本发明涉及电力电子领域，尤其涉及一种基于准y源阻抗网络的半桥逆变器。
背景技术：
半桥逆变器具有结构简单、开关管数量少等特点，因此，被大量的应用在工业领域，传统的单相半桥逆变器如图1所示，其同一桥臂上的开关管交替导通的过程中若因为电磁干扰等原因误触发导致同时开通，会损坏开关管，对电路造成较大的影响。
并且，传统的单向逆变器输出交流电压的幅值固定且为直流母线电压的一半，当需要升压时，如图2所示，需要额外加入一级升压电路，导致整体电路控制复杂化，效率降低，或者在输出端加入升压变压器以提高输出电压，但是增加了电路的体积和成本。
因此，导致了当前的单向逆变器在误触发导致同时开通，会损坏开关管，且需要升压时，控制复杂，效率降低，增加电路体积和成本的技术问题。
技术实现要素：
本发明提供了一种基于准y源阻抗网络的半桥逆变器，解决了当前的单向逆变器在误触发导致同时开通，会损坏开关管，且需要升压时，控制复杂，效率降低，增加电路体积和成本的技术问题。
本发明提供了一种基于准y源阻抗网络的半桥逆变器，包括：直流电源、第一开关管模块、第二开关管模块、第一电感、第二电感、第三电感、第一电容、第二电容、第三电容和二极管；
所述第一电感、所述第二电感和所述第三电感组成三绕组耦合电感，所述第一电感的第一端、所述第二电感的第一端和所述第三电感的第一端为同名端；
所述直流电源的正极分别与所述第一电容的第一端、所述第三电容的第二端和所述二极管的阳极电连接；
所述第一电容的第二端与所述第二电容的第一端电连接，所述第一电容和所述第二电容的公共端与所述负载的第一端电连接；
所述二极管的阴极与所述第一电感的第一端电连接；
所述第一电感的第二端分别与所述第二电感的第一端和所述第三电感的第一端电连接；
所述第二电感的第二端与所述第三电容的第一端电连接；
所述第三电感的第二端与所述第一开关管模块的第一端电连接；
所述第一开关管模块的第二端与所述第二开关管模块的第一端电连接，所述第一开关管模块和所述第二开关管模块的公共端与所述负载的第二端电连接；
所述直流电源的负极分别与所述第二电容的第二端和所述第二开关管模块的第二端电连接。
优选地，所述第一电感、所述第二电感和所述第三电感共用一个铁芯。
优选地，所述第一开关管模块由一个开关管组成；
所述第二开关管模块由一个开关管组成。
优选地，所述第一开关管模块由至少两个开关管并联组成；
所述第二开关管模块由至少两个开关管并联组成。
优选地，所述第一开关管模块和所述第二开关管模块中的开关管均为nmos，其中，第一开关管模块的第一端为第一开关管模块内nmos的漏极，第二开关管模块的第一端为第二开关管模块内nmos的漏极，第一开关管模块的第二端为第一开关管模块内nmos的源极，第二开关管模块的第二端为第二开关管模块内nmos的源极。
优选地，所述第一开关管模块和所述第二开关管模块中的开关管均为igbt，其中，第一开关管模块的第一端为第一开关管模块内igbt的集电极，第二开关管模块的第一端为第二开关管模块内igbt的集电极，第一开关管模块的第二端为第一开关管模块内igbt的发射极，第二开关管模块的第二端为第二开关管模块内igbt的发射极。
优选地，所述第一电容、所述第二电容和所述第三电容均为有极性电容，其中，所述第一电容、所述第二电容和所述第三电容的第一端均为所述有极性电容的正端，所述第一电容、所述第二电容和所述第三电容的第二端均为所述有极性电容的负端。
从以上技术方案可以看出，本发明具有以下优点：
本发明提供了一种基于准y源阻抗网络的半桥逆变器，包括：直流电源、第一开关管模块、第二开关管模块、第一电感、第二电感、第三电感、第一电容、第二电容、第三电容和二极管；所述第一电感、所述第二电感和所述第三电感组成三绕组耦合电感，所述第一电感的第一端、所述第二电感的第一端和所述第三电感的第一端为同名端；所述直流电源的正极分别与所述第一电容的第一端、所述第三电容的第二端和所述二极管的阳极电连接；所述第一电容的第二端与所述第二电容的第一端电连接，所述第一电容和所述第二电容的公共端与所述负载的第一端电连接；所述二极管的阴极与所述第一电感的第一端电连接；所述第一电感的第二端分别与所述第二电感的第一端和所述第三电感的第一端电连接；所述第二电感的第二端与所述第三电容的第一端电连接；所述第三电感的第二端与所述第一开关管模块的第一端电连接；所述第一开关管模块的第二端与所述第二开关管模块的第一端电连接，所述第一开关管模块和所述第二开关管模块的公共端与所述负载的第二端电连接；所述直流电源的负极分别与所述第二电容的第二端和所述第二开关管模块的第二端电连接。
