[发明专利]一种无电解电容的准单级逆变器及其控制方法

说明书

本发明公开了一种无电解电容的准单级逆变器及其控制方法。该准单级逆变器的主电路拓扑包括直流电源、输入滤波电容、主开关管、隔离变压器、整流电路、滤波电路、极性反转逆变桥、负载及有源辅助电路；其控制方法为：辅助电感电流采样值经过低通滤波器提取低频分量，再利用减法器、P控制器获得辅助电感电流调制波，最后通过比较器、驱动电路，从而控制辅助电感电流跟踪其参考值；辅助电容电压采样值和负载电压采样值经过调制波计算模块获得三个调制波，再通过比较器、逻辑电路、分频电路以及驱动电路，从而控制逆变器按要求工作。本发明把交流负载带来的功率纹波引入有源辅助电路，所以电路中并不需要大电解电容来滤除低频功率纹波。

技术领域

本发明涉及一种无电解电容的准单级逆变器及其控制方法，属于新能源电力变换纹波抑制技术领域。

背景技术

近年来，人类对自然环境越来越重视，清洁、高效、可持续发展的新能源动力技术引起了广泛关注，已出现了一些关于新能源发电的逆变器拓扑及控制方案。对于这种逆变器，交流输出功率中含有的两倍频功率脉动必然会反馈传输到直流输入侧，从而影响蓄电池、燃料电池等输入源的使用寿命，严重时会干扰直流电源系统的稳定性，因此解决新能源发电系统中的功率纹波问题，提高新能源的利用效率已刻不容缓。虽然这种低频纹波可以用大电解电容来滤除，但在高温工作条件下，电解电容长时间频繁的充放电会导致其使用寿命下降，所以考虑到逆变器的使用寿命和功率密度，不推荐使用电解电容。在电路中接入LC谐振电路，通过将谐振电路频率设计为两倍输出频率，也可以滤除两倍功率纹波，但所需的电感和电容体积都比较大，降低了系统的可靠性和功率密度。总而言之，这些常用的依靠无源器件来滤除功率纹波的方法，往往都存在着体积大、成本高等问题。为此，一些学者也在探索其它方法，不仅可以滤除功率纹波，也可以减小容值以便使用其它更长寿命电容，例如薄膜电容等。

发明内容

本发明的目的在于针对上述逆变器所存在的技术缺陷提供一种无电解电容的准单级逆变器及其控制方法，采用这种准单级逆变器和控制方法不但能实现直流输入侧无低频功率纹波，同时可以舍去电解电容这种可靠性低、寿命短的大电容。

本发明为实现上述目的，采用如下技术方案：

本发明的一种无电解电容的准单级逆变器，包括直流电源、输入滤波电容、主开关管、隔离变压器、整流电路、滤波电路、极性反转逆变桥及负载，其中主开关管包括两个开关管，隔离变压器包括三个绕组，直流电源的正极接输入滤波电容的一端，直流电源的负极、输入滤波电容的另一端、第一主开关管的发射极和第二主开关管的发射极相连接，第一绕组的异名端接第一主开关管的集电极，第一绕组的同名端接第二绕组的异名端，第二绕组的同名端接第二主开关管的集电极，整流电路包括四个二极管，第一整流二极管的阳极、第二整流二极管的阴极和第三绕组的同名端相连接，第三整流二极管的阳极、第四整流二极管的阴极和第三绕组的异名端相连接，第一整流二极管和第三整流二极管的阴极连接构成整流电路的正输出端，第二整流二极管和第四整流二极管的阳极连接构成整流电路的负输出端，滤波电路包括滤波电感和滤波电容，极性反转逆变桥包括四个开关管，滤波电感的一端接整流电路的正输出端，滤波电感的另一端、滤波电容的一端、第一开关管的集电极和第三开关管的集电极相连接，滤波电容的另一端、整流电路的负输出端、第二开关管的发射极和第四开关管的发射极相连接，第一开关管的发射极和第二开关管的集电极相连构成极性反转逆变桥的正输出端，第三开关管的发射极和第四开关管的集电极相连构成极性反转逆变桥的负输出端，极性反转逆变桥的正输出端接负载的一端，极性反转逆变桥的负输出端接负载的另一端，其特征在于：

还包括有源辅助电路；其中有源辅助电路包括辅助电感、辅助电容、两个辅助二极管和两个辅助开关管，第一辅助二极管的阳极接直流电源的正极，第一辅助二极管的阴极、辅助电容的正端、第二辅助开关管的集电极、隔离变压器的第一绕组的同名端和隔离变压器的第二绕组的异名端相连接，辅助电容的负端、第二辅助二极管的阳极和第一辅助开关管的发射极相连接，第一辅助开关管的集电极、辅助电感的一端和直流电源的负极相连接，辅助电感的另一端、第二辅助二极管的阴极和第二辅助开关管的发射极相连接。