高压大功率逆变器拓扑



【电机控制技术】逆变器Boost升压充电解析

逆变器Boost升压充电解析

在电动汽车领域，随着高压系统的普及，800V电压平台逐渐成为趋势。然而，当前主流的充电桩仍以400V为主，这导致800V电动汽车在充电时面临兼容性问题。为了在不增加整车成本的前提下解决这一问题，逆变器Boost升压充电技术应运而生。

一、基础Boost电路和控制原理

Boost电路是一种常用的直流升压电路，其基本原理是利用电感、电容和开关元件（如IGBT）形成一个“跷跷板”装置，通过控制开关的占空比来抬升输出端的电压。

电路结构：Boost电路通常由输入电源、电感、开关元件（如IGBT）、二极管（或同步整流器）、输出电容和负载组成。控制原理：通过控制开关元件的PWM（脉冲宽度调制）信号，占空比越大，输出的电压也就越大。当开关S完全断开时（PWM为0），输出电压等于电源电压；当PWM逐渐增大时，通过电感的电流逐渐增大，为电容C蓄能的电荷增多，从而输出电压增大。

二、逆变器Boost电路和控制原理

在电动汽车中，逆变器通常用于将电池的直流电转换为驱动电机的交流电。为了实现Boost升压充电，需要对逆变器进行一定的改造。

硬件改造：需要将电机的负极和电池的负极通过一个接触器（开关）连接起来，并插入一个支撑电容。这样，当电动汽车连接到400V充电桩时，就可以通过逆变器实现升压充电。控制策略：逆变器中的IGBT可以轮换工作，以模拟Boost电路中的开关元件。通过精确控制IGBT的PWM信号，可以实现输出电压的精确调节。拓扑图与等效电路：逆变器Boost电路的拓扑图可以简化为一个等效的Boost电路。这表明，尽管硬件上进行了改造，但控制策略上仍然可以沿用成熟的Boost升压电路控制方法。

三、技术特点与优势

成本效益：逆变器Boost升压充电技术的核心在于复用，即利用现有的逆变器硬件资源实现升压功能，无需额外增加昂贵的升压设备。灵活性：该技术使得电动汽车能够兼容不同电压等级的充电桩，提高了充电的灵活性和便利性。效率：通过精确控制IGBT的PWM信号，可以实现输出电压的精确调节和高效转换，从而提高充电效率。

四、应用前景与挑战

随着电动汽车市场的快速发展和高压系统的普及，逆变器Boost升压充电技术具有广阔的应用前景。然而，该技术也面临一些挑战，如硬件改造的复杂性、控制策略的精确性以及对电池和电机系统的潜在影响等。因此，在未来的发展中，需要进一步优化硬件设计、完善控制策略并加强系统测试与验证，以确保技术的可靠性和安全性。

综上所述，逆变器Boost升压充电技术是一种高效、灵活且成本效益显著的电动汽车充电解决方案。通过充分利用现有硬件资源和成熟的控制技术，该技术有望在未来电动汽车市场中发挥重要作用。

逆变器初,次级绕组线径计算方法

在设计逆变器时，根据电路拓扑及所需功率来决定初级和次级绕组的匝数及线径是至关重要的步骤。以高频推挽式为例，对于300W至400W的功率范围，推荐使用EI40变压器。在前级设计中，假设输入电压为12V，可以将其分为两组，每组为2匝。对于高压输出，推荐使用46匝。如果需要实现电气隔离，那么辅助供电部分则需要额外的匝数，通常是3匝。此外，考虑到电流负载，每毫米平方的线径可以承载大约10安培的电流。这里推荐使用TL494作为驱动器。为了确保设计的准确性和可靠性，请仔细计算并选择合适的绕组线径。

值得注意的是，绕组线径的选择不仅要考虑电流承载能力，还要考虑到散热性能和成本控制。在实际应用中，线径过粗会导致成本增加且散热性能下降；线径过细则可能无法满足电流需求，导致过热甚至烧毁。因此，需要在满足电流需求的同时，兼顾成本和散热性能的平衡。此外，对于不同功率等级的逆变器，选择合适的变压器和绕组线径也至关重要。例如，对于500W以上的逆变器，可能需要使用更大功率的变压器和更粗的绕组线径。

