专利名称：双正激逆变器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种可以实现升压逆变、高频电气隔离和具有较大输出功率的双正激逆变器，属电能变换装置中的逆变器。
背景技术：
随着电力电子技术的发展，逆变器得到了广泛的研究和应用，而拓扑结构简单化一直是电力电子学追求的目标。相对于传统的前级DC/DC直直变换器和后级DC/AC逆变器的两级式结构逆变器，单级逆变器具有系统结构简单、开销小、整机体积重量小、整体的功率变换效率高等优点，是一种很具有研究价值和发展前景的拓扑结构。另一方面，相对于传统的前级DC/DC直直变换器和后级DC/AC逆变器的两级式结构逆变器，单级逆变器存在输出功率较小的问题。因而希望得到一种能输出较大功率的单级逆变器。另一方面，希望该单级逆变器是高频电气隔离的，以满足实际要求，并满足体积重量要求。
发明内容
1、发明目的:本发明的目的是提供一种可以实现升压逆变、实现高频电气隔离且具有较大输出功率的单级逆变器。2、技术方案:为了解决上述的技术问题，本发明的可实现升压逆变、高频电气隔离和具有较大输出功率的双正激 逆变器，包括第一正激逆变电路1、第二正激逆变电路2、磁复位电路3 ;第一正激逆变电路I包括第一功率三极开关管S1、第一变压器T1、第一整流二极管D3、第一续流二极管D4、第三功率三极开关管S3和输出滤波电感L5 ;第二正激逆变电路2包括第二功率三极开关管S2、第二变压器T2、第二整流二极管D5、第二续流二极管D6、第四功率三极开关管S4和输出滤波电感L6 ;磁复位电路3包括第一磁复位二极管D1和第二磁复位二极管D2 ;第一正激电路I和第二正激电路2在输出侧并联，共用负载R。本发明双正激逆变器的其特征在于，第一功率三极开关管S1的漏极与第一外接电源U1的正极连接；第一功率三极开关管S1的源极和第一磁复位二极管D1的阴极，连接到第一变压器T1原边电感1^的同名端；第一磁复位二极管D1的阳极，连接到第二外接电源U2的负极；第一变压器T1原边电感L1的非同名端，连接到第一外接电源U1负极和第二外接电源U2正极的连接点；第一变压器T1副边电感L2的同名端连接到第一整流二极管D3的阳极；第一变压器T1副边电感L2的非同名端连接到第一续流二极管D4的阳极；第一整流二极管D3的阴极和第一续流二极管D4的阴极，连接到第一输出滤波电感L5的一端；第三功率三极开关管S3的漏极连接到第一输出滤波电感L5的另一端；第三功率三极开关管S3的源极连接到负载R的一端；负载R的另一端连接到第一续流二极管D4的阳极；第二功率三极开关管S2的源极连接到第二外接电源U2的负极；第二功率三极开关管S2的漏极和第二磁复位二极管D2的阳极，连接到第二变压器T2原边电感L3的非同名端；第二磁复位二极管D2的阴极连接到第一外接电源U1的正极；第二变压器T2原边电感L3的同名端连接到第一外接电源U1负极和第二外接电源U2正极的连接点；第二变压器T2副边电感L4的同名端和第二续流二极管D6的阴极，连接到第一续流二极管D4的阳极；第二变压器T2副边电感L4的非同名端连接到第二整流二极管D5的阴极；第二整流二极管D5的阳极和第二续流二极管D6的阳极，连接到第二输出滤波电感L6的一端；第四功率三极开关管S4的源极连接到第二输出滤波电感L6的另一端；第四功率三极开关管S4的漏极连接到第三功率三极开关管S3的源极。3、有益效果:本发明是可实现升压变换、高频电气隔离和具有较大输出功率的双正激逆变器，具有如下优点:(I)单级结构即实现了升压逆变输出，整机大小、体积重量和成本可大为降低；(2)实现了高频电气隔离；(3)拓扑结构稳定、可靠，且具有较大的输出功率；(4)整个电路使用有源功率器件较少，结构简单，开销小；(5)控制方案简单，易于实现。
