CN102255544A - Dc/ac逆变电路 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种DC/AC逆变电路，由降压斩波电路和换相整流电路构成，其中降压斩波电路包括SPWM调制的功率开关管、二极管、电感和电容。本发明的降压斩波电路采用SPWM调制，通过调节降压斩波电路中高频开关管的占空比，将直流电能转换为正弦半波。由4个可控整流器组成的换相整流电路对得到的正弦半波进行换相整流，完成从直流到正弦交流的逆变。本新型逆变电路与常规的全桥逆变电路相比，结构简单，高频管数目较少，提高了逆变效率，降低了成本。在换相过程中，逆变的交流输出产生共模电压恒定，抑制了共模电流。降压斩波电路中的开关管在关断时使低频输入和高频输出分开，降低EMI。
Description
技术领域
本发明涉及一种逆变电路，尤其是一种DC/AC逆变电路。
背景技术
逆变电路的作用是将直流电压变换成能够供给电器使用或者新能源发电并网的正弦交流电，高效率、低谐波失真度是该项技术的关键指标。
目前存在的逆变器技术多采用四管全桥电路结构，如图2所示。全桥双极性调制电路中，四个开关管（虚线框中所示）都以较高开关频率工作，开关管的损耗较大，影响效率，并且存在较大的电流纹波幅值。全桥单极性调制电路中，逆变产生的共模电压幅值变化较大，由此产生的共模电流随着开关频率的增加线性增大，谐波失真较严重。全桥结构中需要选用多个功率开关管，成本较高。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种DC/AC逆变电路，是一种高效节能、安全保护要求较高的逆变电路，能广泛应用于太阳能逆变器、UPS电源等需要DC/AC变换的场合。
按照本发明提供的技术方案，所述DC/AC逆变电路包括降压斩波电路和整流换相电路，所述降压斩波电路包括SPWM调制的功率开关管、二极管、电感和电容，所述整流换相电路包括4个可控整流器，其中两个可控整流器的串联组合与另两个可控整流器的串联组合相并联，其两个并联节点作为整流换相电路的输入端，两个串联节点作为交流输出端；功率开关管源端接直流电源正极，功率开关管漏端接二极管阴极及电感一端，电感另一端连接电容一端以及整流换相电路的一个输入端，电容另一端、二极管阳极接直流电源负极以及整流换相电路的另一输入端。
所述整流换相电路中，对边两个可控整流器为一组，一组可控整流器的触发信号同步，并和另一组互补，每一组开通时间各占半个周期。
所述功率开关管为高频管，选用器件为MOSEFT或IGBT。
所述可控整流器为工频管，选用器件为可控硅整流器SCR。
本发明的降压斩波电路中开关管采用SPWM调制实现控制，通过调节降压斩波电路中高频开关管的占空比，将直流电能转换为正弦半波。通过对交流侧电压采样，利用过零点检测技术控制换相整流电路中4个开关管的通断，上一级得到的正弦半波经过换相整流电路产生正弦全波，完成从直流到正弦交流的逆变。
本发明的优点是：本发明是一种逆变效率高、谐波失真小、成本低的逆变电路。只有降压斩波电路中一个高频开关管，开关管的损耗小，提高逆变的效率。在换相整流中，采用的四个可控整流器为工频，在器件选择上要求较低，能够大幅的降低系统的成本，有利于新能源逆变器的推广普及。
附图说明
图1是本发明电路组成示意图。
图2是常规四管全桥逆变电路原理图。
图3是本发明电路原理图。
图4是本发明电路电流流向及开关管工作状态图。
图5是本发明电路驱动时序及各路输出电压波形图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
如图1所示：本发明所述的DC/AC逆变电路由功率开关管Q1、二极管D1、电感L1、电容C2和可控整流器S1～S4组成。功率开关管Q1、二极管D1、电感L1和电容C2组成降压斩波电路，4个可控整流器S1～S4组成整流换相电路。其中两个可控整流器S1，S2的串联组合与另两个可控整流器S3，S4的串联组合相并联，其两个并联节点作为整流换相电路的输入端，两个串联节点作为交流输出端；功率开关管Q1源端接直流电源正极，功率开关管Q1漏端接二极管D1阴极及电感L1一端，电感L1另一端连接电容C2一端以及整流换相电路的一个输入端，电容C2另一端、二极管D1阳极接直流电源负极以及整流换相电路的另一输入端。母线电容C1连在直流电源两极之间。
