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1、单相合成的直流/交流逆变器摘要：本文介绍了使用简单的直流/直流转换器创造单相直流/交流逆变器的基本推导过程和拓扑的可能性。结果表明,两个分离的基本直流/直流转换器控制足以产生正弦输出电压。这两个转换器的连接可以概括为两类：并联逆变器（PPI）和串联逆变器（SPI）。对结合不同的拓扑结构的新PPI直流/直流转换器,以形成一个逆变器进行了介绍和讨论。具有冗余能力的过程中由于桩土相互作用问题,提出了一种新的改进方案即家庭的SPI。仿真结果选定的拓扑性质由本文提出的方法来确定。一、介绍所有形式的世界能源消费继续大幅上升。环境问题另一方面影响可再生能源象太阳能、风能、燃料电池和水电那样的被看做是另一个其
2、他类型的目前主要的能源，它们来源于矿物燃料如石油和煤。对于公用电网电力从可再生能源如太阳能和风力中获得能源，功率逆变器需要把直流电压转换成交流电压。非孤立升压派生逆变器如全桥逆变器由于固有的保护电源开关电压功能，软开关能力,发达的控制技术长期以来一直适用于功率变换器拓扑。但是，这样的拓扑性质只能进行电压降压转换。对于低电压源转换如光伏面板其终端电压为较高的交流电压,就需要高频端增加直流/直流转换器。由于双极的逆变器结构(直流/直流、直流/交流转换),整体转换效率被限制在个别阶段的效率上。凯西小仓等人提出了一种控制机制来降低切换次数,从而降低动力装置消散,在增压(升压)转换器和全桥逆变器两线循环
3、的同时保持平稳地输出交流电压1。为了减小电路的复杂度，在一个单一的功率级内提出了一个包含升压转换和直流/交流转换的升压变换器。作者进一步表明了，降压/升压型转换器是一个潜在的候选逆变器，因为它可以同时执行电压升降压转换。开发了隔离变压器，如反激逆变器逆变器。最近，一些逆变器拓扑评论已开展。然而，在系统的起源形式上他们似乎没有得到一个可推导的一般合成流程。在本文中，我们考虑挑战在一个单一的功率级调节未稳压的直流电压转换成稳压的直流电压的逆变器的基本合成。我们的目标是获得最简单的基于基本的直流/直流转换电气特性的直流/交流转换拓扑。二、推导最简单的直流/交流逆变器根据连接的直流/直流转换器和负载的
4、位置，逆变器系统可分为：并联逆变器（PPI）和串联逆变器（SPI）。本节介绍了逆变器系统的概念和推导过程这两种逆变器。A.并联逆变器图1(a)显示了逆变器由两个直流/直流转换器并联组成。每个转换器负责生成半线周期和极性相反的交流输出V0。从图1(b)可以看出， 当直流/直流构成良性循环时，直流/直流停止运作，反之亦然。因为在任何时侯只有一个转换器工作，所以转换器可以成为电压源型或电流源型。图1并联逆变器的概念图(PPI) 参考图1(b)，变频器的输出电压由下式给出： V0(t) = V1(t) + V2(t) (1) 即两个直流/直流转换器的输出电压为：其中，E和fL分别的输出电压和输出电压的
5、频率峰值。注意再次，直流/直流转换器可以成为电流源型因为在任何时候只有一个直流/直流转换器在工作。也就是说，我们可能会产生输出： io(t) = i1(t) + i2(t) (4)至于基本的直流/直流转换器，找到合适的电路拓扑结构，来满足此配置有两种方式：一种是用拆分输入功率源和相同的直流/直流转换器。所示为，串联两个光伏阵列和两个降压/升压转换器，连接到备份产生充分的交流摆动。在一些应用中，只有一个电源可用，由于短路连接，是不可能使用相同的直流/直流转换器产生双极性的电压。唯一的办法就是使用两个不同的转换器和一个巧妙地反向极性的输出电压。例如，图2(a)所示的降压和降压/升压(反相)转换器的
6、组合，形成了的变频器。由于输出电压对称性和降压输出特性，这个逆变器可用于降压应用。在低电压源，如光伏面板使用的某些应用，图2(b)显示了升压和反激式转换器的组合，形成升压逆变器。注意，作为升压转换器不能产生输出电压高于输入电压，即最小输出电压等于输入电压，连接反激式转换器的输出功率与输入源来调节输出电压。在负荷较重的情况下，反激式转换器可以变成一个通过关闭两个电源开关从而由相同极性的升压转换器形成的正向转换器。在输入源的能量转移到输出的同时保持了监管。变压器复位电路可以为主动钳位型或第三绕组类型，这是安装在输出电压端。为了简化电路，使用降压/升压转换器代替反激转换器。有两个电源的降压 /升压转
7、换器开关如图2(a)所示允许双向功率流，无需额外的绕组或开关。图2并联逆变器电路的实现(PPI)B、串联逆变器(SPI)图3串联逆变器的概念图(SPI)图3(a)显示了逆变器由两个直流/直流转换器串联而成。基本配置源于埃里克森和马克西莫维奇关于微分识别升压转换器的输出负载到桥逆变的起源。本文的目的，不同于上一句话，是在派生变频器基本的直流/直流转换器的基础上使用此配置。每个转换器负责生成一个平等的交流输出直流偏置，但相位相反。因此输出电压的直流/直流-1和直流/直流-2分别为：v1(t) = Vd + 0.5Esin2fLt (5)v2(t) = Vd 0.5Esin2fLt (6)正如图所示
8、3(b)，由此产生的输出电压为V1和V2之间的差异，所以直流分量被取消了。假设一个电阻负载R连接了输出电压和电流那么它被写成：vo(t) = v1(t) v2(t) (7)由图3(b)所示，直流/直流-1和直流/直流-2在同极性上构成了双方的正极和负极的交流输出周期。这个可用于任何相同的直流/直流转换器。并且，因为这两个转换器工作在任何时间，是仅限于电压源型转换器的。一个在基本的直流/直流转换器SPI的形成和控制问题之见的比较已在前文中讨论过了。SPI解决了升压型PPI不能调节输出电压低于输入电压的问题。最小输出电压的升压SPI必须满足不等式：对于降压型SPI，理论最大输出交流电压由下式给出：
9、 E = Vin (10)此时，Vd = E/2.对于降压/升压型SPI，其最大输出交流电压仅限于实际占空比范围因为它具有升降压功能。然而，有一点要注意的是，每个转换器的冗余处理的一部分输出功率因为被相互抵消了，所以履行公式(7).使用公式(5)到公式(8),这个冗余电源，Pr在每半周期为：此时，i0(t)为输出电流。这种冗余电源不会被负载消耗，但在两个直流/直流转换器之间来回摇摆和在沿途的电路元件中消散。这会导致过度的功率损耗和效率低下。此外，电力设备，应该有特定的远高于额定电压的输出电压（大于2E），并导致更高的逆变器的尺寸和成本。根据公式(11),VD应尽可能小,来尽量减少SPI的功率损耗。作为一个例子，对于降压SPI冗余电源使用公式（10）和公式（11）的计算公式为：很明显，输入电压应保持较小，以减小Pr。然而，应有Pr和传导损耗之间的权衡。为了保持相同E，减少输入电压将提高功率器件的导通损耗。这是因为随着输入电流的增加，需要减少输入电压来保持相同的输出功率。此外，如果采用最大功率点跟踪，以充分利用可用的输入源，如光伏板和风力涡轮机的功率，输入电压的方式是随时间变化的。因此，需要一个新的串联逆变器的概念来解决这个矛盾的问题。