四
图1是本发明的可实现升压变换、高频电气隔离和具有较大输出功率的双正激逆变器电路结构示意图，标号名称:1.第一正激电路；2.第二正激电路；3.磁复位电路；图2是本发明的可实现升压变换、高频电气隔离和具有较大输出功率的双正激逆变器电路各开关|旲态不意图；图3是本发明的可实现升压变换、高频电气隔离和具有较大输出功率的双正激逆变器电路采用的控制框图。
图中的主要符号名称=S1 S4—第一 第四功率三极开关管；D1、D2—第一、第二磁复位二极管；D3、D5——第一、第二整流二极管；D4、D6——第一、第二续流二极管；l5、
L6-第一、第二输出滤波电感；1\、T2-第一、第二变压器办、U2-第一、第二外接电
源；u。一逆变器输出电压；U()f—输出电压反馈^—电压环基准；i。一逆变器输出电流—输出电流反馈山一电压环输出即电流环基准；Vi V4—功率三极开关管S1 S4的驱动。
五具体实施例方式如图1所不,本实例的可实现升压变换、闻频电气隔尚和具有较大输出功率的双正激逆变器，其特征在于，第一功率三极开关管31的漏极与第一外接电源U1的正极连接；第一功率三极开关管S1的源极和第一磁复位二极管D1的阴极，连接到第一变压器U1原边电感1^的同名端；第一磁复位二极管D1的阳极，连接到第二外接电源U2的负极；第一变压器T1原边电感L1的非同名端，连接到第一外接电源U1负极和第二外接电源U2正极的连接点；第一变压器T1副边电感L2的同名端连接到第一整流二极管D3的阳极；第一变压器T1副边电感L2的非同名端连接到第一续流二极管D4的阳极；第一整流二极管D3的阴极和第一续流二极管D4的阴极，连接到第一输出滤波电感L5的一端；第三功率三极开关管S3的漏极连接到第一输出滤波电感L5的另一端；第三功率三极开关管S3的源极连接到负载R的一端；负载R的另一端连接到第一续流二极管D4的阳极；第二功率三极开关管S2的源极连接到第二外接电源U2的负极；第二功率三极开关管S2的漏极和第二磁复位二极管D2的阳极，连接到第二变压器T2原边电感L3的非同名端；第二磁复位二极管D2的阴极连接到第一外接电源U1的正极；第二变压器T2原边电感L3的同名端连接到第一外接电源U1负极和第二外接电源U2正极的连接点；第二变压器T2副边电感L4的同名端和第二续流二极管D6的阴极，连接到第一续流二极管D4的阳极；第二变压器T2副边电感L4的非同名端连接到第二整流二极管D5的阴极；第二整流二极管D5的阳极和第二续流二极管D6的阳极，连接到第二输出滤波电感L6的一端；第四功率三极开关管S4的源极连接到第二输出滤波电感L6的另一端；第四功率三极开关管S4的漏极连接到第三功率三极开关管S3的源极。本发明的可实现升压变换、高频电气隔离和具有较大输出功率的双正激逆变器可分为四个工作区间:双正激逆变器由第一正激电路和第二正激电路组合得到；以输出电流为纵坐标，输出电压为横坐标的坐标系，将逆变器工作区间划分为四个象限，在第I象限，第一正激电路单独工作；在第3象限，第二正激电路单独工作；第2、4象限，第一、第二正激变换器共同工作。当第一正激电路单独工作，第一功率三极开关管高频PWM调制，第三功率三极开关管工频调制，第一变压器副边电压为正极性的高频PWM调制波，提供正的输出电压和输出电流，即完成逆变器工作区间的第I象限；当第二正激电路单独工作，第二功率三极开关管高频PWM调制，第四功率三极开关管工频调制，第二变压器副边电压为负极性的高频PWM调制波，提供负的输出电压和输出电流，即完成逆变器工作区间的第3象限；当第一、第二正激电路共同工作，第一、第二变压器副边电压组合得到双极性的高频PWM调制波，提供正的输出电压和负的输出电流，或者负的输出电压和正的输出电流，即完成逆变器工作区间的第2、4象限。