CN102291029B

CN102291029B - 一种逆变器

Info

Publication number: CN102291029B
Application number: CN 201110240133
Authority: CN
Inventors: 耿后来; 倪华; 梅晓东; 张海明; 胡兵; 赵为
Original assignee: Sungrow Power Supply Co Ltd
Current assignee: Sungrow Power Supply Co Ltd
Priority date: 2011-08-19
Filing date: 2011-08-19
Publication date: 2013-11-06
Anticipated expiration: 2031-08-19
Also published as: CN102291029A

Abstract

本发明公开了一种逆变器，用于将直流电源输出的直流电转换成交流电，包括：六个开关器件和六个二极管；第一开关器件、第一二极管和第二开关器件依次串联连接；第三开关器件、第二二极管和第四开关器件依次串联连接；第一开关器件的第一端及第三开关器件的第一端分别连接所述直流电源的正端；第二开关器件的第二端及第四开关器件的第二端分别连接所述直流电源的负端；第三二极管和第五开关器件串联形成第一支路；第四二极管和第六开关器件串联形成第二支路；所述第一支路的第二端和所述第二支路的第二端为所述逆变器的两个输出端。该逆变器能有效抑制共模漏电流、提高能量转换效率。

Description

一种逆变器

技术领域

本发明涉及电压转换技术领域，具体涉及一种逆变器。

背景技术

目前在直流电压转换成交流电压的装置中，为了尽可能提高转换效率，在交流端可采用无变压器并网的方案，随之而来需要关注的问题是直流电源(例如太阳能电池板)对地寄生电容的存在而带来的共模漏电流的干扰，即，开关器件的动作可能产生高频时变电压作用在寄生电容之上，进而导致漏电流产生并可能超出范围。高频漏电流会降低系统效率，损害输出电能质量，增大系统电磁干扰，对人身造成威胁，形成安全隐患，且易导致漏电流保护装置跳脱，影响整个系统的可靠性。

常规的全桥逆变电路如果采用双极调制，可以得到稳定的共模电压，共模漏电流较小，但是转换效率差，电感电流脉动大，需采用较大的滤波电感；全桥逆变电路如果采用单极调制，则差模特性优良，如输入直流电压利用率高、滤波电感电流脉动小及效率高等受到关注，但同时产生开关频率脉动的共模电压，进而产生共模漏电流。

增加漏电流吸收装置虽然可以在一定程度上解决上述问题，但是又会带来增加成本、降低能量转换效率等问题。

发明内容

本发明实施例针对上述现有技术存在的问题，提供一种逆变器，以避免产生开关频率脉动的共模电压、抑制共模漏电流、提高能量转换效率。

为此，本发明实施例提供如下技术方案：

一种逆变器，用于将直流电源输出的直流电转换成交流电，包括：六个开关器件和六个二极管，每个开关器件分别具有一第一端和一第二端；

第一开关器件、第一二极管和第二开关器件依次串联连接；

第三开关器件、第二二极管和第四开关器件依次串联连接；

第一开关器件的第一端及第三开关器件的第一端分别连接所述直流电源的正端；第二开关器件的第二端及第四开关器件的第二端分别连接所述直流电源的负端；

第三二极管和第五开关器件串联形成第一支路，第一支路的第一端连接第四开关器件的第一端及第二二极管的阴极，第一支路的第二端连接第一开关器件的第二端及第一二极管的阳极；

第四二极管和第六开关器件串联形成第二支路，第二支路的第一端连接第二开关器件的第一端及第一二极管的阴极，第二支路的第二端连接第三开关器件的第二端及第二二极管的阳极；

第五开关器件与第五二极管反向并联，第六开关器件与第六二极管反向并联；

所述第一支路的第二端和所述第二支路的第二端为所述逆变器的两个输出端。

可选地，第三二极管的阳极为第一支路的第一端，第五开关器件的第二端为第一支路的第二端；第四二极管的阳极为第二支路的第一端，第六开关器件的第二端为第二支路的第二端。

可选地，第五开关器件的第一端为第一支路的第一端，第三二极管的阴极为第一支路的第二端；第六开关器件的第一端为第二支路的第一端，第四二极管的阴极为第二支路的第二端。

优选地，在一个工作周期内的前半周期，第四开关器件以高频脉冲信号触发动作，第五开关器件导通，第二开关器件和第六开关器件关断；在一个工作周期内的后半周期，第二开关器件以高频脉冲信号触发动作，第六开关器件导通，第四开关器件和第五开关器件关断。

