专利名称：双Sepic升降压输出并联组合型逆变器的制作方法
技术领域：
本发明是一种电能变换装置中的逆变器，尤其是在可升压也可降压的单相或多相 逆变应用当中。
背景技术：
随着传统能源的日益耗竭和生态环境的破坏，寻求环保可再生能源和新能源变得 日益重要。太阳能，风能，生物能发电技术是应对能源危机，实现可持续发展的核心技术。逆 变器是此类发电技术中的不可或缺部分。与传统火力和水力发电技术相比，可再生能源发 电装置的装机容量较小，输出功率随自然条件的波动而波动，呈现出随机性，具体表现就是 其所提供的直流电压或电流的变化范围较大。传统的逆变器都是buck型，输出的交流电压 峰值或峰-峰值总低于输入的直流电压，在应用到可再生能源和新能源发电领域中需要对 输出侧交流进行升压或者对输入直流进行升压，显然升压方案会影响整体的变换效率。传统的输入侧直流升压方案是在逆变器前加一级DC/DC升压变换器，提高逆变器 的直流输入电压。另一种方案是在逆变器后加工频升压变压器，提高输出侧交流电压，显然 变压器的加入会增加系统成本的同时影响整体的变换效率。变压器或直流变换器的加入势 必会对整体的变换效率产生影响，因此，在输入电压大范围波动条件下仍能实现正常逆变 输出的非隔离单级型方案更适合应用于可再生能源和新能源发电应用领域中。
发明内容
本发明的目的是用双Si5Pic电路构建出一种可实现升降压变换的逆变器装置。技术方案为了达到上述的发明目的，本发明的双S印ic升降压输出并联组合型 逆变器包括电容分压电路、第一 S印ic电路和第二 S印ic电路；电容分压电路由两个相串联 的第一电容和第二电容构成，第一电容和第二电容的串联连接点接零电位点N，第一电容另 一端接外接电源2Ud的正极，第二电容另一端接外接电源2Ud的负极；第一 S印ic电路中， 第一功率二极管的阳极接电源2Ud的正极，阴极接第一功率开关管的阳极和第三电容的一 端，第一功率开关管的阴极接第一电感的一端，第一电感的另一端接零电位点N，第三电容 的另一端接第二电感的一端和第三功率开关管的阳极，第二电感的另一端接第一功率开关 管的阴极，第三功率二极管的阳极接第三功率开关管的阴极，第三功率二极管的阴极接负 载；第二 Si5Pic电路中，第二功率二极管的阴极接电源2Ud的负极，第二功率二极管的阳极 接第二功率开关管的阴极和第四电容的一端，第二功率开关管的阳极接第一功率开关管的 阴极，第四电容的另一端接第三电感的一端和第四功率开关管的阴极，第三电感的另一端 接第一功率开关管的阴极，第四功率二极管的阴极接第四功率开关管的阳极，第四功率二 极管的阳极接负载，同第三功率二极管的阴极接于负载的同一端，负载的另一端接第一功 率开关管的阴极。此种逆变器中的电感可以耦合到同一副磁芯上，通过耦合的方法使单个电感的值 和体积都可以减小，减少整体使用磁芯的数量。
本发明所提出的双Si5Pic升降压输出并联组合型逆变器包括两个Si5Pic电路，输 入使用电容分压电路，输出接滤波电容和负载。此电路的第一功率开关管和第二功率开关 管采用非互补工作方式，不同时导通，各工作在半个工频周期，一个开关管做高频调制工作 时另一个开关管保持关断，因此不需要设置死区，避免了桥臂直通问题，而只需要在工频过 零处设置适当的错位导通。相对于普通Si5Pic电路，本发明增加两只在正弦波的半个周期 保持开通或关断的单向开关，用于选择由哪个Si5Pic电路向负载供电。本发明采用单周期 控制的方法，逆变器工作时不需要设置偏置电流，电感电流连续，减小了 EMI。单周期控制还 具有响应迅速，有效抑制电源波动，实现简单等特点。电感L1、L2和L3的值可以较大，流经 电感的电流纹波较小，电路可以输出较大的功率。由于输出侧是并联型结构，可以更为容易 的构建三相系统。有益效果本发明是利用两个Si5Pic变换器组成的一种既可以升压又可以降压的 单级逆变器，具有如下优点在输入直流侧电压高于或低于输出交流电压峰_峰值时，此种逆变器仍能正常工 作，具有较宽的输入电压范围；采用单周期控制的方法，对输入侧电压的波动具有较强的抑 制能力。Sepic变换器本身在DC/DC变换领域中的应用比较成熟，在DC/DC变换中的电路参 数选取原则可以移植到本逆变器中，电路参数选取较为简单，便于设计。在高频工作的功率开关管无桥臂直通问题，因此不需要设置此两个开关管的死区 时间，避免了由于加入死区而带来的波形畸变，易于实现电路的高频化。电感电流连续，因此输出端只需一个小容量的滤波电容就可以实现较好的正弦波 形输出。
