一种三相升降压型逆变电路的制作方法

1.本实用新型涉及一种逆变电路，尤其涉及一种三相升降压型逆变电路。


背景技术：

2.工业化的不断推进使人类对能源的需求量不断提高，资源枯竭已成为人类面临的重大危机。随着电力电子技术的迅猛发展，逆变技术广泛应用于航空、航天、航海等国防领域和电力逆变器，交通运输、邮电通信、工业控制等民用领域。特别是随着石油、煤和天然气等主要能源日益紧张，新能源的开发和利用越来越受到人们的重视。利用新能源的关键技术——逆变技术，能将蓄电池、太阳能电池和燃料电池等其他新能源转化的直流电能变换成交流电能与电网并网发电。因此，逆变技术在新能源的开发和利用领域有着至关重要的地位。
3.由于可再生能源深受气候、气象和环境等外部因素的影响，其能量输出具有很大的随机性和不确定性。这种随机性和不确定性的具体表现之一是输出功率的大范围波动，在光伏电池、燃料电池和小型直流风力发电机组中即表现为输出直流电压的宽范围变化，这需要作为能量变换装置的逆变器能承受宽范围的输入电压波动。而逆变器不论是独立为负载供电，还是并网发电，都需要稳定的输出。
4.目前的逆变电路结构存在输出电压变化范围小，变换效率低，功率开关快关损耗大，逆变器体积大的问题。


技术实现要素：

5.发明目的：本实用新型旨在解决现有技术的上述不足，提供一种三相升降压型逆变电路及调制方法，解决输入电压变化范围小，变换效率低，开关损耗大，逆变器体积大的问题。
6.技术方案：本实用新型所述的三相升降压型逆变电路，包括直流电源电路、斩波电路和三相电压源电路，所述斩波电路的输入与直流电源电路连接，斩波电路的输出与三相电压源电路连接；所述直流电源电路用于逆变电路直流供电；所述斩波电路用于实现降压/升压/升降压模式的逆变；所述三相电压源电路用于逆变时吸收能量。
7.所述斩波电路包括功率开关管q1～q
14
、二极管d1～d
14
以及电感l1；所述功率开关管q1～q
14
的发射极分别与二极管d1～d
14
的阳极相连，功率开关管q4、q7集电极与二极管d1、d
10
的阴极相连，功率开关管q5、q8的集电极与二极管d2、d
11
的阴极相连，功率开关管q6、q9的集电极与二极管d3、d
12
的阴极相连，功率开关管q1、q2、q3、q
13
的集电极相连，二极管d4、d5、d6、d
14
的阴极相连，二极管d7、d8、d9、d
13
的阴极相连后接到电感l1的一端，功率开关管q
10
、q
11
、q
12
、q
14
的集电极相连后接到电感l1的另一端。
8.所述直流电源电路包括一个直流电压源e；所述三相电压源电路包括a、b、c初相位依次相差120
°
的三相电压源，a、b、c三相电压源一端连在一起。
9.所述直流电源电路的直流电压源e正极连接所述斩波电路的功率开关管q1、q2、q3、
q
13
的集电极，所述直流电源电路的直流电压源e负极连接所述斩波电路的二极管d4、d5、d6、d
14
的阴极。
10.所述三相电压源电路的a相电压源的另一端与所述斩波电路的功率开关管q4、q7集电极和二极管d1、d
10
阴极相连，所述三相电压源电路的b相电压源的另一端与所述斩波电路的功率开关管q5、q8集电极和二极管d2、d
11
阴极相连，所述三相电压源电路的c相电压源的另一端与所述斩波电路的功率开关管q6、q9集电极和二极管d3、d
12
阴极相连。
11.所述功率开关管q1～q
14
为igbt或者mosfet。
12.包括滤波器，所述滤波器设置在三相电压源电路与斩波电路之间。
13.有益效果：与现有技术相比，本实用新型的优点为(1)适用输入电压变化范围宽的场合。(2)逆变器的体积、重量和成本降低，功率密度提高。
附图说明
14.图1为本实用新型的电路结构示意图；
15.图2(a)～图2(d)为u
a
>0>u
b
>u
c
时降压逆变的电流回路模态；
16.图2(e)～图2(h)为u
a
<0<u
b
<u
c
时降压逆变的电流回路模态；
17.图2(i)为降压逆变一个周期内各开关管的工作状态图；
18.图2(j)为降压逆变u
a
>0>u
b
>u
c
时q
13
