CN102223097B - 一种无变压器型逆变电路 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种无变压器型逆变电路，其特征在于：包括六个开关管S1-S6、二极管D1-D6以及两个滤波器和一个滤波电容Cf，六个二极管D1-D6分别反并于六个开关管S1-S6两端。本发明提供的逆变电路采用双极性调制，其优点在于：所提供的无变压器型逆变电路不仅能够解决共模电流问题，同时，还能够实现较高转换效率。

Description

一种无变压器型逆变电路
技术领域
 本发明涉及一种太阳能系统中无变压器型逆变电路。
背景技术
太阳能发电作为新能源的重要组成部分，获得越来越大的发展。在太阳能发电系统中，将太阳能电池板发出的直流电转化为交流电的逆变转换电路作为太阳能发电系统的核心有着非常重要的作用。
太阳能系统通常可以分为独立型和并网型，后者由于可以最大程度的利用太阳能电池板发出的能量，因此是目前光伏系统的主要应用类型。逆变器拓扑总体可以分为带变压器隔离和无变压器型。隔离变压器可以实现隔离和升压的作用，但工频变压器体积重、效率低、成本高，安装不便。高频变压器虽然体积和重量下降，但往往系统复杂，并且输出电流存在直流分量，效率也同样偏低。无变压器型逆变器由于系统结构简单、效率高、体积小且成本低获得快速的发展，成为并网光伏发电的主流。
由于在直流源和负载之间没有变压器隔离，无变压器型逆变器存在共模电流干扰的问题。一般由于太阳能电池板面积较大，对地寄生电容也较大，此电容随外界环境变化。由于寄生电容的存在，且逆变器中的开关器件在高频切换，因此在太阳能电池板端、寄生电容和逆变器中的功率开关管、滤波电感以及电网之间存在电通路，从而有可能形成较大共模电流，此共模电流可能对操作人员人身安全带来隐患。因此有效抑制并完全消除共模电流是无变压器型逆变器需要解决的关键问题。
目前，对于中小功率的单相无变压器型并网光伏逆变器，往往采用双极性调制的全桥电路和半桥电路解决共模电流问题。双极性调制的全桥电路开关损耗大、滤波电感大，从而效率偏低；半桥电路的输入电压需要为全桥电压的两倍，往往需要两级电路实现，加大电路实现难度，同样存在转换效率低的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种在解决共模电流问题的同时能够实现较高转换效率的无变压器型逆变电路。
为了达到上述目的，本发明的技术方案是提供了一种无变压器型逆变电路，其特征在于：包括功率开关管S1、功率开关管S2、功率开关管S3、功率开关管S4、功率开关管S5及功率开关管S6，在功率开关管S1、功率开关管S2、功率开关管S3、功率开关管S4、功率开关管S5及功率开关管S6上分别反并有二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4、二极管D5及二极管D6，功率开关管S1、功率开关管S6和功率开关管S2串联，功率开关管S3和功率开关管S4串联，功率开关管S5一端接在功率开关管S6和功率开关管S2之间，另一端接在功率开关管S3和功率开关管S4之间，第一滤波器的一端接在功率开关管S1和功率开关管S6之间，第二滤波器的一端接在功率开关管S3和功率开关管S4之间，滤波电容Cf接在第一滤波器和第一滤波器的另外一端之间，其中，功率开关管S1和功率开关管S4的开关动作相同，功率开关管S3和功率开关管S2的开关动作相同，功率开关管S5及所述功率开关管S6以市电输出频率切换，功率开关管S1、功率开关管S2、功率开关管S3及功率开关管S4以高速频率切换。
本发明的优点在于：所提供的无变压器型逆变电路不仅能够解决共模电流问题，同时，还能够实现较高转换效率。
附图说明
图1为本发明提供的一种无变压器型逆变电路的电路图；
图2为在市电正半周，高频触发信号为1时的电流回路示意图；
图3为在市电正半周，高频触发信号为0时的电流回路示意图；
图4为在市电负半周，高频触发信号为1时的电流回路示意图；
图5为在市电负半周，高频触发信号为0时的电流回路示意图；
图6为仿真验证结果图。
具体实施方式
为使本发明更明显易懂，兹以一优选实施例，并配合附图作详细说明如下。
如图1所示，本发明提供了一种无变压器型逆变电路，包括功率开关管S1、功率开关管S2、功率开关管S3、功率开关管S4、功率开关管S5及功率开关管S6，在功率开关管S1、功率开关管S2、功率开关管S3、功率开关管S4、功率开关管S5及功率开关管S6上分别反并有二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4、二极管D5及二极管D6，功率开关管S1、功率开关管S6和功率开关管S2串联，功率开关管S3和功率开关管S4串联，功率开关管S5一端接在功率开关管S6和功率开关管S2之间，另一端接在功率开关管S3和功率开关管S4之间，第一滤波器的一端接在功率开关管S1和功率开关管S6之间，第二滤波器的一端接在功率开关管S3和功率开关管S4之间，滤波电容Cf接在第一滤波器和第一滤波器的另外一端之间，其中，功率开关管S1和功率开关管S4的开关动作相同，功率开关管S3和功率开关管S2的开关动作相同，功率开关管S5及所述功率开关管S6以市电输出频率切换，功率开关管S1、功率开关管S2、功率开关管S3及功率开关管S4以高速频率（如20kHz）切换。
在本实施例中，直流源包含一太阳能发电机SG以及直流电容Cdc，功率开关管及其反并二极管选用独立开关晶体管和独立二极管反并后组成，也可以由内部带反并二极管的开关晶体管来代替。而功率开关管可以由IGBT（Insulation Gate Bibipolar Transistor）组成，也可以由MOSFET（MetalOxide Semiconductor Field-effect transistor）组成。第一滤波器及第二滤波器可以由电感加滤波电容组成，也可以如实施例一样选用滤波电感Lf1和滤波电感Lf2。
本发明提供的逆变电路采用双极性调制。即功率开关管S1和功率开关管S4的开关动作相同，功率开关管S3和功率开关管S2的动作相同。
在市电正半周，功率开关管S5开通，功率开关管S2，功率开关管S3和功率开关管S6关断，功率开关管S1和功率开关管S4以高速频率切换，且动作相同。当高频触发信号为1时，功率开关管S1和功率开关管S4导通，电流回路如图2所示。如果输出接市电，市电的中点电位和直流源的中点电位是同电位的。当高频触发信号为0时，电流沿功率开关管S5和二极管D6形成回路，如图3所示。市电的中点电位是功率开关管S1和功率开关管S2、功率开关管S3和功率开关管S4分压决定的，因为二极管D6导通电压很小，可以忽略，所以市电中点电位等于直流源中点电位，所以逆变器在高频切换时输入和市电侧没有高频电压，避免了高频干扰。同时逆变器输出电压VAB在0和输入电压之间切换，因此达到与工作在双极性调制模式下的全桥电路的滤波效果，只需要一半的滤波电感；功率开关管S1在0.5*Vdc和Vdc之间切换，功率开关管S4在0和0.5Vdc之间切换，切换电压只有一半输入电压，从而可以减小功率开关管S1和功率开关管S4的开关损耗，提高转换效率。
在市电负半周，功率开关管S6导通，功率开关管S1、功率开关管S4和功率开关管S5关断，功率开关管S2和功率开关管S3以高速频率切换，且动作相同。当高速触发信号为1时，功率开关管S2和功率开关管S3导通，电流回路如图4所示。如果输出接市电，市电的中点电位和直流源的中点是同电位的。当高速触发信号为0时，功率开关管S2和功率开关管S3关断，电流回路沿功率开关管S6和功率开关管D5构成回路，如图5所示，由于功率开关管S6导通电压很小，可以忽略，因此可以认为市电中点由功率开关管S1，功率开关管S2，功率开关管S3，功率开关管S4分压决定，等于输入直流源中点电位，所以同样逆变器在高速切换时输入侧和输出侧没有高频电压，避免了高频干扰。同时逆变器输出电压VAB在输入电压-Vdc和0之间切换，因此达到与工作在双极性调制模式下的全桥电路的滤波效果，只需要一半的滤波电感；功率开关管S3在0.5*Vdc和Vdc之间切换，功率开关管S2在0和0.5Vdc之间切换，切换电压只有一半输入电压，从而可以减小功率开关管S2和功率开关管S3的开关损耗，提高转换效率。
本电路已通过仿真验证，如图6所示。图6上为（VAO+VBO），可见高频干扰信号为常值，因此作用于太阳能电池板对地寄生电容，不会形成共模电流。

