一種倍流式差分輸出的逆變器制造技術

本發明專利技術公開了一種倍流式差分輸出的逆變器，包括兩個隔離型DC-DC變換電路；DC-DC變換電路的原邊為全橋電路結構，副邊為倍流整流電路結構；兩個DC-DC變換電路副邊的輸出端分別接于負載兩端以構成差分結構。本發明專利技術逆變器工作時沒有占空比丟失現象，從而在根本上消除了死區帶來的電壓波形畸變；逆變器采用差分輸出的結構，進一步消除由于實際電路的非理想特性帶來的波形畸變，同時還具有很高的共模干擾抑制能力，從而得到波形畸變率極低的輸出電壓。此外，本發明專利技術逆變器輸出與輸入之間用高頻變壓器相互隔離，降低了輸入端對負載的電磁干擾。

【技術實現步驟摘要】
一種倍流式差分輸出的逆變器
本專利技術屬于電力電子
，具體涉及一種倍流式差分輸出的逆變器。
技術介紹
隨著現代科技的進步，各行各業出現了越來越多的精密儀器與設備，如臨床醫學上所用的床旁機械臂系統(俗稱達芬奇手術機器人)，晶圓半導體芯片生產線設備，以及各種精密加工機械。精密儀器設備對電源提出了很高的要求，不僅要求供電電壓穩定、頻率偏差小、波形畸變率低，同時還要求供電設備對儀器的電磁干擾小。因此，精密儀器設備的供電不能直接采用市電，而需要專門設計的可靠穩定的并且波形畸變率達到要求的逆變電源。另一方面，隨著生活水平的提高，高品質音響設備在人們的生活中越來越常見。在音響設備中，音頻功率放大電路是關鍵的組成部分。高品質音頻功放不僅要失真度小，音頻噪聲低，而且要求頻率響應帶寬范圍大，對頻帶寬、輸出波形畸變率低的電路提出了需求。與之類似的是在水下探測以及軍事領域里被廣泛應用的聲吶設備。主動型聲吶通過水聲換能器發出一定頻率的水聲信號并檢測回聲來探測水下目標，水聲換能器要求供電電源的波形畸變率極低，對傳統的變頻電源提出了嚴峻挑戰。傳統的橋式逆變器結構簡單、技術成熟，廣泛應用于常規的交流電源裝置。但是在上述需要高精度逆變電源的應用場合，橋式逆變器遇到了難以克服的困難。橋式逆變電路在工作時為了避免橋臂的直通，必須在上下開關管的開關信號之間加入死區時間。死區時間的引入會導致輸出基波電壓減小，低次諧波電壓增加，波形畸變嚴重。為了解決死區帶來的波形畸變問題，Seon-Hwan.H and K.Jang-Mok 在標題為 Dead Time CompensationMethod for Voltage-Fed PffM Inverter.Energy Conversion (IEEE Transactionson, 2010.25(1):p.1-10.)的文獻中提出了在控制中加入死區補償機制，但是該做法需要對輸出電流進行檢測，通過判斷電流的極性來決定占空比的增減。而實際中在電流過零點附近對電流極性的檢測是很難做到精準的。Lihua.C and Ζ.P.Fang 在標題為 Dead-Time Elimination for Voltage SourceInverters.Power Electronics (IEEE Transactions on, 2008.23 (2):p.574-580)的文獻中提出了采用無死區時間的控制策略，該控制策略中為了避免橋臂的直通，需要準確的判斷開關管的開關狀態，實際應用中一般通過檢測濾波電感電流或開關管反并二極管的導通狀態來判斷開關管的開關狀態；但由于電感電流存在紋波，再加上各種干擾因素的影響，使得方法的有效性大打折扣，裝置的可靠性也大大降低?？傊?，現有各種方案由于需要對電路中的某些變量進行精確的檢測，因而很難在實際裝置中應用。此外，傳統的橋式逆變器是一種非隔離型的結構，工作時輸出端很容易受到來自輸入端的電磁干擾的影響；且開關管難以實現軟開關，這限制了電路實現高頻化。
技術實現思路
針對現有技術所存在的上述技術問題，本專利技術提出了一種倍流式差分輸出的逆變器，該逆變器在工作中死區時間不會造成占空比丟失，因而從根本上解決了傳統逆變器所遇到的困難；同時由于其采用差分輸出的結構，因此能夠進一步消除由于實際電路的非理想特性帶來的波形畸變，同時還具有很高的共模干擾抑制能力，從而得到波形畸變率極低的輸出電壓。一種倍流式差分輸出的逆變器，由兩個子電路組成，所述的子電路為隔離型DC-DC變換電路；所述的DC-DC變換電路的原邊為全橋電路結構，副邊為倍流整流電路結構；兩個子電路副邊的輸出端分別接于逆變器負載兩端以構成差分輸出結構；所述的子電路用于將直流輸入電壓變換為帶有交流分量的直流輸出電壓，兩個子電路對應的兩組直流輸出電壓在逆變器負載兩端作差得到交流輸出電壓。兩組直流輸出電壓中的交流分量的初始相位分別進行獨立的控制。優選地，兩個子電路的原邊共用一個橋臂；這樣不僅減少了兩個功率開關管，使原邊電路得到簡化，并且有利于逆變器實現原邊電路所有開關管的軟開關。所述的子電路原邊包括一原邊繞組和兩個并聯的橋臂，每個橋臂由兩個帶反并二極管的開關管S1~S2串聯組成；原邊繞組的同名端與其中一橋臂的中間節點相連，異名端與另一橋臂的中間節點相連。優選地，所述的原邊繞組的任一端通過隔直電容與對應橋臂的中間節點相連；可以改善高頻變壓器的磁偏問題，可以在不改變電路工作模式的前提下大大加快隔離變壓器漏感電流在電路換流過程中的下降速度，降低對隔離變壓器漏感的要求，從而降低了隔離變壓器的工藝要求。省去所述的子電路原邊的隔直電容，可使逆變器適用于變壓器制作工藝很高且變壓器磁偏問題已得到很好解決的場合；省去隔直電容，能夠得到更好的輸出波形。優選地，兩個開關管S1~S2的源極與漏極兩端均并聯有緩沖電容，所述的緩沖電容為開關管內部的寄生電容或為在寄生電容的基礎上外加的一個外置電容；此緩沖電容有利于開關管實現軟開關，避免了因開關管硬開關帶來的各種電磁干擾問題。所述的子電路副邊包括兩個帶反并二極管的開關管S3~S4、兩個濾波電感L1~L2、一副邊繞組和一濾波電容Ctjl ;其中:濾波電感1^的一端與濾波電感L2的一端和濾波電容C01的一端相連于所述的輸出端，濾波電感L1的另一端與副邊繞組的異名端和開關管S3的漏極相連，濾波電感L2的另一端與副邊繞組的同名端和開關管S4的漏極相連，濾波電容C01的另一端與開關管S3的源極和開關管S4的源極相連并接地，兩個開關管S3~S4的柵極均接收外部控制電路提供的控制信號。根據實際情況，所述的逆變器負載兩端并聯有濾波電容Ct53 ;濾波電容(；3工作在交流狀態下，配合兩個DC-DC變換電路副邊的濾波電容Ctjl工作可以得到更好的輸出波形。作為另一種實施方案:所述的子電路副邊包括兩個帶反并二極管的開關管S3~S4、兩個濾波電感L1~L2和一副邊繞組；其中:濾波電感L1的一端與濾波電感L2的一端相連于所述的輸出端，濾波電感L1的另一端與副邊繞組的異名端和開關管S3的漏極相連，濾波電感L2的另一端與副邊繞組的同名端和開關管S4的漏極相連，開關管S3的源極與開關管S4的源極相連并接地，兩個開關管S3~S4的柵極均接收外部控制電路提供的控制信號，所述的逆變器負載兩端并聯有濾波電容(；3。此副邊電路拓撲得到簡化，減少了濾波電容使用量，可以提高裝置的可靠性。本專利技術逆變器相對現有技術具有以下優點:(I)本專利技術逆變器在工作過程中不存在占空比丟失，不需要采取任何的死區補償策略就可以得到一個畸變率超低的交流輸出波形。(2)本專利技術逆變器中的功率開關管易于實現軟開關，避免了由于開關管硬開關帶來的各種電磁干擾問題，易于實現電路的聞頻化，同時有利于電路效率的提聞。(3)本專利技術逆變器原副邊電路由高頻變壓器相互隔離，抑制了輸入端對輸出端的電磁干擾。(4)本專利技術逆變器建立在成熟的技術基礎之上，子電路是傳統的DC-DC電路，原邊為全橋結構，副邊為倍流整流結構；電路采用傳統的移相全橋PWM調制方法，該方法原理簡單、技術成熟。本專利技術逆變器可以用來給精密儀器供電，或者用作高品質音響的功率放大器，還可以用來給主動型聲吶的水聲換能器供電?！靖綀D說明本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種倍流式差分輸出的逆變器，其特征在于：由兩個子電路組成，所述的子電路為隔離型DC?DC變換電路；所述的DC?DC變換電路的原邊為全橋電路結構，副邊為倍流整流電路結構；兩個子電路副邊的輸出端分別接于逆變器負載兩端以構成差分輸出結構；所述的子電路用于將直流輸入電壓變換為帶有交流分量的直流輸出電壓，兩個子電路對應的兩組直流輸出電壓在逆變器負載兩端作差得到交流輸出電壓。

