明的单级非隔离无电解电容双Cuk逆变器带感性负载时输出电压和 输出电流波形图。 阳化引上述附图中的主要符号名称：1.第一化k电路；2.第二化k电路；Cf一一滤波电 容，Lf一一滤波电感，Cl一一输入电容，Li一一输入电感，Si~Se-一分别为第一一第六功率 开关管，Di~De-一分别为第一一第六功率开关管的反并联二极管；Vsi~VSe-一分别为第 一一第六功率开关管的驱动电压，Vi-一逆变器输入电压，iu-一电感Li的电流，iU-一滤 波电感Lf的电流，Z--负载阻抗，VP--功率开关管Si驱动电压波形，iSi--流过第一功 率开关管SiW电流，iD3-一流过反并联二极管化的电流，Vi-一第一功率开关管Si关断时 两端电压，Vs-一第=功率开关管关S3断时两端电压，V。一一负载两端电压，Vf。,一一给定电 压。
【具体实施方式】
[0059] 下面结合附图与【具体实施方式】对本发明作进一步详细描述：
[0060] 如图1所示，本发明的一种单级非隔离无电解电容双化k型逆变器，其实施方案包 括第一化k电路1和第二化k电路2 ;
[0061] 在所述的第一化k电路1中，第五功率开关管Se的集电极连接输入电源的负极， 其发射极同时连接第一功率开关管Si的发射极、第=功率开关管S3的集电极W及滤波电感 Lf的一端；输入电源的正极连接输入电感L1的一端，输入电感L1的另一端连接第一功率开 关管Si的集电极W及输入电容C1的一端，输入电容C1的另一端连接第S功率开关管S3的 发射极和第四功率开关管S4的发射极；滤波电感Lf的另一端连接滤波电容Cf和负载Z的 一端，滤波电容Cf的另一端和负载Z的另一端同时连接第四功率开关管S4的集电极；
[0062] 在所述的第二化k电路2中，第六功率开关管Se的集电极连接输入电源的负极， 输入电源的正极连接输入电感Li的一端，输入电感L1的另一端连接输入电容C1的一端和 第二功率开关管Sz的集电极，输入电容C1的另一端连接第四功率开关管S4的发射极和第 S功率开关管S3的发射极；第四功率开关管S4的集电极连接滤波电容Cf和负载Z的一端， 滤波电容Cf的另一端和负载Z的另一端同时连接滤波电感Lf的一端，滤波电感Lf的另一 端连接第=功率开关管S3的集电极；
[0063] 所述的第一化k电路1和所述的第二化k电路2共用输入电源、输入电感Li、输入 电容。、第^功率开关管S3、第四功率开关管S4、滤波电感Lf、滤波电容Cf和负载Z。 W64] 该双化k升降压逆变器在输出电压V。大于零的正半周，第一化k电路1工作，第二 化k电路2不工作，第二功率开关管Sz和第六功率开关管Se保持关断，第四功率开关管S4、 第五功率开关管苗保持闭合。此时电路包括两个工作模态：工作模态I
[0065] 如图2所示，第一功率开关管Si、第四功率开关管S4和第五功率开关管Se闭合，第 二功率开关管S2、第=功率开关管S3和第六功率开关管Se关断，输入电源给输入电感L1充 电，输入电感Li的电流iU线性上升，输入电容CI通过滤波电感Lf、滤波电容Cf、负载Z和第 四功率开关管S4组成闭合回路，滤波电感Lf的电流iU上升。第S功率开关管S3的反并联 二极管化截止。
[0066] 工作模态II
[0067] 如图3所示，第一功率开关管Si、第二功率开关管Sz和第六功率开关管Se关断，第 =功率开关管S3反并联二极管D3导通，第四功率开关管S4、第五功率开关管Se闭合，输入 电感L冲电流iU给输入电容C1充电，电流iU从第S功率开关管S3和第五功率开关管S5 的反并联二极管化和反并联二极管D5到输入电源的负极续流，电流iU流过负载Z并通过 第四功率开关管S4和第S功率开关管S3反并联二极管D3续流。
[0068] 在输出电压V。小于零的负半周，第二化k电路2工作，第一化k电路1不工作，第 一功率开关管Si和第四功率开关管S4保持关断，第S功率开关管S3和第六功率开关管S6 开通。此时电路也包括两个工作模态：
[0069] 工作模态III
[0070] 如图4所示，第二功率开关管S2、第=功率开关管S3和第六功率开关管Se开通，第 一功率开关管Si、第四功率开关管S4和第五功率开关管S5关断，输入电源对输入电感L1的 充电电流iu通过第二功率开关管S2W及第六功率开关管Se的反并联二极管De返回输入 电源的负极，输入电感Li的电流iU线性上升，输入电容C1通过第二功率开关管S2与负载 Z、滤波电容Cf、滤波电感Lf和第S功率开关管S3组成闭合环路，滤波电感Lf的电流iU上 升。第四功率开关管S4的反并联二极管D4截止。 阳07U 工作模态IV
[0072] 如图5所示，第一功率开关管Si、第二功率开关管Sz和第五功率开关管S5关断，第 S功率开关管S3、第四功率开关管S4和第六功率开关管Se开通，输入电感L1的电流iU通 过输入电容Cl和第四功率开关管S4的反并联二极管D4、第六功率开关管Se的反并联二极 管De续流对输入电容Cl进行充电，输入电感Li的电流iU下降，滤波电感Lf的电流iU通 过第一功率开关管S3和第四功率开关管S4的反并联二极管D4续流，给负载Z供电。
