单电源九电平高频逆变器的制造方法
【技术领域】
[0001 ] 本实用新型设及高频交流配电系统巧igh Frequen巧AC Power Dishibution System，HFAC PDS)领域，特别设及一种单电源九电平高频逆变器。
【背景技术】
[0002] 高频交流配电系统化FAC PDS)与传统的直流配电系统(DC PDS)相比，因具有高可 靠性、高效率、高功率密度、可实现无线传输等优点而在计算机、通信、电动汽车、可再生能 源微网等领域获得广泛的应用。高频逆变器完成将由蓄电池、燃料电池、光伏太阳能电池或 其它发电或储电装置提供的直流电转换成高频交流电，并馈送至高频交流母线，进而实现 能源的再分配。随着对供电容量、供电质量和供电效率要求的不断提高，对多电平逆变器输 出波形的要求也越来越高。目前的多电平逆变器常采用增加输入直流源和开关器件的数量 实现更多的电平输出W提高输出性能，使得逆变器的结构变得异常复杂，同时降低了逆变 器的效率。 【实用新型内容】
[0003] 本实用新型的目的在于W单个电源和更少量器件实现更多的电平输出，提出一种 单电源九电平高频逆变器，该单电源九电平高频逆变器适用于高频交流配电领域，具体可 W应用于计算机、通信、电动汽车、可再生能源微网等领域将直流电转换成高频交流电，该 逆变器只需单个输入直流源，并且W更少量的器件实现九电平输出，有效地降低了输出交 流电的谐波崎变，提高了逆变器的效率，同时也有效地减少了逆变器所需的驱动电路和安 装空间。
[0004] 本实用新型的目的通过W下技术方案实现:单电源九电平高频逆变器，包括:开关 电容单元X、反向串联开关管单元Y和全桥单元Z;所述开关电容单元(X)、反向串联开关管单 元(Y)和全桥单元(Z)两两相互连接;所述开关电容单元X包括第一电解电容Cl、第二电解电 容〔2、第一二极管￥〇1、第二二极管￥〇2、第^二极管￥〇3、第十二极管￥〇1〇、第^^一二极管VDii、 第一开关管Si、第二开关管S2和第=开关管S3;所述第一电解电容Cl和第二电解电容C2的电 容值相等;所述第十二极管VDio的阳极、第一二极管VDi的阴极、第二二极管VD2的阴极、第一 开关管Si的漏级均和第二开关管S2的漏级相连接;所述第一二极管VDi的阳极、第十一二极 管VDii的阳极均和第一开关管Si的源级相连接;所述第十二极管VDio的阴极和第一电解电容 Cl的正极相连接;所述第十一二极管VDii的阴极、第一电解电容Cl的负极均和第二电解电容 C2的正极相连接;所述第二二极管VD2的阳极、第S二极管VD3的阴极、第二电解电容C2负极、 第二开关管S2的源级均和第S开关管S3的漏级相连接;所述第S二极管VD3的阳极和第S开 关管S3的源级相连接;所述反向串联开关管单元Y包括第四二极管VD4、第五二极管VDs、第四 开关管S4和第五开关管Ss;所述第四二极管VD4的阴极和第四开关管S4的漏级相连接;所述 第四二极管VD4的阳极、第五二极管VDs的阳极、第四开关管S4的源级均和第五开关管Ss的源 级相连接;所述第五二极管VDs的阴极和第五开关管Ss的漏级相连接;所述全桥单元Z包括第 六二极管VD6、第屯二极管VD7、第八二极管VDs、第九二极管VD9、第六开关管S6、第屯开关管 87、第八开关管Ss和第九开关管S9;所述第六二极管VDs的阴极、第八二极管VDs的阴极、第六 开关管S6的漏级均和第八开关管Ss的漏级相连接;所述第六二极管VDs的阳极、第屯二极管 VD?的阴极、第六开关管S6的源级均和第屯开关管S7的漏级相连接;所述第八二极管VDs的阳 极、第九二极管VD9的阴极、第八开关管Ss的源级均和第九开关管S9的漏级相连接;所述开关 电容单元X中第一电解电容Cl的正极与全桥单元Z中第六开关管S6的漏级相连接;所述开关 电容单元X中第一电解电容Cl的负极与反向串联开关管单元Y中第四开关管S4的漏极相连 接;所述反向串联开关管单元Y中第五开关管Ss的漏级与全桥单元Z中第六开关管S6的源级 相连接;所述开关电容单元X中第=开关管S3的源级与全桥单元Z中第屯开关管S7的源级相 连接。所述第一开关管Si、第二开关管S2、第=开关管S3、第四开关管S4、第五开关管S5、第六 开关管S6、第屯开关管S7、第八开关管Ss和第九开关管S9的第一驱动信号Gl、第二驱动信号 G2、第=驱动信号G3、第四驱动信号G4、第五驱动信号Gs、第六驱动信号G6、第屯驱动信号G?、 第八驱动信号Gs和第九驱动信号G9由基本P歷波经过基本逻辑运算得到，基本的P歷波由S 角载波V。和直流电压￥。1、￥"2、￥"3、￥"4比较得到;所述单电源高频逆变器按输出电平等级分 析，一个工作周期共有九种工作状态：
