CN110071651B - 一种结构对称的非隔离型升压逆变电路 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种结构对称的非隔离型升压逆变电路，涉及电力电子逆变技术领域，用于提高非隔离型逆变器的升压能力。所述结构对称的非隔离型升压逆变电路采用可变占空比和改变电容放电路径实现升压逆变。具体由升压网络、能量传递网络和逆变网络三部分组成。其中升压网络包括：输入直流电源Uin、电感L1，开关管S1，开关管S4。能量传递网络包括：直流电源Uin、电感L1、二极管D1、二极管D2、电容C1，电容C2。逆变网络由电容C1，电容C2，开关管S2，开关管S3，开关管S5，开关管S6与负载组成。所述结构对称的非隔离型升压逆变电路具有升压功能，且输入电流连续、电路开关损耗低、***可靠性高。适用于输入电压低且范围变化大的场合。

Description

一种结构对称的非隔离型升压逆变电路
技术领域
本发明涉及电力电子逆变技术领域，具体是一种结构对称的非隔离型升压逆变电路。
背景技术
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。逆变器是电力电子领域的一种重要功率变换装置，在各种工业领域中广泛应用，传统的逆变器只能降压逆变，所以在实际应用中，为了达到升压功能，要采用升压逆变电路。
目前，非隔离型逆变电路可以通过两种方法实现升压，第一种方法是通过在直流侧级联一级DC-DC斩波电路抬高电压等级再通过逆变器以构成两级电路来实现，而两级电路结构变换级数多使***复杂、成本高、且器件数目大运行复杂。另一种方法是采用单级式升压逆变，它通过在输入电源侧与逆变桥之间加入无源阻抗网络来使逆变电路可工作于升降压模式。可运用于需要升压的场合，但是要引入直通占空比来完成升压，占空比受逆变器调制因子的限制，升压能力受限，开关管功率损耗大，因此选择升压能力强、运行效率高、控制简单、可靠性高的电路结构成为研究的关键所在。
发明内容
本发明的目的是：发明一种结构对称的非隔离型升压逆变电路，采用可变占空比和改变电容放电路径实现升压逆变。该拓扑结构对称，且具有较大的升压能力，无源器件少，输入电流连续，输出电压精度高的特点。
为实现本发明的目的，采用以下技术方案予以实现：通过升压网络对输入电压Uin进行升压。在升压网络后穿插能量传递网络，能量传递网络里的电容两端电压在电路进入稳态后不能突变，可以对输入侧电压扰动具有抑制作用，提高电路的可靠性，减小输出电压波形失真，降低开关管受到的电压冲击，增大电路的稳定性。
本发明所述所述结构对称的非隔离型升压逆变电路由升压网络、能量传递网络和逆变网络三部分组成，其中升压网络包括：输入直流电源Uin、电感L1、开关管S1、开关管S4，能量传递网络包括：直流电源Uin、电感L1、二极管D1、二极管D2、电容C1、电容C2，逆变网络由电容C1、电容C2、开关管S2、开关管S3、开关管S5、开关管S6与负载组成。
具体连接方式为：输入直流电源Uin正极与电感L1一端连接，输入直流电源Uin负极与开关管S1的源极、开关管S4的源极分别连接，电容C1正极与开关管S1漏极还有电感L1的一端连接，电容C2正极与开关管S4的漏极还有电感L1的一端连接，电容C1负极与开关管S2的源极、二极管D1的阳极连接，电容C2负极与开关管S5的源极、二极管D2的阳极连接，二极管D1的阴极与开关管S1的源极连接，二极管D2的阴极与开关管S4的源极连接，开关管S2的漏极与开关管S3的源极连接，开关管S3的漏极与开关管S6的漏极连接，开关管S6的源极与开关管S5的漏极连接，开关管S3的源极与漏极分别于二极管DS3的阳极与阴极连接，开关管S6的源极与漏极分别于二极管DS6的阳极与阴极连接，开关管S2的漏极与开关管S5的漏极分别连接负载两端。
