CN2014102871721A 防直通三电平双Buck逆变器 1-11

(10)申请公布号 CN 104038093 A (43)申请公布日 2014.09.10 CN 104038093 A (21)申请号 201410287172.1 (22)申请日 2014.06.24 H02M 7/49(2007.01) H02M 1/38(2007.01) (71)申请人 苏州弘鹏新能源有限公司 地址 215000 江苏省苏州市工业园区星湖街 328 号创意产业园 1-A1F (72)发明人 杨华杨 洪峰 李元立 黄重月 朱京涛 陈锋 徐艺 刘军 辛张楠 (74)专利代理机构 苏州翔远专利代理事务所 ( 普通合伙 ) 32251 代理人 刘计成 (54) 发明名称 防直通三电平双 Buck 逆变器 (57) 摘要 本发明提供了一种防直通三电平双 Buck 逆 变器， 包括第一直流源、 第二直流源、 第一 Buck 电 路、 第二 Buck 电路和输出负载， 所述第一 Buck 电 路包括第一滤波电感， 所述第二 Buck 电路包括第 二滤波电感， 所述输出负载包括滤波电容和负载， 所述电容、 负载并联后一端接电源地， 另一端与第 一滤波电感、 第二滤波电感连接。 该防直通三电平 双 Buck 逆变器拓扑突出优点是 ：（1） 减小导通阻 抗， 提高系统效率 ；（2） 减少系统模态， 增强系统 稳定性 ；（3） 以简洁的结构实现了无直通。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 3 页 附图 6 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书3页 附图6页 (10)申请公布号 CN 104038093 A CN 104038093 A 1/1 页 2 1. 一种防直通三电平双 Buck 逆变器， 包括第一直流源 （Ud1） 、 第二直流源 （Ud2） 、 第一 Buck 电路 （1） 、 第二 Buck 电路 （2） 和输出负载 （3） ， 所述第一 Buck 电路 （1） 包括第一滤波电 感 （L1） ， 所述第二 Buck 电路 （2） 包括第二滤波电感 （L2） ， 所述输出负载 （3） 包括滤波电容 （C） 和负载 （R） ， 其特征在于 ： 所述电容 （C） 、 负载 （R） 并联后一端接电源地 （GND） ， 另一端与 第一滤波电感 （L1） 、 第二滤波电感 （L2） 连接。 2. 根据权利要求 1 所述的防直通三电平双 Buck 逆变器， 其特征在于 ： 第一 Buck 电 路 （2） 还包括第一开关管 （S1） 、 第二开关管 （S2） 、 第一功率二极管 （D1） 、 第二功率二极管 （D2） ， 第二 Buck 电路 （2） 包括第三开关管 （S3） 、 第四开关管 （S4） 、 第三功率二极管 （D3） 、 第 四功率二极管 （D4） ， 第一直流源 （Ud1） 正极和第一开关管 （S1） 漏极相连 ； 第一开关管 （S1） 源极、 第二开关管 （S2） 漏极、 第一功率二极管 （D3） 阴极、 第三功率二极管 （D3） 阴极相连 ； 第 一功率二极管 （D1） 阳极和电源地 （GND） 相连 ； 第二开关管 （S2） 源极、 第一滤波电感 （L1） 一 端、 第二功率二极管 （D2） 阴极相连 ； 第一滤波电感 （L1） 另一端、 电容 （C） 一端、 负载 （R） 一 端、 第二滤波电感 （L2） 一端相连 ； 第二滤波电感 （L2） 另一端、 第三功率二极管 （D3） 阳极、 第三开关管 （S3） 漏极相连 ； 第三开关管 （S3） 源极、 第四开关管 （S4） 漏极、 第二功率二极管 （D2） 阴极、 第四功率二极管 （D4） 阴极相连 ； 第四开关管 （S4） 源极、 第二直流源 （Ud2） 阴极 相连 ； 第一直流源 （Ud1） 阴极、 第二直流源 （Ud2） 阳极、 电源地 （GND） 、 第一功率二极管 （D1） 阳极、 第四功率二极管 （D4） 阴极相连， 滤波电容 （C） 、 负载 （R） 另一端和电源地 （GND） 相连。 权 利 要 求 书 CN 104038093 A 2 1/3 页 3 防直通三电平双 Buck 逆变器 技术领域 0001 本发明涉及一种电能变换装置中的逆变器， 特别涉及一种新型的防直通三电平双 Buck 逆变器。 