CN102215009A - 双极性调制mosfet全桥逆变电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双极性调制MOSFET全桥逆变电路，它包括依次相电连接的辅助续流部分、周波逆变器部分、滤波部分，辅助续流部分包括续流电路、阻断电路，续流电路包括由多个第一二极管组成的第一电桥，第一电桥电耦合至直流电源，阻断电路包括设置于续流电路与周波逆变器部分之间的一对第二二极管；周波逆变器部分包括由多个MOSFET组成的第二电桥，第二电桥两个输入端分别通过一个第二二极管电耦合至直流电源，以使第二电桥、一对第二二极管形成第一电桥的单向并联支路；滤波部分包括第一滤波电感、第二滤波电感，第一滤波电感、第二滤波电感之间形成交流输出端。本发明提高了双极性调制型MOSFET全桥逆变电路的转化效率，并具有结构简单、性能稳定等特点。

Description

双极性调制MOSFET全桥逆变电路

技术领域

本发明涉及双极性调制MOSFET全桥逆变电路。

背景技术

光伏并网系统中，由于光伏面板和地之间存在寄生电容，在光伏并网发电的过程中会有共模电流产生，增加了电磁辐射和安全隐患，为了设法抑制这种共模电流产生，主要有两种解决途径：一、采用工频或者高频变压器的隔离型光伏并网逆变器，这样能使市电和太阳能电池板系统有电气隔离，能避免电池板对大地之间产生的漏电流。二、采用能有效抑制共模电流大小的非隔离并网拓扑。

但是，采用变压器隔离的逆变电路存在以下缺点：若采用工频变压器，体积大、重量重且价格贵。若采用高频变压器，功率变换电路将被分成几级。控制比较复杂，效率比较低。

而一般的非隔离逆变拓扑存在几个方面的缺陷：1、传统的中小功率单相全桥逆变器，如果采用单极性调制，则电磁干扰严重，共模电流较大；2、传统的中小功率单相全桥逆变器，如果采用双极性调制，虽然电磁干扰小，但是逆变器的转换效率低，主要表现在用于切换高频的开关管以及用于开关管关断而续流的二极管上。当前用于中小功率逆变电路的开关管主要有MOSET和IGBT两种，如果高频开关管使用MOSET，则因为制作工艺等方面的限制，MOSET的寄生二极管的反相恢复特性比较差，反而限制了开关频率和效率的提升，同时对电路带来一定的风险，如果使用IGBT并联快速恢复二极管，则因为IGBT本身的开关特性不如MOSET，所以其开关损耗会比MOSET要大。

发明内容

对上述所提到的双极性调制全桥逆变电路存在的问题，本发明的目的在于改进原电路的拓扑结构，选择性屏蔽MOSET的寄生二极管（屏蔽电路由关断损耗很小的二极管组成），使得全桥逆变电路能够采用MOSET作为高频开关器件，从而较好地利用MOSFET自身的优异性能，使得改进后的双极性调制型全桥逆变电路的效率显著提高。

为了达到以上目的，本发明采用的技术方案是：一种双极性调制MOSFET全桥逆变电路，它包括依次相电连接的辅助续流部分、周波逆变器部分、滤波部分，其中：

所述的辅助续流部分包括续流电路、阻断电路，所述的续流电路包括由多个第一二极管（VD5、VD6、VD7、VD8）组成的第一电桥，所述的第一电桥具有第一输入端、第二输入端、第一输出端、第二输出端，所述的第一输入端、第二输入端电耦合至直流电源，所述的阻断电路包括设置于所述的续流电路与所述的周波逆变器部分之间的一对第二二极管（VD9、VD10）；

所述的周波逆变器部分包括由多个MOSFET（VT1、VT2、VT3、VT4）组成的第二电桥，所述的第二电桥具有第三输入端、第四输入端、第三输出端、第四输出端，所述的第三输入端、第四输入端分别通过其中一个所述的第二二极管（VD9、VD10）电耦合至直流电源，以使所述的第二电桥、一对第二二极管（VD9、VD10）形成所述的第一电桥的单向并联支路；

所述的滤波部分包括第一滤波电感（L1）、第二滤波电感（L2），所述的第一滤波电感（L1）电连接至所述的第二输出端、第三输出端，所述的第二滤波电感（L2）电连接至所述的第一输出端、第四输出端，以使所述的第一滤波电感（L1）、第二滤波电感（L2）之间形成交流输出端。