[0005] 状态I:第二开关管S2导通，第一电解电容Cl、第二电解电容C2与电源串联，第六开 关管S6和第九开关管S诏通，逆变器输出Vnut为2Vd油平。
[0006] 状态II:第二开关管S2导通，第一电解电容Cl、第二电解电容C2与电源串联，第四开 关管S4和第九开关管S9导通，逆变器输出Vout为3/2Vd。电平。
[0007] 状态III:第S开关管S3、第六开关管S6和第九开关管S9导通，第一电解电容Cl和第 二电解电容C2串联充电，逆变器输出Vnut为Vdc电平。
[000引状态IV:第=开关管S3、第四开关管S4、第九开关管S9导通，第二电解电容C2放电， 逆变器输出Vout为l/2Vdc电平。
[0009]状态V:第立开关管S3导通，第一电解电容Cl和第二电解电容C2串联充电，第六开关 管S6和第八开关管S得通，逆变器输出Vout为0电平。
[0010]状态VI :第立开关管S3、第五开关管Ss和第八开关管S得通，第一电解电容Cl放电， 逆变器输出Vnut为-1/2Vdc电平。
[0011]状态VII:第=开关管S3、第屯开关管S7和第八开关管Ss导通，第一电解电容Cl和第 二电解电容C2串联充电，逆变器输出Vnut为-VdC电平。
[001^ 状态VIII:第一开关管Si、第屯开关管S7和第八开关管S诏通，第一电解电容Cl和 电源串联，逆变器输出Vout为-3/2Vdc电平。
[0013] 状态IX:第二开关管S2、第屯开关管S7和第八开关管Ss导通，第一电解电容Cl、第二 电解电容C2与电源串联，逆变器输出Vnut为-2Vdc电平。
[0014] 所述单电源高频逆变器输出九电平阶梯波由上述九种状态组成，阶梯波的角频率 为《，对所述单电源高频逆变器输出的九电平阶梯波进行傅里叶分解可得：
[0016] 式中：k和n为求和变量，且k=l，2,3,4，n=l，3,5…；
，Vc为S角载 波尖峰值，Vmk为直流调制波电压值，且0<Vm^Vm2<Vm3<Vm4<Vc。
[0017]所述单电源九电平高频逆变器的输出电压总谐波崎变（total harmonic distortion, T皿）的表达式为：
[0019] 式中，k和n为求和变量，且k = l，2,3,4，n = 3,5,7…。
[0020] 所述单电源九电平高频逆变器，根据输出电压的总谐波崎变THD值的表达式选择 参数V"i、参数V"2、参数V"3、参数V"4、参数VeW确保输出的电压的总谐波崎变T皿值满足要求。
[0021] 与现有的多电平逆变器相比，本实用新型具有如下优点和有益效益：
[0022] (1)与现有的=电平、五电平或屯电平逆变器相比，本实用新型拥有九电平输出阶 梯，可有效地减少输出电压的谐波含量，进而提高逆变器的效率。
[0023] (2)与现有的九电平逆变器相比，本实用新型使用更少量的器件实现九电平输出， 可有效减少逆变器所需要的驱动电路，降低能量的传输损耗，同时，逆变器的安装空间也可 有效地减少。
[0024] (3)现有的多电平逆变器通常需要两个或两个W上的电源来实现更多的电平输 出，本实用新型只需单个电源便可实现九电平输出，适用于仅有单个电源供电的场合。
[0025] (4)本实用新型所述的单电源九电平高频逆变器，通过调制方式使第一电解Cl和 第二电解电容C2在输出波形的正半周和负半周放电时间相同，从而有效地解决了两只电容 串联使用时存在的电容均压的问题。
【附图说明】
[0026] 图1是本实用新型所述的单电源九电平高频逆变器的结构图。
[0027] 图2是本实用新型所述的单电源九电平高频逆变器中开关管的驱动信号及输出九 电平电压波形示意图。
【具体实施方式】
[0028] 为进一步阐述本实用新型的内容及特点，W下结合附图对本实用新型的具体实施 方案进行具体说明。
[0029] 实施例
[0030] 如图1所示，为单电源九电平高频逆变器的结构图。所述单电源九电平高频逆变器 包括:开关电容单元X、反向串联开关管单元Y和全桥单元Z;所述开关电容单元X包括第一电 解电容Cl、第二电解电容C2、第一二极管VDi、第二二极管VD2、第S二极管VD3、第十二极管 VDio、第十一二极管VDii、第一开关管Si、第二开关管S2和第S开关管S3;所述第一电解电容Cl 和第二电解电容C2的电容值相等;所述第十二极管VDio的阳极、第一二极管VDi的阴极、第二 二极管VD2的阴极、第一开关管Si的漏级均和第二开关管S2的漏级相连接;所述第一二极管 VDi的阳极、第十一二极管VDii的阳极均和第一开关管Si的源级相连接;所述第十二极管VDiO 的阴极和第一电解电容Cl的正极相连接;所述第十一二极管VDii的阴极、第一电解电容Cl的 负极均和第二电解电容C2的正极相连接;所述第二二极管VD2的阳极、第S二极管VD3的阴 极、第二电解电容C2负极、第