单级隔离逆变器研究

摘　要：提出一种单级隔离逆变器，由两路双向反激直流变换器组成，是一种可以工作于断续模式的反激逆变器。介绍了电路的工作原理和控制原理，以及设计方法。单级隔离逆变器占空比可以达到0.8，导通损耗小，还具有双向传输功能，电路结构简单，具有良好的稳态及动态性能。

关键词：逆变器；高频链；单级；双向

1.引言
   随着电力电子技术的发展，高频链逆变技术发展迅速，成果显著。电流源高频链逆变器可以实现功率双向变换，并且解决了双向电压源高频链逆变器固有的电压过冲问题，本文提出一种新颖的单级隔离逆变器拓扑，它由两路双向反激直流变换器输入并联输出串联构成，是一种可以工作于断续模式的反激逆变器。共有 4 只 MOSFET，由 MOSFET 及其体内二极管组成双向开关。该拓扑每一种开关模式同样都可以等价为反激直流变换器，逆变器工作于电流断续模式。其占空比可以达到0.8，能够得到较宽的输出输入电压比；副边常通开关管流过负载电流，减小了开关管导通损耗。
2.电路拓扑及原理分析

    　图1所示是本文提出的单级隔离逆变器拓扑电路。由两路双向反激直流变换器输入并联输出串联后即可得到图 1 所示的单级隔离逆变器拓扑电路。该变换器由功率场效应管 S1~ S4、二极管 D1~ D4、变压器 T1和 T2、输出滤波电容 Co1和 Co2等构成。变压器原、副边线圈感值为 Lp、Ls，原副边匝比为Np/Ns。由 S1(D1)，T1，S3(D3)，Co1等构成其中一路双向反激直流变换器；由 S2(D2)，T2，S4(D4)，Co2等构成另一路双向反激直流变换器。两路双向反激直流变换器输入并联输出串联，输出电压 vo=Vo1-Vo2，其中Co1、Co2上电压为Vo1、Vo2。本电路采用控制保证输出电压正半周 Vo1>0, Vo2=0, vo=Vo1；当输出电压负半周时，Vo1=0, Vo2>0, vo= -Vo2。
　　反激逆变器具有 4 种工作模式 A、B、C 和 D，如图 2所示。每一种工作模式变换器的拓扑结构都相当于一个反激直流变换器。当输出电压 Vo和输出电流 io同向时，变换器工作在模式 A 或 C，电源向负载输送能量；当输出电压和电流异向时，变换器工作在模式 B 或 D，负载向电源回馈能量。
  （1）当 vo>0，io>0 时，变换器以模式 A 工作，其等效电路如图 3(a)所示。其中 S4常通，S1高频斩波，D3续流， Vin，Lp1，S1，Ls1，Ls2，D3，S4，Co1和 ZL构成一个反激变换器，电源向负载传输能量。其中 vo=Vo1，Vo2=0。ZL为负载阻抗。
　（2）当 vo>0，io<0 时，变换器以模式 B 工作，其等效电路如图 3(b)所示。其中 S4常通，S3高频斩波，D1续流，Vin，Lp1，D1，Ls1，Ls2，S3，S4，Co1和 ZL构成一个反激变换器，负载向电源回馈能量。其中 vo=Vo1，Vo2=0。
　（3）当 vo<0，io<0 时，变换器以模式 C 工作，其等效电路如图 3(c)所示。其中 S3常通，S2高频斩波，D4续流，Vin，Lp2，S2，Ls1，Ls2，S3，D4，Co2和 ZL构成一个反激变换器，电源向负载传输能量。其中 vo= -Vo2，Vo1=0。
　（4）当 vo<0，io>0 时，变换器以模式D 工作，其等效电路如图 3(d)所示。其中 S3常通，S4高频斩波，D2续流，Vin，Lp2，D2，Ls1，Ls2，S3，S4，Co2和 ZL构成一个反激变换器，负载向电源回馈能量。其中 vo= -Vo2，Vo1=0。
3.变压器主要参数
3.1变压器原边电感计算
   为了确保在输出最大功率时变换器仍工作在DCM 模式或临界连续模式，则储能电感必须满足
　　　　　　　　　　　　　　　             

参考文献：
[1]蔡可健，俞阿龙。宽电压双向电流源高频链逆变器拓扑【J】。电工技术学报，2008，23（3）。
[2]黄敏超。高频链逆变技术的研究【D】。杭州：浙江大学，1998。
[3]熊雅红，陈道炼。新颖的双向功率流变频环节DC/AC逆变器【J】。电力电子技术，2000.，34（4）。
[4]王宪生，李先祥，李宏。基于高频链并联逆变器控制系统设计【J】，电力自动化设备，2008,28（5）。
[5]梁永春，孙林，龚春英，等，同步整流反激逆变器研究【J】。中国电机工程学报，2006,26（6）。