一种隔离式三相四线制逆变电源电路

摘要

本发明提供一种隔离式三相四线制逆变电源电路，属于电源设备的技术领域，包括一个或多个隔离DCDC变换模块、三相四桥臂逆变模块及滤波模块，一个或多个隔离DCDC变换模块的输入端与外部电池电连接，一个或多个隔离DCDC变换模块的输出端与三相四桥臂逆变模块的输入端电连接，三相四桥臂逆变模块的输出端与滤波模块的输入端电连接，滤波模块的输出端与外部负载电连接。本发明具有保障用电设备的安全，且体积小、重量轻、便于车载安装的优点。

说明书

技术领域

本发明涉及电源设备的技术领域，具体涉及一种隔离式三相四线制逆变电源电路。

背景技术

随着近几年新能源产业的快速发展和市场规模的不断扩大，引发了电力电子器件以及储能介质的阶跃式发展，储能介质能量体积比性能的提升，储能式应急电源车的发展提供了基础条件。储能式应急电源车是未来发展的一个方向，可克服传统燃油电源车无法做到不间断供电、噪音大、废气污染严重等缺点。储能式应急电源车搭载大容量锂电池系统和逆变电源系统，平时充好电备用，需要使用时移动至相应场所，然后开启逆变系统将电池的直流电进行逆变放电给交流用电设备使用。

现有技术中，逆变电源采用非隔离式的方案，直流输入与交流输出没有完全隔开，其安全可靠性无法得到保障，同时直流输入侧的电磁干扰也传导到输出侧，使得电磁干扰难以控制。同时，逆变电源采用在输出交流侧通过三相变压器变换的方式进行隔离，由于三相变压器体积大使得整个机器体积和重量都比较大，不利于车载应用。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的缺点，提供一种隔离式三相四线制逆变电源电路，采用两级电路结构形式，先通过隔离DC/DC变换模块进行隔离电压变换，然后通过三相四桥臂逆变模块进行逆变输出，使得输入与输出完全隔离，具有保障用电设备的安全，且体积小、重量轻、便于车载安装的优点。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种隔离式三相四线制逆变电源电路，包括一个或多个隔离DCDC变换模块、三相四桥臂逆变模块及滤波模块，所述一个或多个隔离DCDC变换模块的输入端与外部电池电连接，所述一个或多个隔离DCDC变换模块的输出端与所述三相四桥臂逆变模块的输入端电连接，所述三相四桥臂逆变模块的输出端与所述滤波模块的输入端电连接，所述滤波模块的输出端与外部负载电连接。

本发明的有益效果是，一个或多个隔离DCDC变换模块用于将外部电池的直流输入电压变换为直流母线电压，同时起到输入输出隔离的作用。三相四桥臂逆变模块用于将一个或多个隔离DCDC变换模块输出的直流母线电压逆变为三相四线制的交流电。滤波模块用于滤除三相四桥臂逆变模块逆变输出的交流电中的高频成分，从而输出为三相四线制的正弦波，达到保障用电设备的安全，且不使用三相变压器，体积小、重量轻、便于车载安装的效果。

进一步，所述隔离DCDC变换模块包括两个LLC全桥变换单元，所述两个LLC全桥变换单元的输入侧均与外部电池电连接，所述两个LLC全桥变换单元的输入侧并联，所述两个LLC全桥变换单元的输出侧串联。

采用上述进一步方案的有益效果是，两个LLC全桥变换单元内部均包含一个谐振变压器，其两个谐振变压器的关系为原边串联，副边并联，两个变压器各输出一半的功率，达到使得变压器的设计更加简单，体积更小，提高产品功率密度的效果。

进一步，所述LLC全桥变换单元包括全桥电路、LC滤波电路、谐振变压器T及输出整流电路，所述全桥电路的输入端与外部电池电连接，所述全桥电路的输出端与所述谐振变压器T的原边电连接，所述全桥电路与所述谐振变压器T之间串联有所述LC滤波电路，所述谐振变压器T的副边与所述输出整流电路的输入端电连接，所述输出整流电流的输出端与所述三相四桥臂逆变模块电连接。

采用上述进一步方案的有益效果是，两个谐振变压器的关系为原边串联，副边并联，两个变压器各输出一半的功率，达到使得变压器的设计更加简单，体积更小，提高产品功率密度的效果。

进一步，所述全桥电路包括依次串联的第一NMOS管Q1、第二NMOS管Q2、第三NMOS管Q3及第四NMOS管Q4，外部电池与所述第一NMOS管Q1和第二NMOS管Q2的连接节点及第三NMOS管Q3和第四NMOS管Q4的连接节点电连接，所述第一NMOS管Q1和第三NMOS管Q3的连接节点及第二NMOS管Q2和第四NMOS管Q4的连接节点与所述谐振变压器T的原边电连接。

