專利名稱：高頻開關電容型逆變器的制作方法
技術領域：
本發明為開關電容型逆變器，屬于電能形式的變換裝置。
目前實現電能量由直流變為交流的裝置_逆變器_多數是電感型的，即其中的能量傳遞元件是由電感或變壓器來充當的，這類逆變器雖然正在大量使用中，但有體積大、重量重、成本高、效率低等缺點。近年來，國外提出了能量傳遞元件為電容的逆變器或稱純電容逆變器，部分地解決了電感型逆變器的缺點。美國南伊里諾大學Marusarg 1989年6月在IEEE PESC'89(美國電氣及電子工程師學會功率電子學專家會議1989年會議)論文集上發表的無電感開關電容型升壓式逆變器是目前有代表性的最新成果。但在Marusarg提出的電路方案中，電容充電與放電的頻率是相同的，由要求的輸出頻率決定。一般情況下，這個頻率較低，如工頻50HZ(對我國)或60HZ(對美國)。所以，目前的純電容逆變器雖然部分地克服了體積大、重量重等一些缺點，但由于開關頻率很低，致使能量傳遞電容很大，結果這種純電容逆變器的體積和重量仍然較大。
本發明的目的在于提供一種體積小、重量輕、成本低的高頻開關電容型逆變器。
這種高頻開關電容型逆變器的開關由充電開關1與放電開關2組成，充電開關與放電開關可由場應管或晶體管或電子管或可控硅及門極關斷晶閘管(GTO)等構成。充電開關為高頻動作，允許的范圍由逆變器中的開關器件的高頻特性決定。
本發明所提供的逆變器，在同樣輸出帶負載能力的情況下，大大地減小所需的能量傳遞電容的電容量，從而可大大減小逆變器的體積、重量、成本，同時也提高了效率;在使用同樣容量的能量傳遞電容的情況下，可以大大提高逆變器的帶負載能力，此電路可以廣泛用于交流穩壓電源，不間斷電源和電機的驅動裝置中。
本發明的具體結構由
圖1、2、3、4(a)、4(b)、5、6、7給出。
圖1為高頻開關電容型逆變器的電路結構。
圖2為交流輸出三角波形。
圖3為交流輸出接近正弦的階梯波。
圖4(a)為高頻開關電容型逆變器用VMOS場效應晶體管實現其開關的具體電路的主電路部分。
圖4(b)為圖4(a)中所示高頻開關電容型逆變器中VMOS開關管的驅動電路部分。
圖5為結構外形產品圖。
圖6為實際輸出波形圖。
圖7為當去掉放電開關和正、負極性開關短路時的直流_直流變換器的電路結構圖。
下面結合附圖對本發明加以具體說明。
圖1中的C1＝C2＝C3＝…＝Cn＝C，充電開關1(S′1，S′2，…，S′n)為高頻動作，放電開關2(S1，S2，…，Sn，Sn+1及Sa，Sb)按要求的輸出頻率動作。當放電開關(S1，S2，…，Sn，Sn+1及Sa，Sb)按圖2所示動作時，便可得到圖2所示的交流輸出波形(三角波)，利用放電開關中的每個開關導通的時間不同，可以近似得到任意的波形，如正弦波、三角波、梯形波及矩形波等，圖3為近似實現正弦波的例子。圖4(a)中P11、P21、Pb為P溝道VMOS場效應晶體管，N11′，N12，N12′…N1n，N1n′，N22，N23…N2n，N2n+1，Na為N溝道VMOS場效應晶體管，D11，D11′，D12，D12′…D1n，D1n′為快恢復二極管，Da，Db，D21，D221，D222，D223，D224…D2n1，D2n2，D2n3，D2n4，D2，n+1為一般整流二極管，S2～Sn為橋式雙向開關。圖4(b)中，～為正弦電源，+V為直流電壓，B為比較器，此電路通過給定正弦信號與電阻R1，R2…Rn組成的分壓器上各點電壓的比較，以及正弦信號的正負狀態，通過比較器處理，給出開關管P21，N′22，N23…N2n，N2，n+1，以及Na和Nb的恰當的驅動信號，便可產生如圖3所示的接近正弦的階梯波，圖中的Ga、Gb、G2、G3、G4、Gn、Gn+1分別接于圖4(a)中的Na、Pb、N22或N2n、N23或N2，n-1、N24或N2，n-2、N22或N2n、P21或N2，n+1的柵極。
