一种多输出逆变器

本发明涉及逆变器，特别是涉及一种多输出逆变器。

背景技术：

1、传统逆变器多为单输出逆变器，在多负载应用场合，多采用一对一的独立供电方式，这种方式增加了逆变器数量，增大了系统成本和体积。逆变器可由单个输入产生多路输出，为多个负载供电，为多负载应用场合的更优电源解决方案。但现有的逆变器仍存在开关器件数量多、拓扑结构复杂、控制难度大等问题。因此如何设计一种降低多负载系统复杂度的新型逆变器，是本领域技术人员需要解决的技术问题。

技术实现思路

1、本发明提供一种多输出逆变器，用于以更少的开关管在保证逆变器电压输出能力的同时可产生4路输出。

2、为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

3、一种多输出逆变器，包括开关管s1～开关管s4、电感l和电容c；其中，所述电容c的第一端和开关管s1的第一极连接，开关管s1的第二极和开关管s2的第一极连接，电容c的第二端分别和电感l的第一端、输入电压uin的正极连接；电感l的第二端分别和开关管s2的第二极、开关管s3的第一极连接；开关管s3的第二极和开关管s4的第一极连接；开关管s4的第二极和输入电压uin的负极连接；所述开关管s1～开关管s4的第三极接控制信号；逆变器的4路输出电压u1、u2、u3、u4分别为开关管s1、开关管s2、开关管s3、开关管s4两极之间的电压。

4、进一步的，所述开关管s1～开关管s4分别反并联二极管ds1、二极管ds2、二极管ds3、二极管ds4，每一个开关管的第一极均和对应二极管的阴极连接，每一个开关管的第二极均和对应二极管的阳极连接。

5、进一步的，所述开关管s1～开关管s4均为igbt管；所述开关管s1～开关管s4的第一极为igbt管的集电极，第二极为igbt管的发射极，igbt管的第三极为栅极。

6、进一步的，在所有开关管的导通内阻和导通压降均为零及电感l和电容c为理想元器件时，所述逆变器输出电压u1、u2、u3、u4的幅值均为电源电压uin和电容电压uc之和；表达式为：

7、ub＝uc+uin     (1)；

8、式中，ub为逆变器输出电压的幅值。

9、进一步的，所述逆变器在一个工作周期t内分为0-t1、t1-t2、t2-t3、t3-t4四个时间段；每个时间段对应一个工作模态，各工作模态分析如下：

10、工作模态1：在0-t1时间段；开关管s1、开关管s2、开关管s4开通，开关管s3关断；电感l经开关管s1和开关管s2与电容c并联，释放能量，因此电感电流il线性下降；此模态下，输出电压u1＝u2＝u4＝0，u3＝ub；

11、工作模态2：在t1-t2时间段；开关管s1、开关管s2、开关管s3开通,开关管s4关断；电感电流il继续线性下降；此模态下，输出电压u1＝u2＝u3＝0，u4＝ub；

12、工作模态3：在t2-t3时间段；开关管s1、开关管s3、开关管s4开通，开关管s2关断；电感l经开关管s3和开关管s4与直流电源并联，开始存储能量，因此电感电流il由最小值开始线性上升；此模态下，输出电压u1＝u3＝u4＝0,u2＝ub；

13、工作模态4：在t3-t4时间段；开关管s2、开关管s3、开关管s4开通，开关管s1关断；电容c仍处于开路状态，电感电流il继续线性上升；此模态下，输出电压u2＝u3＝u4＝0,u1＝ub。

14、进一步的，所述逆变器的占空比分别为占空比d、占空比d1和占空比d2；占空比d、占空比d1和占空比d2之间满足：

15、

16、所述占空比d、占空比d1和占空比d2的表达式为：

17、

18、式中，t为逆变器工作周期，t1、t2、t3、t4分别为开关管模态1～模态4的时间点。

19、进一步的，根据逆变器工作原理得感电感l的电压ul表达式为：

20、

21、稳态下，电感l满足伏秒平衡原则，其方程描述为：

22、uindt＝uc(1-d)t  (5)