图1是本发明的双Si5Pic升降压输出并联组合型逆变器的电路结构示意图；图2是本发明的三相双Si5Pic升降压输出并联组合型逆变器构建示意图；图3-6是本发明的双Si5Pic升降压输出并联组合型逆变器各开关模态示意图；图7是本发明的双Sepic升降压输出并联组合型逆变器的功率开关管的驱动波形 示意图；图8是本发明的双S印ic升降压输出并联组合型逆变器的各电感电流和输出电压 波形图；图9是本发明的双Si5Pic升降压输出并联组合型逆变器采用的控制图；图10是本发明的双S印ic升降压输出并联组合型逆变器采用的给定波形及第三 和第四功率开关管的驱动波形。上述附图中的主要符号名称1.电容分压电路；2.第一S印ic电路；3.第二S印ic 电路；Cl C2——输入侧分压大电容。Cf——输出滤波电容。C3 C4——Sepic变换器电 容。Dl D4——功率二极管。Ll L3——线性电感。Sl S4——功率开关管。2Ud—— 逆变器输入电压即直流侧母线电压。iLl——电感Ll的电流。iL2——电感L2的电流。 iL3——电感L3的电流。R——负载阻抗。Vrefl——第一 S印ic变换器单周控制的给定。 Vref2——第二 S印ic变换器单周控制的给定。Rint——积分电路电阻。Cint——积分电路电容。
具体实施例方式如附图1所示，本实施方案的双S印ic升降压输出并联组合型逆变器，包括电容分 压电路1、第一 Si5Pic电路2和第二 Si5Pic电路3 ；电容分压电路由两个相串联的第一电容 Cl和第二电容C2构成，第一电容和第二电容的串联连接点接零电位点N，第一电容另一端 接外接电源2Ud的正极，第二电容另一端接外接电源2Ud的负极；第一 S印ic电路中，第一 功率二极管Dl的阳极接电源2Ud的正极，阴极接第一功率开关管Sl的阳极和第三电容C3 的一端，第一功率开关管的阴极接第一电感Ll的一端，第一电感的另一端接零电位点N，第 三电容的另一端接第二电感L2的一端和第三功率开关管S3的阳极，第二电感的另一端接 第一功率开关管的阴极，第三功率二极管D3的阳极接第三功率开关管的阴极，第三功率二 极管的阴极接负载；第二 S印ic电路中，第二功率二极管D2的阴极接电源2Ud的负极，第二 功率二极管的阳极接第二功率开关管S2的阴极和第四电容C4的一端，第二功率开关管的 阳极接第一功率开关管的阴极，第四电容的另一端接第三电感L3的一端和第四功率开关 管S4的阴极，第三电感的另一端接第一功率开关管的阴极，第四功率二极管D4的阴极接第 四功率开关管的阳极，第四功率二极管的阳极接负载，同第三功率二极管的阴极接于负载 的同一端，负载的另一端接第一功率开关管的阴极。双Si5Pic升降压型输出并联组合型逆变器在输出电流大于零的正半周，第一 Sepic电路2工作，第二 Si5Pic电路3不工作，功率开关管S4关断，功率开关管S3闭合。此 时电路包括两个工作状态工作状态I如附图3所示，功率开关管Sl和S3闭合，S2和S4关断，Cl，Dl, Si，Ll构成闭合 回路，电源通过Dl和Sl给Ll充电，Ll的电流iLl反向线性上升，电容C3与L2构成闭合 回路，L2的电流iL2上升。负载R由电容Cf续流。工作状态II如附图4所示，功率开关管Si、S2、S4关断，S3闭合，Cl，Dl, C3，S3，D3，负载，Ll 构成闭合回路，iLl给电容C3充电，L2，S3，D3负载构成闭合回路，L2通过负载放电。在输出电流小于零的负半周，第二 Sijpic电路3工作，第一 Sijpic电路2不工作， 功率开关管S3保持关断，S4全开通。此时电路也包括两个工作状态工作状态III如附图5所示，功率开关管S2和S4开通，Sl和S3关断，C2，Li，S2，D2构成闭合 回路，电流流过Ll返回电源负极，iLl正向线性上升，C4通过L3和S2组成闭合环路，L3的 电流iL3正向上升。续流二极管D4截止。工作状态IV如附图6所示，功率开关管Si、S2、S3关断，S4开通，C2，Li，负载，D4，S4，C4，D2 组成闭合回路，Ll通过负载给C4充电，L3，S4, D4同负载构成闭合回路，通过负载放电。以上四个工作模态可用表1来表示，电路关键波形如附图8所示，在输出电流过零 处即两个Sijpic电路2、3工作切换的位置，两个Sijpic电路2、3交替工作，以维持输出电压 波形。
