专利名称：逆变电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及逆变电路。
背景技术：
现有的三电平逆变拓扑有以下缺点①控制较复杂，需要PWM波去控制四个开关管。②输出的正弦波比两电平逆变拓扑输出的正弦波反应慢。电感中电流的下降率与电感的两端电压有关，即U=L*di/dt。两电平逆变拓扑的续流回路是通过包括有滤波电容和充电电容的回路进行续流，电感两端电压为滤波电容的即时电压加上充电电容两端的电压，电流变化率di/dt较大。而三电平逆变拓扑的续流回路只通过滤波电容，不通过充电电容，所以电感两端电压只是滤波电容的即时电压，电流变化率di/dt较两电平逆变拓扑的小， 反应慢。③它也要求输入的电压要高于输出的电压，才能保证输出的波形。
发明内容
本发明的主要目的是提供一种同时具有两电平逆变拓扑和三电平逆变拓扑的优点的逆变电路。一种逆变电路，包括充电电容、第一开关管、第一电感、与所述第一电感紧密耦合的第二电感、第二开关管和第三开关管和滤波电容；所述第一开关管连接在第一充电电容正端和第一电感的输入端之间；所述第二电感的输入端与第一电感的输出端相连，其输出端与充电电容负端相连；所述第二开关管与第三开关管的串联支路的一端与所述第一电感的输入端相连，其另一端与所述第二电感的输出端相连；所述滤波电容的一端与所述第一电感的输出端相连，其另一端与所述第二开关管和第三开关管的连接点相连。所述第二开关管与第三开关管为单向导通开关，第二开关管与第三开关管串联连接，第二开关管的负端与所述第一电感的输入端相连，第三开关管的正端与所述第二电感的输出端相连。所述第二开关管与第三开关管为晶闸管SCR。所述第二开关管也可以为相串联的第二 IGBT和第二二极管，所述第二 IGBT的集电极与滤波电容第二端相连，发射极与第二二极管的阳极相连，第二二极管的阴极与第一电感输入端相连；所述第三开关管为相串联的第三IGBT和第三二极管，所述第三IGBT的集电极与第三二极管的阴极相连，发射极与滤波电容第二端相连，所述第三二极管的阳极与第二电感输出端相连。作为本发明电路的一个改进所述第一电感和第二电感的特性相同。所述第一开关管为第一 IGBT,其集电极与充电电容正端相连,其发射极与第一电感的输入端相连。作为本发明的另一个改进电路中还包括接在充电电容负端和第二电感的输出端之间第四开关管。所述第四开关管为第四IGBT，其集电极与第二电感的输出端相连，其发射极与充电电容负端相连。本发明电路采用了紧密耦合的电感，这样只要通过调节占空比D，就可以使输出的电压即可以比输入电压高，也可以比输入电压低。因此只需要较低的Vbus电压，就可以得至IJ我们希望的输出电压。电路反应快，失真少。由于Vbus电压较低，使得Vbus侧相关的器件电容和开关管的耐压要求可以降低，可以使用耐压较低的通用器件，特别适于输出电压较高的变换器，节约了成本。
图I是本发明所述的一种逆变电路原理图。
图2是本发明一个实施例的电路原理图。
具体实施例方式下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步地阐述。如图I所不,本发明电路包括充电电容Cl、第一开关管SI、第一电感L1-1、与所述第一电感Ll-I紧密耦合的第二电感L1-2、单向导通的第二开关管S2、单向导通的第三开关管S3和滤波电容C ;所述第一开关管SI连接在充电电容Cl正端和第一电感Ll-I的输入端之间；所述第二电感L1-2的输入端与第一电感Ll-I的输出端相连,其输出端与充电电容Cl负端相连；所述第二开关管S2和第三开关管S3是串联连接的，第二开关管S2的负端与所述第一电感Ll-I的输入端相连,第三开关管S3的正端与所述第二电感L1-2的输出端相连；所述滤波电容C的一端与所述第一电感Ll-I的输出端相连，其另一端与所述第二开关管S2和第三开关管S3的连接点相连。本发明电路中，所述第一电感Ll-I和第二电感L1-2的特性相同。其电路工作原理如下