第一、第二变压器始终工作在高频脉宽调制状态。变压器副边绕组电压和原边绕组电压均为高频脉冲调制波，且满足匝比关系。通过匝比设计，可使得输出电压高于或低于输入电压，实现单级升压或降压逆变。由于第一、第二续流二极管，和第一、第二功率三极开关管的体二极管的存在，将第一、第二变压器的原边电压始终箝位在第一外接电源电压和第二外接电源电压之间，防止第一 第四功率开关管的两端出现电压尖峰，有效的保护了功率开关器件。下面以附图1为主电路结构，结合附图2来叙述本发明的双正激逆变器的具体工作原理和工作模态。记第一外接电源U1和第二外接电源U2的电压幅值相等，均为Ud ;第一变压器T1原边电感L1的电压为U1 ;第一变压器T1原边电感L1的电流为I1 ;第一变压器T1副边电感L2的电压为U2 ;第二变压器T2原边电感L3的电压为U3 ;第二变压器T2原边电感L3的电流为i3 ;第二变压器T2副边电感L4的电压为U4 ;副原边绕组匝数比为η。1.第I象限:第一正激电路工作，第二正激电路不工作，逆变器输出电压U。> O ；逆变器输出电流i。> O ;第一功率三极开关管S1高频PWM调制，第三功率三极开关管S3工频调制；第二功率三极开关管S2、第四功率三极开关管S4截止。此时电路包括两个工作模态:工作模态1:如图2(a)所示，第一功率三极开关管S1导通，第一变压器T1原边电压为U1 = Ud,副边电压为U2 = nUd，第一变压器T1原边电流I1开始线性上升，开始向副边传递能量，第三功率三极开关管S3导通，第一正激电路给外接负载R供电。工作模态I1:如图2(b)所示，第一功率三极开关管S1截止，第一变压器T1原边电流I1 Wd1续流,进行磁复位。第一变压器T1原边电压为U3 = -Ud,副边电压为U4 = -nUd。第三功率三极开关管S3导通，副边第一整流二极管D3反向截止，第一续流二极管D4导通，进行续流。2.第2象限:第一正激电路I和第二正激电路2交替工作，输出电平为双极性，U2=nUd或U4 = -nUd，逆变器输出电压U。> O ;逆变器输出电流i。< O。此时电路包括工作模态1、II和工作模态II1、IV。3.第3象限:第二正激电路工作，第一正激电路不工作，逆变器输出电压U。< O ；逆变器输出电流i。< O ;第二功率三极开关管S2高频PWM调制，第四功率三极开关管S4工频调制；第一功率三极开关管S1、第三功率三极开关管S3截止。此时电路包括两个工作模态:工作模态II1:如图2(c)所示，第二功率三极开关管S2导通，第二变压器T2原边电压为U1 = -Ud,副边电压为U4 = -nUd，第二变压器T2原边电流i3开始线性上升，开始向副边传递能量，第四功率三极开关管S4导通，第二正激电路给外接负载R供电。工作模态IV:如图2(d)所示，第二功率三极开关管S2截止，第二变压器T2原边电流i3从D2续流,进行磁复位。第二变压器T2原边电压为U3 = Ud,副边电压为U4 = nUd。第四功率三极开关管S4导通，副边第二整流二极管D5反向截止，第二续流二极管D6导通，进行续流。4.第4象限:第一正激电路I和第二正激电路2交替工作，输出电平为双极性，U2=nUd或U4 = -nUd，逆变器输出电压U。< O ;逆变器输出电流i。> O。此时电路包括工作模态1、II和工作模态II1、IV。