CN102035425A - 一种单相并网逆变器的逆变电路的控制方法 - Google Patents

一种单相并网逆变器的逆变电路的控制方法 Download PDF

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Abstract

一种单相并网逆变器的逆变电路的控制方法，步骤包括：A：中央处理器发出脉冲信号Wave1、Wave2和SPWM信号PWM1和PWM2；Wave1和Wave2为与电网同步的工频信号；B：Wave1、Wave2、PWM1和PWM2分别传送至VT1的驱动单元、VT3的驱动单元、VT2和VT5的驱动单元，以及VT4和VT6的驱动单元；功率MOSFET的栅极串联电阻小于IGBT的栅极串联电阻，功率MOSFET先于IGBT导通，而落后于IGBT关断。本发明的单相并网逆变器电路的控制方法下桥臂IGBT具有零电压开通的软开关特性和小电流关断的近似软开关特性，降低了系统的损耗，提高了系统的效能。

Description

一种单相并网逆变器的逆变电路的控制方法
技术领域
本发明涉及电路技术领域，特别是涉及一种单相并网逆变器的逆变电路的控制方法。
背景技术
在风能或光伏等领域的单相并网逆变器技术中，如何尽可能地提高逆变器的转换效率，是一个重要的技术问题。在现有的开关器件中，开关频率和损耗成为一对矛盾，IGBT的导通压降低、通态损耗低，但开关损耗较高，不适合高频场合。功率MOSFET开关管的开通、关断损耗低，适合应用在高频场合，但是导通损耗较IGBT高，且价格相对昂贵。在单相并网逆变器的逆变电路的控制方法上，如何根据系统的特点采用相应的控制策略来提高系统的效能，也是一个值得深入研究的问题。
发明内容
本发明的目的在于避免现有技术中的不足之处而提供一种单相并网逆变器的逆变电路的控制方法。
本发明的目的通过以下技术措施实现。
一种单相并网逆变器的逆变电路的控制方法，步骤包括：
A：中央处理器发出脉冲信号Wave1、Wave2和SPWM信号PWM1和PWM2；Wave1和Wave2为与电网同步的工频信号，Wave1和Wave2分别加在隔离驱动单元1和隔离驱动单元2上；Wave1和Wave2的波形为交替高电平ON和零OFF，Wave2波形与Wave1相反，Wave1的波形为ON时，Wave2为OFF，Wave1的波形为OFF时，Wave2为ON；PWM1在Wave1为ON时有信号，在Wave1为OFF时为零，PWM2在Wave2为ON时有信号，在Wave2为OFF时为零；
B：Wave1、Wave2、PWM1和PWM2分别传送至VT1的驱动单元、VT3的驱动单元、VT2和VT5的驱动单元，以及VT4和VT6的驱动单元；
所述单相并网逆变器包括逆变电路和驱动电路；所述逆变电路包括IGBT VT1、VT2、VT3、VT4，以及MOSFET VT5和VT6，VT1和VT3的集电极与直流母线正极+VDC连接；VT1的发射极和VT2的集电极连接，VT3的发射极和VT4的集电极连接；VT2的集电极和VT5的漏极连接，VT4的集电极和T6的漏极连接；VT2的发射极、VT5的源极、VT4的发射极、VT6的源极和直流母线负极-VDC连接；
所述驱动电路包括VT1的驱动单元、VT3的驱动单元、VT2和VT5的驱动单元，以及VT4和VT6的驱动单元；
VT1的驱动单元由隔离驱动单元1、电阻R1、R2、稳压管ZD1构成，隔离驱动单元1输入端接来自中央处理器的信号Wave1，Wave1是和电网同步的工频信号，隔离驱动单元1的输出驱动信号经过串联电阻R1和VT1的栅极连接，隔离驱动单元1的输出公共端和VT1的发射极连接；稳压管ZD1的阴极和VT1的栅极连接，稳压管ZD1的阳极和VT1的发射极连接，下拉电阻R2和ZD1并联；