与传统电压源型升压逆变电路相比，这种结构对称的非隔离型升压逆变电路减少了电路中的无源器件数目，调制方法简单，开关损耗低，拓扑结构对称。其中直流电源和输入电感L1构成升压网络，电感放电时起到电压泵升的作用，对两个中间电容进行充电使其储能，电容储能后为负载传递能量，可以将直流母线电压幅值提升，传递能量的过程中采用四个开关管的开通时序变化实现升压逆变的功能。
与现有技术相比较，本发明具有以下技术效果：
(1)具有单级升压逆变功能，不需要对电路接入隔离变压器升压，也不需要在逆变前级级联斩波电路，减小了电路体积和成本，提高了***集成度。
(2)采用可变占空比和改变电容放电路径实现升压逆变，且输出电压的幅值可以调节。
(3)在升压网络后穿插能量传递网络，能量传递网络里的电容两端电压在电路进入稳态后不能突变，可以对输入侧电压扰动具有抑制作用，提高电路的可靠性。
(4)该逆变电路的控制方法简单，较少的开关管工作在高频状态，降低了开关损耗。
附图说明
图1是本发明所述结构对称的非隔离型升压逆变电路原理图。
图2是本发明所述结构对称的非隔离型升压逆变电路输出电流正向时的等效电路图。
图3是本发明所述结构对称的非隔离型升压逆变电路输出电流反向时的等效电路图。
图4是本发明所述结构对称的非隔离型升压逆变电路开关控制序列图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进一步说明：如附图1所示，图1是本发明所述结构对称的非隔离型升压逆变电路原理图。所述结构对称的非隔离型升压逆变电路由升压网络、能量传递网络和逆变网络三部分组成；其中升压网络包括：输入直流电源Uin、电感L1、开关管S1、开关管S4，能量传递网络包括：直流电源Uin、电感L1、二极管D1、二极管D2、电容C1、电容C2，逆变网络由电容C1、电容C2、开关管S2、开关管S3、开关管S5、开关管S6与负载组成；
具体连接方式为：输入直流电源Uin正极与电感L1一端连接，输入直流电源Uin负极与开关管S1的源极、开关管S4的源极分别连接，电容C1正极与开关管S1漏极还有电感L1的一端连接，电容C2正极与开关管S4的漏极还有电感L1的一端连接，电容C1负极与开关管S2的源极、二极管D1的阳极连接，电容C2负极与开关管S5的源极、二极管D2的阳极连接，二极管D1的阴极与开关管S1的源极连接，二极管D2的阴极与开关管S4的源极连接，开关管S2的漏极与开关管S3的源极连接，开关管S3的漏极与开关管S6的漏极连接，开关管S6的源极与开关管S5的漏极连接，开关管S3的源极与漏极分别于二极管DS3的阳极与阴极连接，开关管S6的源极与漏极分别于二极管DS6的阳极与阴极连接，开关管S2的漏极与开关管S5的漏极分别连接负载两端。
根据输出电流的工作方向，可将输出电流正向模式与输出电流反向模式。
图2是本发明所述结构对称的非隔离型升压逆变电路输出电流正向模式时等效电路。如图2(I)所示，开关管S3、S4、S5导通，开关管S1、S2、S6关断，Uin、L1、S4组成闭合回路，电源Uin给输入电感L1充电，输入电感L1储能，电流线性上升；电容C2、开关管S4、S3、S5和负载组成闭合回路，D2截止，电容C2给负载放电；然后如图2(II)所示，开关管S1、S2、S4、S5、S6关断，开关管S3开通，其中Uin、L1、C2、D2组成闭合回路，Uin与L1对电容C2充电，输入电感L1的电流线性减少；DS6、S3和负载组成闭合回路，流过滤波电感的电流也线性减少。
图3是本发明所述结构对称的非隔离型升压逆变电路输出电流正向模式时等效电路。如图3(I)所示。开关管S1、S2、S6导通，开关管S3、S4、S5关断，Uin、L1、S1组成闭合回路，电源Uin给输入电感L1充电，输入电感L1储能，电流线性上升；电容C1、开关管S1、S6、S2和负载组成闭合回路，D1截止，电容C1给负载放电。然后如图3(II)所示，开关管S1、S2、S3、S4、S5关断，开关管S6开通，其中Uin、L1、C1、D1组成闭合回路，Uin与L1对电容C1充电，输入电感L1的电流线性减少；DS6、S6和负载组成闭合回路，流过滤波电感的电流也线性减少。
