一種單級逆變器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公布了一種單級逆變器。其包括輸入電源Uin、第一開關(guān)A、第二開關(guān)B、第一功率開關(guān)管S1、第二功率開關(guān)管S2、第三功率開關(guān)管S3、第四功率開關(guān)管S4、第五功率開關(guān)管S5、第六功率開關(guān)管S6、第一二極管D1、第二二極管D2、儲能電容C，利用無源元件電容做能量交換元件，提出了一種新型的單級逆變器結(jié)構(gòu)，合理劃分電路工作區(qū)域，可實(shí)現(xiàn)降低輸入電源能耗，延長輸入電源的使用壽命，可廣泛應(yīng)用在光伏并網(wǎng)逆變器、混合動力車等領(lǐng)域。
【專利說明】一種單級逆變器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種變換器，尤其是一種單級逆變器。
【背景技術(shù)】
[0002]傳統(tǒng)的電壓源逆變器輸入直流電壓輸出交流電壓，應(yīng)用非常廣闊。電壓源逆變器的輸入直流電壓可以由電網(wǎng)或旋轉(zhuǎn)交流電機(jī)經(jīng)整流濾波得到，也可由蓄電池、燃料電池或光伏電池得到，分別對應(yīng)一般工業(yè)應(yīng)用場合(如變頻器)，電動車、可再生能源分布式發(fā)電等場合。在電壓源逆變器中，由于輸入直流電壓的緣故，功率半導(dǎo)體器件總是保持正向偏置，輸入電源一直處于工作狀態(tài)，對于蓄電池、燃料電池或光伏電池等作為輸入電源將會導(dǎo)致其自身損耗增大，影響使用壽命，如附圖1所示。
[0003]在一些特定的電機(jī)控制及電能變換的應(yīng)用場合，正是由于存在以上不足，普通的電壓源逆變器恰是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能的瓶頸，制約了相關(guān)技術(shù)的發(fā)展與進(jìn)步。如在電動汽車與混合動力汽車的電力驅(qū)動系統(tǒng)中，直流電壓一般由蓄電池或燃料電池電壓決定，所以驅(qū)動電機(jī)的恒轉(zhuǎn)矩輸出的轉(zhuǎn)速范圍決定于電池電壓，若電池?fù)p耗過渡，則電池電壓將會下降，再進(jìn)一步升速，則進(jìn)入恒功率范圍，電池電壓的不足將導(dǎo)致車輛的加速能力將下降，現(xiàn)有技術(shù)中采用串入升壓電路的方式又會導(dǎo)致系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，控制繁瑣等問題。在光伏并網(wǎng)逆變器領(lǐng)域中也存在同樣的問題，不在贅述。
[0004]在當(dāng)前全球能源供應(yīng)日益緊張的背景下，降低輸入電源的能耗已經(jīng)成為一個新的關(guān)注點(diǎn)。因此，開發(fā)新型、高效、高可靠的升壓逆變技術(shù)，具有很大的現(xiàn)實(shí)意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)中逆變器結(jié)構(gòu)的缺陷，提出一種適合具有節(jié)省輸入電源能耗功能的單級逆變器。
[0006]本發(fā)明的單級逆變器包括輸入電源Uin、第一開關(guān)A、第二開關(guān)B、第一功率開關(guān)管S1、第二功率開關(guān)管S2、第三功率開關(guān)管S3、第四功率開關(guān)管S4、第五功率開關(guān)管S5、第六功率開關(guān)管S6、第一二極管D1、第二二極管D2、儲能電容C,輸入電源Uin —端連接第一開關(guān)A的一端，第一開關(guān)A的另一端連接第一二極管D1的陰極、第一功率開關(guān)管S1的一端、第二功率開關(guān)管S2的一端、第三功率開關(guān)管S3的一端，第二開關(guān)B的一端連接第二二極管D2的陽極、第四功率開關(guān)管S4的一端、第五功率開關(guān)管S5的一端、第六功率開關(guān)管S6的一端,第一功率開關(guān)管S1的另一端、第二功率開關(guān)管S2的另一端、第三功率開關(guān)管S3的另一端分別連接第四功率開關(guān)管S4的另一端、第五功率開關(guān)管S5的另一端、第六功率開關(guān)管S6的另一端，且各連接點(diǎn)連接三相負(fù)載，如三相交流電機(jī)、三相電網(wǎng)等，儲能電容C的負(fù)極連接第二開關(guān)B的另一端和輸入電源Uin的另一端，儲能電容C的正極連接第一二極管的陽極D1和第二二極管的陰極D2。
[0007]本發(fā)明提出的單級逆變器，利用電容做能量交換元件用，實(shí)現(xiàn)降低輸入電源能耗的目的。此單級逆變器拓?fù)鋬H使用一級變換電路，巧妙的運(yùn)用無源元件電容的儲能特性，克服傳統(tǒng)電壓型逆變器的不足，與傳統(tǒng)的DC/DC+DC/AC變換器相比減少了開關(guān)管數(shù)目，電路拓?fù)浜喕?，降低了逆變器控制的?fù)雜性，降低輸入電源能耗，而且此拓?fù)渑c傳統(tǒng)電壓源逆變器和DC/DC+DC/AC變換器相比在同等工作條件下開關(guān)器件功率要小，效率要高，有效提升輸入電源的使用壽命。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0008]圖1:傳統(tǒng)電壓源逆變器；
[0009]圖2:本發(fā)明的單級逆變器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0010]圖中的主要符號名稱:Uin——電源電壓，S1?S6——功率開關(guān)管，第一二極管D1,第二二極管D2, A—第一開關(guān)，B一一第二開關(guān)，C—儲能電容。
【具體實(shí)施方式】