Claims (4)

1.一种无变压器型逆变电路，其特征在于：包括功率开关管S1、功率开关管S2、功率开关管S3、功率开关管S4、功率开关管S5及功率开关管S6，在功率开关管S1、功率开关管S2、功率开关管S3、功率开关管S4、功率开关管S5及功率开关管S6上分别反并联有二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4、二极管D5及二极管D6，功率开关管S1、功率开关管S6和功率开关管S2串联，功率开关管S3和功率开关管S4串联，功率开关管S5一端接在功率开关管S6和功率开关管S2之间，另一端接在功率开关管S3和功率开关管S4之间，第一滤波器的一端接在功率开关管S1和功率开关管S6之间，第二滤波器的一端接在功率开关管S3和功率开关管S4之间，滤波电容Cf接在第一滤波器和第二滤波器的另外一端之间，其中，功率开关管S1和功率开关管S4的开关动作相同，功率开关管S3和功率开关管S2的开关动作相同，功率开关管S5及所述功率开关管S6以市电输出频率切换，功率开关管S1、功率开关管S2、功率开关管S3及功率开关管S4以高速频率切换。
2.如权利要求1所述的一种无变压器型逆变电路，其特征在于：二极管与功率开关管反并联后组成一内部带反并联二极管的开关晶体管。
3.如权利要求1所述的一种无变压器型逆变电路，其特征在于：功率开关管由绝缘栅双极型晶体管组成或由金氧半场效晶体管组成。
4.如权利要求1所述的一种无变压器型逆变电路，其特征在于：第一滤波器和/或第二滤波器为滤波电感，或由电感及滤波电容组成。
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