可选地，第一开关器件以第四开关器件的触发信号触发，第三开关器件以第二开关器件的触发信号触发；或者，第一开关器件以第五开关器件的触发信号触发，第三开关器件以第六开关器件的触发信号触发。

优选地，所述高频脉冲信号为PWM脉冲信号。

优选地，所述高频脉冲信号为KHz范围内的脉冲信号。

优选地，所述逆变器还包括：

储能元件，连接在所述直流电源的两端。

优选地，所述储能元件为电容。

优选地，所述逆变器还包括：第一电感和第二电感，第一电感的第一端连接第一支路的第二端，第二电感的第一端连接第二支路的第二端，第一电感的第二端和第二电感的第二端分别连接于所述交流负载的两端。

本发明实施例提供的逆变器，可以使续流回路与直流侧完全断开，有效抑制共模漏电流，提高能量转换效率。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些

附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例逆变器的一种电路图；

图2是本发明实施例逆变器的另一种电路图；

图3是本发明实施例逆变器工作过程中各开关器件的一种驱动信号示意图；

图4是本发明实施例逆变器工作过程中各开关器件的另一种驱动信号示意图

图5是图1所示逆变器在图3所示驱动信号下在负载电压正半周期PWM脉冲触发导通时的电流回路示意图；

图6是图1所示逆变器在图3所示驱动信号下在负载电压正半周期PWM脉冲关断时的电流回路示意图；

图7是图1所示逆变器在图3所示驱动信号下在负载电压负半周期PWM脉冲触发导通时的电流回路示意图；

图8是图1所示逆变器在图3所示驱动信号下在负载电压负半周期PWM脉冲关断时的电流回路示意图；

图9是图2所示逆变器在图3所示驱动信号下在负载电压正半周期PWM脉冲触发导通时的电流回路示意图；

图10是图2所示逆变器在图3所示驱动信号下在负载电压正半周期PWM脉冲关断时的电流回路示意图；

图11是图2所示逆变器在图3所示驱动信号下在负载电压负半周期PWM脉冲触发导通时的电流回路示意图；

图12是图2所示逆变器在图3所示驱动信号下在负载电压负半周期PWM脉冲关断时的电流回路示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明实施例的方案，下面结合附图和实施方式对本发明实施例作进一步的详细说明。

本发明实施例的逆变器，包括：六个开关器件和六个二极管，每个开关器件分别具有一第一端和一第二端。其中，第一开关器件、第一二极管和第二开关器件依次串联连接；第三开关器件、第二二极管和第四开关器件依次串联连接；第三二极管和第五开关器件串联形成第一支路；第四二极管和第六开关器件串联形成第二支路；第五开关器件与第五二极管反向并联，第六开关器件与第六二极管反向并联；所述第一支路的第二端和所述第二支路的第二端为所述逆变器的两个输出端。该逆变器在全桥电路的基础上串联了二极管，通过第一二极管和第二二极管起到了续流作用，并配合开关器件的控制时序，能够避免产生共模漏电流，提高能量转换效率。

如图1所示，是本发明实施例逆变器的一种电路图。

该逆变器21将直流电源1输出的直流电压转换成交流电，提供给交流负载3。

逆变器21包括：六个开关器件S1至S6，二极管D1至D4、VD5、VD6。其中：

第一开关器件S1、第一二极管D1和第二开关器件S2依次串联连接；

第三开关器件S3、第二二极管D2和第四开关器件S4依次串联连接；

第一开关器件S1的第一端及第三开关器件S3的第一端分别连接直流电源1的正端；第二开关器件S2的第二端及第四开关器件S4的第二端分别连接直流电源1的负端；

第三二极管D3和第五开关器件S5串联形成第一支路，第一支路的第一端连接第四开关器件S4的第一端及第二二极管D2的阴极，第一支路的第二端连接第一开关器件S1的第二端及第一二极管D1的阳极；

