一种功率放大器载波移相逆变电路的制作方法

1.本发明涉及放大器技术领域，具体是一种功率放大器载波移相逆变电路。

背景技术：

2.功率放大器是振动测试系统、交流电机变频调速系统、磁共振成像系统、电磁轴承系统中的关键设备，能够将控制器发出的微小控制信号经过电力电子变换后得到功率放大的控制信号。功率放大器系统主要由直流电源电路、控制系统、功率逆变电路、滤波电路和操作界面组成。功率逆变电路的作用是将直流电源电路输出的直流电逆变成脉冲交流电，然后通过滤波电路滤除脉冲交流电中的高频谐波，从而得到功率放大的控制信号输出给负载。目前功率放大器普遍采用全桥逆变电路结构，这种电路结构简单，容易实现，控制方式成熟。随着航天、航空、武器、铁路等军民领域的迅速发展，越来越多的产品对振动试验的振动量级和振动设备本身长时间工作的可靠性提出更高的要求，而在大功率设备应用中，全桥逆变电路的功率开关器件往往处于高频工作状态，发热量大，其散热系统和滤波系统设计比较困难，所以功率难以提升，系统效率也随之降低。为了提高输出功率密度，水冷散热技术成功应用在大功率输出功放系统中，高效提升了全桥逆变电路的输出能力，但是水冷散热结构的高工艺成本和介质泄露风险也一直备受诟病。

技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供一种功率放大器载波移相逆变电路，以解决上述背景技术中提出的问题。
4.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
5.一种功率放大器载波移相逆变电路，包括电解电容组、全控型功率开关管、滤波电感和滤波电容，所述电解电容组并联在直流电源ud之间，全控型功率开关分为上半桥和下半桥，上半桥包括t1、t2、t3、t4、t5、t6共6个全控型功率开关管，下半桥包括t1
′
、t2
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、t3
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、t4
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、t5
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、t6
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共6个全控型功率开关管，t1和t2组成一个桥臂，t3和t4组成一个桥臂，t5和t6组成一个桥臂，三个桥臂并联连接，下半桥同理，每个桥臂的中间输出点连接一个滤波电感，上半桥连接的滤波电感分别为l1、l2、l3，下半桥连接的滤波电感分别为l4、l5、l6，滤波电感l1、l2、l3的输出端连接在一起，滤波电感l4、l5、l6的输出端连接在一起，成为逆变电路的输出端子连接负载，滤波电容并联在逆变电路输出端子之间。
6.作为本发明的进一步技术方案：所述电解电容组用于滤波直流电源的交流纹波，同时为整个逆变电路提供储能。
7.作为本发明的进一步技术方案：所述上半桥和下半桥各由3个桥臂组成，每个桥臂的开关频率为kc，桥臂输出端经过滤波电感后在输出端子进行叠加，经过并联滤波电容后输出给负载。
8.作为本发明的进一步技术方案：每个桥臂组合采用相同的调制的信号，各三角载波的相位相互错开三角载波周期的1/3，即移相120
°
，载波移相输出叠加之后的等效开关频
率为每个桥臂开关频率的3倍。
9.作为本发明的进一步技术方案：所述上半桥和下半桥所用的调制信号极性相反。
10.作为本发明的进一步技术方案：所述输出端子输出波形的等效开关频率为每个半桥开关频率的2倍，最终输出端子之间输出波形的等效开关频率为每个桥臂开关频率的6倍。
11.作为本发明的进一步技术方案：所述桥臂采用集成2个全控型功率开关管半桥模块，上半桥和下半桥集成采用集成6个全控型功率开关管的三相桥模块。
12.作为本发明的进一步技术方案：所述滤波电感磁芯采用用铁氧体或者非晶合金，滤波电容采用无感电容。
13.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
14.1、相比于全桥逆变电路，该载波移相逆变电路结构能够将输出端等效开关频率提升为2n倍，并且能够获得多电平输出，有效地减少了输出谐波，降低了滤波系统的体积。
15.2、功率开关管能够在较低的开关频率下工作，器件工作可靠性提高，发热量显著降低，散热系统设计变得小巧方便，采用风冷散热方式就能获得大功率输出能力。
16.3、上下半桥由n个桥臂并联连接，其输出能力是单个全桥逆变的n倍，提高了整个功率系统的容量，结构也变得更加紧凑。
17.该载波移相逆变电路结构使得整个功率系统的性能指标得到优化，工作更加稳定可靠，成本也得到降低，特别适合大功率设备应用场合。
附图说明
18.图1是一种功率放大器载波移相逆变电路结构图
19.图2是一种用于振动台系统的大功率风冷式功率放大器电力变换原理图
20.图3是功率放大器载波移相逆变电路输出端波形图。
具体实施方式
21.下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
22.实施例1，如图1-3所示，一种功率放大器载波移相逆变电路，主要由电解电容组、全控型功率开关管、滤波电感和滤波电容组成,如图1所示。电解电容组cd并联在直流电源ud之间。t1、t2、t3、t4、t5、t6共6个全控型功率开关管组成逆变电路上半桥，t1
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、t2
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、t3
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、t4
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、t5
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、t6
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共6个全控型功率开关管组成逆变电路下半桥。t1和t2组成一个桥臂，t3和t4组成一个桥臂，t5和t6组成一个桥臂，三个桥臂并联连接，下半桥同理。每个桥臂的中间输出点连接一个滤波电感，上半桥分别为l1、l2、l3，下半桥分别为l4、l5、l6。l1、l2、l3的输出端连接在一起，l4、l5、l6的输出端连接在一起，成为逆变电路的输出端子连接负载。滤波电容c1并联在逆变电路输出端子之间。
23.电解电容组用来滤波直流电源的交流纹波，同时为整个逆变电路提供储能。上下半桥各由3个桥臂组成，每个桥臂的开关频率为kc，桥臂输出端经过滤波电感后在输出端子
a、b点进行叠加，然后并联滤波电容后输出给负载。每个桥臂组合采用相同的调制的信号，各三角载波的相位相互错开三角载波周期的1/3，即移相120
°
，载波移相输出叠加之后的等效开关频率为每个桥臂开关频率的3倍。而上下半桥之间采用单极性倍频调制技术，即上下半桥所用的调制信号极性相反，这样a、b点之间输出波形的等效开关频率为每个半桥开关频率的2倍。因此，最终a、b点之间输出波形的等效开关频率为每个桥臂开关频率的6倍。
24.实施例2，在实施例1的基础上，上述载波移相逆变电路桥臂可以用一个集成2个全控型功率开关管半桥模块来实现，上下半桥可以用一个集成6个全控型功率开关管的三相桥模块来实现。
25.实施例3，在实施例1的基础上，上述滤波电感和滤波电容组成低通滤波电路，用来滤除脉冲交流电中的高频谐波。为提高滤波电路对高频谐波的抑制效果，滤波电感磁芯可以用铁氧体或者非晶合金。滤波电容推荐选用无感电容。
26.实施例4，在实施例1的基础上，本发明可以推广到n个桥臂并联的情形，即上下半桥各由n个桥臂组成，每个桥臂的中间输出点连接一个滤波电感，每个桥臂的开关频率为kc，桥臂输出端经过滤波电感后在输出端进行叠加，然后并联滤波电容后输出给负载。每个桥臂组合采用相同的调制的信号，各三角载波的相位相互错开三角载波周期的1/n，载波移相输出叠加之后的等效开关频率为每个桥臂开关频率的n倍。而上下半桥之间采用单极性倍频调制技术，这样输出波形的等效开关频率为每个半桥开关频率的2倍。因此，最终整个载波移相逆变电路输出端波形的等效开关频率为每个桥臂开关频率的2n倍。
27.对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。
28.此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

