[发明专利]一种非隔离式直流变换器型差动三电平逆变器

说明书

技术领域

本发明属于电力电子变换技术领域，特别是一种非隔离式直流变换器型差动三电平逆变器。

背景技术

DC-AC逆变技术是应用功率半导体器件，将直流电能转换成固定频率或频率可调的正弦交流电能的一种静止变流装置，供交流负载使用，广泛地应用于国防、工矿企业、科研院所、大学实验室和日常生活中。

目前，国内外电力电子研究人员对于DC-AC逆变器的研究主要集中在两个方面。一是对非电气隔离式、低频和高频电气隔离式等两电平DC-AC变换器的研究；二是对多电平逆变器的研究。多电平逆变器具有开关管电压应力低、输出电压谐波小、动态响应速度快等优点，自1980年A.Nabae等人提出后，吸引了众多学者的研究兴趣，先后提出了二极管、飞跨电容型和级联型多电平逆变器。但是，传统的三电平逆变器只能实现降压的功能，若要实现升压或升降压的功能，需采用两级或多级形式，造成电路拓扑结构复杂、损耗高，效率低等缺点。

S.Cuk等提出了Cuk直流变换器型逆变器(“A conceptually new high-frequency switched-mode amp[Li]fier technique e[Li]minates current ripple”，Proc.Fifth National So[Li]d-State Power Conversion Conf.1978，pp.G3.1～G3.22)。该逆变器由两个完全相同的Cuk直流变换器输入端并联，输出端串联而成，能够适应较宽的电压输入范围，实现了单级功率变换、双向功率流，并且能够实现升降压的功能。之后Ramon Caceres提出了Boost直流变换器型逆变器，其他一些学者也相继提出了Buck直流变换型、Buck-boost直流变换器逆变器，上述逆变器虽然具有较多优点，但它们均为两电平逆变器，而且在高电压电能变换场合，存在开关电压应力高、输出电压谐波含量高、损耗大、储能原件体积大等缺陷。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电路拓扑简洁、能够适应较宽的电压输入范围、双向功率流、单级变换、体积小、重量轻、成本低、控制简单、变换效率高、负载适应能力强，动态性能良好，适用于高电压输入场合的非隔离式直流变换器型差动三电平逆变器。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种非隔离式直流变换器型差动三电平逆变器，由依次连接的高压直流电源、输入滤波电感、输入滤波电容、两个完全相同的双向三电平直流变换器和交流负载组成；其中，两个非隔离式双向三电平直流变换器输入端并联，输出端串联；输入高压直流电源的正极与输入滤波电感的一端连接，输入滤波电感的另一端分别与两个双向三电平直流变换器、输入滤波电容相连接，该输入滤波电容的另一端分别与输入高压直流电源负极、两个双向三电平直流变换器相连接，所述的输入滤波电感和输入滤波电容构成输入滤波器，该输入滤波器对输入高压直流电源进行滤波；所述的两个双向三电平直流变换器将经输入滤波器滤波后的输入电压转化为三电平输出电压，第一双向三电平直流变换器由第一储能电感、第一功率开关管、第二功率开关管、第三功率开关管、第四功率开关管、第一均压箝位电容和第一输出滤波电容；第二双向三电平直流变换器由储能电感、第五功率开关管、第六功率开关管、第七功率开关管、第八功率开关管、第二均压箝位电容和第二输出滤波电容组成；在双向三电平直流变换器中，第一储能电感的一端与输入滤波器连接，另一端分别与第一功率开关管和第三开关管相连接；第一功率开关管的另一端分别与第二功率开关管和第一均压箝位电容相连接；第二功率开关管的另一端和第四功率开关管相连接，第四功率开关管的另一端分别和第一输出滤波电容，第一输出滤波电容的一端与输出交流负载的一端连接；在双向三电平直流变换器中，第二储能电感的一端与输入滤波器相连，另一端分别与第五功率开关管和第七功率开关管相连接；第五功率开关管的另一端分别与第六功率开关管和第二均压箝位电容相连接；第六功率开关管的另一端和输入滤波器连接；第二均压箝位电容分别与第七功率开关管的另一端和第八功率开关管相连接，第八功率开关管的另一端分别和第二输出滤波电容相连接；第二输出滤波电容的一端与输出交流负载的另一端连接；两个直流变换器输出具有相同的直流偏置，频率相同，相位相差180°的正弦交流电压，二者的差值即为输出电压u₀。