VT3的驱动单元由隔离驱动单元2、电阻R3、R4、稳压管ZD2构成，隔离驱动单元2的输入端接来自中央处理器的信号Wave2，Wave2是和电网同步的工频信号，隔离驱动单元2的输出驱动信号经过串联电阻R3和VT3的栅极连接，隔离驱动单元2的输出公共端和VT3的发射极连接；稳压管ZD2的阴极和VT3的栅极连接，稳压管ZD2的阳极和VT3的发射极连接，下拉电阻R4和ZD2并联；
VT2和VT5的驱动单元由隔离驱动单元3、电阻R5、R6、R7、R8、稳压管ZD3、ZD4构成；电阻R5、R6的阻值为1mΩ到99mΩ，电阻R6的阻值小于电阻R5的阻值；隔离驱动单元3的输入端接来自中央处理器的SPWM信号PWM1，隔离驱动单元3的输出驱动信号经过串联电阻R5和VT2的栅极连接，同时，隔离驱动单元3的输出驱动信号经过串联电阻R6和VT5的栅极连接；隔离驱动单元3的输出公共端和VT2的发射极以及VT5的源极连接；稳压管ZD3的阴极和VT2的栅极连接，稳压管ZD3的阳极和VT2的发射极连接，下拉电阻R7和ZD3并联；稳压管ZD4的阴极和VT5的栅极连接，稳压管ZD4的阳极和VT5的源极连接，下拉电阻R8和ZD4并联；
VT4和VT6的驱动单元由隔离驱动单元4、电阻R9、R10、R11、R12、稳压管ZD5、ZD6构成；电阻R9、R10的阻值为1mΩ到99mΩ，其中电阻R10的阻值小于电阻R9的阻值；隔离驱动单元4的输入端接来自中央处理器的SPWM信号PWM2；隔离驱动单元4的输出驱动信号经过串联电阻R9和VT4的栅极连接，同时，隔离驱动单元4的输出驱动信号经过串联电阻R10和VT6的栅极连接；隔离驱动单元4的输出公共端和VT4的发射极以及VT6的源极连接；稳压管ZD5的阴极和VT4的栅极连接，稳压管ZD5的阳极和VT4的发射极连接，下拉电阻R11和ZD5并联；稳压管ZD5的阴极和VT6的栅极连接，稳压管ZD5的阳极和VT6的源极连接，下拉电阻R12和ZD6并联。
本发明的单相并网逆变器的逆变电路的控制方法充分利用IGBT导通损耗低、而功率MOSFET的开通与关断损耗低的特性，兼顾了两者的优点，克服了两者的不足，使下桥臂IGBT具有零电压开通的软开关特性和小电流关断的近似软开关特性，降低了系统的损耗，提高了系统的效能。
附图说明
利用附图对本发明做进一步说明，但附图中的内容不构成对本发明的任何限制。
图1是应用本发明的一个实施例的逆变电路的电路图。
图2是应用本发明的一个实施例的驱动电路的电路图。
图3是本发明的一个实施例的波形图。
具体实施方式
结合以下实施例对本发明作进一步说明。
应用本发明的单相并网逆变器的逆变电路的控制方法的逆变电路如图1所示，包括IGBT VT1、VT2、VT3、VT4，以及MOSFET VT5和VT6，VT1和VT3的集电极与直流母线正极+VDC连接；VT1的发射极和VT2的集电极连接，VT3的发射极和VT4的集电极连接；VT2的集电极和VT5的漏极连接，VT4的集电极和T6的漏极连接；VT2的发射极、VT5的源极、VT4的发射极、VT6的源极和直流母线负极-VDC连接。
应用本发明的单相并网逆变器的逆变电路的控制方法的驱动电路如图2所示，包括VT1的驱动单元、VT2的驱动单元、VT3的驱动单元、VT2和VT5的驱动单元，以及VT4和VT6的驱动单元。
VT1的驱动单元由隔离驱动单元1、电阻R1、R2、稳压管ZD1构成，隔离驱动单元1输入端接来自中央处理器的信号Wave1，Wave1是和电网同步的工频信号，隔离驱动单元1的输出驱动信号经过串联电阻R1和VT1的栅极连接，隔离驱动单元1的输出公共端和VT1的发射极连接；稳压管ZD1的阴极和VT1的栅极连接，稳压管ZD1的阳极和VT1的发射极连接，下拉电阻R2和ZD1并联。
VT3的驱动单元由隔离驱动单元2、电阻R3、R4、稳压管ZD2构成，隔离驱动单元2的输入端接来自中央处理器的信号Wave2，Wave2是和电网同步的工频信号，隔离驱动单元2的输出驱动信号经过串联电阻R3和VT3的栅极连接，隔离驱动单元2的输出公共端和VT3的发射极连接；稳压管ZD2的阴极和VT3的栅极连接，稳压管ZD2的阳极和VT3的发射极连接，下拉电阻R4和ZD2并联。
