一种基于改进推挽电路的隔离型逆变器技术领域
本发明涉及一种基于改进推挽电路的隔离型逆变器。
背景技术
近年来，人类对自然环境越来越重视，清洁、高效、可持续发展的新能源动力技术
引起了广泛关注，已出现了一些关于新能源发电的逆变器拓扑及控制方案。例如附图1
所示，为一种典型的单相推挽逆变器。对于这种系统，交流输出功率中含有的两倍频功
率脉动必然会反馈传输到直流输入侧，影响蓄电池、燃料电池等输入源的使用寿命，严
重时会干扰直流电源系统的稳定性，因此解决新能源发电系统中的功率纹波问题，提高
新能源的利用效率已刻不容缓。虽然这种低频纹波可以用大电解电容来滤除，但在高温
工作条件下，电解电容长时间频繁的充放电会导致其使用寿命下降，所以考虑到逆变器
的使用寿命和功率密度，不推荐使用电解电容。在电路中接入LC谐振电路，通过将谐振
电路频率设计为两倍输出频率，也可以实现减小两倍功率纹波的目的，但要滤除低频纹
波所需的电感和电容体积都比较大，降低了系统的可靠性和功率密度。总而言之，这些
常用的依靠无源器件减小功率纹波的方法，往往都存在着体积大、成本高等问题。而在
电路中接入有源滤波器，额外增加的电路必然需要额外的控制系统，使整个系统都变的
较为复杂，不利于一体化。把辅助电路嵌入到原有的变换器中，进而适当改进原有的控
制方法实现输入侧功率纹波的减小，是非常有优势的。
发明内容
本发明的目的在于针对上述逆变器所存在的技术缺陷提供一种基于改进推挽电路的
隔离型逆变器，该逆变器不仅可以实现直流变交流，而且能够减小直流输入侧的两倍频
功率纹波。
本发明为实现上述目的，采用如下技术方案：
本发明的一种基于改进推挽电路的隔离型逆变器，包括直流电源、输入滤波电容、
主开关管、隔离变压器、整流电路、滤波电路、极性反转逆变桥及负载，其中主开关管
包括两个开关管，隔离变压器包括三个绕组，直流电源的正极、输入滤波电容的一端、
第一绕组的同名端和第二绕组的异名端相连接，直流电源的负极、输入滤波电容的另一
端、第一主开关管的发射极和第二主开关管的发射极相连接，第一绕组的异名端接第一
主开关管的集电极，第二绕组的同名端接第二主开关管的集电极，整流电路包括四个二
极管，第一整流二极管的阳极、第二整流二极管的阴极和第三绕组的同名端相连接，第
三整流二极管的阳极、第四整流二极管的阴极和第三绕组的异名端相连接，第一整流二
极管和第三整流二极管的阴极连接构成整流电路的正输出端，第二整流二极管和第四整
流二极管的阳极连接构成整流电路的负输出端，极性反转逆变桥包括四个开关管，滤波
电感的一端接整流电路的正输出端，滤波电感的另一端、滤波电容的一端、第一开关管
的集电极和第三开关管的集电极相连接，滤波电容的另一端、整流电路的负输出端、第
二开关管的发射极和第四开关管的发射极相连接，第一开关管的发射极、第二开关管的
集电极和负载的一端相连构成正输出端，第三开关管的发射极、第四开关管的集电极和
负载的另一端相连构成负输出端，其特征在于：
还包括有源辅助电路；其中有源辅助电路包括三个辅助二极管、三个辅助开关管、
辅助电感和辅助电容，辅助电感的一端、直流电源的正极、第二辅助二极管的阴极和第
三辅助二极管的阳极相连接，辅助电感的另一端、第一辅助二极管的阳极和第三辅助开
关管的集电极相连接，辅助电容的正端、第一辅助二极管的阴极、第一辅助开关的集电
极和第二辅助开关管的集电极相连接，辅助电容的负端、第二辅助二极管的阳极和第三
辅助二极管的阴极相连接，第一辅助开关管的发射极接第一绕组的同名端，第二辅助开
关管的发射极接第一绕组的异名端，第三辅助开关管的发射极接第二主开关管的发射极。
本发明与原有技术相比的主要技术特点是，由于增加了有源辅助电路，通过控制开
关管使交流输出负载端带来的功率纹波流过辅助电路，电源输入端只有直流功率，从而
达到减小输入侧两倍频功率纹波的目的。
附图说明
附图1是传统单相推挽逆变器电路结构示意图。
附图2是本发明的一种基于改进推挽电路的隔离型逆变器电路结构示意图。
附图3是本发明的一种基于改进推挽电路的隔离型逆变器主要工作波形示意图。
附图4是本发明的一种基于改进推挽电路的隔离型逆变器输入输出功率关系示意
图。
附图5～图12是本发明的一种基于改进推挽电路的隔离型逆变器的各开关模态示意
图。
上述附图中的主要符号名称：Vin、电源电压。Sm1、Sm2、Sx1～Sx3、S1～S4、功率开关
管。Dx1～Dx3、辅助二极管。Cin、输入滤波电容。Cx、辅助电容。Lx、辅助电感。Tr、隔
离变压器。N1、N2、N3、隔离变压器绕组。D1～D4、整流二极管。Lf、滤波电感。Cf、滤
波电容。RL、负载。
具体实施方式