[0073] W上四个工作模态可用表2来表示，第一功率开关管Si-一第六功率开关管或的 驱动波形如图6所示，电路关键波形如图7所示。
[0074] 表2双化k升降压逆变器的功率管开关组合状态
[0076]为实现W上工作原理，采用控制方案如图9所示：本发明为实现逆变功能采用的 是电压单闭环控制，选取输出电压作为反馈电压，乘W-定系数后与给定电压VfW相比较， 误差值经调节器调节后与=角波比较产生脉冲信号决定第一功率开关管Si和第二功率开 关管S2的开通与关断，第一功率开关管S1和第二功率开关管S2的开关信号取反作为第S 功率开关管S3和第四功率开关管S4的开关信号。第五功率开关管S5和第六功率开关管S6 的开通关断时刻由脉冲直接给出，分别控制其半周期导通和半周期关断，保持半个正弦波 周期的常开常闭，相互互补，控制的效果使得输出电压大于零时，第五功率开关管Ss和第四 功率开关管S4常开，第二功率开关管S2和第六功率开关管Se保持关断，第一功率开关管S1 调制工作，第=功率开关管S3对第一功率开关管S1的控制信号取反工作；在电压小于零的 负半周，第=功率开关管S3和第六功率开关管Se常开，第一功率开关管S1和第五功率开关 管Ss关断，第二功率开关管S2调制工作，第四功率开关管S4对第二功率开关管S2的控制信 号取反工作。
[0077] 1、本发明电路中所有功率开关管都带有反并联二极管，即第一功率开关管Si、第 二功率开关管S2、第=功率开关管S3、第四功率开关管S4、第五功率开关管Se和第六功率开 关管Se都带有反并联二极管能够双向导通，所W本发明电路能够实现能量的双向流动，如 图10所示为本发明电路带感性负载时输出电压和输出电流波形，可见本发明逆变器能够 实现输出电压和输出电流的四象限运行。
【主权项】
1. 一种单级非隔离无电解电容双Cuk型逆变器，其特征在于：它包括第一Cuk电路（1) 和第二Cuk电路（2); 在所述的第一Cuk电路（1)中，第五功率开关管（S5)的集电极连接输入电源的负极，其 发射极同时连接第一功率开关管（SJ的发射极、第三功率开关（S3)的集电极以及滤波电感 (Lf)的一端；输入电源的正极连接输入电感（D的一端，输入电感（D的另一端连接第一 功率开关管（SJ的集电极以及输入电容（CJ的一端，输入电容（Q)的另一端连接第三功 率开关管（S3)的发射极和第四功率开关管（S4)的发射极；滤波电感（Lf)的另一端连接滤 波电容（cf)和负载（Z)的一端，滤波电容（Cf)的另一端和负载（Z)的另一端同时连接第四 功率开关管（S4)的集电极； 在所述的第二Cuk电路（2)中，第六功率开关管（S6)的集电极连接输入电源的负极，输 入电源的正极连接输入电感的一端，输入电感的另一端连接输入（CJ的一端和 第二功率开关管（S2)的集电极，输入电容（CJ的另一端连接第四功率开关管（S4)的发射 极和第三功率开关管（S3)的发射极；第四功率开关管（S4)的集电极连接滤波电容（Cf)和 负载（Z)的一端，滤波电容（Cf)的另一端和负载（Z)的另一端同时连接滤波电感（Lf)的一 端，滤波电感（Lf)的另一端连接第三功率开关管（S3)的集电极； 所述的第一Cuk电路（1)和所述的第二Cuk电路（2)共用输入电源、输入电感、输 入电容（Q)、第三功率开关管（S3)、第四功率开关管（S4)、滤波电感（Lf)、滤波电容（Cf)和 负载⑵。2. 根据权利要求1所述的一种单级非隔离无电解电容双Cuk型逆变器，其特征在于，输 入电源是可波动的电源，它可低于也可高于输出交流电压峰值。3. 根据权利要求1所述的一种单级非隔离无电解电容双Cuk型逆变器，其特征在于： 第一功率开关管（Si)、第二功率开关管（S2)、第三功率开关管（S3)、第四功率开关（S4)、第五 功率开关管（S5)和第六功率开关管（S6)都带有反并联二极管能够双向导通，能够实现能量 的双向流动。
【专利摘要】一种单级非隔离无电解电容双Cuk型逆变器，输入电源的正极接输入电感的一端，其负极接第五功率开关管的集电极和第二Cuk电路的第六功率开关管的集电极，输入电感的另一端接第一功率开关管的集电极、第二功率开关管的集电极和输入电容的一端；输入电容的另一端接第四功率开关管的发射极和第三功率开关管的发射极；第五功率开关管的发射极接第一功率开关管的发射极、第三功率开关管的集电极以及滤波电感的一端，滤波电感的另一端接滤波电容的一端和负载的一端，滤波电容和负载的另一端接第六功率开关管的发射极和第二功率开关管的发射极以及第四功率开关管的集电极。本发明结构简单，动态响应快，跟踪性能好，对电源及负载的波动具有较强的抑制能力。
【IPC分类】H02M7/797
【公开号】CN105429502
【申请号】CN201510810001
【发明人】王立乔, 薛金柱
【申请人】燕山大学
【公开日】2016年3月23日
【申请日】2015年11月20日