[发明专利]一种两级式单相逆变器

说明书

技术领域]

本发明涉及逆变技术，尤其涉及一种两级式单相逆变器。

背景技术]

逆变器是电力电子领域的关键技术之一，传统单相逆变器如图1所示，包括功率开关管S1、S2、S3及S4，直流输入侧接有滤波电容Cin，根据功率开关器件的开关动作，输出一连串的交流方波电压，最大方波幅值限制为直流输入电压。该逆变器以对角线S1和S4、对角线S2和S3构成两组联动功率开关，两组功率开关交替开通，其结果是在交流侧输出正和负交递的方波电压，再经过L1、L2与Cout组成的交流滤波电路后输出正弦波电压。功率器件的具体开关顺序选择，根据控制目的的不同存在多种控制方式，如方波逆变控制、正弦波脉冲宽度调制（SPWM）等。逆变器的技术成熟可靠，广泛应用于新能源并网发电、不间断电源（UPS）、逆变电源、及电机驱动等场合。

在直流输入电压较低情况下，可在逆变器的直流侧增加DC/DC升压变换器构成两级式逆变架构，如图2所示。DC/DC升压变换器一般使用Boost变换器以提升直流输入电压，因此两级式单相逆变器的直流输入电压范围更宽，更加方便实际应用，尤其适宜于直流输入电压低的应用场合。新能源光伏并网发电中，光伏阵列的直流电压经常受到板面灰尘脏污及气候环境的影响而降低。同时，具有蓄电池直流输入的电力电子逆变设备，如UPS电源、新能源汽车电机驱动器等，直流输入电压也会经常变化。因此，光伏逆变器、UPS、电驱等大部分都采用两级式架构。

两级式单相逆变架构中，Boost变换器一般将直流输入电压升高到大于交流输出电压的峰值以上，因此前级Boost变换器和后级逆变器都工作于全功率状态。即在3KW的交流输出功率条件下，后级逆变器的输出定额为3KW，同时考虑到效率因素，前级Boost变换器的输出功率将会在3KW以上。这种工况下，所有功率开关器件都工作于全功率定额，因为功率器件价格昂贵、数量较多及结构复杂，同时控制策略实施难度大，提高了电路和器件成本、降低了系统可靠性、增大了开关功耗。

发明内容]

本发明要解决的技术问题是提供一种价格低、开关功耗小的两级式单相逆变器。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是，一种两级式单相逆变器，包括直流输入电源、直流-直流升压电路、单相多电平逆变电路和控制电路，直流-直流升压电路的输入端接直流输入电源，输出端接单相多电平逆变电路的输入端；直流输入电源的电压低于单相多电平逆变电路交流输出的电压峰值时，在Boost模式下工作，直流-直流升压电路工作于SPWM高频开关状态，单相多电平逆变电路工作于工频换相状态；直流输入电源的电压高于单相多电平逆变电路交流输出的电压峰值时，在Buck模式下工作，直流-直流升压电路工作于旁路工作状态，而单相多电平逆变电路工作于SPWM高频开关状态。

以上所述的两级式单相逆变器，其特征在于，控制电路包括控制器、输入电压采样电路、输出电压采样电路、第一驱动电路和第二驱动电路，输入电压采样电路的采样信号输出端、输出电压采样电路的采样信号输出端、第一驱动电路的控制端和第二驱动电路的控制端分别接微控制器; 第一驱动电路的驱动信号输出端接直流-直流升压电路，第二驱动电路的驱动信号输出端接单相多电平逆变电路。

以上所述的两级式单相逆变器，其特征在于，控制电路包括输入电流采样电路和输出电流采样电路，输入电流采样电路的采样信号输出端和输出电流采样电路的采样信号输出端分别接微控制器。

以上所述的两级式单相逆变器，其特征在于，直流-直流升压电路包括Boost变换电路，Boost变换电路包括第三电感、第七开关管，二极管和直流母线电容，第三电感的第一端接直流输入电源的正极，第二端接第七开关管的高电位端和二极管的阳极；二极管的阴极接直流母线电容的正极，直流母线电容的负极和第七开关管的低电位端接直流输入电源的负极，第七开关管的控制端接第一驱动电路的驱动信号输出端。