本发明提供的一种基于准y源阻抗网络的半桥逆变器在运行过程中无直通断路的风险，安全性高，且电路结构简单，无需额外增加一级升压电路，便于控制，可以通过调节该电路的直通占空比调节电路的输出电压，可以通过三个绕组的匝数实现对输出电压的宽电压范围控制，且三绕组耦合电感与变压器相比，减小了体积，降低了成本，解决了当前的单向逆变器在误触发导致同时开通，会损坏开关管，且需要升压时，控制复杂，效率降低，增加电路体积和成本的技术问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为传统的单相半桥逆变器电路图；
图2为传统的单相半桥逆变器加入升压环节的电路图；
图3为传统的单相半桥逆变器的输出端加入变压器的电路图；
图4为本发明提供的一种基于准y源阻抗网络的半桥逆变器的完整电路图；
图5为为本发明实施例提供的一种基于准y源阻抗网络的半桥逆变器在第一开关管模块和第二开关管模块都开通时的电路图；
图6为本发明实施例提供的一种基于准y源阻抗网络的半桥逆变器在第一开关管模块开通，第二开关管模块关断时的电路图；
图7为本发明实施例提供的一种基于准y源阻抗网络的半桥逆变器在第一开关管模块关断，第二开关管模块开通时的电路图；
其中，附图标记如下：
vd、直流电源；l1、第一电感；l2、第二电感；l3、第三电感；d1、二极管；s1、第一开关管模块；s2、第二开关管模块；c1、第一电容；c2、第二电容；c3、第三电容；r1、负载。
具体实施方式
本发明实施例提供了一种基于准y源阻抗网络的半桥逆变器，解决了当前的单向逆变器在误触发导致同时开通，会损坏开关管，且需要升压时，控制复杂，效率降低，增加电路体积和成本的技术问题。
为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图4至图7，本发明实施例提供了一种基于准y源阻抗网络的半桥逆变器的一个实施例，包括：
直流电源vd、第一开关管模块s1、第二开关管模块s2、第一电感l1、第二电感l2、第三电感l3、第一电容c1、第二电容c2、第三电容c3和二极管d1；
第一电感l1、第二电感l2和第三电感l3组成三绕组耦合电感，第一电感l1的第一端、第二电感l2的第一端和第三电感l3的第一端为同名端；
直流电源vd的正极分别与第一电容c1的第一端、第三电容c3的第二端和二极管d1的阳极电连接；
第一电容c1的第二端与第二电容c2的第一端电连接，第一电容c1和第二电容c2的公共端与负载r1的第一端电连接；
二极管d1的阴极与第一电感l1的第一端电连接；
第一电感l1的第二端分别与第二电感l2的第一端和第三电感l3的第一端电连接；
第二电感l2的第二端与第三电容c3的第一端电连接；
第三电感l3的第二端与第一开关管模块s1的第一端电连接；
第一开关管模块s1的第二端与第二开关管模块s2的第一端电连接，第一开关管模块s1和第二开关管模块s2的公共端与负载r1的第二端电连接；
直流电源vd的负极分别与第二电容c2的第二端和第二开关管模块s2的第二端电连接。
需要说明的是，如图5、图6和图7所示，本实施例中的基于准y源阻抗网络的半桥逆变器存在三种工作模态，图5、图6和图7中虚线部分为非工作部分，可视为不存在；
当基于准y源阻抗网络的半桥逆变器工作在模态1时，第一开关管模块s1和第二开关管模块s2开通，二极管d1承受反压截止，直流电源vd对第一电容c1充电，第三电容c3和第二电感l2对第三电感l3充电，第二电容c2为负载r1提供能量；
