單電感雙Buck全橋逆變器的制造方法
【專利摘要】一種單電感雙Buck全橋逆變器，包括反轉(zhuǎn)電路、雙Buck電路，通過反轉(zhuǎn)電路實(shí)現(xiàn)逆變。本發(fā)明單電感雙Buck全橋逆變器解決了傳統(tǒng)電路上的橋臂直通問題，與傳統(tǒng)半橋型逆變器相比，功率器件的電壓應(yīng)力降低，更加適合高壓、大功率的場合；與雙降壓式逆變器（DBI）電路相比，僅需要一個(gè)濾波電感，降低了整個(gè)電路的體積和重量以及相應(yīng)的損耗，具有較高的變換效率；控制方案簡單，易于實(shí)現(xiàn)，具有較高的可靠性。
【專利說明】單電感雙Buck全橋逆變器
【技術(shù)領(lǐng)域】:
[0001]本發(fā)明涉及一種單電感雙Buck全橋逆變器，屬電能變換裝置中的逆變器。
【背景技術(shù)】:
[0002]隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，逆變器得到了廣泛的研究和應(yīng)用，雙降壓式逆變器(Dual Buck Inverter一以下簡稱DBI)是近年來被提出以及大量研究的新型逆變器拓?fù)?。與傳統(tǒng)的推挽、全橋等逆變器相比，DBI具有無橋臂直通和無開關(guān)管寄生二極管反向恢復(fù)問題的突出特點(diǎn)，對于電源可靠性要求高的場合尤其適用。DBI為同時(shí)實(shí)現(xiàn)逆變器的高效率和高可靠性提供了一種簡潔的途徑，具有很高的研究價(jià)值以及廣闊的發(fā)展背景。DBI與傳統(tǒng)半橋逆變器一樣，存在以下缺點(diǎn)=DBI需要外接正負(fù)直流母線電壓，其幅值超過輸出電壓最大值的兩倍，直流電壓利用率低，器件電壓應(yīng)力為輸入電壓的兩倍，不適合高壓輸入場合；橋臂只能輸出+1和-1兩態(tài)電平，工作于雙極性調(diào)制方式，橋臂輸出波形諧波含量大，需要較高的開關(guān)頻率以及較大的濾波器。此外，DBI中包含兩個(gè)濾波電感，而在開關(guān)電源中磁性元件的體積重量及損耗占有相當(dāng)大的比例，且隨著功率的增大其比例也會(huì)變大。

【發(fā)明內(nèi)容】
:
[0003]本發(fā)明提供一種能保留雙降壓式逆變器(DBI)高可靠性和高效率優(yōu)點(diǎn)的單電感雙Buck全橋逆變器。
[0004]本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:一種單電感雙Buck全橋逆變器，包括外接電源U、反轉(zhuǎn)電路和雙Buck電路，所述反轉(zhuǎn)電路包括第一功率三極開關(guān)管S1、第二功率三極開關(guān)管S2、第三功率三極開關(guān)管S3及第四功率三極開關(guān)管S4，所述雙Buck電路包括第五功率三極開關(guān)管S5、第六功率三極開關(guān)管S6、第一續(xù)流二極管D1的陰極、第二續(xù)流二極管D2、輸出濾波電感L、輸出濾波電容C及負(fù)載R，所述第一功率三極開關(guān)管S1的漏極與外接電源U的正極連接；第一功率三極開關(guān)管S1的源極和第三功率三極開關(guān)管S3的漏極，連接到第五功率三極開關(guān)管S5的漏極；第三功率三極開關(guān)管S3的源極與外接電源U的負(fù)極連接；第二功率三極開關(guān)管S2的漏極與外接電源U的正極連接；第四功率三極開關(guān)管S4的源極與外接電源U的負(fù)極連接；第二功率三極開關(guān)管S2的源極和第四功率三極開關(guān)管S4的漏極，連接到輸出濾波電容C與負(fù)載R相連的一端；輸出濾波電容C與負(fù)載R的另一端也相連,連接到輸出濾波電感L的一端；第一續(xù)流二極管D1的陰極和第二續(xù)流二極管D2的陽極，連接到輸出濾波電感L的另一端；第一續(xù)流二極管D1的陽極與外接電源U的負(fù)極連接；第二續(xù)流二極管D2的陰極與外接電源U的正極連接；第六功率三極開關(guān)管S6的漏極連接到第一續(xù)流二極管D1的陰極和第二續(xù)流二極管D2的陽極的連接點(diǎn)；第六功率三極開關(guān)管S6的源極與第五功率三極開關(guān)管S5的源極連接。
[0005]本發(fā)明具有如下有益效果:
[0006](I)解決了傳統(tǒng)電路上的橋臂直通問題；
[0007](2)與傳統(tǒng)半橋型逆變器相比，功率器件的電壓應(yīng)力降低，更加適合高壓、大功率的場合；
[0008](3)與DBI電路相比，僅需要一個(gè)濾波電感，降低了整個(gè)電路體積和重量以及相應(yīng)的損耗，具有較高的變換效率；
