[发明专利]一种可用于充电和驱动的多功能逆变器

说明书

本发明公开了一种可用于充电和驱动的多功能逆变器，涉及交流电与直流电互相转化的电气技术领域。本发明所述的可用于充电和驱动的多功能逆变器包括将直流电转变成交流电的标准逆变器、公共直流母线、逻辑控制端口、电动机端口、储能端口、交流电源端口、直流电源端口、交流转直流模块、第一直流转直流辅助模块、第二直流转直流辅助模块和第三直流转直流辅助模块。本发明高度集成，在一个设备上实现了将“交流电转直流电”、“直流电转直流电”和“直流电转交流电”的所有功能。

技术领域

本发明涉及交流电与直流电互相转化的电气技术领域。

背景技术

在固定式安装的工业设备，或者使用混合动力和纯电动的移动式设备（车辆、船舶、飞行器等）的领域中，均需要使用到各种形式的电能转换：交流电转直流电、直流电转直流电和直流电转交流电等。

一般使用整流器将来自于各种交流电源（公共交流电网、交流发电机等）的电能转换成设备工作需要的直流电，实现交流电转直流电的功能；直流转直流转换器用于将一种直流电转换成另一种直流电或者进行相互转换，二者之间的电压等级是不同；采用逆变器将各种直流电转换成交流电供给后级设备（如电动机）使用。

工业机电设备都依赖于公共交流电网或交流发电机进行供电，当接入交流电后，往往还需要将交流电变成直流电才能让这些工业机电设备正常工作，故此时需要使用交流转直流的转换器将输入的交流电转换成设备所需的直流电。现有技术中，都是使用多个分立元件如二极管或者基于二极管形式的整流桥模块来完成此整流功能。其利用二极管单向导通的原理，将交流电的正负半周分别进行整流并平移，转换成脉动的且含有交流分量的直流电，再通过电容器进行滤波整形，变成平稳的直流电。当原交流电源在经过整流后产生的直流电压和后级电路不匹配时，则需要先将交流电源电压调整到合适的范围内，此时一般先采用变压器先将该交流电源的电压先升压或降压到一定范围，然后再使用前述的整流电路将调整后的交流电转换成直流电以供给后级电路使用。

交流电动机在工作时需要使用交流电源，当使用直流电源进行供电时就需要加装直流转交流的逆变器将直流电转换成交流电，这样才能供交流电动机使用。现有方案中都是采用多相驱动架构的逆变器来解决。由多个（一般是4，6，8，12个或更多）功率电子器件如半导体管、场效应管（即MOSFET各显神通）、绝缘栅双极晶体管（即IGBT管）等组成逆变器的功率驱动单元。该驱动单元的电路连接方式是：先每两个进行串联，各串联分支称之为驱动桥臂，这些驱动桥臂的上端是统一连接到称之为直流母线的正极，下端是全部连接到直流母线的负极，而直流母线本身是连接到外部直流电源的。然后，基于脉冲宽度调制（PWM）原理，分别控制各个功率电子器件依次打开或关闭，将来自直流母线上的直流电变换成交流电经各个驱动桥臂中间节点输出，一般是连接到交流电动机。

几乎所有移动式设备（如各种基于混合动力或纯电动的汽车、船舶等）都带有储能装置，这些储能装置可以是由各种电池（如锂电池）或电容器（如超级电容器）组成。这些储能单元都仅能存储直流形式的电能，且储能单元的工作电压等级是有限制范围的，当它与直流电源电压范围不匹配时，则需要使用独立的直流转直流的转换器在电源和储能单元之间进行电压转换。

在现有的技术中，都是使用独立的交流转直流的转换器（即整流器）、直流转直流的转换器和直流转交流的逆变器，组合来完成上述全部要求；或者是使用自带整流功能的直流转交流的逆变器，再加上独立的直流转直流的转换器，组合完成上述全部要求。但这样做有许多缺点及不便：

第一、独立的直流转直流的转换器只能实现降压转换或仅能升压转换，即仅能单向工作；

第二、当上述独立的直流转直流的转换器给储能单元充电时，就限制了整个系统的工作电压范围。比如，当使用降压型的直流转直流的转换器时，储能单元的工作电压是只能低于前者的；当使用升压型的直流转直流的转换器时，储能单元的工作电压只能是高于前者的；