CN103312206A

CN103312206A - 一种高效逆变器

Info

Publication number: CN103312206A
Application number: CN 201310276039
Authority: CN
Inventors: 游永亮; 邵玉泽; 钟志兵
Original assignee: TAIZHOU FULING ELECTRICAL CO Ltd
Current assignee: Shenzhen Mao Shuo Amperex Technology Ltd.
Priority date: 2013-07-01
Filing date: 2013-07-01
Publication date: 2013-09-18

Abstract

本发明提供了一种高效逆变器，属于逆变器技术领域。它解决了现有的逆变器电路复杂且直流电磁干扰大的问题。本高效逆变器，包括直流电源Vdc，交流电源Vac，六个开关管S1、S2、S3、S4、S5、S6，两个二极管D1、D2，两个滤波电感L1、L2，微控制器MCU，开关管S1、S2、S3、S4各自的控制端通过调制电路与上述的微控制器上的高频脉冲信号输出端相连接，开关管S5和S6分别与微控制器MCU上的工频脉冲信号输出端相连接。本高效逆变器具有电路简单、效率高且直流电磁干扰小的优点。

Description

一种高效逆变器

技术领域

本发明属于逆变器技术领域，涉及一种高效逆变器。

背景技术

逆变器是一种电能转换装置，主要实现由直流到交流的能量转换。并网逆变器包括光伏并网逆变器、风能并网逆变器、燃料电池并网逆变器等。并网逆变器能将可再生能源产生的能量高效能的转换为可并接至市电的与市电同频率、同相位的交流电。

逆变器按其电路形式来划分可分为半桥逆变电源及全桥逆变电源。其中全桥逆变电源的控制方式有两种：单极性SPWM调制和双极性SPWM调制。但这两种控制方式均存在着一些问题：

1、双极性SPWM调制：其同一桥臂的两个开关管互补驱动，由于开关管导通、截止特性的不一致性以及死区时间的控制电路参数的不一致，可能导致同一桥臂的两个开关管同时导通，进而导致开关管损坏，造成逆变器不能正常工作；

2、单极性SPWM控制：在市电负半周都只有一个开关管作高频切换，导致输出电感的利用率下降，进而降低了逆变器电源的效率；同时该控制方式会导致DC端的电磁干扰问题相当突出。

发明内容

本发明的目的是针对现有的技术存在上述问题，提出了一种电路简单、效率高且直流电磁干扰小的高效逆变器。

本发明的目的可通过下列技术方案来实现：一种高效逆变器，包括直流电源Vdc和交流电源Vac，其特征在于：该高效逆变器还包括：六个开关管S1、S2、S3、S4、S5、S6，两个二极管D1、D2，两个滤波电感L1、L2，微控制器MCU，所述的直流电源Vdc的正、负两端连接有滤波电容C1，开关管S1和S2的电流输入端与直流电源Vdc的正极相连，开关管S1的电流输出端同时与开关管S3的输入端、开关管S6的输入端、二极管D2的阴极以及滤波电感L1相连，开关管S2的电流输出端同时与开关管S5的输入端、二极管D1的阴极和滤波电感L2相连，开关管S3和S4的电流输出端与直流电源Vdc的负极相连，开关管S6的输出端与开关管S5的输出端、二极管D1的阳极、二极管D2的阳极以及开关管S4的输入端相连接，所述的滤波电感L1和L2的另一端之间连接交流电源Vac，所述开关管S1、S2、S3、S4各自的控制端通过调制电路与上述的微控制器上的高频脉冲信号输出端相连接，所述的开关管S5和S6分别与微控制器MCU上的工频脉冲信号输出端相连接。

滤波电容C1用于降低逆变器环节的输入纹波。直流电源Vdc为直流能量产生装置，如：太阳能电池板，风能，燃料电池等。调制电路用于将微控制器MCU输出的高频脉冲信号与正弦信号调制成用于驱动所述的四个开关管S1、S2、S3和S4的高频触发信号；正弦信号与交流电源Vac上的交流电源同频率且同相位。

在上述的一种高效逆变器中，所述的开关管S1和S4的控制端分别经调制电路与微控制器MCU的第一高频脉冲信号输出端相连接，所述开关管S2和S3的控制端分别经调制电路与微控制器MCU的第二高频脉冲信号输出端相连接，所述的开关管S5和S6分别与微控制器MCU的两个工频脉冲信号输出端相连。