[0009](4)控制方案簡單，易于實(shí)現(xiàn)，具有較高的可靠性。
【專利附圖】

【附圖說明】:
[0010]圖1是本發(fā)明的單電感雙Buck全橋逆變器電路結(jié)構(gòu)示意圖。
[0011]圖2是本發(fā)明的單電感雙Buck全橋逆變器電路各開關(guān)模態(tài)示意圖。
[0012]圖3是本發(fā)明的單電感雙Buck全橋逆變器電路采用的控制框圖。
[0013]其中:
[0014]I—反轉(zhuǎn)電路；2—雙Buck電路&?S6——第一?第六功率三極開關(guān)管辦、D2——第一、第二續(xù)流二極管；L——輸出濾波電感；C——輸出濾波電容；U——外接電源；U0—逆變器輸出電壓；iw—輸出電壓反饋—電壓環(huán)基準(zhǔn)；i。一逆變器輸出電
流-輸出電流反饋山-電壓環(huán)輸出即電流環(huán)基準(zhǔn)；drvl?drv6-功率三極開
關(guān)管S1?S6的驅(qū)動(dòng)。
【具體實(shí)施方式】:
[0015]如圖1所示，本發(fā)明單電感雙Buck全橋逆變器中第一功率三極開關(guān)管S1的漏極與外接電源U的正極連接；第一功率三極開關(guān)管S1的源極和第三功率三極開關(guān)管S3的漏極，連接到第五功率三極開關(guān)管S5的漏極；第三功率三極開關(guān)管S3的源極與外接電源U的負(fù)極連接；第二功率三極開關(guān)管S2的漏極與外接電源U的正極連接；第四功率三極開關(guān)管S4的源極與外接電源U的負(fù)極連接；第二功率三極開關(guān)管S2的源極和第四功率三極開關(guān)管S4的漏極，連接到輸出濾波電容C與負(fù)載R相連的一端；輸出濾波電容C與負(fù)載R的另一端也相連，連接到輸出濾波電感L的一端；第一續(xù)流二極管D1的陰極和第二續(xù)流二極管D2的陽極，連接到輸出濾波電感L的另一端；第一續(xù)流二極管D1的陽極與外接電源U的負(fù)極連接；第二續(xù)流二極管D2的陰極與外接電源U的正極連接；第六功率三極開關(guān)管S6的漏極連接到第一續(xù)流二極管D1的陰極和第二續(xù)流二極管D2的陽極的連接點(diǎn)；第六功率三極開關(guān)管S6的源極與第五功率三極開關(guān)管S5的源極連接。
[0016]本發(fā)明的工作原理是:在輸出電壓大于零的正半周，第一功率三極開關(guān)管S1和第四功率三極開關(guān)管S4常開，第二功率三極開關(guān)管S2和第三功率三極開關(guān)管S3常閉，在輸出電流大于零時(shí)的正半周，由第五功率三極開關(guān)管S5、第六功率三極開關(guān)管S6的體二極管、第一續(xù)流二極管D1、輸出濾波電感L、輸出濾波電容C組成的buck電路I工作。在輸出電流小于零時(shí)的正半周，由第六功率三極開關(guān)管S6、第五功率三極開關(guān)管S5的體二極管、第二續(xù)流二極管D2、輸出濾波電感L、輸出濾波電容C組成的buck電路2工作；在輸出電壓小于零的負(fù)半周，第二功率三極開關(guān)管S2和第三功率三極S3常開，第一功率三極開關(guān)管S1和第四功率三極開關(guān)管S4常閉，在輸出電流大于零時(shí)的負(fù)半周，buck電路I工作，而在輸出電流大于零時(shí)的負(fù)半周，buck電路2工作。其中，第一、第二、第三、第四功率三極開關(guān)管工頻調(diào)制，起電路反轉(zhuǎn)作用，從而達(dá)到逆變目的；|Buck電路部分的第五、第六功率三極開關(guān)管高頻SPWM調(diào)制，以確保輸出電壓波形。由于本發(fā)明中只有一個(gè)濾波電感，與DBI相比，不需考慮環(huán)流問題，可保證在buck電路工作時(shí)不需任何偏置電流，保證逆變器在較高效率和頻率下工作。
[0017]下面以附圖1為主電路結(jié)構(gòu)，結(jié)合附圖2來敘述本發(fā)明的具體工作原理和工作模態(tài)。
[0018]1.輸出電壓大于零,輸出電流大于零,此時(shí)電路包括兩個(gè)工作模態(tài):
[0019]工作模態(tài)1:如圖2(a)所示，第一功率三極開關(guān)管S1、第四功率三極開關(guān)管S4常開，第二功率三極開關(guān)管S2、第三功率三極開關(guān)管S3常閉，第五功率三極開關(guān)管S5導(dǎo)通，第六功率三極開關(guān)管S6關(guān)斷，buck電路I工作，電感電流開始線性上升，給負(fù)載R供電。