VT2和VT5的驱动单元由隔离驱动单元3、电阻R5、R6、R7、R8、稳压管ZD3、ZD4构成；电阻R5、R6的阻值为1mΩ到99mΩ，电阻R6的阻值小于电阻R5的阻值，这样功率MOSFET VT5先于IGBT VT2导通，而落后于IGBT VT2关断；来自中央处理器的SPWM信号PWM1，经过隔离驱动单元3产生隔离驱动；隔离驱动单元3的输出驱动信号经过串联电阻R5和VT2的栅极连接，同时，隔离驱动单元3的输出驱动信号经过串联电阻R6和VT5的栅极连接；隔离驱动单元3的输出公共端和VT2的发射极以及VT5的源极连接；稳压管ZD3的阴极和VT2的栅极连接，稳压管ZD3的阳极和VT2的发射极连接，下拉电阻R7和ZD3并联；稳压管ZD4的阴极和VT5的栅极连接，稳压管ZD4的阳极和VT5的源极连接，下拉电阻R8和ZD4并联。
VT4和VT6的驱动单元由隔离驱动单元4、电阻R9、R10、R11、R12、稳压管ZD5、ZD6构成。电阻R9、R10的阻值为1mΩ到99mΩ，其中电阻R10的阻值小于电阻R9的阻值，这样功率MOSFET VT6先于IGBT VT4导通，而落后于IGBT VT4关断。来自中央处理器的SPWM信号PWM2，经过隔离驱动单元4产生隔离驱动；隔离驱动单元4的输出驱动信号经过串联电阻R9和VT4的栅极连接，同时，隔离驱动单元4的输出驱动信号经过串联电阻R10和VT6的栅极连接；隔离驱动单元4的输出公共端和VT4的发射极以及VT6的源极连接；稳压管ZD5的阴极和VT4的栅极连接，稳压管ZD5的阳极和VT4的发射极连接，下拉电阻R11和ZD5并联；稳压管ZD5的阴极和VT6的栅极连接，稳压管ZD5的阳极和VT6的源极连接，下拉电阻R12和ZD6并联。
本方法的一个实施例的加在驱动电路的波形如图3所示。来自中央处理器的和电网同步的工频信号Wave1、Wave2分别加在隔离驱动单元1和隔离驱动单元2上，产生逆变全桥的上桥臂的驱动。Wave1和Wave2的波形为交替高电平ON和零OFF，Wave2波形与Wave1相反，Wave1的波形为ON时，Wave2为OFF，Wave1的波形为OFF时，Wave2为ON；来自中央处理器的SPWM信号PWM1、PWM2分别加在隔离驱动单元3和隔离驱动单元4上，产生逆变全桥的下桥臂的驱动。PWM1在Wave1为ON时有信号，在Wave1为OFF时为零，PWM2在Wave2为ON时有信号，在Wave2为OFF时为零；为了防止上桥臂和下桥臂直通事故的发生，上桥臂和下桥臂的驱动信号保持一定的死区时间。
在硬件电路上，单相全桥逆变电路的上桥臂的开关管使用IGBT，下桥臂的开关管采用IGBT和MOSFET并联的结构。
由系统的中央处理器单元提供和电网同步的工频信号以及SPWM高频信号，经过隔离驱动后，分别驱动全桥逆变电路的上桥臂和下桥臂的开关管。
单相全桥逆变电路的下桥臂的驱动电路中，功率MOSFET的栅极串联电阻小于IGBT的栅极串联电阻，使功率MOSFET先于IGBT导通，而落后于IGBT关断。 
单相全桥逆变电路的上桥臂IGBT驱动信号采用电网同步的工频驱动信号。工频驱动信号的频率较低，降低了IGBT的开关频率，从而降低了IGBT的开关损耗。
单相全桥逆变电路的下桥臂IGBT和功率MOSFET的驱动信号采用高频SPWM信号，在经过隔离驱动单元后，分别经过串联电阻和IGBT的栅极、功率MOSFET的栅极连接。
在系统的中央处理器单元内部，上桥臂和下桥臂的驱动信号保持一定的死区时间，来避免上桥臂和下桥臂直通事故的发生。
最后应当说明的是，以上实施例仅用于说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (1)

1.一种单相并网逆变器的逆变电路的控制方法，其特征在于：步骤包括：