第四二极管D4和第六开关器件S6串联形成第二支路，第二支路的第一端连接第二开关器件S2的第一端及第一二极管D1的阴极，第二支路的第二端连接第三开关器件S3的第二端及第二二极管D2的阳极；

第五开关器件S5与第五二极管VD5反向并联，第六开关器件S6与第六二极管VD6反向并联；

在该实施例中，第三二极管D3和第五开关器件S5的串联方式为：第三二极管D3的阴极与第五开关器件S5的第一端相连，第三二极管的阳极作为第一支路的第一端，第五开关器件的第二端为第一支路的第二端；第四二极管D4和第六开关器件S6的串联方式为：第四二极管D4的阴极与第六开关器件S6的第一端相连，第四二极管D4的阳极作为第一支路的第一端，第六开关器件S6的第二端为第一支路的第二端。也就是说，第五开关器件S5的第二端和第六开关器件S6的第二端作为逆变器21的两个输出端。

该逆变器21还可进一步包括：连接在直流电源1两端的储能器件，该储能器件可以是电容，如图1中所示的电容C。

如图1所示，该逆变器21还可进一步包括：两个电感L1、L2，其中：

第一电感L1的第一端连接第一支路的第二端(即第五开关器件S5的第二端)，第二电感L2的第一端连接第二支路的第二端(即第六开关器件S6的第二端)，第一电感L1的第二端和第二电感L2的第二端分别连接于交流负载3的两端。

上述第一开关器件S1、第二开关器件S2、第三开关器件S3及第四开关器件S4为对称的开关管，比如MOSFET，相应地，上述开关器件的第一端是指MOSFET的D极，第二端是指MOSFET的S极。

上述第一开关器件S1、第二开关器件S2、第三开关器件S3及第四开关器件S4还可以为不带体内二极管的IGBT，相应地，S1至S4的第一端是指集电极，第二端是指发射极。

上述第五开关器件S5和第六开关器件S6可以为IGBT，相应地，第五开关器件S5、第六开关器件S6的第一端是指集电极，第二端是指发射极。在第五开关器件S5和第六开关器件S6为带体内二极管的IGBT的情况下，VD5、VD6分别为第五开关器件S5、第六开关器件S6自带的体内二极管。

上述直流电源1可以是一发电机，比如太阳能发电机。

如图2所示，是本发明实施例逆变器的另一种电路图。

同样，在该实施例中，逆变器22包括：六个开关器件S1至S6，二极管D1至D4、VD5、VD6。

但与图1所示实施例不同的是，在该实施例中，第一支路和第二支路中器件的连接方式不同，具体如下：

第三二极管D3和第五开关器件S5的串联方式为：第三二极管D3的阳极与第五开关器件S5的第二端相连，第五开关器件的第一端为第一支路的第一端，第三二极管的阴极作为第一支路的第二端；第四二极管D4和第六开关器件S6的串联方式为：第四二极管D4的阳极与第六开关器件S6的第二端相连，第六开关器件S6的第一端为第一支路的第一端，第四二极管D4的阴极作为第一支路的第二端。也就是说，第三二极管D3的阴极和第四二极管D4的阴极作为逆变器21的两个输出端。

上述图1和图2所示逆变器的一个工作周期由前半周期和后半周期组成，对应的逆变器在一个工作周期内的工作过程分为两个阶段，分别是负载电压为正时的工作阶段和负载电压为负时的工作阶段。

一个工作周期中，逆变器各开关管的一种驱动信号波形如图3所示，其中，V_ac表示负载上的电压信号。

在第一阶段0～T/2(T表示一个开关周期，即负载电压信号周期)，对应于负载电压为正时的工作阶段，第一开关器件S1和第四开关器件S4以同步的高频脉冲信号触发动作，第五开关器件S5导通，第二开关器件S2、第三开关器件S3和第六开关器件S6关断。

在第二阶段T/2～T，对应于负载电压为负时的工作阶段，第二开关器件S2和第三开关器件S3以同步的高频脉冲信号触发动作，第六开关器件S6导通，第一开关器件S1、第四开关器件S4和第五开关器件S5关断。

