CN102664543A - 全桥并网逆变电路及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种全桥并网逆变电路，包括接于直流输入端的直流电容、由功率开关器件构成的H桥和续流通路、接于交流电网的输出电路、以及控制单元。本发明还提供一种对应的控制方法。本发明可有效抑制共模漏电流，并提高并网逆变器的逆变效率。

Description

全桥并网逆变电路及其控制方法
技术领域
本发明涉及逆变器技术领域，更具体地说，涉及一种全桥并网逆变电路及其控制方法。
背景技术
并网逆变器是一种直流电转变为220伏交流电并输入电网的电子设备。并网逆变器一般分为光伏并网逆变器、风力发电并网逆变器、动力设备并网逆变器和其他发电设备并网逆变器，这些并网逆变器将光伏阵列和风力发电机等产生的再生清洁电能直接转化为与电网同频率、同相位的正弦波交流电馈入电网。
通常并网逆变器标准拓扑为四开关管全桥结构，通过工频隔离变压器或直接并网发电。由于工频隔离变压器增加了系统成本，不利于重量体积优化，且效率较低，因而四开关管全桥拓扑是中小功率并网系统首选方案。
传统的单相全桥并网逆变器在采用双极性调制时，逆变器的转换效率低下；而在采用单极性调制时，相比双极性调制存在较大的共模电压，在没有工频变压器或高频变压器隔离情况下将有可能导致出现较大的共模电流威胁人身安全。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对上述现有单相全桥并网逆变器转换效率低下及可能出现较大共模电流的问题，提供一种全桥并网逆变电路及其控制方法。
本发明解决上述技术问题的技术方案是，提供一种全桥并网逆变电路，包括接于直流输入端的直流电容、由功率开关器件构成的H桥和续流通路、接于交流电网的输出电路、以及控制单元；所述H桥包括第一功率开关器件、第二功率开关器件、第三功率开关器件以及第四功率开关器件，其中所述第一功率开关器件的集电极、第二功率开关器件的集电极分别连接到所述直流电容的正极，第三功率开关器件的发射极、第四功率开关器件的发射极连接到所述直流电容的负极，第二功率开关器件的发射极与第四功率开关器件的集电极连接；所述续流通路包括第五功率开关器件和第六功率开关器件，其中第五功率开关器件的集电极及第六功率开关器件的集电极连接到第一功率开关器件的发射极，且第五功率开关器件的发射极与第三功率开关器件的集电极连接；所述控制单元的输出端分别连接到第一功率开关器件、第二功率开关器件、第三功率开关器件、第四功率开关器件、第五功率开关器件以及第六功率开关器件的基极并输出控制信号。
在本发明所述的全桥并网逆变电路中，所述控制单元在电网电压正半周期时使第六功率开关器件直通，使第一功率开关器件、第四功率开关器件以及第五功率开关器件关断，并使第二功率开关器件及第三功率开关器件以相同的设定频率高频开关。
在本发明所述的全桥并网逆变电路中，所述控制单元在电网电压负半周期时使第五功率开关器件直通，使第二功率开关器件、第三功率开关器件以及第六功率开关器件关断，并使第一功率开关器件及第四功率开关器件以相同的设定频率高频开关。
在本发明所述的全桥并网逆变电路中，所述第五开关器件和第六开关器件分别包括一个三极管以及一个二极管，其中所述二极管的正极接于所述三极管的发射极、负极接于所述三极管的集电极。
在本发明所述的全桥并网逆变电路中，所述第一功率开关器件、第二功率开关器件、第三功率开关器件、第四功率开关器件、第五功率开关器件以及第六功率开关器件分别为绝缘栅双极晶体管、金属氧化物半导体场效应晶体管、晶闸管、可关断晶闸管和集成门极换向晶闸管中的一种。
在本发明所述的全桥并网逆变电路中，所述输出电路包括单电感滤波电路或LCL滤波电路。
本发明还提供一种全桥并网逆变电路的控制方法，其特征在于：包括以下步骤：
在电网电压正半周期时使第六功率开关器件直通，使第一功率开关器件、第四功率开关器件以及第五功率开关器件关断，并使第二功率开关器件及第三功率开关器件以相同的设定频率高频开关；