用圖4所示的電路，在如下一組參數下，所獲得的輸出電壓波形50HZ正弦階梯波如圖6所示。此組參數為C1＝C2＝…＝Cn＝4700μf，25v;
P11SMP8P20;
Pb，P21SMP4P20;
N11′，N12，N12′，…，N1n，N1n′MTP8N20;
N22，N23，…，N2n，N2，n+1，NaMTP4N20;
D11，D11′，D12，D12′，…，D1n，D1n′CM-90;
Da，Db，D21，D221，D222，D223，D224，…，D2n1，D2n2，D2n3，D2n4，D2，n+1IN4004;
V＝12v直流。
圖5為外形結構產品圖，其中3為底板安裝圖，4為面板圖，5為底板上主要電器元件安裝圖。
當放電開關處于全開狀態及正、負極性開關完全短路時，該逆變器可做為直流_直流變換器，如圖7所示，圖中的C1＝C2＝…＝Cn＝C。直流變換器輸出電壓，變換器效率與充電頻率的關系式為
式中Ts = 1/(fs) ，fs為開關頻率，T為開關周期，t = (RLC′)/(n - 1)Vg為輸入直流電壓，Vo為輸出直流電壓，n是電容個數。
式中η為變換器的效率，其他符號的含義與(1)式相同。
權利要求
1.一種高頻開關電容型逆變器，由電容器及開關組成，其特征在于開關由充電開關與放電開關組成。
2.如權利要求1所述的高頻開關電容型逆變器，其特征在于充電開關與放電開關可由場效應管或晶體管或電子管或可控硅及門極關斷晶閘管(GTO)構成。
3.如權利要求1所述的高頻開關電容型逆變器，其特征在于充電開關為高頻動作，允許的范圍由逆變器中的開關器件的高頻特性決定。
4.如權利要求1所述的高頻開關電容型逆變器，其特征在于當放電開關處于全開狀態時，該逆變器可做為直流_直流變換器。
5.如權利要求4所述的高頻開關電容型逆變器，其特征在于直流變換器輸出電壓，變換器效率與充電頻率存在如下關系V0=Vg2nn+11-n-1n+1e-Ts/τ·τTs(1-e-Ts/τ)...(1)]]>式中Ts = 1/(fs) ，fs為開關頻率，Ts為開關周期，t = (RLC′)/(n - 1)Vg為輸入直流電壓，Vo為輸出直流電壓，n是電容個數。n=1n+1·1+e-Ts/τ1-n-1n+1e-Ts/τ(2)]]>式中η為變換器的效率，其他符號的含義與(1)式相同。
全文摘要
一種高頻開關電容型逆變器，由電容器及開關組成，開關由充電開關與放電開關組成，充電開關與放電開關可由場效應管或晶體管或電子管或可控硅及門極關斷晶閘管(GTO)構成，充電開關為高頻動作，當放電開關處于全開狀態時，該逆變器可做為直流-直流變換器。這種逆變器與低頻開關電容型逆變器相比，在同樣輸出帶負載能力的情況下，減小了所需的能量傳遞電容的電容量，從而可減小逆變器的體積和重量。
文檔編號H02M3/06GK1057133SQ9010401
公開日1991年12月18日 申請日期1990年6月6日 優先權日1990年6月6日
發明者龔紹文, 陳瑋, 劉波濤, 臺林 申請人:北京理工大學