一种隔离型半桥高频链逆变器的制造方法

一种隔离型半桥高频链逆变器的制造方法
【专利摘要】本发明提供了一种隔离型半桥高频链逆变器，由全波整流电路和后端逆变器电路组成，其特征在于：逆变器电路包括两个功率开关管S1、S2，续流二极管D1、D2、D3、D4，两个储能电容C1、C2、一个滤波电容Co和一个滤波电感L，以及负载电阻Rload,前级无直流LC滤波环节，与后级电容储能半桥逆变电路构成隔离型半桥高频链逆变器；本发明省去了直流母线滤波环节，后级逆变环节采用高频无极性薄膜电容取代传统半桥逆变器的大电解电容Ca，Cb，并且只用了一个输出滤波电感，进一步减小了整机体积小和重量的目的，具有功率密度大，效率高的优点。
【专利说明】一种隔离型半桥高频链逆变器

【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种隔离型逆变器，属于电能变换装置中的单向电压源高频链逆变技 术领域。

【背景技术】
[0002] 直/交逆变器长期以来得到广泛关注的风力发电、太阳能发电等场合得到广泛应 用。有效地提高直/交逆变器的效率，对高效地利用新能源起着关键作用。同时，随着计算 机、通信设备等的广泛应用，用户对供电的质量及可靠性的要求越来越高。在航空上，随着 飞机性能的提高和用电设备的不断增加，高效、高可靠性、高功率密度、输入输出之间有电 气隔离的静止变流器成为了迫切的需要。逆变器作为航空静止变流器的关键部分，其效率、 可靠性、电气性能的提高，体积、重量的减小，有着重要的现实意义。
[0003] 半桥逆变器长期以来大量研究和应用的的一种逆变器拓扑，该拓扑结构很容易实 现逆变环节的高频化和高效率且电路功率管数量较少。但半桥逆变器需要两个大电解电容 对前级高频整流滤波后的直流电压进行均分，如果采用全波整流电路时也需要直流LC滤 波环节，这无疑会增加整机的体积和重量，且长期使用的直流滤波电容大部分都是电解电 容，但是电解电容存在温度范围窄容量随温度变化大，使用期限长时电解液干涸失效，可靠 性低等缺点，影响功率密度和整机效率及可靠性的提高。


【发明内容】

[0004] 所要解决的技术问题： 针对以上问题，本专利提出了一种新型无直流滤波环节隔离型半桥高频链逆变器拓 扑，减少了直流滤波环节，减少电路中所需要的电容容量，可以使用高频电容，有利于提高 整机可靠性，减少体积重量，实现逆变器的模块化。
[0005] 技术方案： 为了实现以上功能，本发明提供了一种隔离型半桥高频链逆变器，由全波整流电路和 后端逆变器电路组成，所述全波整流电路包括隔离变压器T，以及整流二极管Da、Db、D。、D d， 其中整流二极管Da、D。同向串联，整流二极管Db、Dd同向串联，所述隔离变压器T的副边A的 输出端连接整流二极管D a的阳极、整流二极管D。的阴极，所述隔离变压器T的副边C的输 出端连接整流二极管Db的阳极、整流二极管D d的阴极；其特征在于，所述逆变器电路包括 两个功率开关管51、52，续流二极管0 1、02、03、04，两个储能电容(：1、(： 2、一个滤波电容(；和 一个滤波电感L，以及负载电阻RlMd ; 具体连接方式为：所述功率开关管Si的漏极与续流二极管Di的阴极、整流二极管Da、Db 的阴极相连；功率开关管S2的源极与续流二极管D4的阳极、整流二极管D。、％的阳极相连； 功率开关管Si的源极和功率开关管S 2的漏极相连； 所述滤波电容C。的一端与隔离变压器T的抽头相连接，另一端与滤波电感L相连，并 且波电容C。的另一端与参考地相连；所述负载电阻RlMd并联在滤波电容C。两端； 所述滤波电感L的一端与滤波电容C。、参考地相连，另一端与功率开关管Si的源极以 及功率开关管S2的漏极相连，并且与续流二极管D2的阳极、续流二极管D3的阴极相连接； 所述续流二极管〇 1、02、03、04依次同向串联； 所述储能电容Ci的一端与隔离变压器T的抽头相连接，另一端与续流二极管Di的阳极 和续流二极管D2的阴极相连； 所述储能电容C2的一端与隔离变压器T的抽头相连接，另一端与续流二极管D3的阳极 和续流二极管D4的阴极与相连； 所述储能电容Cp C2为高频无极性薄膜电容。
[0006] 有益效果： 本发明省去了直流母线滤波环节，后级逆变环节采用高频无极性薄膜电容取代传统半 桥逆变器的大电解电容Ca，Cb，并且只用了一个输出滤波电感，与传统半桥逆变器需要两只 均压大电容和两只滤波电感造成整机体积和重量大，功率密度和整机效率不够高相比，该 新型无直流滤波环节隔离型半桥高频链逆变器达到了进一步减小了整机体积小和重量的 目的，具有功率密度大，效率高的优点。