、q5、q8驱动信号的局部放大图；
19.图3(a)～图3(c)为u
a
>0>u
b
>u
c
时升压逆变的电流回路模态；
20.图3(d)～图3(f)为u
a
<0<u
b
<u
c
时升压逆变的电流回路模态；
21.图3(g)为升压逆变一个周期内各开关管的工作状态图；
22.图3(h)为升压逆变u
a
>0>u
b
>u
c
时q
14
、q5驱动信号的局部放大图；
23.图4(a)～图4(c)为u
a
>0>u
b
>u
c
时升降压逆变的电流回路模态；
24.图4(d)～图4(f)为u
a
<0<u
b
<u
c
时升降压逆变的电流回路模态；
25.图4(g)为升降压逆变一个周期内各开关管的工作状态图；
26.图4(h)为升降压逆变u
a
>0>u
b
>u
c
时q
13
、q8驱动信号的局部放大图。
具体实施方式
27.下面结合附图对本实用新型的技术方案作进一步说明。
28.由如图1可知，本实用新型所述的三相升降压型逆变电路，包括：直流电源电路1、斩波电路2、三相电压源电路3。其中：直流电源电路1由直流电压源e构成；斩波电路2包括功率开关管q1～q
14
、二极管d1～d
14
以及电感l1，且功率开关管q1～q
14
的发射极分别与二极管d1～d
14
的阳极相连，功率开关管q4、q7集电极与二极管d1、d
10
的阴极相连，功率开关管q5、q8的集电极与二极管d2、d
11
的阴极相连，功率开关管q6、q9的集电极与二极管d3、d
12
的阴极相连，功率开关管q1、q2、q3、q
13
的集电极相连，二极管d4、d5、d6、d
14
的阴极相连，二极管d7、d8、d9、d
13
的阴极相连后接到电感l1的一端，功率开关管q
10
、q
11
、q
12
、q
14
的集电极相连后接到电感l1的另一端；三相电压源电路3包括a、b、c初相位依次相差120
°
的三个正弦电压源，a、b、c三相电压源一端连在一起；直流电源电路1的直流电压源e的正极连接斩波电路2的功率开关管q1、q2、q3、q
13
的集电极，直流电源电路1的直流电压源e的负极连接斩波电路2的二极管d4、d5、d6、d
14
的阴极。
29.三相电压源电路3的a相电压源的另一端与斩波电路2的功率开关管q4、q7集电极和二极管d1、d
10
阴极相连，三相电压源电路3的b相电压源的另一端与斩波电路2的功率开关管q5、q8集电极和二极管d2、d
11
阴极相连，三相电压源电路3的c相电压源的另一端与斩波电路2的功率开关管q6、q9集电极和二极管d3、d
12
阴极相连。
30.功率开关管q1～q
14
为igbt或mosfet。
31.介于三相电压源电路与斩波电路之间设置有滤波器，也可以去掉滤波器。
32.本实用新型所述的三相升降压型逆变电路的降压调制方法，包括以下步骤：
33.(1)电网电压u
a
>0>u
b
>u
c
时，功率开关管q1、q2、q3、q4、q7、q
11
、q
12
、q
14
常断，q6、q9、q
10
常通，q
13
高频pwm调制，q5在q
13
关断期间开通，q5在q
13
导通期间高频pwm调制；q8在q
13
导通期间开通，q8在q
13
关断期间高频pwm调制；
34.(2)电网电压u
a
>u
b
>0>u
c
时，功率开关管q3、q4、q5、q6、q7、q8、q
12
、q
13
常断，q1、q9、q
10
常通，q
14
高频pwm调制，q2在q
14
关断期间开通，q2在q
14
导通期间高频pwm调制；q
11
在q
14
导通期间开通，q
11
在q
14
关断期间高频pwm调制；
35.(3)电网电压u
b
>u
a
>0>u
c
时，功率开关管q3、q4、q5、q6、q7、q8、q
12
、q
13
常断，q2、q9、q
11
常通，q
14
高频pwm调制，q1在q
14
关断期间开通，q1在q
14
导通期间高频pwm调制；q
10
在q
14
导通期间开通，q
10
在q
14
关断期间高频pwm调制；
36.(4)电网电压u
b
>0>u
a
>u
c
时，功率开关管q1、q2、q3、q5、q8、q
10
、q
12
