[发明专利]基于BUCK电路的DC/AC变换器

说明书

技术领域

本发明提出一种基于BUCK电路的DC/AC变换器，可广泛应用于风力发电、太阳能发电和其它分布式发电系统，也可用于普通单相异步电动机调速等领域。

背景技术

DC/AC变换器是一种利用电力电子器件，借助与电力电子功能电路，将直流电能转换成满足负载供电要求交流电静止式变流装置。DC/AC变换器主要用于向负载提供交流电，俗称无源逆变，或者用于向电网供电场合，如风力、太阳能发电并网，可称之为有源逆变。目前，人们特别关注可再生新能源的分布式发电技术。利用DC/AC变换器可将蓄电池、太阳能电池、风力发电装置和燃料电池等新能源转化的电能变换成交流电能与电网并网发电，因此DC/AC变换技术在新能源的开发和利用中起到关键的作用。传统电压型逆变器多采用PWM调制直接实现DC/AC变换，电压波形存在电压突变，对器件和负载的耐电压突变能力要求较高且逆变器工作效率随着输出功率的减少而明显下降。另外，常规的DC/AC变换多通过控制电力电子器件强制通断，电力电子器件的开关损耗和使用寿命都受到影响。为了解决上述问题，需要对直流电源与逆变器进行重新设计以提高整机效率和可靠性；为了延长电力电子器件的寿命和工作的可靠性还需要考虑器件的软开通和关断问题。

发明内容

本发明提出了一种基于BUCK电路的DC-AC变换器，系统采用两输入一输出形式，既可以实现输出电压幅值的自动调节又可以借助于成熟的软开关技术，最大限度的降低器件通断损耗，有效延长开关器件的使用寿命。

附图说明

图1是变换器各部分构成图；

图2是DC-AC变换器主电路拓扑；

图3BUCK电路工作模式1；

图4BUCK电路工作模式2；

图5是系统开环PD控制框图；

图6是系统闭环PI控制框图；

具体实施方法

图1为DC/AC变换器各部分构成图。DC/AC变换器主要由直流电源输入1、直流电源输入2、系统给定输入3、反馈信号4、控制器5、PWM信号发生器6、输出信号检测单元7、负载8和主电路9等组成。其中直流电源输入1和直流电源输入2做为变换器的主电路供电电源，给主电路供电；给定输入信号3是系统输出信号的给定信号，与反馈信号4做差后送入控制器5，生成PWM信号脉宽控制信号，再经过PWM信号发生器6产生PWM信号并驱动主电路器件的开通与关断；输出信号检测单元7用于产生反馈信号。系统给定输入3、反馈信号4、控制器5、PWM信号发生器6在具体实现时可以是由电位器、模拟PID控制器和三角波比较信号等模拟组成，也可以由按键、CPU等数字电路组成。

图2所示为DC/AC变换器主电路拓扑图。变换器由正向和反向两组BUCK电路组成。正向BUCK电路负责提供正半周输出，反向BUCK电路负责产生负半周输出。

开关器件S₁与直流输入电压E₁串联，通过S₁硬开通和关断，在二极管D₁阳极侧产生方波电压。采用恒频控制方式，占空比连续可调。具体工作过程如下：

S₁导通时，其等效电路如图3所示，此时电源E₁通过电感L向负载和输出电容供电。在电感电压u_L＝E₁-U_o(U_O为输出电压u_o平均值)作用下，电感电流i_L线性增长，使电感储能。S₁关断时，电感储能通过续流二极管D₁释放，i_L线性减少为输入，其等效电路如图4所示，此时u_L＝-U_o。一个稳定运行周期中，电感电流的净变化量为零。根据这一点可找出任何开关变换器中的稳定条件——电感伏秒(磁链)平衡原理。假定S₁导通时间t_on，关断时间t_off，t_on+t_off＝T，T为工作周期，一周期内电感电压u_L积分为零，即

(E-U_o)T_on-U_oT_off＝0

由此求得Buck变换器的输入、输出电压关系为