图1. 1多电平逆变电路拓扑
但这三种电路又有各自的缺点:二极管箝位型电路需要大量的箝位二极管;飞跨电容型电路需要大量的箝位电容,而且这两种电路还存在直流侧分压电容电压不均衡问题;对于第三种级联型电路而言,它不需要前二种电路所需的大量箝位二极管和箝位电容,易于封装;基于传统的两电平低压小容量全桥变换器的结构单元,结构简单,技术成熟,易于模块化;每个单元由一路直流电源单独供电,所以不存在电容电压不平衡问题,但这一点也是这种电路的缺点所在,因为产生多路的独立直流电源往往是困难的。文献综述
1.3 低频链逆变技术
传统的低频环节逆变器包括方波逆变器、阶梯波合成逆变器、脉宽调制逆变器等。整个逆变电源由逆变器、工频变压器和输入、输出滤波器组成,电路结构如图1.1所示。它们的共同特点具有一个变压器,该变压器具有实现电气隔离、调节电压变比的功能,其工作频率与输出电压频率相同,为工频变压器。但低频逆变技术存在着不可忽视的缺点:制造工频变压器的,材料多为铜和铁,因此变压器体积和重量都较大,造价也较高,不能满足人们对于现代开关电源在小型化、轻量化方面的要求;由于采用工频变压,因此效率较低,不能满足高效率、高功率密度的要求;变压器和滤波电感都会产生较大的音频噪声,与绿色生产的理念相悖。低频环节逆变电路结构
为克服以上缺点,可以采取提高逆变器的开关频率的方法。当逆变器的开关频率增加到20KHz以上时,输出滤波器的体积和重量可以大幅减小。但由于工频变压器的体积和重量只和输出电压的频率有关,而与逆变器的开关频率无关,因而提高逆变器的开关频率不能克服这一缺点。要减小变压器的体积和重量,必须采用高频环节逆变技术。
1.4 高频链逆变技术
为了克服传统逆变器的缺点,Mr. Espelage于1977年提出了高频环节技术的概念,大大减小了逆变电源的重量和体积,成为国内外研究的热点。该系统由一个并联逆变器和十二个晶闸管组成的周波变换器构成,具有简单的自适应换流、高频电气隔离、独立的有功能量和无功能量控制、固有的四象限工作能力等优点,如所示。受当时半导体器件的限制,谐振储能电路工作频率局限在2K~4KHz范围,未完全体现高频环节逆变技术的优越性。
高频环节可变逆变电路结构
用高频变压器替代传统低频环节逆变技术中的工频变压器,克服了低频环节逆变技术的缺点,显著提高了逆变器特性。因此,该技术引起了人们的极大研究兴趣。
按照功率传输方向,高频环节逆变技术可分为单向型(Unidirectional Power Flow Mode)和双向型(Bi-directional Power FIow Mode)两类;按照功率变换器类型,高频环节逆变技术可分为电压源(Voltage Mode或Buck Mode)和电流源(Current Mode或Buck-Bost Mode)两类。直流变换器型高频环节逆变技术,又可以分为平滑直流型、工频全波整流型两种。因此,高频环节逆变器的种类颇多,其类型划分也较复杂。本文着重研究基于Buck的多电平高频链逆变电路,即电压型多电平高频链逆变技术。
1.5 本文的主要研究内容源:自/751~·论,文'网·www.751com.cn/
本文主要研究基于Buck变换器的高频链多电平逆变器,主要的研究内容是:
(1)多电平逆变器的国内外的发展与现状;
(2)对基于Buck变换器的高频链多电平逆变器的拓扑结构、控制方式、工作原理和参数设计等进行分析;