所述降压斩波电路中的功率开关管Q1触发信号采用SPWM调制技术。
所述整流换相电路中，对边两个可控整流器S1，S3的触发信号同步，并和另一组对边两个可控整流器S2，S4触发信号互补。每一组可控整流器开通时间为输出交流侧半个周期。
采用上述方案后，本发明巧妙的利用了降压斩波电路和整流换相电路组合，利用控制电路完成降压斩波电路的SPWM调制，降压斩波电路中的开关管在关断时，实现了直流输入和交流输出的隔离，避免输入侧出现高频干扰，有效的降低了EMI。换相整流电路中，逆变产生的共模电压恒定，由此产生共模电流为零，能有效的抑制共模电流，降低了系统传导损耗，保证逆变电流的品质。
其中降压斩波电路工作原理：当功率开关管Q1导通时，续流二极管D1因反向偏置被截止，电容开始充电，直流源通过电感L1向换相整流电路传递能量，此时，电感电流线性增加，存储的能量也在逐渐增加，在一个开关周期T内导通的时间为Ton。当功率开关管Q1关断时，由于电感电流不能突变，因此电感电流通过二极管续流并且电流逐渐减小，电感上的能量继续往换相整流电路上传递，电容处于放电状态，在一个开关周期T内关断的时间为Toff。降压斩波电路中，电容C2很大，输出电压可以认为是稳定的，开关管导通时间占空比D=Ton/T，则输入与输出存在着Vo=D*Vi。因此可以通过调节开关管的占空比来调节输出电压。在控制占空比时，利用SPWM调制，实现降压斩波电路输出正弦半波。各开关器件的工作状态如图4所示。
换相整流电路工作原理：通过控制四个开关管的通断实现换相整流，将上一级输出的正弦半波整流为正弦全波。当第二可控整流器S2和第四可控整流器S4开通时，流经负载或电网的电流流向如图4所示，当第一可控整流器S1和第三可控整流器S3开通时，其电流流向和上一时序相反。为了使输出电压与电网的相位一致，开关管的频率和输出侧交流电频率和相位一致，第一可控整流器S1和第三可控整流器S3开通状态同步，且时间为电网电压周期的一半，第二可控整流器S2和第四可控整流器S4同步，并且与第一可控整流器S1和第三可控整流器S3状态相反。经过换相整流电路后，就实现了从稳定直流转化为正弦交流的逆变过程。
本发明DC/AC逆变电路各开关管工作的时序电路以及输出电压波形如图5所示。在此方案中，交流输出产生共模电压恒定，由此所激励的共模电流近似为零。与图2所示全桥逆变电路单极性调制相比，很好的抑制了共模电流。与全桥逆变电路的双极性调制相比，开关管的损耗减少一倍。本发明比现有常规全桥逆变电路有突出的优势，其结构简单，高频管数目较少，提高了逆变效率，降低了成本；在换相过程中，逆变的交流输出产生共模电压恒定，抑制了共模电流；降压斩波电路中的开关管在关断时使低频直流和高频交流分开，降低EMI。
Claims (4)
1. DC/AC逆变电路，其特征是：包括降压斩波电路和整流换相电路，所述降压斩波电路包括SPWM调制的功率开关管（Q1）、二极管（D1）、电感（L1）和电容（C2），所述整流换相电路包括4个可控整流器，其中两个可控整流器的串联组合与另两个可控整流器的串联组合相并联，其两个并联节点作为整流换相电路的输入端，两个串联节点作为交流输出端；功率开关管（Q1）源端接直流电源正极，功率开关管（Q1）漏端接二极管（D1）阴极及电感（L1）一端，电感（L1）另一端连接电容（C2）一端以及整流换相电路的一个输入端，电容（C2）另一端、二极管（D1）阳极接直流电源负极以及整流换相电路的另一输入端。
2.如权利要求1所述DC/AC逆变电路，其特征是所述整流换相电路中，对边两个可控整流器为一组，一组可控整流器的触发信号同步，并和另一组互补，每一组开通时间各占半个周期。
3.如权利要求1所述DC/AC逆变电路，其特征是所述功率开关管（Q1）为高频管，选用器件为MOSEFT或IGBT。
4.如权利要求1所述DC/AC逆变电路，其特征是所述可控整流器为工频管，选用器件为可控硅整流器。
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