当基于准y源阻抗网络的半桥逆变器工作在模态2时，第一开关管模块s1开通，第二开关管模块s2关断，二极管d1正向导通，直流电源vd和第一电容c1对第一电感l1、第二电感l2、第三电容c3、第三电感l3和第二电容c2充电，并为负载r1提供能量；
当基于准y源阻抗网络的半桥逆变器工作在模态3时，第一开关管模块s1关断，第二开关管模块s2开通，二极管d1正向导通，直流电源vd对第一电容c1、第一电感l1、第二电感l2和第三电容c3充电，第二电容c2为负载r1提供能量；
本实施例提供的一种基于准y源阻抗网络的半桥逆变器在运行过程中无直通断路的风险，安全性高，且电路结构简单，无需额外增加一级升压电路，便于控制，可以通过调节该电路的直通占空比调节电路的输出电压，可以通过三个绕组的匝数实现对输出电压的宽电压范围控制，且三绕组耦合电感与变压器相比，减小了体积，降低了成本，解决了当前的单向逆变器在误触发导致同时开通，会损坏开关管，且需要升压时，控制复杂，效率降低，增加电路体积和成本的技术问题。
以上为本发明实施例提供的一种基于准y源阻抗网络的半桥逆变器的一个实施例，以下为本发明实施例提供的一种基于准y源阻抗网络的半桥逆变器的另一个实施例。
请参阅图4至图7，本发明实施例提供了一种基于准y源阻抗网络的半桥逆变器的另一个实施例，包括：
直流电源vd、第一开关管模块s1、第二开关管模块s2、第一电感l1、第二电感l2、第三电感l3、第一电容c1、第二电容c2、第三电容c3和二极管d1；
第一电感l1、第二电感l2和第三电感l3组成三绕组耦合电感，第一电感l1的第一端、第二电感l2的第一端和第三电感l3的第一端为同名端；
直流电源vd的正极分别与第一电容c1的第一端、第三电容c3的第二端和二极管d1的阳极电连接；
第一电容c1的第二端与第二电容c2的第一端电连接，第一电容c1和第二电容c2的公共端与负载r1的第一端电连接；
二极管d1的阴极与第一电感l1的第一端电连接；
第一电感l1的第二端分别与第二电感l2的第一端和第三电感l3的第一端电连接；
第二电感l2的第二端与第三电容c3的第一端电连接；
第三电感l3的第二端与第一开关管模块s1的第一端电连接；
第一开关管模块s1的第二端与第二开关管模块s2的第一端电连接，第一开关管模块s1和第二开关管模块s2的公共端与负载r1的第二端电连接；
直流电源vd的负极分别与第二电容c2的第二端和第二开关管模块s2的第二端电连接。
需要说明的是，如图5、图6和图7所示，本实施例中的基于准y源阻抗网络的半桥逆变器存在三种工作模态，图5、图6和图7中虚线部分为非工作部分，可视为不存在；
当基于准y源阻抗网络的半桥逆变器工作在模态1时，第一开关管模块s1和第二开关管模块s2开通，二极管d1承受反压截止，直流电源vd对第一电容c1充电，第三电容c3和第二电感l2对第三电感l3充电，第二电容c2为负载r1提供能量；
当基于准y源阻抗网络的半桥逆变器工作在模态2时，第一开关管模块s1开通，第二开关管模块s2关断，二极管d1正向导通，直流电源vd和第一电容c1对第一电感l1、第二电感l2、第三电容c3、第三电感l3和第二电容c2充电，并为负载r1提供能量；
当基于准y源阻抗网络的半桥逆变器工作在模态3时，第一开关管模块s1关断，第二开关管模块s2开通，二极管d1正向导通，直流电源vd对第一电容c1、第一电感l1、第二电感l2和第三电容c3充电，第二电容c2为负载r1提供能量；
对上述三种模态下的电感和电容进行分析，得出第一电感l1的电压和输出电压分别为：
其中，n1为第一电感l1的匝数，n2为第二电感l2的匝数，n3为第三电感l3的匝数，vl为第一电感l1的电压，vc2为第二电容c2的电压，vc3为第三电容c3的电压；
定义d1为第一开关管模块s1的占空比，d2为第二开关管模块s2的占空比，t为开关管驱动信号的周期，根据电感的伏秒平衡定理和电容的安秒平衡定理，可以得到：
当基于准y源阻抗网络的半桥逆变器工作在模态1和模态3时：
当基于准y源阻抗网络的半桥逆变器工作在模态2时：