[0011]由圖2可知，本發(fā)明的單級逆變器包括輸入電源Uin、第一開關(guān)A、第二開關(guān)B、第一功率開關(guān)管S1、第二功率開關(guān)管S2、第三功率開關(guān)管S3、第四功率開關(guān)管S4、第五功率開關(guān)管S5、第六功率開關(guān)管S6、第一二極管D1、第二二極管D2、儲能電容C。
[0012]輸入電源Uin—端連接第一開關(guān)A的一端,第一開關(guān)A的另一端連接第一二極管D1的陰極、第一功率開關(guān)管S1的一端、第二功率開關(guān)管S2的一端、第三功率開關(guān)管S3的一端，第二開關(guān)B的一端連接第二二極管D2的陽極、第四功率開關(guān)管S4的一端、第五功率開關(guān)管S5的一端、第六功率開關(guān)管S6的一端，第一功率開關(guān)管S1的另一端、第二功率開關(guān)管S2的另一端、第三功率開關(guān)管S3的另一端分別連接第四功率開關(guān)管S4的另一端、第五功率開關(guān)管S5的另一端、第六功率開關(guān)管S6的另一端，且各連接點(diǎn)連接三相負(fù)載，如三相交流電機(jī)、三相電網(wǎng)等，儲能電容C的負(fù)極連接第二開關(guān)B的另一端和輸入電源Uin的另一端，儲能電容C的正極連接第一二極管的陽極D1和第二二極管的陰極D2。
[0013]第一功率開關(guān)管31、第二功率開關(guān)管S2、第三功率開關(guān)管S3、第四功率開關(guān)管S4、第五功率開關(guān)管S5、第六功率開關(guān)管S6構(gòu)成的三相逆變器分為六個開關(guān)區(qū)域，在第一區(qū)域中，開關(guān)S1和S5閉合，并且其它四個斷開。在第二區(qū)域中，開關(guān)S1和S6閉合，并且其它四個斷開。在第三區(qū)域中，開關(guān)S2和S6閉合。在第四區(qū)域中，開關(guān)S2和S4閉合，并且其它四個斷開。在第五區(qū)域中，開關(guān)S3和S4閉合，并且其它四個斷開。最后，在第六區(qū)域中，開關(guān)&和S5閉合，并且其它四個斷開。
[0014]在第一、三、五開關(guān)區(qū)域時(shí)，第一開關(guān)A閉合，第二開關(guān)B關(guān)斷；在第二、四、六開關(guān)區(qū)域時(shí)，第二開關(guān)B閉合，第一開關(guān)A關(guān)斷。在第一、三、五開關(guān)區(qū)域時(shí)，輸入電源驅(qū)動負(fù)載和給儲能電容充電，在第二、四、六開關(guān)區(qū)域時(shí)，儲能電容釋放能量，驅(qū)動負(fù)載工作。如此可有效減少輸入電源的使用頻率，在使用蓄電池、燃料電池或光伏電池等作為輸入電源時(shí)，降低輸入電源的能耗，提高系統(tǒng)的工作效率。
[0015]完成上述六個工作區(qū)域時(shí)，已經(jīng)執(zhí)行一次完成的循環(huán)，將從第一階段再次開關(guān)下一次循環(huán)。
[0016]此外，為了達(dá)到更好的節(jié)省能耗效果，儲能電容的電壓的變化范圍為輸入電源的30%—60%之間，其初始能量可由外部電源提前充電。
[0017]各功率開關(guān)管、第一開關(guān)、第二開關(guān)可為IGBT或MOSFET等大功率開關(guān)器件。 [0018] 輸入電源為蓄電池、燃料電池或光伏電池等新型儲能電源。
【權(quán)利要求】
1.一種單級逆變器，包括輸入電源Uin、第一開關(guān)A、第二開關(guān)B、第一功率開關(guān)管S1、第二功率開關(guān)管S2、第三功率開關(guān)管S3、第四功率開關(guān)管S4、第五功率開關(guān)管S5、第六功率開關(guān)管S6、第一二極管D1、第二二極管D2、儲能電容C,輸入電源Uin —端連接第一開關(guān)A的一端，第一開關(guān)A的另一端連接第一二極管D1的陰極、第一功率開關(guān)管SI的一端、第二功率開關(guān)管&的一端、第三功率開關(guān)管S3的一端，第二開關(guān)B的一端連接第二二極管D2的陽極、第四功率開關(guān)管S4的一端、第五功率開關(guān)管S5的一端、第六功率開關(guān)管S6的一端，第一功率開關(guān)管S1的另一端、第二功率開關(guān)管S2的另一端、第三功率開關(guān)管S3的另一端分別連接第四功率開關(guān)管S4的另一端、第五功率開關(guān)管S5的另一端、第六功率開關(guān)管S6的另一端，且各連接點(diǎn)輸出連接三相負(fù)載，儲能電容C的負(fù)極連接第二開關(guān)B的另一端和輸入電源Uin的另一端，儲能電容C的正極連接第一二極管的陽極D1和第二二極管的陰極D2。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單級逆變器，所述儲能電容C的電壓的變化范圍為輸入電源的 30% — 60%。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的單級逆變器，所述儲能電容C的初始電壓由外部電源提供。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單級逆變器，所述輸入電壓為蓄電池、燃料電池或光伏電池。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單級逆變器，各功率開關(guān)管、第一開關(guān)、第二開關(guān)為IGBT或MOSFET。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單級逆變器，三相負(fù)載為電動機(jī)或三相電網(wǎng)。
【文檔編號】H02M7/48GK103916035SQ201410161623
【公開日】2014年7月9日 申請日期:2014年4月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月21日
【發(fā)明者】姚志壘, 徐靜, 吳帆, 顧春雷, 胡國文, 陳榮 申請人:鹽城工學(xué)院