CN200969560Y

CN200969560Y - 分时复合高频的组合型单相dc/ac逆变电路

Info

Publication number: CN200969560Y
Application number: CN 200620047875
Authority: CN
Inventors: 吴卫民; 汤天浩; 刘以建
Original assignee: Shanghai Maritime University
Current assignee: Shanghai Maritime University
Priority date: 2006-11-16
Filing date: 2006-11-16
Publication date: 2007-10-31
Anticipated expiration: 2016-11-16

Abstract

本实用新型提供了一种分时复合高频的组合型单相DC/AC逆变电路，其特点是等效直流电源的正输出端与直流变换器的正输入端以及该变换器的负输出端连接在一起，等效直流电源的负输出端与直流变换器的负输入端相连接，直流变换器的正输出端和等效直流电源的负输出端作为直流变换器与等效直流电源的级连输出，与输出变换器的输入相连接。本实用新型运行工作时，等效直流电源的很大一部分能量不经过高频斩波直接流入电网或负载，提高了整机效率，并且体积也减少了很多；电路的升压比下降使电路的控制特性以及升压电路的效率得到提高，同时结构相对简单，因而有更高的性价比与功率密度。

Description

分时复合高频的组合型单相DC/AC逆变电路

技术领域

本实用新型涉及一种单相DC/AC逆变电路，特别是一种分时复合高频的组合型单相DC/AC逆变电路。

背景技术

随着传统能源的日益紧张，新型清洁能源(如太阳能，燃料电池)发电的应用逐渐得到推广。这类能源的一个显著特点是输入电压和输入功率变化范围很大。以太阳能电池为例，同一组电池板在不同光照条件下，它的直流输出电压可以相差一倍至多。此类电源接入单相负载或电网，必须有一个能在较大输入电压范围内维持输出单相交流电压恒定的单相DC/AC逆变电路作为接口。

目前实现以上功能的电路主要有两大类：

一、隔离型；二、非隔离型。其中隔离型可分为，采用高频变压器隔离型与采用工频变压器隔离型。隔离型的优点在于能实现电网和太阳能电池的电气隔离，因而系统安全性好；通过设计变压器的变比较容易实现电压变换，因而控制相对简单。但是由于全部功率要通过变压器，因而系统的效率相对降低。非隔离型主要采用BOOST升压电路来实现升压，其中前级BOOST升压电路和后级全桥逆变器两级电路同一时间内仅仅一种电路工作在高频状态下的分时工作模式对提高太阳能逆变器效率有较大的进步意义，但是其前级BOOST电路在太阳能电池输出的直流电压低于电网电压峰值时，必须输出馒头波形，这给控制带来了较大困难(特别是当太阳能电池的输出电压较低，BOOST电路的升压比接近或大于2时)；同时在直流输入电压较低时，整机的效率下降明显。

针对隔离型与非隔离型各自的优缺点，有人提出部分隔离型变换电路。该电路在太阳能电源与输出级之间有两个单独直流变换器，这两个直流变换器的输入并接在太阳能直流电源的正负两端，他们的输出端串联在一起，组合生成单相全波整流馒头波直流电压波形，再经输出级倒相，维持输出恒定的单相正弦交流电压，并入单相负载或交流电网。由于采用了两个变换器来完成分时复合高频的组合型DC/DC变换，所以结构复杂，器件的利用率较低，成本相对较高。

发明内容

本实用新型针对以上部分隔离型逆变电路技术的不足，提出一种紧凑的部分隔离型的分时复合高频的组合型单相DC/AC逆变电路。

本实用新型采用的技术方案如下：

太阳能电池的正负两端与直流变换器的正负输入端相连，直流变换器的输出负端与该变换器的输入正端相连，以抬高变换器的输出直流电平；于是变换器的输出正端与太阳能电池的负端之间的输出为带直流平台的单相全波整流电压波形；再将此输出电压经带LC滤波输出变换器的斩波、倒相，生成单相正弦交流电压输出，并入单相交流电网或负载。

有益效果

本实用新型具有以下技术效果：

1、相对于传统隔离型DC/AC逆变器，太阳能等效直流电源的很大一部分能量不经过高频斩波直接流入电网，提高了整机效率并且体积也减少很多。

2、相对于传统带前级BOOST升压电路和后级全桥逆变器组成的分时复合高频的组合型DC/AC逆变电路，本实用新型因直流变换器的输出负端与该变换器的输入正端直接相连，从而抬高了直流变换器的输出直流电平，因此升压电路的升压比下降很多，电路的控制特性以及升压电路的效率得到提高，因而有更高的性价比与功率密度。