在设计过程中，还需要考虑变压器的饱和电流和工作频率。饱和电流是指变压器能够承受的最大电流值，而工作频率则影响着变压器的效率和损耗。因此，在选择绕组线径时，还需结合这些参数进行综合考虑。此外，对于高频推挽式逆变器，还需要关注磁芯的材料和规格，以确保其在高频工作下的稳定性和可靠性。

总而言之，设计逆变器时，初级和次级绕组的线径选择是一项复杂而关键的任务。除了考虑电流承载能力、散热性能和成本控制外，还需综合考虑变压器的饱和电流、工作频率以及磁芯材料等因素。通过合理的选择和设计，可以确保逆变器在高效、稳定和可靠的前提下，实现预期的功率输出。

新能源商用车高压化面临的机遇与挑战：三电平逆变技术

新能源商用车高压化背景下，三电平逆变技术面临的机遇与挑战如下：

机遇： 技术优势显著：三电平逆变器相比传统两电平结构，具有功率器件电压应力及损耗低、输出波形质量好、效率高等明显优势。 应用经验丰富：借助三电平拓扑在光伏发电并网中的广泛应用经验，该技术在新能源商用车领域可以快速推广，并展现出巨大潜力。 输出波形优化：三电平主电路拓扑通过增加一个零电平输出，使得输出波形更接近于正弦波，提高了转换效率和输出质量，这对于提升系统效率和稳定性至关重要。 调制效率提升：三电平SVPWM调制方法进一步细化了扇区分布，提高了调制效率，输出波形更接近正弦，纹波含量更少，有利于提升电机驱动性能和降低系统损耗。 适合高压大容量应用：三电平逆变器在高压大容量应用场合中具有突出优势，每个主开关器件关断时所承受的电压仅为直流侧电压的一半，这使得三电平逆变器成为新能源商用车高压化的理想选择。

挑战： 技术复杂度增加：三电平逆变器的设计、制造和维护相比两电平逆变器更为复杂，需要更高的技术水平和更精细的工艺控制。 成本问题：由于三电平逆变器的结构和调制方法更为复杂，其制造成本可能会相对较高，这对于新能源商用车的成本控制构成一定挑战。 可靠性要求提高：新能源商用车对逆变器的可靠性要求极高，三电平逆变器需要满足更高的可靠性和稳定性标准，以确保车辆的正常运行和安全性。 系统集成难度：三电平逆变器在新能源商用车中的系统集成需要考虑到车辆的整体布局、散热、电磁兼容等多个方面，增加了系统集成的难度。

基于第七代IGBT技术三电平逆变器拓扑架构的技术优势

基于第七代IGBT技术三电平逆变器拓扑架构的技术优势主要体现在以下几个方面：

一、更高的功率密度和效率

第七代IGBT技术通过采用新的芯片设计，使得芯片尺寸在所有电流等级中平均缩小了25%。这一改进使得在现有模块外壳中能够提供更高的标称电流，从而获得更高的电流密度。同时，新的IGBT技术还降低了饱和电压Vce(sat)约20%，这有助于减少传导损耗，提高逆变器的整体效率。此外，新型950V IGBT特别适用于高开关频率，并具有优化的Vce(sat)，非常适合在高达1500V直流的三电平拓扑中使用，进一步提升了功率密度和效率。

二、更高的工作温度和过载能力

第七代IGBTs的另一个重要新特性是能够在更高的结温下工作。最大结温保持在Tj,max=175℃，允许连续运行结温最高可达Tj,op=150℃。此外，IGBT还可以在175℃的短期运行条件下（保持20%占空比）长达1分钟，这使得逆变器无需额外的设计储备即可覆盖110％的一分钟过载。这种更高的工作温度和过载能力提高了逆变器的可靠性和稳定性。

三、灵活的拓扑结构和开关模式

三电平拓扑结构本身具有多种优势，如降低输出电压谐波、减小开关损耗等。结合第七代IGBT技术，可以实现更加灵活的拓扑结构和开关模式。例如，在有源中性点钳位（ANPC）拓扑中，可以通过高频/低频（HF/LF）和低频/高频（LF/HF）两种开关模式来优化性能。这两种开关模式在输入和输出级的操作方式上不同，可以根据应用需求进行选择。此外，ANPC拓扑还具有更高的自由度，但需要额外的驱动电路。相比之下，中性点钳位（NPC）拓扑则更为简单，但在某些应用场景下可能不如ANPC拓扑高效。

