CN221328826U - 一种基于磁珠滤波的宽电压输出范围的三相逆变器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及逆变器技术领域，具体的说是涉及三相电压源逆变器。基于该三相电压源逆变器包括：直流电压源模块，Y‑Inverter逆变模块，磁珠滤波降噪模块，MOSFET控制模块，PMSM负载模块。本实用新型具有宽输出电压范围和低纹波噪声的特点，应用前景非常广泛。本实用新型相比以往传统逆变器而言，运用了Y型逆变结构，获得了宽范围的电压输出，从而在电动汽车领域有着更好的性能表现，能够兼容各种标称电池的电压水平，同时，本专利通过磁珠滤波模块实现了输出电压的谐波更少，输出波形更加平滑，毛刺更少，噪声更小，更加安全、稳定、实用，应用前景非常广泛。

Description

一种基于磁珠滤波的宽电压输出范围的三相逆变器

技术领域

本实用新型涉及逆变器技术领域，具体涉及一种基于磁珠滤波的宽电压输出范围的三相逆变器。

技术背景

如今燃料电池行业、电动汽车锂电池行业发展迅速，随之而来的是对于逆变器的要求也越来越高，逆变器是一种基于电力电子开关器件将直流电转变为交流电的装置。目前较常用的三相逆变器种类有：Z源逆变器(Z-VSI)、B源逆变器(B-VSI)、电流源逆变器(CSI)，由燃料电池提供的电机驱动要求特别高，逆变器必须应对为电机驱动供电的燃料电池的宽直流电压变化，并且还应输出高质量的电机电压，传统的逆变器包含两个能量级，这大大增加了损耗。

为了解决上述的问题，本实用新型提出了一种基于磁珠滤波的宽电压输出范围的三相逆变器。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种基于磁珠滤波的宽电压输出范围的三相逆变器，以解决传统三相逆变器器无法实现宽输出电压范围以及低谐波噪声输出的问题。

本实用新型采取的技术方案为：一种基于磁珠滤波的宽电压输出范围的三相逆变器，包括直流电压源模块，Y-Inverter逆变模块，磁珠滤波降噪模块，MOSFET控制模块，PMSM负载模块；其特征在于直流电压源模块输出与Y-Inverter逆变模块输入相连，MOSFET控制模块输出与Y-Inverter逆变模块输入相连，Y-Inverter逆变模块输出与磁珠滤波降噪模块输入相连，磁珠滤波降噪模块输出与PMSM负载模块输入相连；所述的直流电压源模块包括电压源V_i；所述的Y-Inverter逆变模块包括晶体开关管T1、晶体开关管T2、晶体开关管T3、晶体开关管T4、晶体开关管T5、晶体开关管T6、晶体开关管T7、晶体开关管T8、晶体开关管T9、晶体开关管T10、晶体开关管T11、晶体开关管T12、二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4、二极管D5、二极管D6、二极管D7、二极管D8、二极管D9、二极管D10、二极管D11、二极管D12、电感La、电感Lb、电感Lc、电容C_i、电容C1、电容C2、电容C3、电容C4、电容C5、电容C6、电容C7、电容C8、电容C9、电容C10、电容C11、电容C12、电容Ca、电容Cb、电容Cc；所述的磁珠滤波降噪模块包括电阻Rbead1、电阻Rbead2、电阻Rbead3、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电容C13、电容C14、电容C15、电感L1、电感L2、电感L3。

所述的直流电压源模块的电压源V_i正极与Y-Inverter逆变模块的电容C_i正极相连，电压源V_i负极与Y-Inverter逆变模块的电容C_i负极相连。

所述的MOSFET控制模块输出12路控制信号，输出接口分别为MOS管T1、MOS管T2、MOS管T3、MOS管T4、MOS管T5、MOS管T6、MOS管T7、MOS管T8、MOS管T9、MOS管T10、MOS管T11、MOS管T12。

