CN104022664A - 四电平双Buck逆变器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种四电平双Buck逆变器，包括第一输入电源、第二输入电源、第三输入电源、第四输入电源、第一Buck电路、第二Buck电路、输出滤波电容和负载，所述第一Buck电路中设有第一输出滤波电感，所述第二Buck电路中设有第二输出滤波电感，第一输出滤波电感与输出滤波电容一端和负载一端相连，并与第二输出滤波电感连接，输出滤波电容的另一端和负载的另一端相连后连接到地。其具有如下优点：（1）输出谐波含量小，滤波器的容量与体积大大降低，效率高；（2）功率器件的电压应力低，适合高压、大容量的场合；（3）无桥臂直通，无体二极管反向恢复；（4）功率开关管利用率高，降低了电路复杂度。
Description
技术领域
本发明涉及一种电能变换装置中的逆变器，特别涉及一种四电平双Buck逆变器。
背景技术
近年来，随着新能源发电、智能电网等的发展，多电平变换器技术得到了越来越多的关注，多电平变换器具有如下优点：（1）滤波前的电平为多电平阶梯波，谐波含量小，有利于滤波器的设计，降低了滤波器的体积和容量；（2）适用于高压大容量的场合；（3）相比于传统两电平变换器，其器件的电压压力小，转换效率高。当前，多电平变换器主要包括二极管中点钳位型、飞跨电容型、级联型三种。二极管中点钳位型与飞跨电容型所需的器件会比较多，电路结构比较复杂的问题，且其存在直流侧电压不均衡的问题，级联型变换器虽不存在均压问题，但其各模块几乎采用的都是H桥电路，存在桥臂直通的严重隐患，需要加入死区控制，导致电压畸形。双降压式逆变器是近年来被大量研究的新型逆变器拓扑，其具有无桥臂直通、无体二极管反向恢复等突出特点，且其工作在电流半周期模式下，无环流产生。为保留多电平技术的优点，解决传统技术存在的部分问题，本发明在双降压式电路结构上引进多电平技术，提出了四电平双buck逆变器。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种既能保留多电平技术的优点的同时也能克服传统多电平技术部分不足之处的四电平双Buck逆变器。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种四电平双Buck逆变器，包括第一输入电源、第二输入电源、第三输入电源、第四输入电源、第一Buck电路、第二Buck电路、输出滤波电容和负载，所述第一Buck电路中设有第一输出滤波电感，所述第二Buck电路中设有第二输出滤波电感，第一输出滤波电感与输出滤波电容一端和负载一端相连，并与第二输出滤波电感连接，输出滤波电容的另一端和负载的另一端相连后连接到地。
优选地，所述第一Buck电路还包括第一功率二极管、第二功率二极管、第四功率二极管、第一功率开关管、第二功率开关管、第三功率开关管，所述第二Buck电路还包括第三功率二极管、第五功率二极管、第六功率二极管、第四功率开关管、第五功率开关管、第六功率开关管，第二输入电源的阴极接地，第二输入电源的阳极与第一输入电源的阴极相连，连接到第一功率二极管的阳极，第一输入电源的阳极与第一功率开关管的漏极连接，第一功率二极管的阴极与第五功率二极管的阴极相连，连接到第一功率开关管的源极，第一功率开关管的源极与第二功率开关管的漏极相连，第二功率开关管的源极与第三功率开关管的漏极相连，连接到第二功率二极管的阴极，第二功率二极管的阴极与第一输出滤波电感的一端连接，第一输出滤波电感的另一端与输出滤波电容一端和负载一端相连，连接到第二输出滤波电感的一端，输出滤波电容的另一端和负载的另一端相连，连接到地，第二输出滤波电感的另一端与第五功率开关管的漏极相连，连接到第四功率开关管的源极，第四功率开关管的源极与第五功率二级管的阳极相连，第四功率开关管的漏极与第六功率二极管的阳极相连，第六功率二极管的阴极与第一功率二极管的阳极相连，第五功率开关管的源极与第六功率开关管的漏极相连，连接到第二功率二极管的阳极，第三功率二极管的阳极与第二功率二极管的阳极相连，第三功率二极管的阴极与第四功率二极管的阳极相连，连接到第三输入电源的阴极，第四功率二极管的阴极与第三功率开关管的源极相连，第三输入电源的阴极与第四输入电源的阳极相连，第四输入电源的阴极与第六功率开关管的源极相连，第三输入电源的阳极与地相连。