、q
14
常断，q6、q9、q
11
常通，q
13
高频pwm调制，q4在q
13
关断期间开通，q4在q
13
导通期间高频pwm调制；q7在q
13
导通期间开通，q7在q
13
关断期间高频pwm调制；
37.(5)电网电压u
b
>0>u
c
>u
a
时，功率开关管q1、q2、q3、q5、q8、q
10
、q
12
、q
14
常断，q4、q7、q
11
常通，q
13
高频pwm调制，q6在q
13
关断期间开通，q6在q
13
导通期间高频pwm调制；q9在q
13
导通期间开通，q9在q
13
关断期间高频pwm调制；
38.(6)电网电压u
b
>u
c
>0>u
a
时，功率开关管q1、q4、q5、q6、q8、q9、q
10
、q
13
常断，q2、q7、q
11
常通，q
14
高频pwm调制，q3在q
14
关断期间开通，q3在q
14
导通期间高频pwm调制；q
12
在q
14
导通期间开通，q
12
在q
14
关断期间高频pwm调制；
39.(7)电网电压u
c
>u
b
>0>u
a
时，功率开关管q1、q4、q5、q6、q8、q9、q
10
、q
13
常断，q3、q7、q
12
常通，q
14
高频pwm调制，q2在q
14
关断期间开通，q2在q
14
导通期间高频pwm调制；q
11
在q
14
导通期间开通，q
11
在q
14
关断期间高频pwm调制；
40.(8)电网电压u
c
>0>u
b
>u
a
时，功率开关管q1、q2、q3、q6、q9、q
10
、q
11
、q
14
常断，q4、q7、q
12
常通，q
13
高频pwm调制，q5在q
13
关断期间开通，q5在q
13
导通期间高频pwm调制；q8在q
13
导通期间开通，q8在q
13
关断期间高频pwm调制；
41.(9)电网电压u
c
>0>u
a
>u
b
时，功率开关管q1、q2、q3、q6、q9、q
10
、q
11
、q
14
常断，q5、q8、q
12
常通，q
13
高频pwm调制，q4在q
13
关断期间开通，q4在q
13
导通期间高频pwm调制；q7在q
13
导通期间开通，q7在q
13
关断期间高频pwm调制；
42.(10)电网电压u
c
>u
a
>0>u
b
时，功率开关管q2、q4、q5、q6、q7、q9、q
11
、q
13
常断，q3、q8、q
12
常通，q
14
高频pwm调制，q1在q
14
关断期间开通，q1在q
14
导通期间高频pwm调制；q
10
在q
14
导通期间开通，q
10
在q
14
关断期间高频pwm调制；
43.(11)电网电压u
a
>u
c
>0>u
b
时，功率开关管q2、q4、q5、q6、q7、q9、q
11
、q
13
常断，q1、q8、q
10
常通，q
14
高频pwm调制，q3在q
14
关断期间开通，q3在q
14
导通期间高频pwm调制；q
12
在q
14
导通期
间开通，q
12
在q
14
关断期间高频pwm调制；
44.(12)电网电压u
a
>0>u
c
>u
b
时，功率开关管q1、q2、q3、q4、q7、q
11
、q
12
、q
14
常断，q5、q8、q
10
常通，q
13
高频pwm调制，q6在q
13
关断期间开通，q6在q
13
导通期间高频pwm调制；q9在q
13
导通期间开通，q9在q
13
关断期间高频pwm调制。
45.为了简化分析，本实施例介绍三相电网电压对称情况，对于其他电网电压情况，本领域技术人员应能理解本实施例中的实现降压/升压/升降压输出的一种控制方式。由于三相对称，则i
a
+i
b
+i
c
＝0，且异号相电流绝对值等于同号相电流绝对值之和。
46.为方便分析，以a相为正峰值的时刻定义b相相角为0
°
，并结合三相电网电压变化规律绘制出降压逆变模式从为0
°
开始一个周期内各功率开关管工作状态如图2(i)所示。图2(j)为降压逆变模式u
a
>0>u
b
>u
c
时q
13
、q5、q8驱动信号的局部放大图。
47.降压逆变时详细工作过程如下：以u
a
>0>u
b
>u
c
和u