为实现以上工作原理，采用的控制方案如附图3所示:输出电压反馈IW与电压基准W经电压环调节器运算得到电流基准ip输出电流反馈U与电流基准h经电流环调节器运算得到第一、第二功率三极开关管SpS2的驱动信号VpV2，经驱动和死区电路I和2分别驱动第一、第二功率三极开关管Sp S2。电压基准I!,经过零比较器运算得到第三、第四功率三极开关管S3、S4的驱动信号V3、V4，经驱动和死区电路3和4分别驱动第三、第四功率三极开关管S3、S4。由以上描述可知，本发明是一种可实现升压变换、高频电气隔离和具有较大输出功率的双正激逆变器，该逆变器具有如下优点:1.单级结构可实现升压逆变输出和高频电气隔离，且具有较大的输出功率，有助于降低整机大小、体积重量和成本；2.整个电路使用有源功率器件较少，电路拓扑稳定、结构简单，开销小；控制方案简单，易于实现。 3.变压器原边电压被箝位在一定范围，可有效抑制开关器件电压尖峰，保护功率器件。
权利要求
1.一种双正激逆变器，包括第一正激逆变电路(I)、第二正激逆变电路(2)和磁复位电路(3)，其特征在于，第一功率三极开关管(S1)的漏极与第一外接电源(U1)的正极连接；第一功率三极开关管(S1)的源极和第一磁复位二极管(D1)的阴极，连接到第一变压器(T1)原边电感(L1)的同名端；第一磁复位二极管(D1)的阳极，连接到第二外接电源(U2)的负极；第一变压器(T1)原边电感(L1)的非同名端，连接到第一外接电源(U1)负极和第二外接电源(U2)正极的连接点；第一变压器(T1)副边电感(L2)的同名端连接到第一整流二极管(D3)的阳极；第一变压器(T1)副边电感(L2)的非同名端连接到第一续流二极管(D4)的阳极；第一整流二极管(D3)的阴极和第一续流二极管(D4)的阴极，连接到第一输出滤波电感(L5)的一端；第三功率三极开关管(S3)的漏极连接到第一输出滤波电感(L5)的另一端；第三功率三极开关管(S3)的源极连接到负载(R)的一端；负载(R)的另一端连接到第一续流二极管(D4)的阳极；第二功率三极开关管(S2)的源极连接到第二外接电源(U2)的负极；第二功率三极开关管(S2)的漏极和第二磁复位二极管(D2)的阳极，连接到第二变压器(T2)原边电感(L3)的非同名端；第二磁复位二极管(D2)的阴极连接到第一外接电源(U1)的正极；第二变压器(T2)原边电感(L3)的同名端连接到第一外接电源(U1)负极和第二外接电源(U2)正极的连接点；第二变压器(T2)副边电感(L4)的同名端和第二续流二极管(D6)的阴极，连接到第一续流二极管(D4)的阳极；第二变压器(T2)副边电感(L4)的非同名端连接到第二整流二极管(D5)的阴极；第二整流二极管(D5)的阳极和第二续流二极管(D6)的阳极，连接到第二输出滤波电感(L6)的一端；第四功率三极开关管(S4)的源极连接到第二输出滤波电感(L6)的另一端；第四功率三极开关管(S4)的漏极连接到第三功率三极开关管(S3)的源极。
全文摘要
一种双正激逆变器，包括第一正激逆变电路、第二正激逆变电路和磁复位电路，第一正激电路和第二正激电路按输出电流电压坐标分区间工作，得到逆变输出。具有如下优点单级结构可实现升压逆变输出和高频电气隔离，具有较大的输出功率，有助于降低整机大小、体积重量和成本；整个电路使用有源功率器件较少，电路拓扑稳定，电路结构简单，开销小；控制方案简单，易于实现；变压器原边电压被箝位在一定范围，可有效抑制开关器件电压尖峰，保护功率器件。
文档编号H02M7/48GK103138614SQ20131006424
公开日2013年6月5日 申请日期2013年3月1日 优先权日2013年3月1日
发明者陈继洪, 洪峰, 嵇保健 申请人:南京航空航天大学