[发明专利]差分式升降压单相逆变器及其功率解耦方法

摘要

本发明公开了差分式升降压单相逆变器及其功率解耦方法，其特征是：包括左侧双向升降压直流变换器、右侧双向升降压直流变换器和交流低通输出滤波电路；左侧双向升降压直流变换器和右侧双向升降压直流变换器输入侧并联，并且共用直流输入源；左侧双向升降压直流变换器和右侧双向升降压直流变换器输出侧差分式连接以获得交流输出，交流输出通过交流低通滤波电路与交流侧连接。本发明在不增加任何电力电子器件的条件下，基于能量平衡对逆变器进行调制，使得两倍工频的功率脉动被左侧和右侧输出滤波电容所吸收。本发明可以使用非电解电容作为输入滤波电容，避免使用电解电容，从而提升了逆变器的功率密度和寿命。

主权项

1.一种差分式升降压单相逆变器，其特征是：包括左侧双向升降压直流变换器(1)、右侧双向升降压直流变换器(2)和交流低通输出滤波电路(3)；所述左侧双向升降压直流变换器(1)和右侧双向升降压直流变换器(2)输入侧并联，并且共用直流输入源V_i；所述左侧双向升降压直流变换器(1)和右侧双向升降压直流变换器(2)输出侧差分式连接以获得交流输出，所述交流输出通过所述交流低通滤波电路(3)与交流侧v_o连接；所述差分式升降压单相逆变器的功率解耦控制方法按如下步骤进行：步骤1、在已知输出侧交流电压峰值V_max和输出侧交流电流峰值I_max的条件下，首先假设左侧输出滤波电容电压v_C1的表达式如式(1)，右侧输出滤波电容电压v_C2的表达式如式(2)：v_C1＝V_d+0.5V_max·sin(ωt)+v_add(t)  (1)，v_C2＝V_d‑0.5V_max·sin(ωt)+v_add(t)   (2)，其中v_add(t)为待定输出滤波电容附加电压，V_d为输出滤波电容电压的直流偏移量；则，交流侧的交流电压v_o的表达式如式(3)，交流侧的交流电流i_o的表达式如式(4)：v_o＝v_C1‑v_C2＝V_max·sin(ωt)   (3)，其中R为输出端电阻型负载的电阻值；步骤2、根据开关周期内能量平衡的原理首先分别计算出每个开关周期Ts中，交流侧所需能量E_dm0为：左侧输出滤波电容C₁所需能量E_dm1为：右侧输出滤波电容C₂所需能量E_dm2为：令C₁＝C₂＝C，则每个开关周期T_s中，交流侧和滤波电容所需要的总能量E_dm如式(8)：其中ω＝120π(rad/s)为输出交流电压角频率，v′_add(t)为v_add(t)的微分，步骤3、根据能量平衡，输入侧提供的能量将等于交流侧和滤波电容所需要的总能量E_dm；为了消除输入侧能量的二次谐波，式(8)中的交流二次分量应为零，如式(9)：由式(9)获得待定输出滤波电容附加电压v_add(t)的表达式如式(10)：则，根据式(1)和式(10)获得左侧输出滤波电容电压v_C1的表达式如式(11)，根据式(2)和式(10)获得右侧输出滤波电容电压v_C2的表达式如式(12)：步骤4、设置左侧输入开关Q₁₁占空比d₁如式(13)，右侧输入开关Q₂₁占空比d₂如式(14)：双向升降压直流变换器的输入开关和输出开关采用互补导通模式，即左侧输出开关Q₁₂占空比为1‑d₁，右侧输出开关Q₂₂占空比为1‑d₂，以此确定功率解耦方法的所有开关的控制方式。