本发明的更进一步改进在于，所述的第一二极管（VD5、VD6、VD7、VD8）采用超快恢复二极管或碳化硅二极管。

本发明的更进一步改进在于，所述的第二二极管（VD9、VD10）采用肖特基二极管。

本发明的更进一步改进在于，所述的第一滤波电感（L1）、第二滤波电感（L2）具有相同的工作参数。

本发明的核心思想在于：高频开关管由开关性能良好和导通电阻较低的MOSFET组成；由高性能二极管组成的续流电路（该电路可以优化选择二极管的类型，如超快恢复二极管或碳化硅二极管）以及阻断电路（该电路由低压降，低电压的肖特基二极管组成）屏蔽MOSFET寄生二极管的工作。

由于采用了以上技术方案，本发明具有以下优点：通过采用MOSFET作为逆变电路的开关管以及在原电路的基础上添加由性能优异的二极管（在此可以选择超快恢复二极管或SiC二极管）组成的辅助续流电路屏蔽MOSFET寄生二极管参与电路的续流工作，可以有效地提高电路的工作频率，降低开关管的损耗，减小因MOSFET寄生二极管参与工作带来的损耗，改进后的双极性调制型全桥逆变电路转化效率明显提高。

本发明通过改进原双极性调制全桥逆变电路的拓扑结构，在原电路的基础上加入由性能优异的二极管组成的辅助续流电路，（该电路能够）同时屏蔽MOSET寄生二极管，所以主电路可以选择MOSFET作为开关管，进一步减小功率器件的开关损耗，实现提高全桥逆变电路的效率的目的。本方案提高了双极性调制型MOSFET全桥逆变电路的转化效率，同时具有结构简单，性能稳定等多方面特点。

附图说明

附图1为根据本发明的电路框架图，主要描述了其拓扑组成部分；

附图2为根据本发明的实施例的电路图；

附图3给出了双极性控制方式下开关管所加的脉冲波形图；

附图4至附图7依次为电路在正负半周期内的四种工作状态（箭头为此状态电流的流向），其中：附图4和附图5为正半周期内的电流流向图，附图5为辅助续流电路工作时的电流流向；附图6和附图7为负半周期内的电流流向，附图7为辅助续流电路工作时的电流流向；

附图8为该逆变电路在双极性SPWM调制下的交流侧电压波形，其中方波为AB之间的电压，虚线部分为滤波后得到的实际波形；

附图9为该逆变电路在双极性SPWM调制下的交流侧电流波形，其中实线部分为滤波之前的电流波形，虚线部分为滤波后得到的实际波形。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。

如附图1所示，本实施例中的双极性调制MOSFET全桥逆变电路，它主要的拓扑组成包括依次相电连接的辅助续流部分、周波逆变器部分、滤波部分，其中，辅助续流部分为本专利的核心部分，通过该部分可以实现阻断后续周波逆变器部分中MOSFET寄生二极管的工作。

如附图2所示，辅助续流部分包含两个部分：1、阻断电路——一对第二二极管VD9、VD10，其设置于续流电路与周波逆变器部分之间； 2、续流电路——由4个第一二极管（VD5、VD6、VD7、VD8）组成的第一电桥，第一电桥具有第一输入端、第二输入端、第一输出端、第二输出端，第一输入端、第二输入端电耦合至直流电源；高频开关管由开关性能良好和导通电阻较低的MOSFET组成；由高性能二极管组成的续流电路（该电路可以优化选择二极管的类型，如超快恢复二极管或碳化硅二极管）以及阻断电路（该电路由低压降，低电压的肖特基二极管组成）屏蔽MOSFET寄生二极管的工作。

周波逆变器部分包括由多个MOSFET（VT1、VT2、VT3、VT4）组成的第二电桥，第二电桥具有第三输入端、第四输入端、第三输出端、第四输出端，第三输入端、第四输入端分别通过其中一个第二二极管（VD9、VD10）电耦合至直流电源，以使第二电桥、一对第二二极管（VD9、VD10）形成第一电桥的单向并联支路；

滤波部分包括第一滤波电感（L1）、第二滤波电感（L2），第一滤波电感（L1）电连接至第二输出端、第三输出端，第二滤波电感（L2）电连接至第一输出端、第四输出端，以使第一滤波电感（L1）、第二滤波电感（L2）之间形成交流输出端，由于没有电气隔离，框中最好选用两个参数一样的滤波电感。

