摘 要

现代单相逆变器应用越来越广泛，但是在单相逆变器的应用过程中却普遍存在交流侧与直流侧瞬时功率不平衡的问题。这种情况下，直流侧出现大量二倍低频纹波电流。传统的功率解耦方法大多使用电解电容器并联在逆变器的直流侧，并作为缓冲系统脉动功率的存储元件。而该方法需要较大的电容，为了克服大电解电容的寿命短的问题，大量的有源功率解耦方法已经被提出。但是功率解耦的方法会添加额外的器件，改变电路中原有器件的应力和损耗。

因此本文对比两种功率解耦方法与传统的功率解耦方法的功率损耗，找到性能较好的功率解耦方法。主要研究在单相逆变器的交流侧或直流侧添加有源电源解耦模块时，关键器件的功率损耗，并从效率角度对系统性能进行了分析和比较。本文基于具有200V输入电压200W的单相H桥作为逆变器研究案例进行比较研究。其结果为功率解耦模块的设计和选型提供了指导意义，为功率解耦模块的应用提供了理论依据和理论指导。

关键词：单相逆变器；功率解耦；损耗分析；低频纹波

ABSTRACT

Modern single-phase inverter applications become more widely recently, while in the application of single-phase inverter, it’s widespread used in the AC and DC side instantaneous power imbalance problem. In this case, a large number of double low frequency ripple current occur in the DC side. Conventional power decoupling methods, which needs large capacity capacitors, use electrolytic capacitors in parallel with the inverter’s DC side and, are used as a buffer storage element for the pulsating power of the buffer system. In order to overcome the problem of short life of the large electrolytic capacitors, many active power decoupling methods have been proposed. But the methods will add additional devices, and lead to changing the stress and loss of the original device in the circuit.

Therefore, this paper compares the two power decoupling methods with the traditional method of the losses, and finally find a better method. This paper mainly study the power loss of critical devices when the active power supply decoupling module is added on the AC or DC side. Besides, the performance of the system is analyzed and compared by the efficiency performance. This paper is based on a 200W single-phase H-bridge inverter with 200V DC link voltage, and the results provide a guide for the application of power decoupling module.

Key words: single - phase inverter；power decoupling；loss analysis；low-frequency ripple

目 录

第1章 绪论 1

1.1 逆变器的发展及应用现状 1

1.2 功率解耦研究意义 2

1.3 单相逆变器及功率解耦模块简介 3

1.4 本章小结 4

第2章 功率解耦模块原理 5

2.1 直流侧解耦 5

2.2 交流侧解耦 6

2.3 功率解耦模块电容选取 7

2.4 本章小结 8

第3章 带功率解耦模块H桥逆变器损耗计算 9

3.1 开关器件损耗种类及相关计算 9

3.1.1 导通损耗 9

3.1.2 开关损耗 9

3.1.3 漏电损耗 10

3.1.4 门极损耗 10

3.2 功率损耗理论计算 11

3.2.1 IGBT功率损耗计算 12

3.2.2 电容功率损耗计算 13

3.2.3 电感功率损耗 13

3.4 本章小结 13

第4章 PLECS软件简介及仿真结果分析 14

4.1 软件开发背景 14

4.2 PLECS应用方法介绍 14

4.2.1 版本介绍及选择 14

4.2.2 PLECS热仿真功能介绍 16

4.3 仿真结果及数据处理 18

4.3.1 PWM控制技术简介 18

4.3.2 仿真原理图 19

4.3.3 仿真结果图 20

4.3.4 理论计算和仿真结果对比 24

4.4 本章小结 25

第5章 总结 26

参考文献 27

致谢 28

第1章 绪论

1.1 逆变器的发展及应用现状

逆变器与整流器可以说是相互之间对应的，逆变器是将直流电变成交流电，而整流器则是正好相反。逆变器桥臂、控制逻辑和滤波电路这三个部分是逆变器的三个最主要的组成部分。

逆变器应用发展越来越广泛，电力电子器件如果不发展便跟不上时代的潮流。同时也正是因为电力电子器件的高速发展，逆变器也是日新月异。晶闸管是最早用作开关器件在逆变器中应用的。但是晶闸管是一种不可以自主关断的电力电子器件。因此，在应用这种电路时必须外加换流电路来使晶闸管强制关断。增加了换流电路不仅使电路变得麻烦，而且限制了逆变器的进一步发展。科学技术发展使可以自主关断的电力电子器件如雨后春笋般涌现，并且很快就展现出了强大的优势。应用这些新型电力电子器件再利用半导体技术就可以完成直流电和交流电的转换。可以自主关断的电力电子器件在逆变器的应用使逆变电源的效率和性能得到了巨大的提升。现如今，逆变器的应用范围已经遍布生活的各个方面。例如交流电动机的调速用到了逆变器，又如新能源也表现的越来越重要，但要利用这些能量就离不开逆变系统。逆变器技术已经是新能源应用的关键技术，逆变器能将蓄电池、太阳能电池、燃料电池等其他新能源电能变换成交流电用以并网发电。同时在不间断电源的应用以及开关电源等多个领域也同样扮演着重要的角色。

例如光伏逆变器根据应用范围的不同，就要实现不同的要求，主要分为四种^[11]。第一种是一般情况下应用的逆变器，这种逆变器主要是直流12V或者24V输入，通过升压电路将直流电逆变成需要的交流电压220v和频率50HZ的市电来进行输出。功率可以涵盖到75W到5000W不等，这种逆变器之中有些还具有交流和直流转换功能。第二种光伏逆变器是同时有逆变功能和充电功能为一体的一种应用，运用这类逆变器的时候一般不受所使用电源形式得限制。这种逆变器理论上可以与各种电源结合起来使用。第三种光伏逆变器就是比较专用的逆变器，这种逆变器可以提供48V电压，并且质量好，耐用性比较高，要比较可靠。这种逆变器通常是用在邮电行业或通信行业，因为邮电和通信等这种与生活息息相关的行业的重要性，应用这种逆变器可以确保逆变的稳定性，避免对用户造成影响。第四种是航空、军队专用逆变器。这类逆变器通常为28V直流输入，可以提供26V、115V、230V等交流电。其输出频率可为：50Hz、60Hz及400Hz,输出功率从30VA到3500VA不等。