所述的Y-Inverter逆变模块中，晶体开关管T1门极与MOSFET控制模块的T1输出接口相连、漏极与电容C_i正极和二极管D1阴极及电容C1正极相连、源极与二极管D1阳极和电感L1正极及电容C1负极相连，晶体开关管T2门极与MOSFET控制模块的T2输出接口相连、漏极与二极管D2阴极和电感La正极及电容C2正极相连、源极与二极管D2阳极和电容C_i负极及电容C2负极相连，晶体开关管T5门极与MOSFET控制模块的T5输出接口相连、漏极与二极管D5阴极和电容C_i正极及电容C5正极相连、源极与二极管D5阳极和电感Lb正极及电容C5负极相连，晶体开关管T6门极与MOSFET控制模块的T6输出接口相连、漏极与二极管D6阴极和电感Lb正极及电容C6正极相连、源极与二极管D6阳极和电容C6负极及电容C_i负极相连，晶体开关管T9门极与MOSFET控制模块的T9输出接口相连、漏极与二极管D9阴极和电容C_i正极及电容C9正极相连、源极与二极管D9阳极和电感Lc正极及电容C9负极相连，晶体开关管T10门极与MOSFET控制模块的T10输出接口相连、漏极与二极管D10阴极和电感Lb正极及电容C10正极相连、源极与二极管D10阳极和电容C10负极及电容C_i负极相连，晶体开关管T3门极与MOSFET控制模块的T3输出接口相连、漏极与二极管D3阴极和电容C3正极及电容Ca正极相连、源极与二极管D3阳极和电感La负极及电容C3负极相连，晶体开关管T4门极与MOSFET控制模块的T4输出接口相连、漏极与二极管D4阴极和电感La负极及电容C4正极相连、源极与二极管D4阳极和电容C4负极及电容Ca负极相连，晶体开关管T7门极与MOSFET控制模块的T7输出接口相连、漏极与二极管D7阴极和电容C7正极及电容Cb正极相连、源极与二极管D7阳极和电感Lb负极及电容C7负极相连，晶体开关管T8门极与MOSFET控制模块的T8输出接口相连、漏极与二极管D8阴极和电感Lb负极及电容C8正极相连、源极与二极管D8阳极和电容C8负极及电容Cb负极相连，晶体开关管T11门极与MOSFET控制模块的T11输出接口相连、漏极与二极管D11阴极和电容C11正极及电容Cc正极相连、源极与二极管D11阳极和电感Lc负极及电容C11负极相连，晶体开关管T12门极与MOSFET控制模块的T12输出接口相连、漏极与二极管D12阴极和电感Lc负极及电容C12正极相连、源极与二极管D12阳极和电容C12负极及电容Cc负极相连，电容C_i正极与电压源V_i正极相连、电容C_i负极与电容Ca负极和电容Cb负极及电容Cc负极相连。

所述的磁珠滤波降噪模块中，电阻Rbead1的输入端与Y-Inverter逆变模块中电容Ca正极相连、输出端与电容C13正极和电感L1正极及电阻R1输入端相连，电容C13负极和电感L1负极及电阻R1输出端三者相接并与PMSM负载模块输入端口a相接，电阻Rbead2的输入端与Y-Inverter逆变模块中电容Cb正极相连、输出端与电容C14正极和电感L2正极及电阻R2输入端相连，电容C14负极和电感L2负极及电阻R2输出端三者相接并与PMSM负载模块输入端口b相接，电阻Rbead3的输入端与Y-Inverter逆变模块中电容Cc正极相连、输出端与电容C15正极和电感L3正极及电阻R3输入端相连，电容C15负极和电感L3负极及电阻R3输出端三者相接并与PMSM负载模块输入端口c相接。

本实用新型一种宽电压输出范围及低纹波噪声的三相逆变器的优点在于：首先，在逆变桥部分，应用了与传统逆变器不同的接法，将三个相同的DC/DC转换器连接到一个公共的“Y”点；其次，在逆变器输出部分又增加了一个磁珠滤波降噪模块，使得本实用新型所述的逆变器能够实现宽电压范围且低纹波噪声输出。本实用新型一种宽电压范围及低纹波噪声的逆变器相比于传统的逆变器，有着更宽的电压输出范围，波形更加光滑，纹波更少，噪音更小，更加安全、稳定、实用。

为更清楚的说明本实用新型所提的一种基于磁珠滤波的宽电压输出范围的三相逆变器，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型做进一步详细的说明。

附图说明

为更清楚的说明本实用新型所提的一种基于磁珠滤波的宽电压输出范围的三相逆变器，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型做进一步详细的说明。

