逆变器的制作方法

本实用新型涉及电子电路技术领域，具体涉及一种逆变器。

背景技术：

随着交直流配电网的不断发展，同时具备交、直流接口的新一代变电站具有很高的发展前景，而逆变器与电力电子变压器的配合使用可以为变电站提供具备多端口的能力。通常来讲，逆变器可为电力电子变压器端口提供交、直转换的功能，并且能够在一定程度上改变电压等级。

目前交直流混合配电网直流负荷和电源种类繁多，需要方便各种电压等级的直流电源和直流负荷接入电网，需要逆变器具有宽范围电压增益能力。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型实施例提供了一种逆变器，以解决逆变器的宽范围电压增益的问题。

根据第一方面，本实用新型实施例提供了一种逆变器，包括：

DC-DC变换模块；

逆变模块，与所述DC-DC变换模块串联，所述逆变模块包括至少两组并联的储能单元以及逆变电路；

其中，所述储能单元具有第一开关管、第二开关管、第一电容以及第一二极管；所述第一开关管与所述第一电容并联，所述第二开关管与并联后的所述第一开关管以及所述第一电容串联，所述第一开关管的第一端以及所述第二开关管的第二端分别与所述DC-DC变换模块的输出端连接，所述第一开关管的第二端与所述第二开关管的第一端连接；所述第一二极管的一端与所述DC-DC变换模块的输出端连接，另一端与所述第一电容连接。

本实用新型实施例提供的逆变器，在逆变模块之前通过DC-DC变换模块提高逆变器的输入电压等级，再结合逆变模块中的储能单元进一步提高逆变器的输入电压等级，使得逆变器的输出电压具有宽范围的增益。

结合第一方面，在第一方面第一实施方式中，所述并联的储能单元为4组。

本实用新型实施例提供的逆变器，通过合理设置储能单元的数量，在提高逆变模块高增益输出的同时，能够避免储能模块的数量过多所导致的控制难度增大，效率下降，以及较大的谐波失真。

结合第一方面，在第一方面第二实施方式中，所述DC-DC变换模块包括：

第三开关管；

第四开关管，与所述第三开关管串联；

至少一组升压电路，所述升压电路具有依次串联的第二二极管、第三二极管以及第二电容，所述第二二极管与所述第三二极管之间连接有第三电容，所述第三电容的另一端接入所述第三开关管与所述第四开关管之间，所述第二二极管的另一端与第三开关管的第一端连接，所述第二电容的另一端与所述第四开关管的第二端连接；

谐振电感，其一端接入所述第三开关管与所述第四开关管之间，另一端与各所述升压电路中的所述第三电容连接。

本实用新型实施例提供的逆变器，通过设置谐振电感，使得在特定的开关频率下，利用准谐振软开关有效抑制了开关损耗；同时，在第三开关管以及第四开关管任意一个导通时，由于谐振环的作用，开关管实现了零电流开通的机制。在谐振电流达到最大峰值后逐渐降低至零，由于二极管的作用电流不会继续降到负值形成反向电流，使关断时电流为零从而实现了软开关，提高了整体效率。

结合第一方面第二实施方式，在第一方面第三实施方式中，所述第三开关管以及所述第四开关管相同。

本实用新型实施例提供的逆变器，通过设置相同的开关管，减小控制难度，提高整体效率。

结合第一方面第三实施方式，在第一方面第四实施方式中，所述第三开关管以及所述第四开关管为N型MOSFET。

结合第一方面第二实施方式，在第一方面第五实施方式中，所述DC-DC变换模块包括3组所述升压电路。

结合第一方面，在第一方面第六实施方式中，所述逆变电路为全桥逆变电路。

结合第一方面第六实施方式，在第一方面第七实施方式中，所述全桥逆变电路中的开关管与所述储能单元中的开关管相同。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是根据本实用新型实施例的逆变器的结构示意图；

图2是根据本实用新型实施例的逆变模块的结构示意图；

图3是根据本实用新型实施例的DC-DC变换模块的结构示意图；

图4是根据本实用新型实施例的DC-DC变换模块的结构示意图；

图5是根据本实用新型实施例逆变器的结构示意图；

图6是根据本实用新型实施例的逆变器的控制方法流程图；

附图标记：

10-DC-DC变换模块；Q1-第三开关管；Q2-第四开关管；D1a、D1b、D1c-第二二极管；D2a、D2b、D2c-第三二极管；C2a、C2b、C2c-第二电容；C1a、C1b、C1c-第三电容；Lr-谐振电感；

20-逆变模块；

21-储能单元；SS1、SS2、SS3、SS4-第一开关管；SP1、SP2、SP3、SP4-第二开关管；C1、C2、C3、C4-第一电容；DP1、DP2、DP3、DP4-第一二极管；

22-逆变电路。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型实施例提供一种逆变器，如图1所示，包括串联的DC-DC变换模块10以及逆变模块20。其中，逆变模块20包括至少两组并联的储能单元21以及逆变电路22。在图1中以4组储能单元21为例进行描述的，具体储能单元21的数量可以根据实际情况进行具体设置，在此并不做任何限制。

