[发明专利]基于Boost变换器的高频隔离式三电平逆变器

说明书

技术领域

本发明属于电力电子变换技术领域，特别是一种基于Boost变换器的高频隔离式三电平逆变器。

背景技术

目前国内外电力电子研究人员对于直－交变换器的研究，主要集中在非电气隔离式、低频和高频电气隔离式等两电平直－交变换器；对于多电平变换器的研究，主要集中在多电平直-直、交-交和直-交-直变换器，而对于多电平直-交变换器的研究则非常少，且仅仅局限于非隔离式、低频或中频隔离式直-交型多电平直－交变换器、而对高频隔离式多电平两级功率变换的逆变器研究却比较少。

高频环节逆变技术采用高频脉冲波变压器来取代低频变压器来传输能量，克服了低频逆变技术的缺点，显著提高了逆变器的特性，得到广泛应用，大大降低了变压器的体积和重量，使变压器简易轻便，实现输入与输出的电气隔离同时调节电压的比例，不仅优化了系统还提高系统的性能，电信、航空航天、军事等领域常常要求供电装置重量轻、体积小、功率密度大和可靠性高。石油、煤和天然气等矿产能源的不断消耗以及环境污染等问题，使用蓄电池、太阳能电池等作为能源的混合型电动汽车驱动日益成为研究热点，效率和体积是她首选的因素。因此，高频环节逆变器都具有广泛的应用前景，特别是对逆变器的体积、重量有较高要求的逆变场合有更重要的应用前景。

迄今为止，人们对buck、buck-boost型高频环节DC-AC变换器的研究已经取得了显著的成果，但是buck、buck-boost型高频环节DC-AC变换器存在输入电流纹波大、负载短路时可靠性低（buck型），输出容量小（buck-boost）等缺陷。对Boost型变换器的研究，主要集中在Boost型DC-DC、AC-AC、AC-DC变换器，包括非电气隔离式和电气隔离式，对Boost型三电平变换器的研究主要集中在无隔离变压器型，而对于带隔离变压器的Boost型三电平变换器特别是带隔离变压器的Boost型三电平逆变器的研究还很少。为了构成系统、完整的高频环节逆变技术理论，有必要寻求和深入研究Boost型高频隔离式三电平逆变器。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有电路拓扑简洁、变换效率高、功率密度高、输入侧功率因数高、高功率密度、输出波形质量高、负载适应能力强、具有两级功率变换（直流DC-高频交流HFAC-低频交流LFAC）、双向功率流、输出滤波器前端电压频谱特性好、降低开关器件的电压应力、能够实现直流电源与交流负载高频电气隔离的基于Boost变换器的高频隔离式三电平逆变器。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种基于Boost变换器的高频隔离式三电平逆变器，包括依次连接的输入直流电源单元1、输入滤波器2、带储能电感的高频隔离式三电平逆变单元3、高频变压器4、周波变换器5、输出滤波器6、输出交流负载7，其中，输入直流电源单元1包括输入直流电源U_i，输入直流电源U_i与输入滤波器2的一端连接，输入滤波器2的另一端与带储能电感的高频隔离式三电平逆变单元3的一端连接，带储能电感的高频隔离式三电平逆变器单元3的另一端与高频变压器4的初级绕组连接，高频变压器4的次级绕组与周波变换器5的输入端连接，周波变换器5的输出端与输出滤波器6的输入端连接，输出滤波电容6的输出端与输出交流负载7连接；

所述输入滤波器2包括输入滤波电感L₀和输入滤波电容C₀，其中，输入直流电源U_i的参考正极与输入滤波电感L₀的一端连接，输入滤波电感L₀的另一端分别与输入滤波电容C₀的正极和储能电感L的一端连接，输入滤波电容C₀的负极与输入直流电源U_i的参考负极连接；