作在工作模态M6，第二降压电路(22)输出端 输出负直流电源电压(-Ud);当该信号为低电平时，第三功率开关管(S3)关断，第二箝位二 极管(D4)导通，逆变器工作在工作模态M4，第二降压电路(22)输出端输出为0;即滤波 电感电流(iJ小于0时，实现了逆变器负半周期工作时的工作模态M4与工作模态M5和工 作模态M6交替工作。
全文摘要
本发明公开了一种半周控制三电平单电感双降压式半桥逆变器及其控制方法，属逆变器领域。包括电源电路、降压电路和输出滤波电路，其中电源电路包括第一直流电源和第二直流电源，降压电路包括第一降压电路和第二降压电路，输出滤波电路包括输出滤波电感和输出滤波电容。该逆变器的控制方法是通过电压电流双环调节器得到功率开关管的高电平和低电平驱动信号，实现半周期工作。本发明逆变器的体积小、重量轻、无偏置电流、波形失真小、效率高。
文档编号H02M7/48GK101552568SQ20081024342
公开日2009年10月7日 申请日期2008年12月17日 优先权日2008年12月17日
发明者王慧贞, 芬 陆, 陈小刚 申请人:南京航空航天大学