a
<0<u
b
<u
c
为例分析。
48.当电网电压u
a
>0>u
b
>u
c
时，功率开关管q1、q2、q3、q4、q7、q
11
、q
12
、q
14
常断，q6、q9、q
10
常通，q
13
高频pwm调制，a相电流流入电网，b相和c相电流流出电网，功率开关管q5在q
13
关断期间开通，由于q1、q2、q3、q
13
关断，q5所在支路无法形成电流回路，无电流流过q5，故q5可实现零电流开通。q
13
导通时，电感l1储能，q5高频pwm调制，逆变器工作模态如图2(a)、图2(b)所示；功率开关管q8在q
13
导通期间开通，由于d
13
阴极电势较高，电流不会流过q8，故q8也可实现零电流开通，q
13
关断时，电感l1释放能量，此时q8高频pwm调制。逆变器工作模态如图2(c)、图2(d)所示。
49.当电网电压u
a
<0<u
b
<u
c
时，功率开关管q1、q4、q5、q6、q8、q9、q
10
、q
13
常断，q3、q7、q
12
常通，q
14
高频pwm调制，a相电流流出电网，b相和c相电流流入电网，功率开关管q2在q
14
关断期间开通，由于q4、q5、q6、q
14
关断，q2所在支路无法形成回路，无电流流过q2，故q2可实现零电流开通。q
14
导通时，电感l1储能，此时q2高频pwm调制，其余功率开关管关断，逆变器工作模态如图2(e)、图2(f)所示；功率开关管q
11
在q
14
导通期间开通，由于q5关断，无电流流过q
11
，故q
11
也可实现零电流开通，q
14
关断时，电感l1释放能量，此时q
11
高频pwm调制。逆变器工作模态如图2(g)、图2(h)所示。
50.本实用新型所述的三相升降压型逆变电路的升压调制方法，包括以下步骤：
51.(1)电网电压u
a
>0>u
b
>u
c
时，功率开关管q1、q2、q3、q4、q7、q8、q9、q
11
、q
12
常断，q6、q
10
、q
13
常通，q
14
高频pwm调制，q5在q
14
导通期间开通，q5在q
14
关断期间高频pwm调制；
52.(2)电网电压u
a
>u
b
>0>u
c
时，功率开关管q3、q4、q5、q6、q7、q8、q
10
、q
11
、q
12
常断，q1、q9、q
14
常通，q
13
高频pwm调制，q2在q
13
导通期间开通，q2在q
13
关断期间高频pwm调制；
53.(3)电网电压u
b
>u
a
>0>u
c
时，功率开关管q3、q4、q5、q6、q7、q8、q
10
、q
11
、q
12
常断，q2、q9、q
14
常通，q
13
高频pwm调制，q1在q
13
导通期间开通，q1在q
13
关断期间高频pwm调制；
54.(4)电网电压u
b
>0>u
a
>u
c
时，q1、q2、q3、q5、q7、q8、q9、q
10
、q
12
常断，q6、q
11
、q
13
常通，q
14
高频pwm调制，q4在q
14
导通期间开通，q4在q
14
关断期间高频pwm调制；
55.(5)电网电压u
b
>0>u
c
>u
a
时，功率开关管q1、q2、q3、q5、q7、q8、q9、q
10
、q
12
常断，q4、q
11
、q
13
常通，q
14
高频pwm调制，q6在q
14
导通期间开通，q6在q
14
关断期间高频pwm调制；
56.(6)电网电压u
b
>u
c
>0>u
a
时，功率开关管q1、q4、q5、q6、q8、q9、q
10
、q
11
、q
12
常断，q2、q7、q
14
常通，q
13
高频pwm调制，q3在q
13
导通期间开通，q3在q
13
关断期间高频pwm调制；
57.(7)电网电压u
c
>u
b
>0>u
a
时，功率开关管q1、q4、q5、q6、q8、q9、q
10
、q
11
、q
12
常断，q3、q7、
q
14
常通，q
13
高频pwm调制，q2在q
13
导通期间开通，q2在q
13
关断期间高频pwm调制；
58.(8)电网电压u
c
>0>u
b
>u
a
时，功率开关管q1、q2、q3、q6、q7、q8、q9、q