上述高频脉冲信号为PWM脉冲信号，比如可以是KHz范围内的脉冲信号。

一个工作周期中，逆变器各开关管的另一种驱动信号波形如图4所示，其中，V_ac表示负载上的电压信号。

在第一阶段0～T/2，对应于负载电压为正时的工作阶段，第四开关器件S4以高频脉冲信号触发动作，第一开关器件S1和第五开关器件S5导通，第二开关器件S2、第三开关器件S3和第六开关器件S6关断。

在第二阶段T/2～T，对应于负载电压为负时的工作阶段，第二开关器件S2以高频脉冲信号触发动作，第三开关器件S3和第六开关器件S6导通，第一开关器件S1、第四开关器件S4和第五开关器件S5关断。

下面以图3所示的驱动方式为例，对图1所示本发明实施例逆变器的工作原理进行详细说明。

为了描述方便，下面先定义以下参数：

V_PV为直流电源的输出电压，V_AO为图中A点与O点的电压，V_BO为图中B点与O点的电压，V_CM为共模电压，i_CM为共模漏电流，C_CM为直流电源1对地寄生电容的容值，即共模电容容值。

在第一阶段0～T/2，对应于负载电压为正时的工作阶段，第一开关器件S1和第四开关器件S4以同步的高频脉冲信号触发动作，第五开关器件S5导通，第二开关器件S2、第三开关器件S3和第六开关器件S6关断。

当第一开关器件S1、第四开关器件S4导通时，开关器件S2、S3关断，第一二极管D1没有电流流过，第六开关器件S6关断，第五开关器件S5虽然有高电平驱动，但由于第五二极管VD5钳位承受极低反压不导通，其电流回路为：PV+→S1→L1→交流负载→L2→D2→S4→PV-，如图5所示。

此时，V_AO＝V_PV，V_BO＝0，逆变器的共模电压为：

V_CM＝(V_AO+V_BO)/2＝(V_PV+0)/2＝V_PV/2 (1)

当第一开关器件S1、第四开关器件S4关断时，第五开关器件S5承受正向电压而导通，此时开关器件S2、S3、S6关断，其电流回路为：L1→交流负载→L2→D2→D3→S5→L1，如图6所示。

此时，V_AO＝V_PV/2，V_BO＝V_PV/2，逆变器的共模电压为：

V_CM＝(V_AO+V_BO)/2＝(V_PV/2+V_PV/2)/2＝V_PV/2 (2)

可见，逆变器在上述第一阶段，共模电压保持不变，为V_PV/2。

当第二开关器件S2、第三开关器件S3开通时，第一开关器件S1和第四开关器件S4关断，第二二极管D2没有电流流过，第五开关器件S5关断，第六开关器件S6虽然有高电平驱动，但由于第六二极管VD6钳位承受极低反压不导通，其电流回路为：PV+→S3→L2→交流负载→L1→D1→S2→PV-，如图7所示。

此时，V_AO＝0，V_BO＝V_PV，共模电压为：

V_CM＝(V_AO+V_BO)/2＝(0+V_PV)/2＝V_PV/2；(3)

当第二开关器件S2、第三开关器件S3关断时，开关器件S6承受正向电压而导通，此时开关器件S1、S4、S5关断，其电流回路为：L2→交流负载→L1→D1→D4→S6→L2，如图8所示。

此时，V_AO＝V_PV/2，V_BO＝V_PV/2，共模电压为：

V_CM＝(V_AO+V_BO)/2＝(V_PV/2+V_PV/2)/2＝V_PV/2 (4)

可见，逆变器在上述第二阶段，共模电压保持不变，为V_PV/2。

由上述对逆变器工作过程的分析可以看出，共模电压V_CM在整个工作过程中始终恒定不变，由共模电压V_CM与共模漏电流i_CM之间的关系(i_CM＝C_CMdV_CM/dt)可知，共模漏电流i_CM始终为零，从而有效抑制了共模电流，提高了逆变器的工作效率。

如果按照图4所示的驱动方式，同样可以得到上述结论，在此不再详细说明。

下面继续以图3所示的调制方式为例，对图2所示本发明实施例逆变器的工作原理进行详细说明。

当第一开关器件S1、第四开关器件S4导通时，开关器件S2、S3关断，第一二极管D1没有电流流过，第六开关器件S6关断，第五开关器件S5虽然有高电平驱动，但由于第五二极管VD5钳位承受极低反压不导通，其电流回路为：PV+→S1→L1→交流负载→L2→D2→S4→PV-，如图9所示。