图1为本实用新型一种基于磁珠滤波的宽电压输出范围的三相逆变器的电路结构图。

图2为逆变器中a相的buck-boost模块。

图3为输出电压低于输入电压时的工作模式。

图4为输出电压高于输入电压时的工作模式。

图5为磁珠滤波降噪模块。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，应当注意在此所述的实施例仅为本实用新型的部分实施例，而非本实用新型的全部实现方式，所述实施例只有示例性。

图1为本实用新型一种基于磁珠滤波的宽电压输出范围的三相逆变器的电路结构图。其具体结构如下：它包括直流电压源模块，Y-Inverter逆变模块，磁珠滤波降噪模块，MOSFET控制模块，PMSM负载模块；其特征在于直流电压源模块输出与Y-Inverter逆变模块输入相连，MOSFET控制模块输出与Y-Inverter逆变模块输入相连，Y-Inverter逆变模块输出与磁珠滤波降噪模块输入相连，磁珠滤波降噪模块输出与PMSM负载模块输入相连；所述的直流电压源模块包括电压源V_i；所述的Y-Inverter逆变模块包括晶体开关管T1、晶体开关管T2、晶体开关管T3、晶体开关管T4、晶体开关管T5、晶体开关管T6、晶体开关管T7、晶体开关管T8、晶体开关管T9、晶体开关管T10、晶体开关管T11、晶体开关管T12、二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4、二极管D5、二极管D6、二极管D7、二极管D8、二极管D9、二极管D10、二极管D11、二极管D12、电感La、电感Lb、电感Lc、电容C_i、电容C1、电容C2、电容C3、电容C4、电容C5、电容C6、电容C7、电容C8、电容C9、电容C10、电容C11、电容C12、电容Ca、电容Cb、电容Cc；所述的磁珠滤波降噪模块包括电阻Rbead1、电阻Rbead2、电阻Rbead3、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电容C13、电容C14、电容C15、电感L1、电感L2、电感L3。

所述的直流电压源模块的电压源V_i正极与Y-Inverter逆变模块的电容C_i正极相连，电压源V_i负极与Y-Inverter逆变模块的电容C_i负极相连。

所述的MOSFET控制模块输出12路控制信号，输出接口分别为MOS管T1、MOS管T2、MOS管T3、MOS管T4、MOS管T5、MOS管T6、MOS管T7、MOS管T8、MOS管T9、MOS管T10、MOS管T11、MOS管T12。

所述的Y-Inverter逆变模块中，晶体开关管T1门极与MOSFET控制模块的T1输出接口相连、漏极与电容C_i正极和二极管D1阴极及电容C1正极相连、源极与二极管D1阳极和电感L1正极及电容C1负极相连，晶体开关管T2门极与MOSFET控制模块的T2输出接口相连、漏极与二极管D2阴极和电感La正极及电容C2正极相连、源极与二极管D2阳极和电容C_i负极及电容C2负极相连，晶体开关管T5门极与MOSFET控制模块的T5输出接口相连、漏极与二极管D5阴极和电容C_i正极及电容C5正极相连、源极与二极管D5阳极和电感Lb正极及电容C5负极相连，晶体开关管T6门极与MOSFET控制模块的T6输出接口相连、漏极与二极管D6阴极和电感Lb正极及电容C6正极相连、源极与二极管D6阳极和电容C6负极及电容C_i负极相连，晶体开关管T9门极与MOSFET控制模块的T9输出接口相连、漏极与二极管D9阴极和电容C_i正极及电容C9正极相连、源极与二极管D9阳极和电感Lc正极及电容C9负极相连，晶体开关管T10门极与MOSFET控制模块的T10输出接口相连、漏极与二极管D10阴极和电感Lb正极及电容C10正极相连、源极与二极管D10阳极和电容C10负极及电容C_i负极相连，晶体开关管T3门极与MOSFET控制模块的T3输出接口相连、漏极与二极管D3阴极和电容C3正极及电容Ca正极相连、源极与二极管D3阳极和电感La负极及电容C3负极相连，晶体开关管T4门极与MOSFET控制模块的T4输出接口相连、漏极与二极管D4阴极和电感La负极及电容C4正极相连、源极与二极管D4阳极和电容C4负极及电容Ca负极相连，晶体开关管T7门极与MOSFET控制模块的T7输出接口相连、漏极与二极管D7阴极和电容C7正极及电容Cb正极相连、源极与二极管D7阳极和电感Lb负极及电容C7负极相连，晶体开关管T8门极与MOSFET控制模块的T8输出接口相连、漏极与二极管D8阴极和电感Lb负极及电容C8正极相连、源极与二极管D8阳极和电容C8负极及电容Cb负极相连，晶体开关管T11门极与MOSFET控制模块的T11输出接口相连、漏极与二极管D11阴极和电容C11正极及电容Cc正极相连、源极与二极管D11阳极和电感Lc负极及电容C11负极相连，晶体开关管T12门极与MOSFET控制模块的T12输出接口相连、漏极与二极管D12阴极和电感Lc负极及电容C12正极相连、源极与二极管D12阳极和电容C12负极及电容Cc负极相连，电容C_i正极与电压源V_i正极相连、电容C_i负极与电容Ca负极和电容Cb负极及电容Cc负极相连。