四、优化的换流路径和相位支路设计

在不同的开关模式下，换流路径会有所不同。通过优化换流路径和相位支路设计，可以进一步降低损耗并提高性能。例如，在ANPC低频/高频模式下，输入级以低开关频率开关，而输出级则以高频开关。这种设计可以减小换流路径的面积，从而降低换流电感。同时，通过将形成换流路径的元件位于同一模块中，可以进一步降低换流电感并提高性能。

五、广泛的应用场景和适应性

基于第七代IGBT技术的三电平逆变器拓扑架构具有广泛的应用场景和适应性。例如，在可再生能源领域，如光伏和风力发电系统中，三电平逆变器可以提高电能质量和效率，降低谐波含量，从而减少对电网的污染。此外，在储能系统、电动汽车充电站等应用场景中，三电平逆变器也表现出优异的性能。由于第七代IGBT技术具有更高的工作温度和过载能力，因此可以适应更加恶劣的工作环境，提高系统的可靠性和稳定性。

六、展示

以下是关于三电平拓扑架构和开关模式的展示：

这些展示了三电平拓扑架构的不同开关模式和换流路径，有助于更好地理解其工作原理和性能特点。

综上所述，基于第七代IGBT技术的三电平逆变器拓扑架构具有更高的功率密度和效率、更高的工作温度和过载能力、灵活的拓扑结构和开关模式、优化的换流路径和相位支路设计以及广泛的应用场景和适应性等优势。这些优势使得三电平逆变器在电力电子应用中具有更加重要的地位和作用。

逆变器h5拓扑是不是专利产品

1. 逆变器H5拓扑是由德国SMA有限公司提出，并且已经在中国申请了技术专利。

2. 因此，逆变器H5拓扑属于专利产品。

3. 专利产品是指那些具有专利权人独占权利要求所记载的全部技术特征的实用新型产品。

Heric拓扑的优势，为什么单项光伏逆变器通常选用Heric拓扑？

Heric拓扑的优势主要体现在高效、可靠、灵活以及多国认证通用性上，因此单项光伏逆变器通常选用Heric拓扑。以下是具体解释：

高效性：

Heric拓扑结构能够提供卓越的转换效率，这对于光伏逆变器来说至关重要，因为高效率意味着更多的太阳能可以被转化为可用的电能，减少能源浪费。

可靠性：

该拓扑结构在电气和机械安全方面表现出色，能够满足包括UL 1741、UL 621091以及IEC 62109系列在内的多种国际安全标准，确保逆变器的稳定运行和长期可靠性。

灵活性：

Heric拓扑结构在设计上具有一定的灵活性，能够适应不同国家和地区的电网要求，为制造商提供更大的市场适应性。

多国认证通用性：

对于寻求全球市场准入的制造商而言，Heric拓扑的一个显著优势在于其一次认证即可多国通用。这极大地简化了认证流程，降低了认证成本，使得制造商能够更轻松地进入多个国际市场。

综上所述，Heric拓扑因其高效、可靠、灵活以及多国认证通用性等优势，成为单项光伏逆变器的首选结构。

高压逆变器和低压逆变电源有什么区别

高压逆变器和低压逆变电源的主要区别如下：

适用对象与电压等级：

高压逆变器：通常用于需要高压输入的场合，如高压电机调速等。其电压等级一般较高，能够处理数百伏甚至数千伏的电压。

低压逆变电源：则适用于低压输入的场合，如家用电器、小型机械设备等。其电压等级相对较低，一般在几十伏以下。

拓扑结构：

高压逆变器：由于电压高，对电路元件的耐压要求也更高。同时，高压逆变器通常采用更为复杂的拓扑结构，如多电平结构等，以减小谐波含量、提高输出波形质量。此外，高压逆变器还可能需要采用光纤隔离等技术来减小驱动电路的干扰。

低压逆变电源：其拓扑结构相对简单，一般采用两电平或三电平结构即可满足要求。同时，低压逆变电源的驱动电路也更为简单，不需要采用特殊的光纤隔离等技术。

性能特点：

高压逆变器：由于电压等级高，高压逆变器在输出功率、效率等方面通常具有更高的性能。同时，高压逆变器还需要具备更强的保护功能，以应对可能出现的各种故障情况。

低压逆变电源：虽然其性能特点相对高压逆变器来说较为普通，但低压逆变电源在成本、可靠性等方面具有优势，且更易于实现小型化和轻量化。

应用场景：

高压逆变器：主要应用于需要高压输入的工业领域，如电力、冶金、石化等行业。在这些行业中，高压电机等设备需要高压逆变器来提供稳定的电源和调速功能。

低压逆变电源：则广泛应用于家用电器、小型机械设备、通信设备等领域。这些设备对电源的要求相对较低，低压逆变电源即可满足其需求。

综上所述，高压逆变器和低压逆变电源在适用对象、电压等级、拓扑结构、性能特点以及应用场景等方面均存在显著差异。因此，在选择逆变器时，需要根据具体的应用需求和条件来选择合适的类型。

