集成式拓扑的升压逆变器设计研究

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逆变技术已经广泛应用于新能源发电、电力驱动、医院电力备用、车载和家用电力供应等领域,以满足不同负载的电能需求。其中,一些重要的电气控制设备,如计算机、信息通讯等设备对逆变器的电能质量与体积的要求逐渐提高。逆变设备的小型化已经逐渐成为一种发展趋势。用户对体积小、集成度高、性能优良的逆变器需求日益强烈。针对低输入电压需要逆变的场合,以逆变器的结构紧凑小型化为目的,本文设计了一种集成式拓扑的升压逆变器。首先,对常见的单级升压逆变器电路拓扑优缺点进行分析,选择集成式拓扑的逆变结构,并提出一种单级Cuk集成式升压逆变拓扑结构,其通过共用功率元件,将传统逆变器与两个Cuk变换电路集成,并通过改变中间电容的放电路径实现升压逆变。跟其他单级升压逆变结构相比,该电路所用器件少,结构紧凑且对称。同时,对该逆变器的电路结构进行介绍,分析电路在不同导电模式下的工作状态以及升压网络的临界状态,并对升压逆变网络、滤波器以及IGBT缓冲电路的元件参数进行计算并选型。其次,为了抑制常见干扰对升压逆变器输出质量的影响,达到良好的控制目的,对传统的单周控制技术进行改进,提出一种适用于集成式拓扑升压逆变器的单周-双环复合控制策略,并对其运行方式和工作特性进行分析与计算。然后,对单周控制电路、主控制器外围电路、电压电流采样调理电路、开关管驱动电路以及系统保护电路进行硬件设计,应用ds PIC控制器对系统的软件部分进行设计并对控制程序进行编写。最后,在理论分析的基础上,制作了试验样机,对集成式拓扑的升压逆变器进行仿真和试验验证,验证该逆变器理论分析的正确性,试验结果表明,其具有升压能力高、结构紧凑、集成度高等优点。
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