进一步，所述第一NMOS管Q1的驱动信号和第四NMOS管Q4的驱动信号同相且相同，第二NMOS管Q2的驱动信号和第三NMOS管Q3的驱动信号同相且相同，所述第一NMOS管Q1的驱动信号和第二NMOS管Q2的驱动信号的相位差为180°，所述第一NMOS管Q1的驱动信号和第二NMOS管Q2的驱动信号的频率和占空比相同。

进一步，所述LLC全桥变换单元还包括输入滤波电容C1，所述输入滤波电容C1并联在所述全桥电路上。

采用上述进一步方案的有益效果是，达到输入隔离的作用。

进一步，所述LLC全桥变换单元还包括输出滤波电容C2，所述输出滤波电容C2并联在所述输出整流电路上。

采用上述进一步方案的有益效果是，达到输出隔离的作用。

进一步，所述三相四桥臂逆变模块包括并联的N相桥臂、U相桥臂、V相桥臂及W相桥臂，所述N相桥臂、U相桥臂、V相桥臂及W相桥臂的输入端均与所述一个或多个隔离DCDC变换模块的输出端电连接，所述N相桥臂、U相桥臂、V相桥臂及W相桥臂的输出端均与所述滤波模块的输入端电连接。

采用上述进一步方案的有益效果是，将N相桥臂的开关管固定为50％的占空比开环工作，对U相桥臂、V相桥臂和W相桥臂分别进行SPWM调制模式闭环控制，以解决三相四线制逆变电源在不平衡负载或非线性负载应用场合出现的三相电压失调问题。

进一步，所述U相桥臂、V相桥臂及W相桥臂结构一致，所述U相桥臂包括串联的第一开关管S1和第二开关管S2。

进一步，所述滤波模块包括N相LC滤波电路、U相LC滤波电路、V相LC滤波电路及W相LC滤波电路，所述N相桥臂的输出端与所述N相LC滤波电路电连接，所述U相桥臂的输出端与所述U相LC滤波电路电连接，所述V相桥臂的输出端与所述V相LC滤波电路电连接，所述W相桥臂与所述W相LC滤波电路电连接，所述N相LC滤波电路、U相LC滤波电路、V相LC滤波电路及W相LC滤波电路的输出端与外部负载电连接。

采用上述进一步方案的有益效果是，用于将三相四桥臂逆变模块的N相桥臂、U相桥臂、V相桥臂及W相桥臂逆变输出来的交流电中的高频成分滤除，从而输出为三相四线制的正弦波。

附图说明

图1为本发明的一种隔离式三相四线制逆变电源电路的结构示意图；

图2为本发明的一种隔离式三相四线制逆变电源电路用于展示隔离DCDC变换模块的结构示意图；

图3为本发明的一种隔离式三相四线制逆变电源电路用于展示供电异常判断件的电路示意图；

图4为本发明的一种隔离式三相四线制逆变电源电路用于展示LLC全桥变换单元的电路示意图；

图5为本发明的一种隔离式三相四线制逆变电源电路用于展示三相四桥臂逆变模块的电路示意图；

图6为本发明的一种隔离式三相四线制逆变电源电路用于展示滤波模块的电路示意图。

具体实施方式

下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下。

实施例

参照图1，一种隔离式三相四线制逆变电源电路，包括一个隔离DCDC变换模块、三相四桥臂逆变模块及滤波模块，隔离DCDC变换模块的输入端与外部电池电连接，隔离DCDC变换模块的输出端与三相四桥臂逆变模块的输入端电连接。三相四桥臂逆变模块的输出端与滤波模块的输入端电连接，滤波模块的输出端与外部负载电连接。

具体的，隔离DCDC变换模块用于将外部电池的直流输入电压变换为直流母线电压，同时起到输入输出隔离的作用。三相四桥臂逆变模块用于将隔离DCDC变换模块输出的直流母线电压逆变为三相四线制的交流电。滤波模块用于滤除三相四桥臂逆变模块逆变输出的交流电中的高频成分，输出为三相四线制的正弦波，保障用电设备的安全，且不使用三相变压器，体积小、重量轻、便于车载安装。

下面依次对各个模块进行详细说明。

参照图2、3，隔离DCDC变换模块包括两个LLC全桥变换单元，两个LLC全桥变换单元的输入侧均与外部电池电连接，两个LLC全桥变换单元的输入侧并联，两个LLC全桥变换单元的输出侧串联。值得说明的是，两个LLC全桥变换单元的结构一致，以一个LLC全桥变换单元为例，对LLC全桥变换单元的电路结构进行说明。LLC全桥变换单元包括全桥电路、LC滤波电路、谐振变压器T及输出整流电路，全桥电路的输入端与外部电池电连接，全桥电路的输出端与谐振变压器T的原边电连接，全桥电路与谐振变压器T之间串联有LC滤波电路，谐振变压器T的副边与输出整流电路的输入端电连接，输出整流电流的输出端与三相四桥臂逆变模块电连接。

