[发明专利]一种新型组合式DC/AC变换器

说明书

技术领域

本发明提出一种基于BUCK电路和BUCK-BOOST电路的新型组合式DC/AC变换器，可广泛应用于风力发电、太阳能发电和其它分布式发电系统，也可适用于电动汽车和交流电动机调速装置等领域。 

背景技术

DC/AC变换器是一种利用电力电子器件，借助与电力电子功能电路，将直流电能转换成满足负载供电要求交流电静止式变流装置。DC/AC变换应用十分广泛，各类直流电源（如蓄电池、电瓶、太阳能光伏电池等）需向交流负载供电时就需先进行逆变；交流电机用的变频器、不间断电源、有源逆变器、感应加热装置等其核心变换就是逆变；现代风电技术中产生的直流能量也需采用逆变技术变换成交流电能予以利用，所以DC/AC逆变技术是电力电子技术中最为重要的变换技术。在人们关注很多可再生新能源的分布式发电领域实现并网发电，DC/AC逆变技术起到了关键作用。传统电压型逆变器存在诸多缺点，一是多采用PWM调制直接实现DC/AC变换，电压波形存在电压突变，对器件和负载的耐电压突变能力要求较高且逆变器工作效率随着输出功率的减少而明显下降；二是多通过控制电力电子器件强制通断，电力电子器件的开关损耗和使用寿命都受到影响；三是在新能源发电中，输出电压受到诸多外部条件的限制，为了保证电压稳定，需要引入变压器等中间环节，影响了系统的整体工作效率。为了减小电压突变对开关器件及负载的冲击和减小系统的开关损耗，最大限度减小设备硬件成本，提高整个系统的工作效率，需要设计一种新型的DC/AC变换器。 

发明内容

本发明提出了一种基于BUCK电路和BUCK-BOOST电路的组合式DC-AC变换电路，系统采用两输入电源供电，一路交流电源输出形式，既可以实现输出电压自动调节，又可以充分利用成熟的升降压电路软开断技术，最大限度的降低器件通断损耗，有效延长开关器件的使用寿命。 

附图说明

图1是变换器各部分构成图； 

图2是DC-AC变换器主电路拓扑； 

图3是系统闭环PI控制框图； 

具体实施方法 

图1为DC/AC逆变器各部分构成图。逆变器主要由直流电源输入1、直流电源输入2、系统给定输入3、正负半周鉴别电路4、反馈信号5、控制器6、PWM信号发生器7、PWM 信号分配电路8、输出信号检测单元9、负载10和主电路11等组成。其中直流电源输入1和直流电源输入2做为逆变器的主电路供电电源，给主电路供电；给定输入信号3是系统输出信号的给定信号，与反馈信号4做差后送入控制器5，生成PWM信号脉宽控制信号，再经过PWM信号发生器6产生PWM信号，经过PWM信号分配单元驱动主电路器件的开通与关断；给定输入信号3还与正负半周鉴别电路配合使用，决定正负电压输出单元的输出状态。输出信号检测单元7用于产生反馈信号。系统给定输入3、反馈信号4、控制器5、PWM信号发生器6在具体实现时可以是由电位器、模拟PID控制器和三角波比较信号等模拟组成，也可以由按键、CPU等数字电路组成。 

图2所示为主电路拓扑图。电路由正组和反组分别由BUCK电路和BUCK-BOOST电路组成。正组负责正半周电压输出，反组负责负半周电压输出。 

对于组成DC/AC变换器的正组Buck电路而言，开关器件S₁与直流输入电压E₁串联，通过S₁硬开通和关断，在二极管D阳极侧产生方波电压。采用恒频控制方式，占空比连续可调^[8]。具体工作过程如下： 

S₁导通时，电源E₁通过电感L₁向负载和输出电容C₁供电。在电感电压u_L1=E₁-U_o（U_O为输出电压u_o平均值）作用下，电感电流i_L1线性增长，使电感储能。S₁关断时，电感储能通过续流二极管D释放，i_L1线性减少，此时u_L1=-U_o。一个稳定运行周期中，电感电流的净变化量为零。根据这一点可找出任何开关变换器中的稳定条件——电感伏秒（磁链）平衡原理。假定S导通时间t_on，关断时间t_off，t_on+t_off=T，T为工作周期，一周期内电感电压u_L积分为零，即