一款紧凑型多功能逆变器设计方案

 

关键字：逆变器

 数字电源 太阳能系统 

　　分立式逆变器的挑战
　　分立式逆变器使用的直流电来自电池中的太阳能模块或其他电源，它会根据需要将直
流电转换为交流电。在用户对电源的要求不断变化的应用中，设计人员必须能够按相并联额
外的逆变器，或者必须使产品适用于三相工作环境。此外，他们还需有效切实地提供此类电
源。这就要求逆变器采用灵活的设计，能够轻松适应未来的任何需求。
　　另外，鉴于应用领域的性质，这些逆变器必须小巧且便于携带。例如，像偏远露营地、
船上，以及需要紧急备用电源而通常又没有电网供电的场所，这些情况下就需要使用电源。
同时这些类型的逆变器必须简单易用且能够进行现场维修。
　　解决方案
　　客户的逆变器仅重

8 千克，可接受 24V 或 48V 的标称电池电压，能够提供 2200 VA 的

标称输出，效率最高达

93%。这些分立式逆变器将充电技术和逆变器融为一体。为了实现小

巧的外形且方便携带，客户采用了基于高频变压器的逆变器架构，该架构由输入高频功率
级、高频变压器、中间直流链路以及输出功率级组成。这样一来，分立式逆变器只需依托于小
型高频变压器，而不必像其他同类设计中那样采用庞大的低频重型变压器。
　　通过运用此高频概念，连接到逆变器的负载几乎直接与输出级相连，从而消除了采用
低频变压器设计时通常面临的衰减问题。也就是说，可以通过输出功率级来调节负载端的所
有波动。该设计过程中面临的一个主要挑战是，需要高效实施此架构并输出一个符合频率、
电压和谐波失真规范的高质量正弦波。
　　另外，对于如何在交流端并联及切换分立式逆变器，客户也面临多项挑战。原因在于分
立式逆变器起到电压源的作用，它会产生特有的稳定输出电压并根据连接的负载调节电流。
因此，连接两个或更多个电压源而它们又互不同步时，将造成负载不对称且电流在电压源
之间流动而不会流入负载。这会导致功率损耗并产生无功功率。更让人担心的是，这种电流
还可能损坏电源。
　　如果两个电压源之间存在微小相移，也可能出现这种不对称的情况，从而导致两个电
压源之间出现电压差并致使电压源在交流端直接相连。这是因为电阻非常低，导致逆变器之
间产生非常大的电流。为了解决这个问题，客户采用了非常快速且精确的控制与通信算法。
　　鉴于多个分立式逆变器并联运行这一工作需求，客户必须提出一套模块化设计概念。备
用逆变器的工作方式与标准逆变器（（

DC -AC）相似，它采用与发电机相同的电源电子电

路通过交流电源（

AC -DC）对电池进行充电。目前，市场上没有任何一款逆变器能够支持

此功能并依托于高频变压器架构。为了实现这些目标，必须开发出全新的接口和控制策略。
图

1 中的框图最贴切地描述了这一概念。客户构想的逆变器系统包含四个不同的功能模块，

由三个不同的信号控制器控制：
　　

1. DC-DC

　　

2. DC-AC

　　

3. 显示和用户界面