[发明专利]DC/AC电力逆变器

说明书

本发明涉及一种小型单相非绝缘的DC/AC电力逆变器，具有高于3000W/dm³的输出电力密度，其中，所述电力逆变器装入由导电外部围封件构成的壳体中，所述导电外部围封件容纳：在轴向方向上将风吹至壳体的侧面的风扇和在成堆叠高度的布置中从底侧到顶侧依次排列的有源滤波电容的层、散热器、与具有过热孔的PCB连接的宽带半导体开关的层和有源滤波电感器的层，风扇和呈堆叠布置的这些构件设计成以便在操作时在最大负载2kVA的情形下，对于最高为30℃的环境温度，在任何地点中壳体的外部温度都不会超过60℃。

技术领域

本发明涉及一种小型单相非绝缘DC/AC电力逆变器，具有非常高的(优选地，极高的)输出电力密度。

背景技术

电力逆变器(或简称逆变器)是将直流电(DC)转换为交流电(AC)的电子设备。尤其在如今，在将太阳能电池板，电池或其它类似能源产生的直流电转换为家用、工业用以及电动汽车用的交流电中，逆变器在经济环保方面起着越来越重要的作用。

本申请人为工业和商业企业制造的逆变器通过使用保存在电池中的能量允许在配电网发生故障的期间挽救它们的关键应用装置。本申请人制造的逆变器Media^TM已经在2千伏安的情形下达到了680W/liter(瓦/升)的电力密度。

用于比如通过太阳能发电的电力生产设施的逆变器仍然具有较大的尺寸(通常具有50升的尺寸或者具有可携式冷却器的尺寸)。将逆变器的体积尺寸减少10倍以上，比如通常将逆变器缩小到比小型笔记本更小，则可为更多家庭提供太阳能，还可以提高配电效率及提升与输电网达成的距离范围。因此，未来将致力于更稳健，更可靠及更智能的电源逆变器。

为了达到很高的电力密度并由此实现更小的转换系统，逆变器拓扑结构的设计者必须首先将提高效率及共模(CM)减噪作为目标。由于半导体材料和磁性材料及其工艺上的改进，已实现了更高的效率。宽带隙半导体(碳化硅-SiC或氮化镓-GaN)的使用能够提高高频电力转换器的效率，而高频电力转换器允许提高开关频率并由此减小了无源元件的尺寸。

众所周知，电磁干扰(EMI)噪声既处于传导EMI的形式，比如通过电子元件沿着电线或者传导路径传播的噪声，又处于辐射EMI(RFI)的形式，比如在空中以电磁场或无限波形式传播的噪声。在高速开关转换器中(通常频率为50kHz到1kHz)，大部分的传导EMI来自于开关晶体管和整流器。为了预防这些EMI噪声，通常使用由无源元件(比如电容和电感器形成的LC电路)构成的EMI滤波器。传导EMI分为共模噪声(CMN)和差模噪声(DMN)。CMN在线路和中性交流电导体中同向流动，与线路和中性交流电导体对地同相，并返回到地面。适配的CMN滤波器包括与每条电源线串联的传感器L100和L200及将每个电导体接地的单独的Y电容C100和C200(在DC/AC转换器的情形下，比如参看图1中的CMN滤波器100)。DMN存在于AC线和中性导体之间并与其具有180^o的相位差。适配的DMN滤波器包括桥接电源线的C340X电容，还可能辅以差分抑制电感器L300和L400(在DC/AC转换器的情形下，比如参看图1中的DMN滤波器101)。

发明内容

本发明旨在提供一种具有极高的输出电力密度的电力逆变器。

具体地，本发明目的在于实现一种在最大负载2kVA的情况下具有高于50W/in³(或3051W/dm³或3051W/升)的输出电力密度的逆变器。

本发明的另一目标在于在允许使用宽带隙半导体开关的同时，确保其软切换操作以减少开关损耗，并同时保持用于由于这些元件的高速开关而产生的EMI噪声的内部可接受极限和在开关的控制下对高电压变化率(dV/dt)进行适当的管理。

本发明涉及一种具有高于3000W/dm³的输出电力密度的小型单相非绝缘的DC/AC电力逆变器，所述逆变器包括：

-DC输入部；