需要指出的是，上图的MOSFET型全桥逆变电路需要采用双极性控制，以减小电磁干扰；二极管D9和D10用于阻断MOSFET寄生二极管参与电路续流，D5、D6、D7、D8用于提供另外的续流通道（本专利的核心所在），这样通过辅助续流部分就可以实现阻断MOSFET寄生二极管参与电路的续流工作。

附图3给出了双极性控制方式下开关管所加的脉冲波形。在PWM调制方式下，开关周期为Ts，在正半开关周期内VT1和VT4导通时间为Ton；负半周期内VT2和VT3导通时间也为Ton。当所有的开关管都不工作时，电路的辅助续流部分将代替MOSFET寄生二极管，参加电路的续流工作。

附图4至附图7依次为电路在正负半周期内的四种工作状态（箭头为此状态电流的流向），其中：附图4和附图5为正半周期内的电流流向图，附图5为辅助续流电路工作时的电流流向；附图6和附图7为负半周期内的电流流向，附图7为辅助续流电路工作时的电流流向。

附图8为该逆变电路在双极性SPWM调制下的交流侧电压波形，其中方波为AB之间的电压，虚线部分为滤波后得到的实际波形；附图9为该逆变电路在双极性SPWM调制下的交流侧电流波形，其中实线部分为滤波之前的电流波形，虚线部分为滤波后得到的实际波形。

通过上述内容可以看出，通过采用MOSFET作为逆变电路的开关管以及在原电路的基础上添加由性能优异的二极管组成的辅助续流电路屏蔽MOSFET寄生二极管参与电路的续流工作，可以有效地提高电路的工作频率，降低开关管的损耗，减小因MOSFET寄生二极管参与工作带来的损耗，改进后的双极性调制型全桥逆变电路转化效率明显提高。

本发明通过改进原双极性调制全桥逆变电路的拓扑结构，在原电路的基础上加入由性能优异的二极管组成的辅助续流电路，（该电路能够）同时屏蔽MOSET寄生二极管，所以主电路可以选择MOSFET作为开关管，进一步减小功率器件的开关损耗，实现提高全桥逆变电路的效率的目的。本方案提高了双极性调制型MOSFET全桥逆变电路的转化效率，同时具有结构简单，性能稳定等多方面特点。

以上实施方式只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人了解本发明的内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所做的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (4)

1.一种双极性调制MOSFET全桥逆变电路，其特征在于，它包括依次相电连接的辅助续流部分、周波逆变器部分、滤波部分，其中，

所述的辅助续流部分包括续流电路、阻断电路，所述的续流电路包括由多个第一二极管（VD5、VD6、VD7、VD8）组成的第一电桥，所述的第一电桥具有第一输入端、第二输入端、第一输出端、第二输出端，所述的第一输入端、第二输入端电耦合至直流电源，所述的阻断电路包括设置于所述的续流电路与所述的周波逆变器部分之间的一对第二二极管（VD9、VD10）；

所述的周波逆变器部分包括由多个MOSFET（VT1、VT2、VT3、VT4）组成的第二电桥，所述的第二电桥具有第三输入端、第四输入端、第三输出端、第四输出端，所述的第三输入端、第四输入端分别通过其中一个所述的第二二极管（VD9、VD10）电耦合至直流电源，以使所述的第二电桥、一对第二二极管（VD9、VD10）形成所述的第一电桥的单向并联支路； 

所述的滤波部分包括第一滤波电感（L1）、第二滤波电感（L2），所述的第一滤波电感（L1）电连接至所述的第二输出端、第三输出端，所述的第二滤波电感（L2）电连接至所述的第一输出端、第四输出端，以使所述的第一滤波电感（L1）、第二滤波电感（L2）之间形成交流输出端。

2.根据权利要求1所述的双极性调制MOSFET全桥逆变电路，其特征在于： 所述的第一二极管（VD5、VD6、VD7、VD8）采用超快恢复二极管或碳化硅二极管。

3.根据权利要求1所述的双极性调制MOSFET全桥逆变电路，其特征在于：所述的第二二极管（VD9、VD10）采用肖特基二极管。

4.根据权利要求1所述的双极性调制MOSFET全桥逆变电路，其特征在于：所述的第一滤波电感（L1）、第二滤波电感（L2）具有相同的工作参数。

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