在产生正弦波的正半周时第一开关管SI闭合，第二开关管S2和第三开关管S3断开，Vbus+和Vbus-之间的电压加在第一电感Ll-I和第二电感L1-2上，充电电容Cl上的能量向滤波第一电感Ll-I和第二电感L1-2上转移，电感电流逐渐上升，电感储能。所述电感电流的增加量为
Vin*D*T/2Ll,
其中D为Ton/T，即开关导通的占空比，LI是第一电感的电感值，T为周期。一段时间后，断开第一开关管SI，同时闭合第二开关管S2 (第三开关管S3保持断开)，第一电感上的储能向滤波电容C充电，电感电流下降，电感电流的减少量为
Vout*(I-D)*T/L1，
其中Vout为电感上的电压。由于第一电感Ll-I和第二电感L1-2为紧密耦合的电感，所以第二电感L1-2的能量会转移到第一电感Ll-I上向滤波电容C充电。因此滤波电容C上的电压逐渐上升。稳态时，电感电流的增加量等于其减少量，即
Vin*D*T/2Ll = Vout* (1_D)*T/L1，
由此我们可以得出
Vout = Vin*D/(2*(1-D))。同理，在产生正弦波的负半周时，第一开关管SI闭合，第二开关管S2和第三开关管S3断开，Vbus+和Vbus-之间的电压加在第一电感Ll-I和第二电感L1-2上，充电电容Cl上的能量向第一电感和第二电感上转移，电感电流逐渐上升，电感储能。一段时间后，断开第一开关管SI，同时闭合第三开关管S3 (第二开关管S2保持断开)，第二电感L1-2上的储能向滤波电容C充电，电感电流下降。由于第一电感Ll-I和第二电感L1-2为紧密耦合的电感，所以第一电感Ll-I的能量转移到第二电感L1-2上向滤波电容C进行反向充电。因此滤波电容C上的负方向电压逐渐上升。稳态时，根据上述推理方法同样可以得出
Vout = Vin*D/(2*(I-D))。由上式可得出通过改变开关的通断时间，即调节占空比D的值，就可以使滤波电容上电压值发生变化，改变输出电压的大小。这就意味着，输出电压既可以比输入电压高，也可以比输入电压低。这样只需要较低的Vbus电压，就能得到我们希望的输出电压。同时由于Uc为Ic的积分，电容上就可以得到我们希望的正弦波输出电压波形。该电流控制方式反应快，输出的电压波形失真小。 在一种实施例中，如图2所不，第一开关管SI为第一 IGBT,其集电极与充电电容Cl正端相连，其发射极与第一电感Ll-I的输入端相连；还包括反并联在所述第一 IGBT上的二极管。第二开关管S2与第三开关管S3为晶闸管SCR。本电路的其它连接与图I相同。电路工作过程中，电感储能向滤波电容释放时，由于紧密耦合，第二电感的能量第一电感的能量可以互相转移。这样，用SCR做续流支路，低频切换，第一开关管SI做PWM调节。其工作原理与图I电路相同。本发明电路采用了紧密耦合的电感，这样只要通过调节占空比D，就可以使输出的电压即可以比输入电压高，也可以比输入电压低。因此只需要较低的Vbus电压，就可以得到我们希望的输出电压。电路反应快，失真少。由于Vbus电压较低，使得Vbus侧相关的器件电容和开关管的耐压要求可以降低，可以使用耐压较低的通用器件，特别适于输出电压较高的变换器，节约了成本。在本发明的改进电路中，增加了第四开关管，将第一开关管和第四开关管的电压应力降低了一半，相应的损耗可以降低，逆变的效率得到提高；同时使得电感储能回路和释放能量回路绝对分开，实现了隔离。控制上，第一开关管在每个半周期中只开一次，简化了控制电路，同时减少了开关损耗。