【专利附图】

【附图说明】
[0007] 附图1是传统半桥逆变器结构图； 附图2是本发明的拓扑结构图； 附图3-附图8是本发明不同工作模态分析图； 附图9是本发明所采用的控制框图； 附图10是本发明空载时输出电压、储能电容电压U# υ?、滤波电感电流以及后级驱动 波形示意图； 附图11是本发明满载(阻性负载）时输出电压、储能电容电压U# 、滤波电感电流以 及后级驱动波形示意图； 其中，SpS2--功率开关管；T--隔离变压器；--整流二极管-- 储能电容；C。--输出滤波电容；Ca，Cb--直流滤波电容；La--直流滤波电感；L--滤波 电感--续流二极管；U。--逆变器输出电压；R lMd--负载电阻。

【具体实施方式】
[0008] 下面结合附图对本发明做更详细的描述： 本发明为一种隔离型半桥高频链逆变器，由全波整流电路和后端逆变器电路组成，所 述全波整流电路包括隔离变压器T，以及整流二极管Da、Db、D。、Dd，其中整流二极管D a、D。同 向串联，整流二极管Db、Dd同向串联，所述隔离变压器T的副边A的输出端连接整流二极管 Da的阳极、整流二极管D。的阴极，所述隔离变压器T的副边C的输出端连接整流二极管Db 的阳极、整流二极管Dd的阴极；其特征在于，所述逆变器电路包括两个功率开关管Si、S2， 续流二极管Dp D2、D3、D4，两个储能电容Q、C2、一个滤波电容C。和一个滤波电感L，以及负 载电阻R lMd; 具体连接方式为：所述功率开关管Si的漏极与续流二极管Di的阴极、整流二极管Da、Db 的阴极相连；功率开关管S2的源极与续流二极管D4的阳极、整流二极管D。、％的阳极相连； 功率开关管Si的源极和功率开关管s2的漏极相连； 所述滤波电容C。的一端与隔离变压器T的抽头相连接，另一端与滤波电感L相连，并 且波电容C。的另一端与参考地相连；所述负载电阻RlMd并联在滤波电容C。两端； 所述滤波电感L的一端与滤波电容C。、参考地相连，另一端与功率开关管Si的源极以 及功率开关管S2的漏极相连，并且与续流二极管D2的阳极、续流二极管D3的阴极相连接； 所述续流二极管〇 1、02、03、04依次同向串联； 所述储能电容q的一端与隔离变压器T的抽头相连接，另一端与续流二极管Di的阳极 和续流二极管D2的阴极相连； 所述储能电容C2的一端与隔离变压器T的抽头相连接，另一端与续流二极管D3的阳极 和续流二极管D4的阴极与相连； 所述储能电容Cp C2为高频无极性薄膜电容。
[0009] 下面结合【专利附图】