由式(3)和式(4)可得，基于准y源阻抗网络的半桥逆变器的输出电压vo由第一开关管模块s1的占空比、第二开关管模块s2的占空比、第一电感l1的匝数、第二电感l2的匝数和第三电感l3的匝数共同决定，实际应用过程中，根据需要改变第一开关管模块s1的占空比、第二开关管模块s2的占空比、第一电感l1的匝数、第二电感l2的匝数和第三电感l3的匝数即可得到所需的输出电压；
同时第二电容c2和第三电容c3的两端也可以与其他负载连接，从而实现同时为多个负载供电，可以满足工业发展的需求。
进一步地，第一电感l1、第二电感l2和第三电感l3共用一个铁芯。
需要说明的是，三个绕组的电感可以绕在一个磁芯上，减小了体积，降低了成本。
进一步地，第一开关管模块s1由一个开关管组成；
第二开关管模块s2由一个开关管组成。
需要说明的是，在实际应用过程中，如果升压过程中的电流较小，则第一开关管模块s1和第二开关管模块s2皆可只由一个开关管组成，从而节约才成本。
进一步地，第一开关管模块s1由至少两个开关管并联组成；
第二开关管模块s2由至少两个开关管并联组成。
需要说明的是，在实际应用过程中，如果升压过程中的电流较大，则为了避免损坏器件，第一开关管模块s1和第二开关管模块s2可由至少两个开关管并联组成。
进一步地，第一开关管模块s1和第二开关管模块s2中的开关管均为nmos，其中，第一开关管模块s1的第一端为第一开关管模块s1内nmos的漏极，第二开关管模块s2的第一端为第二开关管模块s2内nmos的漏极，第一开关管模块s1的第二端为第一开关管模块s1内nmos的源极，第二开关管模块s2的第二端为第二开关管模块s2内nmos的源极。
需要说明的是，nmos(n-metal-oxide-semiconductor，n型金属-氧化物-半导体)晶体管是开关管中的一种，在一块掺杂浓度较低的p型硅衬底(提供大量可以动空穴)上，制作两个高掺杂浓度的n+区(n+区域中有大量为电流流动提供自由电子的电子源)，并用金属铝引出两个电极，分别作漏极和源极，然后在半导体表面覆盖一层很薄的二氧化硅(sio2)绝缘层，在漏——源极间的绝缘层上再装上一个铝电极(通常是多晶硅),作为栅极，在衬底上也引出一个电极，这就构成了一个n沟道增强型mos管；
nmos具有开关速度快、开关损耗小的优点。
进一步地，第一开关管模块s1和第二开关管模块s2中的开关管均为igbt，其中，第一开关管模块s1的第一端为第一开关管模块s1内igbt的集电极，第二开关管模块s2的第一端为第二开关管模块s2内igbt的集电极，第一开关管模块s1的第二端为第一开关管模块s1内igbt的发射极，第二开关管模块s2的第二端为第二开关管模块s2内igbt的发射极。
需要说明的是，igbt(insulatedgatebipolartransistor，绝缘栅双极型晶体管)，是由bjt(双极型三极管)和mos(绝缘栅型场效应管)组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件,兼有mosfet的高输入阻抗和gtr的低导通压降两方面的优点。
除了nmos和igbt之外，第一开关管模块s1和第二开关管模块s2还可以是其他类型的开关管，实际应用过程中根据需要进行选择。
进一步地，第一电容c1、第二电容c2和第三电容c3均为有极性电容，其中，第一电容c1、第二电容c2和第三电容c3的第一端均为有极性电容的正端，第一电容c1、第二电容c2和第三电容c3的第二端均为有极性电容的负端。
需要说明的是，有极性电容的容量比较大，能够适用于高压高功率的场合，当然，本申请中也可以选用无极性电容，本申请在此不做特别的限定，根据实际情况来定；
本实施例提供的一种基于准y源阻抗网络的半桥逆变器在运行过程中无直通断路的风险，安全性高，且电路结构简单，无需额外增加一级升压电路，便于控制，可以通过调节该电路的直通占空比调节电路的输出电压，可以通过三个绕组的匝数实现对输出电压的宽电压范围控制，且三绕组耦合电感与变压器相比，减小了体积，降低了成本，解决了当前的单向逆变器在误触发导致同时开通，会损坏开关管，且需要升压时，控制复杂，效率降低，增加电路体积和成本的技术问题。
在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。