所述的磁珠滤波降噪模块中，电阻Rbead1的输入端与Y-Inverter逆变模块中电容Ca正极相连、输出端与电容C13正极和电感L1正极及电阻R1输入端相连，电容C13负极和电感L1负极及电阻R1输出端三者相接并与PMSM负载模块输入端口a相接，电阻Rbead2的输入端与Y-Inverter逆变模块中电容Cb正极相连、输出端与电容C14正极和电感L2正极及电阻R2输入端相连，电容C14负极和电感L2负极及电阻R2输出端三者相接并与PMSM负载模块输入端口b相接，电阻Rbead3的输入端与Y-Inverter逆变模块中电容Cc正极相连、输出端与电容C15正极和电感L3正极及电阻R3输入端相连，电容C15负极和电感L3负极及电阻R3输出端三者相接并与PMSM负载模块输入端口c相接。

接着，请参考图1、图2、图3、图4，本实用新型采用的首先，在逆变桥部分增加了6组MOSFET晶体管和12组对应的续流二极管，以实现宽电压的输出范围，应用了与传统逆变器不同的接法，将三个相同的DC/DC转换器连接到一个公共的“Y”点。Y型逆变桥部分是由三个buck-boost模块组成的，图2为a相的buck-boost模块，三个模块的控制策略相互独立，这意味着三相的控制策略较为简单。以a相电压为例，使晶体管T3保持持续导通，晶体管T4持续关断，晶体管T1与T2交替开通和关断就得到了图3，此时a相buck-boost模块处于buck模式下，输出电压低于输入电压；使晶体管T1保持持续导通，晶体管T2持续关断，晶体管T3和T4交替开通和关断就得到了图4，此时a相buck-boost模块处于boost模式下，输出电压高于输入电压。其余两相的导通关断原则相同。这样一来，直流电经过Y型逆变器的buck-boost模块，输出了宽电压范围的三相交流电。

随后，请参考图5。经过上述的逆变过程，逆变器输出带有谐波的三相交流电，此输出就是磁珠滤波降噪模块的输入电压。如图5所示，在每相输出后串接一个磁珠，通过磁珠本身的滤波特性，将逆变器自身集成滤波器滤除不掉的谐波进行二次过滤。这样一来，本逆变器就可以输出质量更高的三相交流电，同时使电机运行噪声更小。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，但并非用以限定本实用新型，对于熟悉本领域的技术人员在不脱离本实用新型的精神和范围内都可以做各种改动和修饰，因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求书所界定的为准。

Claims (5)

1.一种基于磁珠滤波的宽电压输出范围的三相逆变器，包括直流电压源模块，Y-Inverter逆变模块，磁珠滤波降噪模块，MOSFET控制模块，PMSM负载模块；其特征在于直流电压源模块输出与Y-Inverter逆变模块输入相连，MOSFET控制模块输出与Y-Inverter逆变模块输入相连，Y-Inverter逆变模块输出与磁珠滤波降噪模块输入相连，磁珠滤波降噪模块输出与PMSM负载模块输入相连。

2.如权利要求1所述的一种基于磁珠滤波的宽电压输出范围的三相逆变器，其特征是：所述的直流电压源模块的电压源V_i正极与Y-Inverter逆变模块的电容C_i正极相连，电压源V_i负极与Y-Inverter逆变模块的电容C_i负极相连。