在电网电压负半周期时使第五功率开关器件直通，使第二功率开关器件、第三功率开关器件以及第六功率开关器件关断，并使第一功率开关器件及第四功率开关器件以相同的设定频率高频开关。
本发明的全桥并网逆变电路及其控制方法具有以下有益效果：可有效抑制直流输入端存在对地分布电容而引起的对地间的共模漏电流及电磁噪声，并减少逆变桥功率开关器件的导通损耗，提高了并网逆变器的逆变效率。
附图说明
图1是本发明全桥并网逆变电路实施例的示意图。
图2是本发明全桥并网逆变电路在电网电压正半周期时的输出电流路径的示意图。
图3是本发明全桥并网逆变电路在电网电压正半周期时的续流电流路径的示意图。
图4是本发明全桥并网逆变电路在电网电压负半周期时的输出电流路径的示意图。
图5是本发明全桥并网逆变电路在电网电压负半周期时的续流电流路径的示意图。
图6是本发明全桥并网逆变电路中控制信号的示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，是本发明全桥并网逆变电路实施例的示意图。在本实施例中，全桥并网逆变电路包括直流电容C1、由功率开关器件构成的H桥和续流通路、输出电路以及控制单元。上述直流电容C1接于直流输入端，输出电路接于交流电网。H桥和续流通路接于直流电容C1和输出电路之间。
上述H桥包括第一功率开关器件S1、第二功率开关器件S2、第三功率开关器件S3以及第四功率开关器件S4，其中第一功率开关器件S1的集电极、第二功率开关器件S2的集电极分别连接到直流电容C1的正极，第三功率开关器件S3的发射极、第四功率开关器件S4的发射极连接到直流电容C1的负极，第二功率开关器件S2的发射极与第四功率开关器件S4的集电极连接。
续流通路包括第五功率开关器件S5和第六功率开关器件S6，其中第五功率开关器件S5的集电极及第六功率开关器件S6的集电极连接到第一功率开关器件S1的发射极，且第五功率开关器件S5的发射极与第三功率开关器件S3的集电极连接。
在上述的全桥并网逆变电路中，第五开关器件S5和第六开关器件S6分别包括一个三极管以及一个二极管，其中二极管的正极接于各自三极管的发射极、负极接于各自三极管的集电极。
控制单元的输出端分别连接到第一功率开关器件S1、第二功率开关器件S2、第三功率开关器件S3、第四功率开关器件S4、第五功率开关器件S5以及第六功率开关器件S6的基极并输出控制信号。如图6所示，是控制单元向各个功率开关器件的基极输出的控制信号的示意图，其中0-180°为电网电压正半周期的控制信号，180-360°为电网电压负半周期的控制信号，高电平为导通，低电平为关断。
控制单元在电网电压正半周期时，使第六功率开关器件S6直通，使第一功率开关器件S1、第四功率开关器件S4以及第五功率开关器件S5关断，并使第二功率开关器件S2及第三功率开关器件S3以相同的设定频率高频开关。在第二功率开关器件S2、第三功率开关器件S3导通时，输入电源经第二功率开关器件S2、第一滤波电感L1、交流电网、第二滤波电感L2、第三功率开关器件S3构成供电回路向电网供电，如图2所示；在第二功率开关器件S2、第三功率开关器件S3关断时，并网电流经第五功率开关器件S5的体内二极管、第六功率开关器件S6、第一滤波电感L1、交流电网、第二滤波电感L2构成续流回路维持并网电流，如图3所示。
上述控制单元在电网电压负半周期时，使第五功率开关器件S5直通，使第二功率开关器件S2、第三功率开关器件S3以及第六功率开关器件S6关断，并使第一功率开关器件S1及第四功率开关器件S4以相同的设定频率高频开关。在第一功率开关器件S1、第四功率开关器件S4导通时，输入电源经功率开关器件S1、第五功率开关器件S5、第二滤波电感L2、交流电网、第一滤波电感L1、第四功率开关器件S4构成供电回路向电网供电，如图4所示；在第一功率开关器件S1、第四功率开关器件S4关断时，并网电流经第六功率开关器件S6的体内二极管、第五功率开关器件S5、第二滤波电感L2、交流电网、第一滤波电感L1构成续流回路维持并网电流，如图5所示。