【技術特征摘要】
1.一種倍流式差分輸出的逆變器，其特征在于:由兩個子電路組成，所述的子電路為隔離型DC-DC變換電路；所述的DC-DC變換電路的原邊為全橋電路結構，副邊為倍流整流電路結構； 兩個子電路副邊的輸出端分別接于逆變器負載兩端以構成差分輸出結構； 所述的子電路用于將直流輸入電壓變換為帶有交流分量的直流輸出電壓，兩個子電路對應的兩組直流輸出電壓在逆變器負載兩端作差得到交流輸出電壓。2.根據權利要求1所述的逆變器，其特征在于:兩個子電路的原邊共用一個橋臂。3.根據權利要求1所述的逆變器，其特征在于:所述的子電路原邊包括一原邊繞組和兩個并聯的橋臂，每個橋臂由兩個帶反并二極管的開關管S1~S2串聯組成；原邊繞組的同名端與其中一橋臂的中間節點相連，異名端與另一橋臂的中間節點相連。4.根據權利要求3所述的逆變器，其特征在于:所述的原邊繞組的任一端通過隔直電容與對應橋臂的中間節點相連。5.根據權利要求3或4所述的逆變器，其特征在于:兩個開關管S1~S2的源極與漏極兩端均并聯有緩沖電容，所述的緩沖電容為開關管內部的寄生電容或為在寄生電容的基礎上外加的一個外置電容。6.根據權利要求1~4任一權利要求所述的逆變器，其特征在于:所述的子...

【專利技術屬性】
技術研發人員：鄧焰，呂自波，彭浩，李楚杉，
申請(專利權)人：浙江大學，
類型：發明
國別省市：浙江;33