背景技术 0002 近年来， 随着新能源发电、 智能电网等的发展， 多电平变换器技术得到了越来越多 的关注， 多电平变换器具有如下优点 ：（1） 滤波前的电平为多电平阶梯波， 谐波含量小， 有 利于滤波器的设计， 降低了滤波器的体积和容量 ；（2） 适用于高压大容量的场合 ；（3） 相比 于传统两电平变换器， 其器件的电压压力小， 转换效率高。随着电力电子技术的发展， 逆变 器得到了广泛的研究和应用， 同时许多场合对逆变器提出了更严格的要求 ： 避免功率三极 开关管直通问题、 提高输入直流电压利用率和降低电子器件电压应力等。多电平逆变器的 结构复杂， 进一步实现防直通等目标， 给逆变器结构提出了挑战。 发明内容 0003 鉴于以上所述现有技术的缺点， 本发明的目的在于提供一种系统稳定性强、 系统 效率高的防直通三电平双 Buck 逆变器。 0004 为实现上述目的及其他相关目的， 本发明提供了一种防直通三电平双 Buck 逆变 器， 包括第一直流源、 第二直流源、 第一 Buck 电路、 第二 Buck 电路和输出负载， 所述第一 Buck 电路包括第一滤波电感， 所述第二 Buck 电路包括第二滤波电感， 所述输出负载包括滤 波电容和负载， 所述电容、 负载并联后一端接电源地， 另一端与第一滤波电感、 第二滤波电 感连接。 0005 优选地， 第一 Buck 电路还包括第一开关管、 第二开关管、 第一功率二极管、 第二功 率二极管， 第二 Buck 电路包括第三开关管、 第四开关管、 第三功率二极管、 第四功率二极 管， 第一直流源正极和第一开关管漏极相连 ； 第一开关管源极、 第二开关管漏极、 第一功率 二极管阴极、 第三功率二极管阴极相连 ； 第一功率二极管阳极和电源地相连 ； 第二开关管 源极、 第一滤波电感一端、 第二功率二极管阴极相连 ； 第一滤波电感另一端、 电容一端、 负载 一端、 第二滤波电感一端相连 ； 第二滤波电感另一端、 第三功率二极管阳极、 第三开关管漏 极相连 ； 第三开关管源极、 第四开关管漏极、 第二功率二极管阴极、 第四功率二极管阴极相 连 ； 第四开关管源极、 第二直流源阴极相连 ； 第一直流源阴极、 第二直流源阳极、 电源地、 第 一功率二极管阳极、 第四功率二极管阴极相连， 滤波电容、 负载另一端和电源地相连。 0006 如上所述， 本发明的防直通三电平双 Buck 逆变器具有如下有益效果 ： 该防直通三 电平双 Buck 逆变器能实现用开关管和功率二极管的导通续流， 本拓扑突出优点是 ：（1） 减 小导通阻抗， 提高系统效率 ；（2） 减少系统模态， 增强系统稳定性 ；（3） 以简洁的结构实现了 无直通。 附图说明 说 明 书 CN 104038093 A 3 2/3 页 4 0007 图 1 为本发明实施例的电路图。 0008 图 2a 为本发明实施例工作模态 1 时的模态示意图。 0009 图 2b 为本发明实施例工作模态 2 时的模态示意图。 0010 图 2c 为本发明实施例工作模态 3 时的模态示意图。 0011 图 2d 为本发明实施例工作模态 4 时的模态示意图。 0012 图 2e 为本发明实施例工作模态 5 时的模态示意图。 0013 图 2f 为本发明实施例工作模态 6 时的模态示意图。 0014 图中的各符号名称 ： S1 S4- 第一第六开关管。D1 D4- 第一第四功率二 极管。L1、 L2- 第一、 第二滤波电感。C- 滤波电容。R- 负载电阻。Ud1、 Ud2- 第一、 第二 直流源。GND- 电源地。 具体实施方式 0015 以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式， 本领域技术人员可由本说明书 所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。 本发明还可以通过另外不同的具体实 施方式加以实施或应用， 本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用， 在没有背离 本发明的精神下进行各种修饰或改变。 0016 请参阅附图。需要说明的是， 本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明 的基本构想， 遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、 形 状及尺寸绘制， 其实际实施时各组件的型态、 数量及比例可为一种随意的改变， 且其组件布 局型态也可能更为复杂。 