在上述的全桥并网逆变电路中，第一功率开关器件S1、第二功率开关器件S2、第三功率开关器件S3、第四功率开关器件S4、第五功率开关器件S5以及第六功率开关器件S6可分别采用绝缘栅双极晶体管、金属氧化物半导体场效应晶体管、晶闸管、可关断晶闸管和集成门极换向晶闸管中的一种。
此外，上述述输出电路可包括单电感滤波电路或LCL滤波电路等。
本发明还提供一种上述全桥并网逆变电路的控制方法，包括以下步骤：
在电网电压正半周期时使第六功率开关器件直通，使第一功率开关器件、第四功率开关器件以及第五功率开关器件关断，并使第二功率开关器件及第三功率开关器件以相同的设定频率高频开关；
在电网电压负半周期时使第五功率开关器件直通，使第二功率开关器件、第三功率开关器件以及第六功率开关器件关断，并使第一功率开关器件及第四功率开关器件以相同的设定频率高频开关。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种全桥并网逆变电路，其特征在于：包括接于直流输入端的直流电容、由功率开关器件构成的H桥和续流通路、接于交流电网的输出电路、以及控制单元；所述H桥包括第一功率开关器件、第二功率开关器件、第三功率开关器件以及第四功率开关器件，其中所述第一功率开关器件的集电极、第二功率开关器件的集电极分别连接到所述直流电容的正极，第三功率开关器件的发射极、第四功率开关器件的发射极连接到所述直流电容的负极，第二功率开关器件的发射极与第四功率开关器件的集电极连接；所述续流通路包括第五功率开关器件和第六功率开关器件，其中第五功率开关器件的集电极及第六功率开关器件的集电极连接到第一功率开关器件的发射极，且第五功率开关器件的发射极与第三功率开关器件的集电极连接；所述控制单元的输出端分别连接到第一功率开关器件、第二功率开关器件、第三功率开关器件、第四功率开关器件、第五功率开关器件以及第六功率开关器件的基极并输出控制信号。
2.根据权利要求1所述的全桥并网逆变电路，其特征在于：所述控制单元在电网电压正半周期时使第六功率开关器件直通，使第一功率开关器件、第四功率开关器件以及第五功率开关器件关断，并使第二功率开关器件及第三功率开关器件以相同的设定频率高频开关。
3.根据权利要求1所述的全桥并网逆变电路，其特征在于：所述控制单元在电网电压负半周期时使第五功率开关器件直通，使第二功率开关器件、第三功率开关器件以及第六功率开关器件关断，并使第一功率开关器件及第四功率开关器件以相同的设定频率高频开关。
4.根据权利要求2或3所述的全桥并网逆变电路，其特征在于：所述第五开关器件和第六开关器件分别包括一个三极管以及一个二极管，其中所述二极管的正极接于所述三极管的发射极、负极接于所述三极管的集电极。
5.根据权利要求1所述的全桥并网逆变电路，其特征在于：所述第一功率开关器件、第二功率开关器件、第三功率开关器件、第四功率开关器件、第五功率开关器件以及第六功率开关器件分别为绝缘栅双极晶体管、金属氧化物半导体场效应晶体管、晶闸管、可关断晶闸管和集成门极换向晶闸管中的一种。
6.根据权利要求1所述的全桥并网逆变电路，其特征在于：所述输出电路包括单电感滤波电路或LCL滤波电路。
7.一种如权利要求1所述的全桥并网逆变电路的控制方法，其特征在于：包括以下步骤：
在电网电压正半周期时使第六功率开关器件直通，使第一功率开关器件、第四功率开关器件以及第五功率开关器件关断，并使第二功率开关器件及第三功率开关器件以相同的设定频率高频开关；
在电网电压负半周期时使第五功率开关器件直通，使第二功率开关器件、第三功率开关器件以及第六功率开关器件关断，并使第一功率开关器件及第四功率开关器件以相同的设定频率高频开关。
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