图4是本发明所述结构对称的非隔离型升压逆变电路开关控制序列图。其中S1和S2开通状态一致，在上半周期内做高频调制，S4和S5的开通状态一致，在下半周期内做高频调制，S6与S3只工作在工频周期。该控制方法简单，较少的开关管工作在高频状态，降低了开关损耗。
与现有技术相比较，本发明具有以下技术效果：
(1)具有单级升压逆变功能，不需要对电路接入隔离变压器升压，也不需要在逆变前级级联斩波电路，减小了电路体积和成本，提高了***集成度。
(2)采用可变占空比和改变电容放电路径实现升压逆变，且输出电压的幅值可以调节。
(3)在升压网络后穿插能量传递网络，能量传递网络里的电容两端电压在电路进入稳态后不能突变，可以对输入侧电压扰动具有抑制作用，提高电路的可靠性。
(4)该逆变电路的控制方法简单，较少的开关管工作在高频状态，降低了开关损耗。

Claims (6)

1.一种结构对称的非隔离型升压逆变电路，其特征在于，所述结构对称的非隔离型升压逆变电路由升压网络、能量传递网络和逆变网络三部分组成；其中升压网络包括：输入直流电源Uin、电感L1、开关管S1、开关管S4，能量传递网络包括：直流电源Uin、电感L1、二极管D1、二极管D2、电容C1、电容C2，逆变网络由电容C1、电容C2、开关管S2、开关管S3、开关管S5、开关管S6与负载组成，该电路结构对称；
具体连接方式为：输入直流电源Uin正极与电感L1一端连接，输入直流电源Uin负极与开关管S1的源极、开关管S4的源极分别连接，电容C1正极与开关管S1漏极还有电感L1的一端连接，电容C2正极与开关管S4的漏极还有电感L1的一端连接，电容C1负极与开关管S2的源极、二极管D1的阳极连接，电容C2负极与开关管S5的源极、二极管D2的阳极连接，二极管D1的阴极与开关管S1的源极连接，二极管D2的阴极与开关管S4的源极连接，开关管S2的漏极与开关管S3的源极连接，开关管S3的漏极与开关管S6的漏极连接，开关管S6的源极与开关管S5的漏极连接，开关管S3的源极与漏极分别于二极管DS3的阳极与阴极连接，开关管S6的源极与漏极分别于二极管DS6的阳极与阴极连接，开关管S2的漏极与开关管S5的漏极分别连接负载两端。
2.根据权利要求1所述的一种结构对称的非隔离型升压逆变电路，其特征在于，逆变电路采用可变占空比和改变电容放电路径实现升压逆变。
3.根据权利要求1所述的一种结构对称的非隔离型升压逆变电路，其特征在于，当电路工作在输出电流大于零时，开关管S3、S4、S5导通，开关管S1、S2、S6关断，Uin、L1、S4组成闭合回路，电源Uin给输入电感L1充电，输入电感L1储能，电流线性上升；电容C2、开关管S4、S3、S5和负载组成闭合回路，D2截止，电容C2给负载放电；然后开关管S1、S2、S4、S5、S6关断，开关管S3开通，其中Uin、L1、C2、D2组成闭合回路，Uin与L1对电容C2充电，输入电感L1的电流线性减少；DS6、S3和负载组成闭合回路，流过滤波电感的电流也线性减少。
4.根据权利要求1所述的一种结构对称的非隔离型升压逆变电路，其特征在于，当电路工作在输出电流小于零时，开关管S1、S2、S6导通，开关管S3、S4、S5关断，Uin、L1、S1组成闭合回路，电源Uin给输入电感L1充电，输入电感L1储能，电流线性上升；电容C1、开关管S1、S6、S2和负载组成闭合回路，D1截止，电容C1给负载放电；然后开关管S1、S2、S3、S4、S5关断，开关管S6开通，其中Uin、L1、C1、D1组成闭合回路，Uin与L1对电容C1充电，输入电感L1的电流线性减少；DS6、S6和负载组成闭合回路，流过滤波电感的电流也线性减少。
5.根据权利要求1所述的一种结构对称的非隔离型升压逆变电路，其特征在于，逆变电路输入侧电流连续，电容主要起到传递能量的作用，电容两端电压在电路进入稳态后不能突变。
6.根据权利要求1所述的一种结构对称的非隔离型升压逆变电路，其特征在于，控制方法简单，较少的开关管工作在高频状态。
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