10
、q
11
常断，q4、q
12
、q
13
常通，q
14
高频pwm调制，q5在q
14
导通期间开通，q5在q
14
关断期间高频pwm调制；
59.(9)电网电压u
c
>0>u
a
>u
b
时，功率开关管q1、q2、q3、q6、q7、q8、q9、q
10
、q
11
常断，q5、q
12
、q
13
常通，q
14
高频pwm调制，q4在q
14
导通期间开通，q4在q
14
关断期间高频pwm调制；
60.(10)电网电压u
c
>u
a
>0>u
b
时，功率开关管q2、q4、q5、q6、q7、q9、q
10
、q
11
、q
12
常断，q3、q8、q
14
常通，q
13
高频pwm调制，q1在q
13
导通期间开通，q1在q
13
关断期间高频pwm调制；
61.(11)电网电压u
a
>u
c
>0>u
b
时，功率开关管q2、q4、q5、q6、q7、q9、q
10
、q
11
、q
12
常断，q1、q8、q
14
常通，q
13
高频pwm调制，q3在q
13
导通期间开通，q3在q
13
关断期间高频pwm调制；
62.(12)电网电压u
a
>0>u
c
>u
b
时，功率开关管q1、q2、q3、q4、q7、q8、q9、q
11
、q
12
常断，q5、q
10
、q
13
常通，q
14
高频pwm调制，q6在q
14
导通期间开通，q6在q
14
关断期间高频pwm调制。
63.结合三相电网电压变化规律得到升压逆变模式从为0
°
开始一个周期内各功率开关管工作状态如图3(g)所示。图3(h)为升压逆变模式u
a
>0>u
b
>u
c
时q
14
、q5驱动信号的局部放大图。升压逆变时详细工作过程如下：以u
a
>0>u
b
>u
c
和u
a
<0<u
b
<u
c
为例分析。
64.当电网电压u
a
>0>u
b
>u
c
时，功率开关管q1、q2、q3、q4、q7、q8、q9、q
11
、q
12
常断，q6、q
10
、q
13
常通，q
14
高频pwm调制，当q
14
导通时，电感l1储能，逆变器工作模态如图3(a)所示；功率开关管q5在q
14
导通期间开通，无电流流过q5，q5可实现零电流开通，q
14
关断时，电感l1和电源e同时释放能量，a相电流流入电网，b相和c相电流流出电网，此时q5高频pwm调制，逆变器工作模态如图3(b)、图3(c)所示。
65.当电网电压u
a
<0<u
b
<u
c
时，功率开关管q1、q4、q5、q6、q8、q9、q
10
、q
11
、q
12
常断，q3、q7、q
14
常通，q
13
高频pwm调制，当q
13
导通时，电感l1储能，逆变器工作模态如图3(d)所示；功率开关管q2在q
13
导通期间开通，同理，无电流流过q2，q2也可实现零电流开通，q
13
关断时，电感l1和电源e同时释放能量，a相电流流出电网，b相和c相电流流入电网，此时q2高频pwm调制，逆变器工作模态如图3(e)、图3(f)所示。
66.本实用新型所述的三相升降压型逆变电路的升降压调制方法，包括以下步骤：
67.(1)电网电压u
a
>0>u
b
>u
c
时，功率开关管q1‑
q6、q7、q
11
、q
12
常断，q9、q
10
、q
14
常通，q
13
高频pwm调制，q8在q
13
导通期间开通，当q
13
关断时，q8高频pwm调制；
68.(2)电网电压u
a
>u
b
>0>u
c
时，功率开关管q1‑
q6、q7、q8、q
12
常断，q9、q
10
、q
13
常通，q
14
高频pwm调制，q
11
在q
14
导通期间开通，当q
14
关断时，q
11
高频pwm调制；
69.(3)电网电压u
b
>u
a
>0>u
c
时，功率开关管q1‑
q6、q7、q8、q
12
常断，q9、q
11
、q
13
常通，q
14
高频pwm调制，q
10
在q
14
导通期间开通，当q
14
关断时，q
10
高频pwm调制；
70.(4)电网电压u
b
>0>u
a
>u
c
时，功率开关管q1‑
q6、q8、q
10
、q
12
常断，q9、q