请结合图1，在DC-DC变换模块10与逆变电路21之间并联有2组储能单元21，每组储能单元21具有第一开关管SS1、第二开关管SS2、第一电容C1以及第一二极管DP1。其中，第一开关管SS1与第一电容C1并联后，再与第二开关管SP1串联，第一开关管SS1的第一端以及第二开关管SP1的第二关于DC-DC变换模块10的输出端连接。第一二极管DP1的一端与DC-DC变换模块10的输出端连接，另一端与第一电容C1连接。

需要说明的是，第一二极管DP1以及第二二极管DP2的连接方式并不限于图1中所示，其具体连接方式取决于DC-DC变换模块10所输出电压的正负极。具体地，当DC-DC变换模块10输出的电压为上正下负时，DP1以及DP2的连接方式如图1所示，即DP1以及DP2的阳极与DC-DC变换模块10所输出电压的阳极连接；当DC-DC变换模块10输出的电压为上负下正时，DP1以及DP2的连接方式与图1相反，即左边为阴极，右边为阳极。只需保证DP1以及DP2的阳极与DC-DC变换模块10所输出电压的阳极连接即可。

具体地，在图1中包括两组并联的储能单元21的工作过程如下：当SS1以及SS2关断，SP1以及SP2导通时，两组储能单元21中的两个第一电容C1以及C2并联，DC-DC变换模块的输出电压V1向第一电容C1以及C2充电，使其充电电压达到V1；当SS1以及SS2导通，SP1以及SP2关断时，两组储能单元21中的两个第一电容C1以及C2串联，串联的第一电容C1以及C2向逆变电路22放电，那么此时储能单元21向逆变电路22放电的电压为2倍的V1。因此，在DC-DC变换模块10与逆变电路21之间并联有储能单元21，用于提高DC-DC变换模块10的输出电压。

其中的DC-DC变换模块10用于将输入逆变器的直流电压升压后输入逆变模块，在此对DC-DC变换模块10的具体结构并不做任何限制，只需保证其能够提升逆变器的输入电压即可。

同时，对于逆变电路22而言，其可以是半桥逆变电路，也可以全桥逆变电路，或者其他具有逆变功能的电路，在此对其具体结构并不做任何限定，只需保证其能够将输入的直流电转换为交流电即可。

本实施例提供的逆变器，在逆变模块20之前通过DC-DC变换模块10提高逆变器的输入电压等级，再结合逆变模块20中的储能单元21进一步提高逆变器的输入电压等级，使得逆变器的输出电压具有宽范围的增益。

作为本实施例的一种可选实施方式，如图2所示，在DC-DC变换模块10与逆变电路21之间并联有4组储能单元21。从提高输入逆变电路22的电压等级的角度考虑的话，所并联的储能单元21越多，输入逆变电路22的电压等级越高；但是所并联的储能单元21越多，相应地电路控制难度增大，同时会带来较大的谐波失真。因此，通过合理设置储能单元的数量，在提高逆变模块高增益输出的同时，能够避免储能模块的数量过多所导致的控制难度增大、效率下降，以及较大的谐波失真。

进一步可选地，所述逆变电路采用全桥逆变电路。全桥逆变电路包括四个开关管，分别为SI1、SI2、SI3以及SI4，两组串联在一起的两个开关管，定义为第一组和第二组；即，第一组为串联的SI1以及SI4，第二组为串联的SI3以及SI4。第一组两个开关管中间位置接交流输出侧的一端，第二组两个开关管中间位置接交流输出侧的另一端。第一组开关管和第二组开关管相并联，与储能单元21的输出端连接。

在本实施例的一些可选实施方式中，DC-DC变换模块10包括第三开关管Q1、第四开关管Q2、至少一组升压电路以及谐振电感Lr；其中，谐振电感Lr的一端接入第三开关管Q1与第四开关管Q2之间，另一端与各升压电路中的第三电容C1a连接。具体地，如图3所示，在图3中一组升压电路为例进行描述的，而升压电路的数量并不限于图3中1组，可以根据实际情况进行具体设置，例如可以是2组、3组、4组等等，在此对其具体数量并不做任何限制。

请在此结合图3，第三开关管Q1与第四开关管Q2串联。升压电路包括依次串联的第二二极管D1a、第三二极管D2a以及第二电容C2a，在第二二极管D1a与第三二极管D2a之间连接有第三电容C1a，第三电容C1a的另一端接入第三开关管Q1与第四开关管Q2之间，第二二极管D1a的另一端与第三开关管Q1的第一端连接，第二电容C2a的另一端与第四开关管Q2的第二端连接。其中，第三二极管D2a与第二电容C2a之间引出导线，且第二电容C2a的另一端引出导线，所引出的两个导线作为DC-DC变换模块10的输出端。

对于DC-DC变换模块10而言，其具体工作过程为：当Q1关断，Q2导通时，第三电容C1a以及第二电容C2a并联，输入DC-DC变换模块10的电源对第三电容C1a以及第二电容C2a进行充电；当Q1导通，Q2关断时，第三电容C1a以及第二电容C2a串联，输入电源以及第三电容C1a向第二电容C2a充电至2倍的输入电源；当Q1以及Q2关断时，第二电容C2a向逆变模块20放电。因此，通过对Q1以及Q2的控制，提升输入电源的电压后输入逆变模块20。