光伏漫谈4- 逆变器拓扑结构

光伏逆变器拓扑结构概述

光伏逆变器作为光伏发电系统中最关键的设备之一，其拓扑结构的选择对于系统的性能、效率和成本具有重要影响。根据功率等级、应用场景以及隔离要求的不同，逆变器拓扑结构呈现出多样性。以下是对几种常见光伏逆变器拓扑结构的详细解析：

一、工频隔离逆变器

工频隔离逆变器通过工频50Hz变压器实现源边和副边的功率传输。这种拓扑结构最为简单，仅需整流桥、滤波器和工频变压器即可。然而，由于50Hz工频变压器的体积较大，导致整个逆变器系统的体积和成本增加，因此在实际应用中很少使用。

二、高频隔离逆变器

高频隔离逆变器在微型逆变器中使用较多，为了降低体积和重量，通常采用高频隔离的拓扑结构。以下是三种常见的高频隔离微型逆变器：

带有直流母线的隔离全桥逆变器

这种拓扑结构具有中间直流母线，变压器源边的整流与副边的逆变器可以解耦分别调整。然而，该架构使用的功率器件较多，且需要高压直流母线电容进行整流滤波，增加了系统的复杂性和成本。

伪直流母线的交错反激逆变器

伪直流母线拓扑实际上没有直流母线，通过交错反激结构将直流信号变换成正半周期的正弦波，再通过可控硅调整成全周期正弦波。该拓扑节省了大量高压电容，降低了系统成本，但效率相对较低，适用于小功率微型逆变器。

不含直流母线的串联谐振逆变器

这种拓扑结构同样不需要直流母线和高压电容滤波，变压器源边工作在零电压开通状态，效率较高。该结构不仅适用于光伏逆变器，还可用于户用储能逆变器。

三、非隔离的逆变器拓扑

非隔离逆变器拓扑结构省去了变压器，因此效率更高、体积更小、成本更低。然而，由于没有变压器隔离，可能存在零点偏移和直流分量等问题，需要采取相应的措施进行抑制。以下是两种常见的非隔离逆变器拓扑：

带有MPPT升压的2电平非隔离逆变器拓扑

这种拓扑结构通过带有单路或多路MPPT并联到直流母线，再通过2电平逆变结构实现组串式逆变器。为了消除直流分量，可以采用交流或直流旁路方式。

带有旁路二极管的BOOST双模式非隔离逆变器拓扑

该结构设计巧妙，BOOST电路不仅将PV输入升压成DC电压，还直接升压到工频信号。通过BOOST和逆变两种模式交替工作，可以实现完整的正弦输出。

四、组串式逆变器NPC拓扑

组串式逆变器在光伏系统中应用广泛，NPC三电平逆变器是其中一种常见的拓扑结构。NPC三电平逆变器具有效率高、谐波小等优点。以下是三种NPC三电平逆变器的变体：

I型NPC三电平逆变拓扑

I型NPC三电平拓扑结构相对简单，但存在内外管开关损耗不平衡的问题。

ANPC三电平逆变拓扑

ANPC三电平拓扑通过将两个二极管更换成IGBT，实现了内外管开关损耗的平衡。然而，该拓扑控制较复杂，开关管也较多，系统成本和体积较大。

T型NPC逆变器拓扑

T型三电平拓扑同样使用4个IGBT功率管，但其中处于中性点的是一对背靠背连接的IGBT。该拓扑结构开关损耗平衡，效率高，但功率管的耐压需要与母线电压相同，适用于低压系统或需要更高耐压功率管的实现。

总结而言，光伏逆变器的拓扑结构多种多样，每种拓扑结构都有其独特的优点和适用场景。随着功率器件开关特性和耐压的提升，以及学术界研究的深入，未来仍将有更多逆变器拓扑结构衍生出来，进一步提升应用效率、降低体积和成本。

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