[0020]工作模態(tài)I1:如圖2(b)所示，第一功率三極開關(guān)管S1、第四功率三極開關(guān)管S4常開，第二功率三極開關(guān)管S2、第三功率三極開關(guān)管S3常閉，第五功率三極開關(guān)管S5關(guān)斷，第六功率三極開關(guān)管S6關(guān)斷，電感電流從第一續(xù)流二極管D1續(xù)流，線性下降。
[0021]2.輸出電壓小于零，輸出電流小于零，此時(shí)電路包括兩個(gè)工作模態(tài):
[0022]工作模態(tài)II1:如圖2(c)所示，第二功率三極開關(guān)管S2、第三功率三極開關(guān)管S3常開，第一功率三極開關(guān)管S1、第四功率三極開關(guān)管S4常閉，第六功率三極開關(guān)管S6導(dǎo)通，第五功率三極開關(guān)管S5關(guān)斷，buck電路2工作，電感電流開始線性上升，給負(fù)載R供電。
[0023]工作模態(tài)IV:如圖2(d)所示，第二功率三極開關(guān)管S2、第三功率三極開關(guān)管S3常開，第一功率三極開關(guān)管S1、第四功率三極開關(guān)管S4常閉，第六功率三極開關(guān)管S6關(guān)斷，第五功率三極開關(guān)管S5關(guān)斷，電感電流從第二續(xù)流二極管D2續(xù)流，線性下降。
[0024]為實(shí)現(xiàn)以上工作原理，采用的控制方案如附圖3所示:輸出電壓反饋IW與電壓環(huán)基準(zhǔn)W經(jīng)電壓環(huán)PI調(diào)節(jié)得到電流環(huán)基準(zhǔn)ip輸出電流反饋U與電流環(huán)基準(zhǔn)L經(jīng)電流環(huán)PI調(diào)節(jié)，再通過SPWM調(diào)制以及驅(qū)動(dòng)電路得到第五、第六功率三極開關(guān)管S5、S6的驅(qū)動(dòng)信號drv5,drv60電壓環(huán)基準(zhǔn)u,經(jīng)過零比較器運(yùn)算再經(jīng)過驅(qū)動(dòng)和死區(qū)電路得到第一、第二、第三、第四功率三極開關(guān)管SpS2、S3、S4的驅(qū)動(dòng)信號drvl、drv2、drv3、drv4，因?yàn)檫@四個(gè)開關(guān)管整個(gè)工頻周期均只開關(guān)一次，死區(qū)影響可忽略不計(jì)。
[0025]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下還可以作出若干改進(jìn)，這些改進(jìn)也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種單電感雙Buck全橋逆變器，包括外接電源U、反轉(zhuǎn)電路(I)和雙Buck電路(2)，其特征在于:所述反轉(zhuǎn)電路(I)包括第一功率三極開關(guān)管S1、第二功率三極開關(guān)管S2、第三功率三極開關(guān)管S3及第四功率三極開關(guān)管S4，所述雙Buck電路(2)包括第五功率三極開關(guān)管S5、第六功率三極開關(guān)管S6、第一續(xù)流二極管D1的陰極、第二續(xù)流二極管D2、輸出濾波電感L、輸出濾波電容C及負(fù)載R，所述第一功率三極開關(guān)管S1的漏極與外接電源U的正極連接；第一功率三極開關(guān)管S1的源極和第三功率三極開關(guān)管S3的漏極，連接到第五功率三極開關(guān)管S5的漏極；第三功率三極開關(guān)管S3的源極與外接電源U的負(fù)極連接；第二功率三極開關(guān)管S2的漏極與外接電源U的正極連接；第四功率三極開關(guān)管S4的源極與外接電源U的負(fù)極連接；第二功率三極開關(guān)管S2的源極和第四功率三極開關(guān)管S4的漏極，連接到輸出濾波電容C與負(fù)載R相連的一端；輸出濾波電容C與負(fù)載R的另一端也相連,連接到輸出濾波電感L的一端；第一續(xù)流二極管D1的陰極和第二續(xù)流二極管D2的陽極，連接到輸出濾波電感L的另一端；第一續(xù)流二極管D1的陽極與外接電源U的負(fù)極連接；第二續(xù)流二極管D2的陰極與外接電源U的正極連接；第六功率三極開關(guān)管S6的漏極連接到第一續(xù)流二極管D1的陰極和第二續(xù)流二極管D2的陽極的連接點(diǎn)；第六功率三極開關(guān)管S6的源極與第五功率三極開關(guān)管S5的源極連接。
【文檔編號】H02M3/155GK103825455SQ201410047673
【公開日】2014年5月28日 申請日期:2014年2月11日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月11日
【發(fā)明者】洪峰, 劉軍 申請人:南京航空航天大學(xué)