11
、q
14
常通，q
13
高频pwm调制，q7在q
13
导通期间开通，当q
13
关断时，q7高频pwm调制；
71.(5)电网电压u
b
>0>u
c
>u
a
时，功率开关管q1‑
q6、q8、q
10
、q
12
常断，q7、q
11
、q
14
常通，q
13
高频pwm调制，q9在q
13
导通期间开通，当q
13
关断时，q9高频pwm调制；
72.(6)电网电压u
b
>u
c
>0>u
a
时，功率开关管q1‑
q6、q8、q9、q
10
常断，q7、q
11
、q
13
常通，q
14
高频pwm调制，q
12
在q
14
导通期间开通，当q
14
关断时，q
12
高频pwm调制；
73.(7)电网电压u
c
>u
b
>0>u
a
时，功率开关管q1‑
q6、q8、q9、q
10
常断，q7、q
12
、q
13
常通，q
14
高频pwm调制，q
11
在q
14
导通期间开通，当q
14
关断时，q
11
高频pwm调制；
74.(8)电网电压u
c
>0>u
b
>u
a
时，功率开关管q1‑
q6、q9、q
10
、q
11
常断，q7、q
12
、q
14
常通，q
13
高频pwm调制，q8在q
13
导通期间开通，当q
13
关断时，q8高频pwm调制；
75.(9)电网电压u
c
>0>u
a
>u
b
时，功率开关管q1‑
q6、q9、q
10
、q
11
常断，q8、q
12
、q
14
常通，q
13
高频pwm调制，q7在q
13
导通期间开通，当q
13
关断时，q7高频pwm调制；
76.(10)电网电压u
c
>u
a
>0>u
b
时，功率开关管q1‑
q6、q7、q9、q
11
常断，q8、q
12
、q
13
常通，q
14
高频pwm调制，q
10
在q
14
导通期间开通，当q
14
关断时，q
10
高频pwm调制；
77.(11)电网电压u
a
>u
c
>0>u
b
时，功率开关管q1‑
q6、q7、q9、q
11
常断，q8、q
10
、q
13
常通，q
14
高频pwm调制，q
12
在q
14
导通期间开通，当q
14
关断时，q
12
高频pwm调制；
78.(12)电网电压u
a
>0>u
c
>u
b
时，功率开关管q1‑
q6、q7、q
11
、q
12
常断，q8、q
10
、q
14
常通，q
13
高频pwm调制，q9在q
13
导通期间开通，当q
13
关断时，q9高频pwm调制。
79.结合三相电网电压变化规律得到升降压逆变模式从为0
°
开始一个周期内各功率开关管工作状态如图4(g)所示。图4(h)为升降压逆变模式u
a
>0>u
b
>u
c
时q
13
、q8驱动信号的局部放大图。升降压模式下的功率开关管q1～q6始终处于关断状态。
80.以u
a
>0>u
b
>u
c
和u
a
<0<u
b
<u
c
为例分析，当u
a
>0>u
b
>u
c
时，功率开关管q1、q2、q3、q4、q5、q6、q7、q
11
、q
12
常断，q9、q
10
、q
14
常通，q
13
高频pwm调制。当q
13
导通时，电感l1储能，逆变器工作模态如图4(a)所示，q8在q
13
导通期间开通，由于d
13
阴极电势较高，电流不会流过q8，故q8可实现零电流开通，当q
13
关断时，电感l1释放能量，a相电流流入电网，b相和c相电流流出电网，此时q8高频pwm调制，逆变器工作模态如图4(b)、图4(c)所示。
81.当u
a
<0<u
b
<u
c
时，功率开关管q1、q2、q3、q4、q5、q6、q8、q9、q
10
常断，q7、q
12
、q
13
常通，q
14
高频pwm调制。当q
14
导通时，电感l1储能，逆变器工作模态如图4(d)所示，q
11
在q
14
导通期间开通，由于q5关断，q
11
所在支路无法形成电流回路，无电流流过q
11
，故q
11
可实现零电流开通，当q
14
关断时，电感l1释放能量，a相电流流出电网，b相和c相电流流入电网，此时q
11
高频pwm调制，逆变器工作模态如图4(e)、图4(f)所示。