A：中央处理器发出脉冲信号Wave1、Wave2和SPWM信号PWM1和PWM2；Wave1和Wave2为与电网同步的工频信号，Wave1和Wave2分别加在隔离驱动单元1和隔离驱动单元2上；Wave1和Wave2的波形为交替高电平ON和零OFF，Wave2波形与Wave1相反，Wave1的波形为ON时，Wave2为OFF，Wave1的波形为OFF时，Wave2为ON；PWM1在Wave1为ON时有信号，在Wave1为OFF时为零，PWM2在Wave2为ON时有信号，在Wave2为OFF时为零；
B：Wave1、Wave2、PWM1和PWM2分别传送至VT1的驱动单元、VT3的驱动单元、VT2和VT5的驱动单元，以及VT4和VT6的驱动单元；
所述单相并网逆变器包括逆变电路和驱动电路；所述逆变电路包括IGBT VT1、VT2、VT3、VT4，以及MOSFET VT5和VT6，VT1和VT3的集电极与直流母线正极+VDC连接；VT1的发射极和VT2的集电极连接，VT3的发射极和VT4的集电极连接；VT2的集电极和VT5的漏极连接，VT4的集电极和T6的漏极连接；VT2的发射极、VT5的源极、VT4的发射极、VT6的源极和直流母线负极-VDC连接；
所述驱动电路包括VT1的驱动单元、VT3的驱动单元、VT2和VT5的驱动单元，以及VT4和VT6的驱动单元；
VT1的驱动单元由隔离驱动单元1、电阻R1、R2、稳压管ZD1构成，隔离驱动单元1输入端接来自中央处理器的信号Wave1，Wave1是和电网同步的工频信号，隔离驱动单元1的输出驱动信号经过串联电阻R1和VT1的栅极连接，隔离驱动单元1的输出公共端和VT1的发射极连接；稳压管ZD1的阴极和VT1的栅极连接，稳压管ZD1的阳极和VT1的发射极连接，下拉电阻R2和ZD1并联；
VT3的驱动单元由隔离驱动单元2、电阻R3、R4、稳压管ZD2构成，隔离驱动单元2的输入端接来自中央处理器的信号Wave2，Wave2是和电网同步的工频信号，隔离驱动单元2的输出驱动信号经过串联电阻R3和VT3的栅极连接，隔离驱动单元2的输出公共端和VT3的发射极连接；稳压管ZD2的阴极和VT3的栅极连接，稳压管ZD2的阳极和VT3的发射极连接，下拉电阻R4和ZD2并联；
VT2和VT5的驱动单元由隔离驱动单元3、电阻R5、R6、R7、R8、稳压管ZD3、ZD4构成；电阻R5、R6的阻值为1mΩ到99mΩ，电阻R6的阻值小于电阻R5的阻值；隔离驱动单元3的输入端接来自中央处理器的SPWM信号PWM1，隔离驱动单元3的输出驱动信号经过串联电阻R5和VT2的栅极连接，同时，隔离驱动单元3的输出驱动信号经过串联电阻R6和VT5的栅极连接；隔离驱动单元3的输出公共端和VT2的发射极以及VT5的源极连接；稳压管ZD3的阴极和VT2的栅极连接，稳压管ZD3的阳极和VT2的发射极连接，下拉电阻R7和ZD3并联；稳压管ZD4的阴极和VT5的栅极连接，稳压管ZD4的阳极和VT5的源极连接，下拉电阻R8和ZD4并联；
VT4和VT6的驱动单元由隔离驱动单元4、电阻R9、R10、R11、R12、稳压管ZD5、ZD6构成；电阻R9、R10的阻值为1mΩ到99mΩ，其中电阻R10的阻值小于电阻R9的阻值；隔离驱动单元4的输入端接来自中央处理器的SPWM信号PWM2；隔离驱动单元4的输出驱动信号经过串联电阻R9和VT4的栅极连接，同时，隔离驱动单元4的输出驱动信号经过串联电阻R10和VT6的栅极连接；隔离驱动单元4的输出公共端和VT4的发射极以及VT6的源极连接；稳压管ZD5的阴极和VT4的栅极连接，稳压管ZD5的阳极和VT4的发射极连接，下拉电阻R11和ZD5并联；稳压管ZD5的阴极和VT6的栅极连接，稳压管ZD5的阳极和VT6的源极连接，下拉电阻R12和ZD6并联。
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