[发明专利]一种正激式单级隔离逆变器

说明书

技术领域

本发明涉及一种逆变器，尤其涉及一种正激式单级隔离逆变器，属于电力电子变换器领 域。

背景技术

能源的潜在危机和生态环境的恶化，使世界各国积极开发包括燃料电池发电在内的新能 源及可再生能源。随着可再生能源的开发利用，适用于太阳能阵列的逆变器和燃料电池用逆 变器得到了广泛地研究。由于太阳能电池和燃料电池每个单元的输出电压较低，所以在串联 数量很少的情况下，并网逆变器的输入电压较低，但输出电压为市电220Vac，这样逆变器就 需要具有直流电压的提升和逆变的功能。

通常逆变器依照级数可以划分为单级式逆变器和多级式逆变器。具有电气隔离功能的单 级式逆变器的基本形式就是高频链逆变技术，国内外学者对其做了大量研究，取得了不少有 价值的研究成果。1995年Walker Jim提出了一种单四象限反激逆变器，反激逆变器的变压器有 四组绕组，一个原边绕组，一个回馈绕组和两个整流绕组，该逆变器由三只MOSFET和四只 二极管组成，可以四象限工作，并具有电气隔离，输入输出变化范围宽的特点；文献“梁永 春，孙林，龚春英，严仰光，反激逆变器研究，中国电机工程学报，2005，vol.25(24)：85-89”中研究 了一种新颖的反激逆变器，其拓扑结构简单，由两路双向反激变换器组合得到，共有四只 MOSFET及其体二极管组成四象限功率开关，该拓扑每个周期仅有一只功率管高频斩波，开 关、导通损耗小，而且每一种开关模式都可以等效为反激变换器，简化了控制和驱动电路， 可靠性高。但是，由于上述单级式逆变器其基本拓扑采用反激变换器，因此仅适合应用于小 功率场合。中国发明专利“CN1761140”和“CN1758521”分别提出了单级双向升压直流变 换器型高频环节逆变器、单级双向降压直流变换器型高频环节逆变器的电路结构，这两种电 路结构的基本思想是由两个相同的、输出反相低频正弦脉动直流电压的高频电气隔离双向功 率流直流变换器以差动电路构成，包括单管正激式、推挽式、推挽正激式、双管正激式、半 桥式、全桥式电路，因此在输出正弦波的任意半周，总有一个直流变换器处于闲置状态，器 件的利用率没有达到最大化，变压器磁芯的利用率较低。

发明内容

本发明针对背景技术中高频链逆变技术存在的缺陷而提出一种电路结构简单、变换效率 及可靠性高、适用于中小功率场合的正激式单级隔离逆变器。

本发明的正激式单级隔离逆变器，其结构包括：原边电路、主功率变压器和副边电路， 其中：原边电路包括直流电源和第一至第四功率开关管，直流电源的正极分别连接第一功率 开关管的漏极和第三功率开关管的漏极，直流电源的负极分别连接第二功率开关管的源极和 第四功率开关管的源极；主功率变压器包括原边绕组和副边绕组，原边绕组的同名端分别连 接第一功率开关管的源极和第二功率开关管的漏极，原边绕组的非同名端分别连接第三功率 开关管的源极和第四功率开关管的漏极；副边电路包括第一和第二四象限高频功率开关、滤 波电感和滤波电容，第一四象限高频功率开关的一端连接副边绕组的同名端，第一四象限高 频功率开关的另一端分别连接第二四象限高频功率开关的一端和滤波电感的一端，第二四象 限高频功率开关的另一端分别连接副边绕组的非同名端、滤波电容的一端和输出负载的一端， 滤波电感的另一端分别连接滤波电容的另一端和输出负载的另一端。

本发明具有如下有益效果：

(1)输入输出端高频电气隔离，输出与输入电压匹配能力强；

(2)原边开关管的电压应力为输入电压，因此适用于中高压输入场合；

(3)保留了双管正激变换器原边开关管电压应力低、不存在桥臂直通、可靠性高等优点；

(4)原边由两路双管正激变换器并联构成，并进一步简化，其原边不需要磁复位二极管，利 用功率开关管的体二极管实现磁复位功能，实现了开关管的复用，简化了电路结构；

(5)双向功率流，单级功率变换，变压器原副边高频电气隔离，变压器在半个市电周期双向 磁化，提高了变压器磁芯的利用率，减小了整体体积，并具有高功率密度，高效率及高可靠 性，特别适合于太阳能以及燃料电池的并网发电。

附图说明

图1是本发明正激式单级隔离逆变器的电路原理图。

图2(a)～(d)分别是四种四象限高频功率开关的电路示意图。

图3是本发明采用图2(a)所示的四象限高频功率开关时的实施例电路原理图。