3、相对于传统部分隔离型DC/AC逆变器，直流变换器电路得到简化，器件的利用率得到提高，装置的可靠性得到提高。

附图说明

图1本实用新型结构框图；

图2本实用新型实施例1；

图3本实用新型实施例2。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型作进一步详细描述。

参见图1，1为太阳能等效直流电源，其正的输出端与直流变换器2的正输入端以及该变换器的负输出端连接在一起，等效直流电源1负的输出端与直流变换器2的负输入端以及带LC滤波的输出变换器3的一输入端连接在一起；直流变换器2的正的输出端与输出变换器3的另一输入端连接在一起。直流变换器2的正输出端和等效直流电源1的负输出端作为直流变换器2与等效直流电源1两者的级连输出，与输出变换器3的输入连接。输出变换器3的输出端分别与单相交流或负载4两端连接在一起。

本实用新型运行工作时，等效直流电源1的输出电压馈送至直流变换器2的输入端，由于直流变换器2的负输出端与正输入端相连，抬高了直流变换器2的输出直流电平，因此直流变换器2的正输出端与等效直流电源1的负端之间的输出电压Udc为带直流平台的单相全波整流电压波形；然后，此电压Udc馈入带LC滤波输出变换器3，经输出变换器3的斩波、倒相，生成单相正弦交流电压Uac输出；最后，此电压Uac并入单相交流电网或负载4。

本实用新型的直流变换器2可以是全桥隔离变换器，全桥隔离变换器，正激变换器，反激变换器，PUSH-PULL电路或者半桥隔离逆变电路。

实施例一

如图2所示，整个电路包括四大部分，与图1中的结构框图相对应，一、等效直流电源1；二、直流变换器2；三、输出变换器3；四、单相负载或电网4。其中直流变换器2由开关管VT1，续流二极管VD1，电感L1，开关管VTh1～VTh4，高频变压器T1，整流二极管VD2～VD5，电容C1组成；输出变换器3由开关管VTL1～VTL4，电感L2，电容C2组成。等效直流电源1的正端与直流变换器2的开关管VT1的漏极，整流二极管VD4，VD5的阳极相连。等效直流电源1的负端与直流变换器2的续流二极管VD1的阳极，开关管VTh3和VTh4的源极，以及输出变换器3的开关管VTL3和VTL4的发射极相连。开关管VT1的源极与电感L1的一端以及续流二极管VD1的阴极相连。电感L1的另一端与开关管VTh1和VTh2的漏极相连。开关管VTh1的源极和VTh3的漏极以及高频变压器T1输入的一端连接；开关管VTh2的源极和VTh4的漏极以及高频变压器T1输入的另一端连接。整流二极管VD2～VD5组成整流桥，其交流输入两端分别与高频变压器T1的输出两端相连，其直流输出的负端与等效直流电源1的正端以及电容C1的一端相连，其直流输出的正端与输出变换器3的开关管VTL1，VTL2的集电极以及电容C1的另一端相连。开关管VTL1的发射极，开关管VTL3的集电极，电容C2的一端以及单相负载或电网4的一端相连。开关管VTL2的发射极与开关管VTL4的集电极以及电感L2的一端相连。电感L2的另一端，电容C2的另一端以及单相负载或电网4的另一端相连。

输出变换器3的输入直流电压波形Udc如图1所示，它由等效直流电源1和直流变换器2共同产生。当Udc数值小于直流电源电压Vin时，直流变换器2的开关管全部关闭，等效直流电源1的电压直接通过直流变换器2的整流桥加到输出变换器3的输入两端，输出变换器3的开关管高频动作，并通过电感L2以及电容C2滤波得到该时段并入单相负载或电网4所需要的交流电压波形Uac如图1所示；当Udc数值大于直流电源电压Vin时，其中Udc-Vin的正弦馒头波部分由直流变换器2的开关管将输入直流电压高频斩波后通过变压器T1，整流二极管VD2～VD5整流以及电容C1滤波产生，该部分馒头波与输入直流电压Vin级联在一起加在输出变换器3的输入两端，此时输出变换器3的一斜对开关管(VTL1和VTL4，或VTL1和VTL4)处于一直导通状态，经过电感L2与电容C2后得到该时段并入单相负载或电网4所需要的交流电压波形Uac如图1所示。相对于传统隔离型DC/AC逆变器，直流电源的很大一部分能量不经过高频斩波直接流入电网，整机效率以及体积都减少很多。相对于传统带前级BOOST升压电路和后级全桥逆变器组成的分时复合高频的组合型DC/AC逆变电路，直流变换器的升压比下降很多，电路的控制特性以及DC/DC升压电路的效率得到提高，因而有更高的性价比与功率密度。相对于传统部分隔离型DC/AC逆变器，直流变换器电路得到简化，器件的利用率得到提高，装置的可靠性得到提高。