第二开关管和第三开关管只在半周中开关一次，减少了开关损耗。只要将第二开关管和第三开关管换成单方向的开关，控制上就可以让第二开关管和第三开关管按低频的开关模式工作，即正半周第二开关管一直导通，负半周第三开关管一直导通。由于其单方向电流流通的特点，同样可以得到需要的波形。这样第二开关管和第三开关管的开关损耗可以减小。由于输出的中线电流没有流经Vbus侧直流充电电解电容，所以电解电容上的纹波电流较小，可以节省电容的个数。本发明还可以利用三个同样的电路形成一个三相逆变器，每个单相都具有以上的效果。本发明可用在小型的UPS上，是一种成本低，性能好的方案。由于是利用电感进行储能，工作方式是电流源的模式，可以较简单地实现并联的功能，并具有抗短路的功能。只要对储能时的电感电流进行控制，多个逆变电路间进行同步，就可以实现逆变电路的直接并联。有较大的应 用前景。
权利要求
1.一种逆变电路，包括充电电容、第一开关管、第一电感和滤波电容，其特征在于还包括与所述第一电感耦合的第二电感、第二开关管和第三开关管；所述第一开关管连接在充电电容正端和第一电感的输入端之间；所述第二电感的输入端与第一电感的输出端相连，其输出端与充电电容负端相连；所述第二开关管与第三开关管的串联支路的一端与所述第一电感的输入端相连，其另一端与所述第二电感的输出端相连；所述滤波电容的一端与所述第一电感的输出端相连，其另一端与所述第二开关管和第三开关管的连接点相连。
2.根据权利要求I所述的逆变电路，其特征在于所述第二开关管与第三开关管为单向导通开关，第二开关管与第三开关管串联连接，第二开关管的负端与所述第一电感的输入端相连，第三开关管的正端与所述第二电感的输出端相连。
3.根据权利要求2所述的逆变电路，其特征在于所述第二开关管与第三开关管为晶闸管SCR。
4.根据权利要求2所述的逆变电路，其特征在于所述第二开关管为相串联的第二IGBT和第二二极管，所述第三开关管为相串联的第三IGBT和第三二极管，所述第二二极管的阴极与第一电感输入端相连，阳极与所述第二 IGBT的发射极相连；所述第三二极管的阳极与第二电感输出端相连，阴极与所述第三IGBT的集电极相连，所述第二 IGBT的集电极与所述第三IGBT的发射极相连。
5.根据权利要求I所述的逆变电路，其特征在于所述第一电感和第二电感的特性相同。
6.根据权利要求I所述的逆变电路，其特征在于所述第一开关管为第一IGBT，其集电极与充电电容正端相连，其发射极与第一电感的输入端相连。
7.根据权利要求I所述的逆变电路，其特征在于还包括接在充电电容负端和第二电感的输出端之间第四开关管。
8.根据权利要求7所述的逆变电路，其特征在于所述第四开关管为第四IGBT，其集电极与第二电感的输出端相连，其发射极与充电电容负端相连。
全文摘要
本发明涉及一种逆变电路及其逆变方法。所述电路包括充电电容、第一开关管、紧密耦合的第一电感和第二电感、第二开关管、第三开关管和滤波电容；所述第一开关管连接在第一充电电容正端和第一电感的输入端之间；第二电感的输入端与第一电感的输出端相连，输出端与充电电容负端相连；第二开关管与第三开关管的串联支路的一端与第一电感的输入端相连，其另一端与第二电感的输出端相连；滤波电容的一端与第一电感的输出端相连，其另一端与第二开关管和第三开关管的连接点相连。由于本发明电路采用了紧密耦合的电感，这样只要通过调节占空比D，就可以使输出的电压即可以比输入电压高，也可以比输入电压低。
文档编号H02M7/48GK102751893SQ20121022081
公开日2012年10月24日 申请日期2012年6月29日 优先权日2012年6月29日
发明者徐下兵 申请人:徐下兵