[发明专利]基于Cuk变换器的四开关三相逆变器及积分滑模控制器

说明书

针对现有FSTP逆变器的缺点，本发明提出了一种基于Cuk变换器的四开关三相逆变器及积分滑模控制器，其拓扑结构包括两个双向Cuk变换器，能够提供纯正弦输出电压，且无需输出滤波器。与传统的FSTP逆变器相比，本发明提供的逆变器提高了输入直流电源的电压利用率，提供了更高的输出线电压，可以扩展到直流输入电压的全值。此外，无需在同一桥臂开关之间插入死区，因此可以显著降低输出波形的失真以及非线性。而其对应的积分滑模控制器，能够通过优化系统的动态特性，保证系统在不同工况下的鲁棒性。

技术领域

本发明涉及电力电子变换技术领域，具体地，涉及一种基于Cuk变换器的四开关三相逆变器及积分滑模控制器。

背景技术

标准的六开关三相(Six Switch Three Phase，SSTP)电压型逆变器(VoltageSource Inverter，VSI)广泛应用于电动/混合动力汽车、可再生能源系统和工业驱动等多种应用领域。然而，在一些低功率范围的应用中，为了降低系统体积、复杂性、损耗及成本，更倾向于采用开关数较少的逆变器拓扑。一些研究工作就被引导到开发能够实现上述目标的逆变器拓扑。研究结果表明，用四个开关实现三相逆变器是可行的。在四开关三相(FourSwitch Three Phase，FSTP)逆变器中，两相负载由两个桥臂逆变器供电，第三相负载由施加在直流电源上的两个电容(C1和C2)的中点供电。

近年来，FSTP逆变器在性能、控制及应用方面引起了广泛的关注。与标准的SSTP逆变器相比，FSTP逆变器具有以下优点：由于开关数量的减少，降低了成本并提高了可靠性；省略了一个完整的支路，减少了1/3的开关损耗，并且减少了为开关提供PWM信号的接口电路的数量。FSTP逆变器还可以利用容错控制，以解决SSTP逆变器的开路/短路故障问题。然而，传统的FSTP逆变器也存在一些不足之处，需要加以考虑。与标准的SSTP逆变器类似，FSTP逆变器只执行降压DC-AC转换。如果直流链路两个电容(C1和C2)上通过的电压不相等时，FSTP逆变器将会产生非线性问题。此外，FSTP逆变器的相电压峰值降低到，SSTP逆变器的相电压峰值为。为了将FSTP逆变器的相电压提高到SSTP逆变器的相电压，典型的解决方案是在FSTP逆变器和直流输入源之间插入DC-DC升压变换器，这种结构被称之为双级逆变器。双级逆变器通常是利用Boost、Buck-Boost、Cuk、Speic或Zeta变换器中的任意一个来提高一级逆变器的直流输入电压，再利用SSTP逆变器来实现二级逆变器的DC-AC变换。此外，它还能够匹配大范围的输入电压，同样可用于各种工业应用，如UPS、不同种类的可再生能源系统、有源电力滤波器和电机驱动等。但复杂的结构使双级逆变器系统成本高昂，而且体积更大。上述提到的SSTP逆变器和FSTP逆变器都需要在同一桥臂的两个功率开关之间插入死区，这会降低等效脉冲宽度调制电压，并导致输出波形失真，且会降低能量传输效率。

发明内容

针对的现有技术的局限，本发明提出一种基于Cuk变换器的四开关三相逆变器及积分滑模控制器，本发明采用的技术方案是：

一种基于Cuk变换器的四开关三相逆变器，其拓扑结构包括相互连接的第一双向Cuk变换器以及第二双向Cuk变换器，三相负载中的第一相连接所述第一双向Cuk变换器的输出端，第二相连接所述第二双向Cuk变换器的输出端，第三相负载连接直流电源的负极。

作为一种优选方案，所述第一双向Cuk变换器以及第二双向Cuk变换器的正弦调制相互错开120°相角。