表1双Si5Pic输出并联组合型逆变器的功率管开关组合状态
权利要求
一种双Sepic升降压输出并联组合型逆变器，其特征在于，包括电容分压电路(1)、第一Sepic电路(2)和第二Sepic电路(3)；电容分压电路(1)由两个相串联的第一电容(C1)和第二电容(C2)构成，第一电容(C1)和第二电容(C2)的串联连接点接零电位点N，第一电容(C1)另一端接外接电源2Ud的正极，第二电容(C2)另一端接外接电源2Ud的负极；第一Sepic电路(2)中，第一功率二极管(D1)的阳极接电源2Ud的正极，阴极接第一功率开关管(S1)的阳极和第三电容(C3)的一端，第一功率开关管(S1)的阴极接第一电感(L1)的一端，第一电感(L1)的另一端接零电位点N，第三电容(C3)的另一端接第二电感(L2)的一端和第三功率开关管(S3)的阳极，第二电感(L2)的另一端接第一功率开关管(S1)的阴极，第三功率二极管(D3)的阳极接第三功率开关管(S3)的阴极，第三功率二极管(D3)的阴极接负载；第二Sepic电路(3)中，第二功率二极管(D2)的阴极接电源2Ud的负极，第二功率二极管(D2)的阳极接第二功率开关管(S2)的阴极和第四电容(C4)的一端，第二功率开关管(S2)的阳极接第一功率开关管(S1)的阴极，第四电容(C4)的另一端接第三电感(L3)的一端和第四功率开关管(S4)的阴极，第三电感(L3)的另一端接第一功率开关管(S1)的阴极，第四功率二极管(D4)的阴极接第四功率开关管(S4)的阳极，第四功率二极管(D4)的阳极接负载，同第三功率二极管(D3)的阴极接于负载的同一端，负载的另一端接第一功率开关管(S1)的阴极。
2.如权利要求1所述的双S印ic升降压输出并联组合型逆变器，其特征在于，第一电感 (Li)，第二电感(L2)和第三电感(L3)耦合在同一副磁芯上。
3.如权利要求1所述的双S印ic升降压输出并联组合型逆变器，其特征在于，可以用三 个双Si5Pic升降压输出并联组合型逆变器构建三相系统，而输入使用同一个电源和电容分 压电路。
4.如权利要求1所述的双S印ic升降压输出并联组合型逆变器，其特征在于，外接电源 2Ud是可大范围变化的电源，它可低于或高于输出交流电压峰_峰值。
5.如权利要求1所述的双Si5Pic升降压输出并联组合型逆变器，其特征在于第一、第 二、第三、第四功率开关管可以是带体内反并联二极管的功率开关管，也可以是外接反并联 二极管的功率开关管。
全文摘要
本发明公开了一种双Sepic升降压输出并联组合型逆变器，采用两个既可升压又可降压的Sepic DC/DC电路在输出侧并联组合组成，能够实现升降压单相逆变并可推广到三相系统中实现三相逆变输出。该逆变器的基本功能是可实现升降压逆变，在输入侧直流电压较低或变化范围较大时，双Sepic升降压输出并联组合型逆变器仍能正常实现逆变功能；两个高频开关管采用非互补工作方式，不同时工作，避免了桥臂直通问题；电路参数设计原则可根据成熟的直流Sepic变换器设计原则进行设计；电感电流工作在连续状态下，减少了EMI的影响。该发明的主要应用为直流电压较低、变化较快或波动范围较大的可再生能源或新能源发电领域，如光伏发电、小型风电机组、燃料电池发电等。
文档编号H02M7/537GK101958660SQ20101050473
公开日2011年1月26日 申请日期2010年10月4日 优先权日2010年10月4日
发明者仇雷, 王欣, 王立乔, 邬伟扬 申请人:燕山大学