技术特征：

1.一种功率放大器载波移相逆变电路，包括电解电容组、全控型功率开关管、滤波电感和滤波电容，其特征在于，所述电解电容组并联在直流电源ud之间，全控型功率开关分为上半桥和下半桥，上半桥包括t1、t2、t3、t4、t5、t6共6个全控型功率开关管，下半桥包括t1
′
、t2
′
、t3
′
、t4
′
、t5
′
、t6
′
共6个全控型功率开关管，t1和t2组成一个桥臂，t3和t4组成一个桥臂，t5和t6组成一个桥臂，三个桥臂并联连接，下半桥同理，每个桥臂的中间输出点连接一个滤波电感，上半桥连接的滤波电感分别为l1、l2、l3，下半桥连接的滤波电感分别为l4、l5、l6，滤波电感l1、l2、l3的输出端连接在一起，滤波电感l4、l5、l6的输出端连接在一起，成为逆变电路的输出端子连接负载，滤波电容并联在逆变电路输出端子之间。2.根据权利要求1所述的一种功率放大器载波移相逆变电路，其特征在于，所述电解电容组用于滤波直流电源的交流纹波，同时为整个逆变电路提供储能。3.根据权利要求2所述的一种功率放大器载波移相逆变电路，其特征在于，所述上半桥和下半桥各由3个桥臂组成，每个桥臂的开关频率为kc，桥臂输出端经过滤波电感后在输出端子进行叠加，经过并联滤波电容后输出给负载。4.根据权利要求3所述的一种功率放大器载波移相逆变电路，其特征在于，每个桥臂组合采用相同的调制的信号，各三角载波的相位相互错开三角载波周期的1/3，即移相120
°
，载波移相输出叠加之后的等效开关频率为每个桥臂开关频率的3倍。5.根据权利要求4所述的一种功率放大器载波移相逆变电路，其特征在于，所述上半桥和下半桥所用的调制信号极性相反。6.根据权利要求5所述的一种功率放大器载波移相逆变电路，其特征在于，所述输出端子输出波形的等效开关频率为每个半桥开关频率的2倍，最终输出端子之间输出波形的等效开关频率为每个桥臂开关频率的6倍。7.根据权利要求6所述的一种功率放大器载波移相逆变电路，其特征在于，所述桥臂采用集成2个全控型功率开关管半桥模块，上半桥和下半桥集成采用集成6个全控型功率开关管的三相桥模块。8.根据权利要求1所述的一种功率放大器载波移相逆变电路，其特征在于，所述滤波电感磁芯采用用铁氧体或者非晶合金，滤波电容采用无感电容。