0017 如图 1 所示， 本发明提供一种新型防直通三电平双 Buck 逆变器， 其主要包括第一 直流源 Ud1、 第二直流源 Ud2、 第一 Buck 电路 1、 第二 Buck 电路 2 和输出负载 3， 第一 Buck 电路 2 包括第一开关管 S1、 第二开关管 S2、 第一功率二极管 D1、 第二功率二极管 D2 和第一 滤波电感 L1， 第二 Buck 电路 2 包括第三开关管 S3、 第四开关管 S4、 第三功率二极管 D3、 第 四功率二极管 D4 和第二滤波电感 （L2） ， 输出负载 3 包括滤波电容 C 和负载 R。 0018 第一直流源 Ud1 正极和第一开关管 S1 漏极相连 ； 第一开关管 S1 源极、 第二开关 管 S2 漏极、 第一功率二极管 D3 阴极、 第三功率二极管 D3 阴极相连 ； 第一功率二极管 D1 阳 极和电源地 GND 相连 ； 第二开关管 S2 源极、 第一滤波电感 L1 一端、 第二功率二极管 D2 阴极 相连 ； 第一滤波电感 L1 另一端、 电容 C 一端、 负载 R 一端、 第二滤波电感 L2 一端相连 ； 第二 滤波电感 L2 另一端、 第三功率二极管 D3 阳极、 第三开关管 S3 漏极相连 ； 第三开关管 S3 源 极、 第四开关管 S4 漏极、 第二功率二极管 D2 阴极、 第四功率二极管 D4 阴极相连 ； 第四开关 管 S4 源极、 第二直流源 Ud2 阴极相连 ； 第一直流源 Ud1 阴极、 第二直流源 Ud2 阳极、 电源地 GND、 第一功率二极管 D1 阳极、 第四功率二极管 D4 阴极相连。滤波电容 C、 负载 R 另一端和 电源地 GND 相连。 0019 本发明实现一种新型防直通三电平双 Buck 逆变器， 电路可分为六个工作区间， 下 面以图1所示为主电路结构， 结合图2a-图2f叙述本发明的一种新型防直通三电平双Buck 逆变器的工作原理和工作模态。 0020 1、 工作模态 1 ： 如图 2a 所示， 第一开关管 S1、 第二开关管 S2 导通， 第一直流源 Ud1 经过第一开关管 S1、 第二开关管 S2、 第一滤波电感 L1、 滤波电容 C、 电源地 GND 加在负载 R 说 明 书 CN 104038093 A 4 3/3 页 5 两端。 0021 2、 工作模态 2 ： 如图 2b 所示， 第二开关管 S2 导通、 第一功率二极管 D1 导通、 第一 电感 L1 续流， 其他管子均关断。 0022 3、 工作模态 3 ： 如图 2c 所示， 第四开关管 S4 导通、 功率二极管 D2 导通、 第一电感 L1 续流， 其他管子均关断。 0023 4、 工作模态 4 ： 如图 2d 所示， 第三开关管 S3 导通、 第四开关管 S4 导通， 第二直流 源 Ud2 经第三开关管 S3、 第四开关管 S4、 第二滤波电感 L2、 滤波电容 C、 电源地 GND 加在负 载 R 两端， 其他管子均关断。 0024 5、 工作模态 5 ： 如图 2e 所示， 第三开关管 S3 导通、 第四二极管 D4 导通、 第二滤波 电感 L2 续流， 其他管子均关断。 0025 6、 工作模态 6 ： 如图 2f 所示， 第一开关管 S1 导通、 第三二极管 D3 导通、 第二滤波 电感 L2 续流， 其他管子均关断。 0026 由以上描述可知， 本发明是一种新型防直通三电平双 Buck 逆变器， 该逆变器具有 如下优点 ： 1) 电路是三电平， 输出谐波分量少 ； 2) 电路续流经过功率二极管和开关管完成， 较体二极管续流， 其导通阻抗小， 电路效率高 ； 3) 电路器件电压应力小， 易实现 ； 4) 系统模 态简单， 稳定性强， 5） 在实现三电平和无直通的同时， 具有相对简洁的电路结构。 所以， 本发 明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。 0027 上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效， 而非用于限制本发明。任何熟 悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下， 对上述实施例进行修饰或改变。因 此， 举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完 成的一切等效修饰或改变， 仍应