3.如权利要求2所述的一种基于磁珠滤波的宽电压输出范围的三相逆变器，其特征是：所述的MOSFET控制模块输出12路控制信号，输出接口分别为MOS管T1、MOS管T2、MOS管T3、MOS管T4、MOS管T5、MOS管T6、MOS管T7、MOS管T8、MOS管T9、MOS管T10、MOS管T11、MOS管T12。

4.如权利要求3所述的一种基于磁珠滤波的宽电压输出范围的三相逆变器，其特征是：所述的Y-Inverter逆变模块中，晶体开关管T1门极与MOSFET控制模块的T1输出接口相连、漏极与电容C_i正极和二极管D1阴极及电容C1正极相连、源极与二极管D1阳极和电感L1正极及电容C1负极相连，晶体开关管T2门极与MOSFET控制模块的T2输出接口相连、漏极与二极管D2阴极和电感La正极及电容C2正极相连、源极与二极管D2阳极和电容C_i负极及电容C2负极相连，晶体开关管T5门极与MOSFET控制模块的T5输出接口相连、漏极与二极管D5阴极和电容C_i正极及电容C5正极相连、源极与二极管D5阳极和电感Lb正极及电容C5负极相连，晶体开关管T6门极与MOSFET控制模块的T6输出接口相连、漏极与二极管D6阴极和电感Lb正极及电容C6正极相连、源极与二极管D6阳极和电容C6负极及电容C_i负极相连，晶体开关管T9门极与MOSFET控制模块的T9输出接口相连、漏极与二极管D9阴极和电容C_i正极及电容C9正极相连、源极与二极管D9阳极和电感Lc正极及电容C9负极相连，晶体开关管T10门极与MOSFET控制模块的T10输出接口相连、漏极与二极管D10阴极和电感Lb正极及电容C10正极相连、源极与二极管D10阳极和电容C10负极及电容C_i负极相连，晶体开关管T3门极与MOSFET控制模块的T3输出接口相连、漏极与二极管D3阴极和电容C3正极及电容Ca正极相连、源极与二极管D3阳极和电感La负极及电容C3负极相连，晶体开关管T4门极与MOSFET控制模块的T4输出接口相连、漏极与二极管D4阴极和电感La负极及电容C4正极相连、源极与二极管D4阳极和电容C4负极及电容Ca负极相连，晶体开关管T7门极与MOSFET控制模块的T7输出接口相连、漏极与二极管D7阴极和电容C7正极及电容Cb正极相连、源极与二极管D7阳极和电感Lb负极及电容C7负极相连，晶体开关管T8门极与MOSFET控制模块的T8输出接口相连、漏极与二极管D8阴极和电感Lb负极及电容C8正极相连、源极与二极管D8阳极和电容C8负极及电容Cb负极相连，晶体开关管T11门极与MOSFET控制模块的T11输出接口相连、漏极与二极管D11阴极和电容C11正极及电容Cc正极相连、源极与二极管D11阳极和电感Lc负极及电容C11负极相连，晶体开关管T12门极与MOSFET控制模块的T12输出接口相连、漏极与二极管D12阴极和电感Lc负极及电容C12正极相连、源极与二极管D12阳极和电容C12负极及电容Cc负极相连，电容C_i正极与电压源V_i正极相连、电容C_i负极与电容Ca负极和电容Cb负极及电容Cc负极相连。

5.如权利要求4所述的一种基于磁珠滤波的宽电压输出范围的三相逆变器，其特征是：所述的磁珠滤波降噪模块中，电阻Rbead1的输入端与Y-Inverter逆变模块中电容Ca正极相连、输出端与电容C13正极和电感L1正极及电阻R1输入端相连，电容C13负极和电感L1负极及电阻R1输出端三者相接并与PMSM负载模块输入端口a相接，电阻Rbead2的输入端与Y-Inverter逆变模块中电容Cb正极相连、输出端与电容C14正极和电感L2正极及电阻R2输入端相连，电容C14负极和电感L2负极及电阻R2输出端三者相接并与PMSM负载模块输入端口b相接，电阻Rbead3的输入端与Y-Inverter逆变模块中电容Cc正极相连、输出端与电容C15正极和电感L3正极及电阻R3输入端相连，电容C15负极和电感L3负极及电阻R3输出端三者相接并与PMSM负载模块输入端口c相接。