下面结合附图对发明的技术方案进行详细说明：
附图2所示的是一种基于改进推挽电路的隔离型逆变器电路结构示意图。由直流电
源、输入滤波电容1、主开关管2、隔离变压器3、整流电路4、滤波电路5、极性反转
逆变桥6、负载7及辅助电路8组成。Sm1、Sm2、Sx1～Sx3是五只功率开关管，Lx是辅助电
感，Cx是辅助电容，Dx1～Dx3是辅助二极管，Tr是隔离变压器，D1～D4是整流二极管，Lf
是滤波电感，Cf是滤波电容，S1～S4是逆变开关管，RL为负载。
结合附图3～附图12叙述本发明的具体工作原理。由附图3可知整个逆变器工作在
两种模式下，模式1下一个开关周期有4种开关模态，分别是[t10-t11]、[t11-t12]、[t12-t13]、
[t13-t14]，模式2下一个开关周期有6种开关模态，分别是[t20-t21]、[t21-t22]、[t22-t23]、
[t23-t24]、[t24-t25]、[t25-t26]。下面对各开关模态的工作情况进行具体分析。
在分析之前，先作如下假设：①所有开关管和二极管均为理想器件；②忽略隔离变
压器的漏感。
模式1中，输出功率直接由直流电源提供，除此之外多余的直流电源端输入功率则
通过辅助电路最终储存在辅助电容上，见附图4所示，区域A和区域B分别表示模式1
中输出所需的功率和多余的功率。模式2中，直流电源端输入功率经推挽电路传递给副
边，但该输入功率不足以完全提供输出所需的功率，其中不足的部分则由在模式1中已
储能的辅助电容提供，区域C和区域D分别表示模式2中直流输入功率和辅助电容释放
的功率。通过控制负载侧产生的功率纹波流向辅助电路，确保直流电源端输入功率是直
流量，就可以实现减小直流输入侧功率纹波的目的。
下面对模式1下各开关模态的工作情况进行具体分析。
1.开关模态1[t10-t11][对应于附图5]
Sm1开通，直流电源端输入功率的一部分A传递到变压器副边，另一部分功率B流向
辅助电路，最终储存在辅助电容Cx上。由于辅助电路中Sx3的控制是独立于逆变器的，
附图3中并没有给出Sx3的驱动信号。
2.开关模态2[t11-t12][对应于附图6、附图7]
t11时刻关断Sm1，辅助电路继续工作，直到多余的功率B全部转移到辅助电容Cx上
时Sx3关断。附图6为辅助电容通过辅助开关管Sx3充电时的逆变器模态示意图。附图7为
辅助电路不工作时的逆变器模态示意图。附图6和附图7两者相同的是隔离变压器副边滤
波电感电流均通过整流二极管续流，不同在于原边辅助电路的工作状态。
3.开关模态3[t12-t13][对应于附图8]
由于在推挽电路中，隔离变压器原边两个绕组对应的开关管在一个开关周期内是交
替工作的，所以此阶段，Sm2开通，直流电源端输入功率的一部分A仍传递到变压器副边，
另一部分功率B则流向辅助电路。
4.开关模态4[t13-t14][对应于附图6、附图7]
此模态与模式1下开关模态2一样。
下面对模式2下各开关模态的工作情况进行具体分析。在该模式下，辅助电路中Sx3
未开通。
1.开关模态1[t20-t21][对应于附图9]
Sm1开通，直流电源端输入功率C全部传递到变压器副边。
2.开关模态2[t21-t22][对应于附图10]
t21时刻关断Sm1，开通Sx1，辅助电容Cx向变压器副边传递输出功率大于输入功率的
部分D，即直流电源端输入功率不足以提供输出所需的全部功率，不足的部分由在模式1
下已充电的辅助电容提供。
3.开关模态3[t22-t23][对应于附图7]
t22时刻关断Sx1。此模态与模式1下开关模态2一样，隔离变压器副边滤波电感电流
通过整流二极管续流。
4.开关模态4[t23-t24][对应于附图11]
此阶段，Sm2开通，同模式2下开关模态1一样，直流电源端输入功率C全部传递到
变压器副边。
5.开关模态4[t24-t25][对应于附图12]
在推挽电路中，两个主开关管Sm1和Sm2交替导通，则相应的辅助开关管Sx1和Sx2
也交替导通。所以此阶段，Sx2开通，辅助电容Cx补充输入功率不足以提供给输出功率的
部分D。
6.开关模态4[t25-t26][对应于附图7]
t25时刻关断Sx2，隔离变压器副边滤波电感电流通过整流二极管续流。
从以上的描述可以得知，本发明提出的一种基于改进推挽电路的隔离型逆变器具有
以下几方面的优点：
1)由于增加了有源辅助电路，使输出功率带来的两倍频脉动功率从辅助电路中通
过，从而达到减小直流电源输入侧功率纹波的效果。
2)适合低压大电流输入场合，即使增加了辅助电路，变压器也还是双向磁化，可以
自动完成复位。
3)极性反转逆变桥开关管的电压应力低且为零电压零电流开关，提高了逆变器的效
率。