23、结合式(1)和(5)，得到电容电压uc和逆变器输出电压的幅值ub的表达式为：

24、

25、

26、进一步的，输出电压u1～u4的傅里叶级数展开式为

27、

28、

29、

30、

31、式中，ω0表示谐振角频率，n表示傅里叶展开公式项数，t表示逆变器工作时间；

32、

33、

34、

35、

36、进一步的，根据式(8)～式(11)，输出电压u1-u4的基波有效值向量表达式为

37、

38、

39、

40、

41、式中，φ11、φ21、φ31、φ41分别表示输出电压u1、u2、u3、u4的基波相位。

42、与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：

43、本发明通过设计逆变器电路，通过电感升压，保证逆变器电压输出能力，实现以更少的开关管产生4路输出，降低多负载系统的复杂度。

技术特征：

1.一种多输出逆变器，其特征在于，包括开关管s1～开关管s4、电感l和电容c；其中，所述电容c的第一端和开关管s1的第一极连接，开关管s1的第二极和开关管s2的第一极连接，电容c的第二端分别和电感l的第一端、输入电压uin的正极连接；电感l的第二端分别和开关管s2的第二极、开关管s3的第一极连接；开关管s3的第二极和开关管s4的第一极连接；开关管s4的第二极和输入电压uin的负极连接；所述开关管s1～开关管s4的第三极接控制信号；逆变器的4路输出电压u1、u2、u3、u4分别为开关管s1、开关管s2、开关管s3、开关管s4两极之间的电压。

2.根据权利要求1所述一种多输出逆变器，其特征在于，所述开关管s1～开关管s4分别反并联二极管ds1、二极管ds2、二极管ds3、二极管ds4，每一个开关管的第一极均和对应二极管的阴极连接，每一个开关管的第二极均和对应二极管的阳极连接。

3.根据权利要求2所述一种多输出逆变器，其特征在于，所述开关管s1～开关管s4均为igbt管；所述开关管s1～开关管s4的第一极为igbt管的集电极，第二极为igbt管的发射极，igbt管的第三极为栅极。

4.根据权利要求2所述一种多输出逆变器，其特征在于，所述开关管s1～开关管s4均为mos管；开关管s1～开关管s4的第一极为mos管的漏极，第二极为mos管的源极，mos管的第三极为栅极。

5.根据权利要求2所述一种多输出逆变器，其特征在于，在所有开关管的导通内阻和导通压降均为零及电感l和电容c为理想元器件时，所述逆变器输出电压u1、u2、u3、u4的幅值均为电源电压uin和电容电压uc之和；表达式为：

6.根据权利要求5所述一种多输出逆变器，其特征在于，所述逆变器在一个工作周期t内分为0-t1、t1-t2、t2-t3、t3-t4四个时间段；每个时间段对应一个工作模态，各工作模态分析如下：

7.根据权利要求6所述一种多输出逆变器，其特征在于，所述逆变器的占空比分别为占空比d、占空比d1和占空比d2；占空比d、占空比d1和占空比d2之间满足：

8.根据权利要求7所述一种多输出逆变器，其特征在于，根据逆变器工作原理得感电感l的电压ul表达式为：

9.根据权利要求8所述一种多输出逆变器，其特征在于，输出电压u1～u4的傅里叶级数展开式为

10.根据权利要求9所述一种多输出逆变器，其特征在于，根据式(8)～式(11)，输出电压u1—u4的基波有效值向量表达式为：

技术总结
本发明公开了一种多输出逆变器，包括开关管S<subgt;1</subgt;～开关管S<subgt;4</subgt;、电感L和电容C；其中，所述电容C的第一端和开关管S<subgt;1</subgt;的第一极连接，开关管S<subgt;1</subgt;的第二极和开关管S<subgt;2</subgt;的第一极连接，电容C的第二端分别和电感L的第一端、输入电压U<subgt;in</subgt;的正极连接；电感L的第二端分别和开关管S<subgt;2</subgt;的第二极、开关管S<subgt;3</subgt;的第一极连接；开关管S<subgt;3</subgt;的第二极和开关管S<subgt;4</subgt;的第一极连接；开关管S<subgt;4</subgt;的第二极和输入电压U<subgt;in</subgt;的负极连接；所述开关管S<subgt;1</subgt;～开关管S<subgt;4</subgt;的第三极接控制信号；逆变器的4路输出电压u<subgt;1</subgt;、u<subgt;2</subgt;、u<subgt;3</subgt;、u<subgt;4</subgt;分别为开关管S<subgt;1</subgt;、开关管S<subgt;2</subgt;、开关管S<subgt;3</subgt;、开关管S<subgt;4</subgt;两极之间的电压。本发明通过设计逆变器电路，通过电感升压，保证逆变器电压输出能力，实现以更少的开关管产生4路输出。

技术研发人员：葛学健,周逸斌,杨子云,郑俊强
受保护的技术使用者：无锡学院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13