此时，V_AO＝V_PV，V_BO＝0，逆变器的共模电压为：

V_CM＝(V_AO+V_BO)/2＝(V_PV+0)/2＝V_PV/2 (5)

当第一开关器件S1、第四开关器件S4关断时，第五开关器件S5承受正向电压而导通，此时开关器件S2、S3、S6关断，其电流回路为：L1→交流负载→L2→D2→S5→D3→L1，如图10所示。

此时，V_AO＝V_PV/2，V_BO＝V_PV/2，逆变器的共模电压为：

V_CM＝(V_AO+V_BO)/2＝(V_PV/2+V_PV/2)/2＝V_PV/2 (6)

当第二开关器件S2、第三开关器件S3开通时，第一开关器件S1和第四开关器件S4关断，第二二极管D2没有电流流过，第五开关器件S5关断，第六开关器件S6虽然有高电平驱动，但由于第六二极管VD6钳位承受极低反压不导通，其电流回路为：PV+→S3→L2→交流负载→L1→D1→S2→PV-，如图11所示。

此时，V_AO＝0，V_BO＝V_PV，共模电压为：

V_CM＝(V_AO+V_BO)/2＝(0+V_PV)/2＝V_PV/2；(7)

当第二开关器件S2、第三开关器件S3关断时，开关器件S6承受正向电压而导通，此时开关器件S1、S4、S5关断，其电流回路为：L2→交流负载→L1→D1→S6→D4→L2，如图12所示。

此时，V_AO＝V_PV/2，V_BO＝V_PV/2，共模电压为：

V_CM＝(V_AO+V_BO)/2＝(V_PV/2+V_PV/2)/2＝V_PV/2 (8)

以上对本发明实施例进行了详细介绍，本文中应用了具体实施方式对本发明进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的设备；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims

1.一种逆变器，用于将直流电源输出的直流电转换成交流电，其特征在于，包括：六个开关器件和六个二极管，每个开关器件分别具有一第一端和一第二端；

第一开关器件、第一二极管和第二开关器件依次串联连接；

第三开关器件、第二二极管和第四开关器件依次串联连接；

2.根据权利要求1所述的逆变器，其特征在于：

第三二极管的阳极为第一支路的第一端，第五开关器件的第二端为第一支路的第二端；

第四二极管的阳极为第二支路的第一端，第六开关器件的第二端为第二支路的第二端。

3.根据权利要求1所述的逆变器，其特征在于：

第五开关器件的第一端为第一支路的第一端，第三二极管的阴极为第一支路的第二端；

第六开关器件的第一端为第二支路的第一端，第四二极管的阴极为第二支路的第二端。

4.根据权利要求1至3任一项所述的逆变器，其特征在于，在一个工作周期内的前半周期，第四开关器件以高频脉冲信号触发动作，第五开关器件导通，第二开关器件和第六开关器件关断；在一个工作周期内的后半周期，第二开关器件以高频脉冲信号触发动作，第六开关器件导通，第四开关器件和第五开关器件关断。

5.根据权利要求4所述的逆变器，其特征在于：

第一开关器件以第四开关器件的触发信号触发，第三开关器件以第二开关器件的触发信号触发；或者

第一开关器件以第五开关器件的触发信号触发，第三开关器件以第六开关器件的触发信号触发。

6.根据权利要求4所述的逆变器，其特征在于，所述高频脉冲信号为PWM脉冲信号。

7.根据权利要求4所述的逆变器，其特征在于，所述高频脉冲信号为KHz范围内的脉冲信号。

8.根据权利要求1至3任一项所述的逆变器，其特征在于，所述逆变器还包括：

储能元件，连接在所述直流电源的两端。

9.根据权利要求8所述的逆变器，其特征在于，所述储能元件为电容。

10.根据权利要求1至3任一项所述的逆变器，其特征在于，所述逆变器还包括：第一电感和第二电感，第一电感的第一端连接第一支路的第二端，第二电感的第一端连接第二支路的第二端，第一电感的第二端和第二电感的第二端分别连接于交流负载的两端。