【附图说明】本发明的电路结构及工作原理。
[0010] 附图2是隔离型半桥高频链逆变器结构图，其电路的组成是，功率开关管Si、续流 二极管Dp D2和D3、储能电容Q和C2、滤波电感Q和滤波电容C。构成了电感电流正半周的 工作电路；功率开关管S 2、续流二极管D2、D3和D4、储能电容Q和C2、滤波电感Q和滤波电 容C。构成电感电流负半周的工作电路。
[0011] 附图4是本发明隔离型半桥高频链逆变器采用的控制框图，功率开关管Si，S2采用 SPWM控制。这是一种电压电流双闭环负反馈控制方式，控制结构由电压外环和电流内环构 成，其电压外环控制输出电压，电流内环用来采样输出电流，使其跟踪电压外环误差输出。 其控制原理为：将输出电压采样信号与正弦基准电压信号Ur相比较，通过PI调节输出一个 误差信号，它别用来作为电流环输入信号的给定，再与输出电流采样信号进行比较，通过一 个比例调节得到电流内环误差输出信号，该电流误差信号与具有一定幅值和频率的高频三 角载波相比较，生成功率开关管Sp S2的驱动信号。为了防止功率开关管Sp S2同时导通， 两路驱动信号之间要增加一定的死区时间。电压外环采用PI调节，开环增益高，且可精确 的控制输出电压跟随正弦基准电压。电流内环可等价为一个电流放大器，具有动态响应速 度快，能自然限流等特点，可以提高系统的可靠性。由于采用的是负反馈误差信号与固定频 率三角载波交截，得到的开关驱动信号也为固定频率，方便输出电感和滤波电容的设计。 实施例
[0012] 附图10和附图11分别给出了两个仿真实例：附图10给出了本发明电路空载时的 一些主要波形，附图11给出了本发明电路满载(阻性负载)时的一些主要波形。仿真参数如 下：前级输入电压U in=240V，输出电压为Ud=115V/400Hz，额定输出功率为500W，输出滤波电 容10 μ F，输出滤波电感500 μ H。仿真得到满载时输出电压THD= 0. 00602,两个仿真实例均 达到了预期的效果，验证了本发明提出的主电路和控制电路是正确的、可行的。
[0013] 下面以附图2为例，结合附图3来叙述本发明的隔离型半桥高频链逆变器右侧电 路工作模态。该隔离型半桥高频链逆变器共有六个工作模态，每个工作模态对应的等效电 路如图3所示。
[0014] 工作模态1 当电感电流为正半周期时，功率开关管s2处于关断状态，功率开关管Si开通，储能电容 Ci电压小于变压器副边电压，续流二极管D2导通，通过母线经滤波电感L向负载供电，并经 过续流二极管D2给电容储能电容q充电，滤波电感L电流k线性上升，电流流向如附图3 所示。
[0015] 工作模态2 功率开关管s2仍处于关断状态，功率开关管Si关断，储能电容C2，续流二极管D3为滤 波电感L的电流k组成续流通路，滤波电感L的电流k线性下降，滤波电感L中的能量转 移到储能电容C2中存储起来。电流流向如附图4所示。
[0016] 工作模态3 当输出电流为负半周期时，功率开关管Si处于关断状态，滤波电感L电流k为零。当 功率开关管S2开通后，由于在输出电流为正半周期内对储能电容C2的充电作用，导致储能 电容C 2上的电压高于变压器副边的电压，所以续流二极管D4导通，储能电容C2放电，滤波 电感L的电流k线性上升，电流流向如附图5所示。
[0017] 工作模态4 当储能电容c2放电至变压器副边电压时，续流二极管D3导通，母线电流经滤波电感L 向负载电阻RlMd供电，并经续流二极管D3给储能电容C2充电，滤波电感L的电流k线性上 升。电流流向如附图6所示。
[0018] 工作模态5 当模态4结束后，功率开关管Si仍处于关断状态，功率开关管S2关断，储能电容q，续 流二极管D2为滤波电感L的电流k组成续流通路，滤波电感L的电流k线性下降，滤波电 感L中的能量转移到储能电容q中存储起来。电流流向如附图7所示。
[0019] 工作模态6 当输出电感电流在刚进入正半周期时，功率开关管S2处于关断状态，滤波电感L电流k 为零。当功率开关管Si开通后，由于在输出电流为负半周期内对储能电容(^的充电作用， 导致储能电容Q上的电压高于变压器副边电压，所以续流二极管Di导通，储能Q放电，滤 波电感L的电流k线性上升，电流流向如附图8所示。
【权利要求】
1. 一种隔离型半桥高频链逆变器，由全波整流电路和后端逆变器电路组成，所述全波 整流电路包括隔离变压器T，以及整流二极管1、队、0。、0(1，其中整流二极管1、0。同向串联， 整流二极管D b、Dd同向串联，所述隔离变压器T的副边A的输出端连接整流二极管Da的阳 极、整流二极管D。的阴极，所述隔离变压器T的副边C的输出端连接整流二极管D b的阳极、 整流二极管比的阴极；其特征在于，所述逆变器电路包括两个功率开关管Si、S2，续流二 极管Dp D2、D3、D4，两个储能电容Q、C2、一个滤波电容C。和一个滤波电感L，以及负载电阻 Rload ; 具体连接方式为：所述功率开关管Si的漏极与续流二极管Di的阴极、整流二极管Da、Db 的阴极相连；功率开关管S2的源极与续流二极管D4的阳极、整流二极管D。、％的阳极相连； 功率开关管Si的源极和功率开关管S 2的漏极相连； 所述滤波电容C。的一端与隔离变压器T的抽头相连接，另一端与滤波电感L相连，并 且滤波电容C。的另一端与参考地相连；所述负载电阻RlMd并联在滤波电容C。两端； 所述滤波电感L的一端与滤波电容C。、参考地相连，另一端与功率开关管Si的源极以 及功率开关管S2的漏极相连，并且与续流二极管D2的阳极、续流二极管D3的阴极相连接； 所述续流二极管〇 1、02、03、04依次同向串联； 所述储能电容q的一端与隔离变压器T的抽头相连接，另一端与续流二极管Di的阳极 和续流二极管D2的阴极相连； 所述储能电容C2的一端与隔离变压器T的抽头相连接，另一端与续流二极管D3的阳极 和续流二极管D4的阴极与相连； 所述储能电容Cp C2为高频无极性薄膜电容。
【文档编号】H02M7/48GK104158416SQ201410337399
【公开日】2014年11月19日 申请日期:2014年7月16日 优先权日:2014年7月16日
【发明者】邓翔, 龚春英, 赵国庆 申请人:南京航空航天大学