参照图3，值得说明的是，一个LLC全桥变换单元的谐振变压器T的原边与另一个LLC全桥变换单元的谐振变压器T的原边串联；一个LLC全桥变换单元的谐振变压器T的副边与另一个LLC全桥变换单元的谐振变压器T的副边并联。全桥电路包括依次串联的第一NMOS管Q1、第二NMOS管Q2、第三NMOS管Q3及第四NMOS管Q4，外部电池与第一NMOS管Q1和第二NMOS管Q2的连接节点及第三NMOS管Q3和第四NMOS管Q4的连接节点电连接，第一NMOS管Q1和第三NMOS管Q3的连接节点及第二NMOS管Q2和第四NMOS管Q4的连接节点均与谐振变压器T的原边电连接。LLC全桥变换单元还包括输入滤波电容C1，输入滤波电容C1并联在全桥电路上，对输入进行隔离。LLC全桥变换单元还包括输出滤波电容C2，输出滤波电容C2并联在输出整流电路上，对输出进行隔离。

具体的，第一NMOS管Q1的驱动信号和第四NMOS管Q4的驱动信号同相且相同，第二NMOS管Q2的驱动信号和第三NMOS管Q3的驱动信号同相且相同，第一NMOS管Q1的驱动信号和第二NMOS管Q2的驱动信号的相位差为180°，第一NMOS管Q1的驱动信号和第二NMOS管Q2的驱动信号的频率和占空比相同。第一NMOS管Q1、第二NMOS管Q2、第三NMOS管Q3及第四NMOS管Q4的驱动信号的频率根据谐振参数进行设定，第一NMOS管Q1、第二NMOS管Q2、第三NMOS管Q3及第四NMOS管Q4的驱动信号的占空比均固定为50％。

具体的，两个LLC全桥变换单元内部均包含一个谐振变压器，其两个谐振变压器的关系为原边串联，副边并联，两个变压器各输出一半的功率，使得变压器的设计更加简单，体积更小，提高产品功率密度。

参照图4，三相四桥臂逆变模块包括并联的N相桥臂、U相桥臂、V相桥臂及W相桥臂，N相桥臂、U相桥臂、V相桥臂及W相桥臂的输入端均与隔离DCDC变换模块的输出端电连接，N相桥臂、U相桥臂、V相桥臂及W相桥臂的输出端均与滤波模块的输入端电连接。值得说明的是，N相桥臂、U相桥臂、V相桥臂及W相桥臂结构一致，下面以U相桥臂为例对N相桥臂、U相桥臂、V相桥臂及W相桥臂的结构进行说明，U相桥臂包括串联的第一开关管S1和第二开关管S2。

具体的，N相桥臂、U相桥臂、V相桥臂及W相桥臂将隔离DCDC变换模块输出的直流母线电压逆变为三相四线制的交流电。

参照图5，滤波模块包括N相LC滤波电路、U相LC滤波电路、V相LC滤波电路及W相LC滤波电路，N相桥臂的输出端与所述N相LC滤波电路电连接，U相桥臂的输出端与U相LC滤波电路电连接，V相桥臂的输出端与V相LC滤波电路电连接，W相桥臂与所述W相LC滤波电路电连接，N相LC滤波电路、U相LC滤波电路、V相LC滤波电路及W相LC滤波电路的输出端与外部负载电连接。N相LC滤波电路包括第四电感L4，N相桥臂的输出端与第四电感L4的一端电连接，第四电感L4的另一端与用于与外接负载电连接的接线端N电连接。

参照图5，值得说明的是，U相LC滤波电路、V相LC滤波电路及W相LC滤波电路结构一致，下面以U相LC滤波电路为例对N相LC滤波电路、U相LC滤波电路、V相LC滤波电路及W相LC滤波电路的结构进行说明。U相LC滤波电路包括第一电感L1和第六电容C6，U相桥臂的输出端与第一电感L1电连接，第一电感L1的另一端与用于与外接负载电连接的接线端A电连接，第六电容C6正极与第一电感L1与接线端A之间连接节点电连接，第六电容C6的负极与接线端N电连接。

具体的，用于将三相四桥臂逆变模块的N相桥臂、U相桥臂、V相桥臂及W相桥臂逆变输出来的交流电中的高频成分滤除，从而输出为三相四线制的正弦波。

本实施例的具体实施方式为：隔离DCDC变换模块用于将外部电池的直流输入电压变换为直流母线电压，同时起到输入输出隔离的作用。三相四桥臂逆变模块用于将隔离DCDC变换模块输出的直流母线电压逆变为三相四线制的交流电。滤波模块用于滤除三相四桥臂逆变模块逆变输出的交流电中的高频成分，输出为三相四线制的正弦波，保障用电设备的安全，且不使用三相变压器，体积小、重量轻、便于车载安装。

参照图6，值得说明的是，在另一些实施例中，还可以进行功率扩展，根据需要设置多个隔离DCDC变换模块，多个隔离DCDC变换模块的输入端与外部电池电连接，多个隔离DCDC变换模块的输出端与三相四桥臂逆变模块的输入端电连接，多个隔离DCDC变换模块相互并联。

以上仅是本发明的优选实施方式，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护。