如上所述，本发明的四电平双Buck逆变器具有以下有益效果：（1）输出谐波含量小，滤波器的容量与体积大大降低，效率高；（2）功率器件的电压应力低，适合高压、大容量的场合；（3）无桥臂直通，无体二极管反向恢复；（4）功率开关管利用率高，降低了电路复杂度。
附图说明
图1为本发明实施例的电路图。
图2a为本发明实施例工作模态1时的模态示意图。
图2b为本发明实施例工作模态2时的模态示意图。
图2c为本发明实施例工作模态3时的模态示意图。
图2d为本发明实施例工作模态4时的模态示意图。
图2e为本发明实施例工作模态5时的模态示意图。
图2f为本发明实施例工作模态6时的模态示意图。
图2g为本发明实施例工作模态7时的模态示意图。
图2h为本发明实施例工作模态8时的模态示意图。
图中的符号名称：S 1~S 6——第一~第六功率开关管；D 1~D 6——第一~第六功率二极管；L 1、 L 2——第一输出滤波电感、第二输出滤波电感；C——输出滤波电容；E1~E4——第一~第四输入电源；u o ——逆变器输出电压； i o ——逆变器输出电流；i 1 ——buck电路1输出电流；i 2——buck电路2输出电流；R——负载。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
本发明提供一种四电平双Buck逆变器，其包括第一输入电源E1、第二输入电源E2、第三输入电源E3、第四输入电源E4、第一Buck电路A、第二Buck电路B、输出滤波电容C和负载R，在第一Buck电路A中设有第一输出滤波电感L1，第二Buck电路B中设有第二输出滤波电感L2，第一输出滤波电感L1与输出滤波电容C一端和负载R一端相连，并与第二输出滤波电感L2连接，输出滤波电容C的另一端和负载R的另一端相连后连接到地。
作为一种具体的实施方式，如图1所示，该四电平双Buck逆变器的第二输入电源E2的阴极接地，第二输入电源E2的阳极与第一输入电源E1的阴极相连，连接到第一功率二极管D 1的阳极，第一输入电源E1的阳极与第一功率开关管S 1的漏极连接，第一功率二极管D 1的阴极与第五功率二极管D 5的阴极相连，连接到第一功率开关管S 1的源极，第一功率开关管S 1的源极与第二功率开关管S 2的漏极相连，第二功率开关管S 2的源极与第三功率开关管S 3的漏极相连，连接到第二功率二极管D 2的阴极，第二功率二极管D 2的阴极与第一输出滤波电感L 1的一端连接，第一输出滤波电感L 1的另一端与输出滤波电容C一端和负载R一端相连，连接到第二输出滤波电感L 2的一端，输出滤波电容C的另一端和负载R的另一端相连，连接到地，第二输出滤波电感L 2的另一端与第五功率开关管S 5的漏极相连，连接到第四功率开关管S 4的源极，第四功率开关管S 4的源极与第五功率二级管D 5的阳极相连，第四功率开关管S 4的漏极与第六功率二极管D 6的阳极相连，第六功率二极管D 6的阴极与第一功率二极管D 1的阳极相连，第五功率开关管S 5的源极与第六功率开关管S 6的漏极相连，连接到第二功率二极管D 2的阳极，第三功率二极管D 3的阳极与第二功率二极管D 2的阳极相连，第三功率二极管D 3的阴极与第四功率二极管D 4的阳极相连，连接到第三输入电源E3的阴极，第四功率二极管D 4的阴极与第三功率开关管S 3的源极相连，第三输入电源E3的阴极与第四输入电源E4的阳极相连，第四输入电源E4的阴极与第六功率开关管S 6的源极相连，第三输入电源E3的阳极与地相连。
该四电平双Buck逆变器工作时共分为八个工作区间：
工作模态1：如图2a所示，第一功率开关管S 1和第二功率开关管S 2开通，电流经第一输入电源E1，第二输入电源E2，第一功率开关管S 1，第二功率开关管S 2，第一输出滤波电感L 1，到输出滤波电容C和负载R。
工作模态2：如图2b所示，第二功率开关管S 2开通，电流经第一输第二输入电源E2，第一功率二极管D 1，第二功率开关管S 2，第一输出滤波电感L 1，到输出滤波电容C和负载R。
工作模态3：如图2c所示，第三功率开关管S 3开通，电流经第三输入电源E3，第四功率二极管D 4，第三功率开关管S 3，第一输出滤波电感L 1，到输出滤波电容C和负载R。