作为本实施例的一种可选实施方式，DC-DC变换模块10包括3组升压电路，具体地如图4所示，从左往右依次称之为第一升压电路、第二升压电路以及第三升压电路。其中，第一升压电路包括第二二极管D1a、第三二极管D2a第二电容C2a以及第三电容C1a；第二升压电路包括第二二极管D1b、第三二极管D2b、第二电容C2b以及第三电容C1b；第三升压电路包括第二二极管D1c、第三二极管D2c、第二电容C2c以及第三电容C1c。谐振电感Lr的一端接入第三开关管Q1与第四开关管Q2之间，另一端与第三电容C1a、C1b以及C1c的一端连接，以形成谐振电路。

通过设置谐振电感Lr使得在特定的开关频率下，利用准谐振软开关有效抑制了开关损耗；同时，在第三开关管以及第四开关管任意一个导通时，由于谐振环的作用，开关管实现了零电流开通的机制。在谐振电流达到最大峰值后逐渐降低至零，由于二极管的作用电流不会继续降到负值形成反向电流，使关断时电流为零从而实现了软开关，提高了整体效率。

在本实施例的一些可选实施方式中，第三开关管Q1与第四开关管Q2相同，通过设置相同的开关管，减小控制难度，提高整体效率。

进一步可选地，第三开关管Q1以及第四开关管Q2为N型MOSFET，第三开关管Q1的漏极以及第四开关管Q2的源极接入输入电源，第三开关管Q1的源极与第四开关管Q2的漏极连接。

该DC-DC变换模块10可以实现从零负载到全负载范围内的软开关，但其相关参数的选择要满足以下两个条件才能保证DC-DC变换模块10软开关的正常工作。第一，开关频率应小于谐振频率，开关动作应在谐振电流经正弦变化为零之后进行；第二，谐振电容的电压纹波应予以限定。

作为本实施例的一种可选实施方式，如图2所述，逆变电路中的开关管SI1-SI4与储能单元中的开关管相同，进一步地，该逆变器中的所有开关管全部相同，例如可以为N型MOSFET。

本实用新型实施例还提供了一种逆变器，如图5所示，包括串联的DC-DC变换模块10以及逆变模块20，其中，DC-DC变换模块10具有3组并联的升压电路，逆变模块20具有4组并联的储能单元。具体地DC-DC变换模块10以及逆变模块20的具体结构细节，请参见图1值图4所示实施例的详细描述，在此不做限制。

本实施例提供的逆变器具有高增益，其中，DC-DC变换模块10的直流输入电压升压倍数大于4。对于逆变模块20而言，包括四个第一二极管DP1-DP4以及12个开关器件SS1-SS4，SP1-SP4，SI1-SP4。其中SI1-SI4的连接方式为全桥逆变结构，剩余八个开关管的拓扑结构与多电平逆变器类似，但与之相比本实施例所提供的拓扑结构所用器件更少，但是兼具了多电平逆变器可靠性高、易于模块化等优点。由于逆变模块20所用器件更少，对应的体积较小，那么该逆变模块20就具有较大的功率密度。

本实用新型实施例还提供了一种逆变器的控制方法，其中逆变器为图1至图5任一所示实施例所述的逆变器。具体地，该逆变器的控制方法包括：

S11，控制储能单元中所有的第一开关管关断且所有的第二开关管导通，以使得所有第一电容并联。

以开关管为N型MOSFET为例进行描述，N型MOSFET的通断是利用栅极电压进行控制的，因此，对于逆变模块20而言，通过对储能单元21中的4个第一开关管SS1以及4个第二开关管SP1的栅极电压的控制，进一步地，调整栅极电压的频率即可实现储能单元的输出电压大小。

具体地，通过控制储能单元21中所有的第一开关管关断，以及所有的第二开关管导通，即SS1-SS4关断，SP1-SP4导通，所有第一电容并联，C1-C4并联。

S12，DC-DC变换模块向第一电容充电。

DC-DC变换模块10向所有第一电容C1-C4充电，由于第一二极管DP1-DP4的单向导电性，第一电容C1-C4的充电后电压与输入储能单元的电压相同。

S13，控制储能单元中所有的第一开关管导通且所有的第二开关管关断，以使得所有第一电容串联。

通过控制储能单元21中所有的第一开关管导通，以及所有的第二开关管关断，即SS1-SS4导通，SP1-SP4关断，所有第一电容串联，C1-C4串联。

S14，串联的第一电容向负载放电。

串联的第一电容向负载放电，即储能单元21向负载(即，逆变电路22)提供的电压为输入储能单元21的电压的4倍左右。

本实施例提供的逆变器的控制方法，通过合理控制储能元件中开关管的导通与关断，使得储能元件的电容相应地进行充放电，能够提高储能元件的充放电效率。

虽然结合附图描述了本实用新型的实施例，但是本领域技术人员可以在不脱离本实用新型的精神和范围的情况下做出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。