实施例二

如图3所示，整个电路包括四大部分，与图1中的结构框图相对应，一、等效直流电源1；二、直流变换器2；三、输出变换器3；四、单相负载或电网4。其中直流变换器2由开关管VTh1～VTh4，高频变压器T1，整流二极管VD1～VD4，电感L1，电容C1组成；输出变换器3由开关管VTL1～VTL4，电感L2，电容C2组成。等效直流电源1的正端与直流变换器2的开关管VT1，VTH2的漏极，以及整流二极管VD3，VD4的阳极相连。等效直流电源1的负端与直流变换器2的开关管VTh3和VTh4的源极，以及输出变换器3的开关管VTL3和VTL4的发射极相连。开关管VTh1的源极和VTh3的漏极以及高频变压器T1输入的一端连接；开关管VTh2的源极和VTh4的漏极以及高频变压器T1输入的另一端连接。整流二极管VD1～VD4组成整流桥，其交流输入两端分别与高频变压器T1的输出两端相连，其直流输出的负端与等效直流电源1的正端以及电容C1的一端相连，其直流输出的正端与电感L1的一端连接。电感L1的另一端与电容C1的另一端以及输出变换器3的开关管VTL1，VTL2的集电极相连接。开关管VTL1的发射极，开关管VTL3的集电极，电容C2的一端以及单相负载或电网4的一端相连。开关管VTL2的发射极与开关管VTL4的集电极以及电感L2的一端相连。电感L2的另一端，电容C2的另一端以及单相负载或电网4的另一端相连。

输出变换器3的输入直流电压波形Udc如图1所示，它由等效直流电源1和直流变换器2共同产生。当Udc数值小于直流电源电压Vin时，直流变换器2的开关管全部关闭，等效直流电源1的电压直接通过直流变换器2的整流桥，电容C1以及电感L1加到输出变换器3的输入两端，输出变换器3的开关管高频动作，并通过电感L2以及电容C2滤波得到该时段并入单相负载或电网4所需要的交流电压波形Uac如图1所示；当Udc数值大于直流电源电压Vin时，其中Udc-Vin的正弦馒头波部分由直流变换器2的开关管将输入直流电压高频斩波后通过变压器T1，整流二极管VD1～VD4整流，电感L1以及电容C1滤波产生，该部分馒头波与输入直流电压Vin级联在一起加在输出变换器3的输入两端，此时输出变换器3的一斜对开关管(VTL1和VTL4，或VTL1和VTL4)处于一直导通状态，经过电感L2与电容C2后得到该时段并入单相负载或电网4所需要的交流电压波形。相对于传统隔离型DC/AC逆变器，直流电源的很大一部分能量不经过高频斩波直接流入电网，整机效率以及体积都减少很多。相对于传统带前级BOOST升压电路和后级全桥逆变器两级电路组成的分时复合高频的组合型DC/AC逆变电路，级联变换器的升压比下降很多，电路的控制特性以及DC/DC升压电路的效率得到提高，因而有更高的性价比与功率密度。相对于传统部分隔离型DC/AC逆变器，直流变换器电路得到简化，器件的利用率得到提高，装置的可靠性得到提高。

Claims

1.一种包括等效直流电源(1)，直流变换器(2)和输出变换器(3)的分时复合高频的组合型单相DC/AC逆变电路，其特征是：

a.直流变换器(2)的正输入端与负输出端连接；

b.直流变换器(2)的正输出端和等效直流电源(1)的负输出端作为直流变换器(2)与等效直流电源(1)两者的级连输出，与输出变换器(3)的输入连接。

2.根据权利要求1所述的分时复合高频的组合型单相DC/AC逆变电路，其特征是直流变换器(2)可以是全桥隔离变换器，正激变换器，反激变换器，PUSH-PULL电路或者半桥隔离逆变电路。