工作模态4：如图2d所示，第六功率开关管S 6开通，电流经第三输入电源E3，第四输入电源E4，第六功率开关管S 6，第二功率二极管D 2，第一输出滤波电感L 1，到输出滤波电容C和负载R。
工作模态5：第五功率开关管S 5和第六功率开关管S 6开通，电流经输出滤波电容C和负载R，第二输出滤波电感L 1，第五功率开关管S 5，第六功率开关管S 6，第四输入电源E4，到第三输入电源E3。
工作模态6：第五功率开关管S 5开通，电流经输出滤波电容C和负载R，第二输出滤波电感L 1，第五功率开关管S 5，第三功率二极管D 3，到第三输入电源E3。
工作模态7：第四功率开关管S 4开通，电流经输出滤波电容C和负载R，第二输出滤波电感L 1，第四功率开关管S 4，第六功率二极管D 6，到第二输入电源E2。
工作模态8：第一功率开关管S 1开通，电流经输出滤波电容C和负载R，第二输出滤波电感L 1，第五功率二极管D 5，第一功率开关管S 1，第一输入电源E1，到第二输入电源E2。
由以上描述可知，本发明是一种在双降压式逆变器基础上改进得到的，经测试该逆变器具有如下优点：1）输出谐波含量小，滤波器的容量与体积大大降低，效率高；2）功率器件的电压应力低，适合高压、大容量的场合；3）无桥臂直通，无体二极管反向恢复，（4）功率开关管利用率高，降低了电路复杂度。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
Claims (2)
1.一种四电平双Buck逆变器，包括第一输入电源（E1）、第二输入电源（E2）、第三输入电源（E3）、第四输入电源（E4）、第一Buck电路(A)、第二Buck电路(B)、输出滤波电容（C）和负载（R），所述第一Buck电路(A)中设有第一输出滤波电感（L1），所述第二Buck电路(B)中设有第二输出滤波电感（L2），其特征在于：第一输出滤波电感（L1）与输出滤波电容（C）一端和负载R一端相连，并与第二输出滤波电感L2连接，输出滤波电容C的另一端和负载R的另一端相连后连接到地。
2.根据权利要求1所述的四电平双Buck逆变器，其特征在于：所述第一Buck电路(A)还包括第一功率二极管（D1）、第二功率二极管（D2）、第四功率二极管（D4）、第一功率开关管（S1）、第二功率开关管（S2）、第三功率开关管（S3），所述第二Buck电路(B)还包括第三功率二极管（D3）、第五功率二极管（D5）、第六功率二极管（D6）、第四功率开关管（S4）、第五功率开关管（S5）、第六功率开关管（S6），第二输入电源（E2）的阴极接地，第二输入电源（E2）的阳极与第一输入电源（E1）的阴极相连，连接到第一功率二极管（D1）的阳极，第一输入电源（E1）的阳极与第一功率开关管（S1）的漏极连接，第一功率二极管（D1）的阴极与第五功率二极管（D5）的阴极相连，连接到第一功率开关管（S1）的源极，第一功率开关管（S1）的源极与第二功率开关管（S2）的漏极相连，第二功率开关管（S2）的源极与第三功率开关管（S3）的漏极相连，连接到第二功率二极管（D2）的阴极，第二功率二极管（D2）的阴极与第一输出滤波电感（L1）的一端连接，第一输出滤波电感（L1）的另一端与输出滤波电容（C）一端和负载（R）一端相连，连接到第二输出滤波电感（L2）的一端，输出滤波电容（C）的另一端和负载（R）的另一端相连，连接到地，第二输出滤波电感（L2）的另一端与第五功率开关管（S5）的漏极相连，连接到第四功率开关管（S4）的源极，第四功率开关管（S4）的源极与第五功率二级管（D5）的阳极相连，第四功率开关管（S4）的漏极与第六功率二极管（D6）的阳极相连，第六功率二极管（D6）的阴极与第一功率二极管（D1）的阳极相连，第五功率开关管（S5）的源极与第六功率开关管（S6）的漏极相连，连接到第二功率二极管（D2）的阳极，第三功率二极管（D3）的阳极与第二功率二极管（D2）的阳极相连，第三功率二极管（D3）的阴极与第四功率二极管（D4）的阳极相连，连接到第三输入电源（E3）的阴极，第四功率二极管（D4）的阴极与第三功率开关管（S3）的源极相连，第三输入电源（E3）的阴极与第四输入电源（E4）的阳极相连，第四输入电源（E4）的阴极与第六功率开关管（S6）的源极相连，第三输入电源（E3）的阳极与地相连。
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