工作时，在输出为正半周时，微控制器MCU使S5在整个正半周开通，同时使S2、S3、S6截止，并使S1、S4在高频同步下开关工作，使L1、L2外侧输出交流电源的正半周；当输出为负半周时，微控制器MCU使S6在整个负半周开通，同时使S1、S4、S5截止，并使S2、S3在高频同步下开关工作，使L1、L2外侧输出交流电源的负半周；如此周而复始。

在上述的一种高效逆变器中，所述的滤波电感L1和L2的外侧端输出交流电源Vac之正半周期间，开关管S5在整个正半周开通；当开关管S1和S4的高频触发信号为高电平，开关管S1和S4导通，直流电源Vdc的正极、开关管S1、滤波电感L1、输出交流电源Vac、滤波电感L2、开关管S5、开关管S4和直流电源Vdc负极依次构成电流回路；当开关管S1和S4的高频触发信号为低电平时，开关管S5、二极管D2、滤波电感L1、输出交流电源Vac和滤波电感L2构成续流回路。

在上述的一种高效逆变器中，所述的滤波电感L1和L2的外侧端输出交流电源Vac之负半周期间，开关管S6在整个负半周开通；当开关管S2和S3高频触发信号为高电平时，开关管S2和S3导通，直流电源Vdc的正极、开关管S2、滤波电感L2、输出交流电源Vac、滤波电感L1、开关管S3和直流电源Vdc负极依次构成电流回路；当开关管S2和S3的高频触发信号为低电平时，开关管S6、二极管D1、滤波电感L2、输出交流电源Vac和滤波电感L1构成续流回路。

与现有技术相比，本高效逆变器具有如下几个优点：

1、本发明的高效逆变器相对与传统全桥电路，在其中一个桥臂上增加了一个开关管，并在桥臂之间增加一个开关管，使得无论在正半周或负半周，两个电感同时工作，在提高电感利用率的同时，改善了DC的电磁干扰问题；

2、由于续流装置的引入，使得储能装置滤波电容C1不参与续流过程，图1中的A、B两点的电位在续流过程中电位保持基本相等，且逆变状态与续流状态A、B两点电位变化量较小，这就降低了DC电磁干扰问题；

3、本发明中的逆变装置采用的四个开关管皆作高频切换，这使得无论在正负半周，两个滤波电感L1、L2的内侧接线端的电位都呈高频脉冲，其外侧接线端为市电，这提高了滤波电感的利用率；

4、本发明引入了续流回路，使得续流回路变短，从而降低损耗提升了效率，在市电正负半周都会有两个开关管做高频切换，相应的开关管与二极管做续流，在市电正负半周会有一个低频开关管管参与能量转换；

5、由于主开关管高频转换的电压为Vdc的一半，主开关管的开关损耗降低，进而提升了整机效率。

附图说明

图1为本高效逆变器电路结构示意图；

图2为本高效逆变器工作时各部件上的波形图；

图3为本高效逆变器输出正半周交流电时的电流回路图；

图4为本高效逆变器输出正半周交流电时的续流回路图；

图5为本高效逆变器输出负半周交流电时的电流回路图；

图6为本高效逆变器输出负半周交流电时的续流回路图。

具体实施方式

以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。

如图1所示，本高效逆变器中，直流电源Vdc的正、负两端连接有滤波电容C1，开关管S1和S2的电流输入端与直流电源Vdc的正极相连，开关管S1的电流输出端同时与开关管S3的输入端、开关管S6的输入端、二极管D2的阴极以及滤波电感L1相连，开关管S2的电流输出端同时与开关管S5的输入端、二极管D1的阴极和滤波电感L2相连，开关管S3和S4的电流输出端与直流电源Vdc的负极相连，开关管S6的输出端与开关管S5的输出端、二极管D1的阳极、二极管D2的阳极以及开关管S4的输入端相连接，滤波电感L1和L2的另一端之间连接交流电源Vac。本实施例中的开关管为晶体管。

开关管S1和S4的控制端分别经调制电路与微控制器MCU的第一高频脉冲信号输出端相连接，开关管S2和S3的控制端分别经调制电路与微控制器MCU的第二高频脉冲信号输出端相连接，开关管S5和S6分别与微控制器MCU的两个工频脉冲信号输出端相连。

如图2所示，工作时，在输出为正半周时，微控制器MCU使S5在整个正半周开通，同时使S2、S3、S6截止，并使S1、S4在高频同步下开关工作，使L1、L2外侧输出交流电源的正半周；当输出为负半周时，微控制器MCU使S6在整个负半周开通，同时使S1、S4、S5截止，并使S2、S3在高频同步下开关工作，使L1、L2外侧输出交流电源的负半周；如此周而复始。

滤波电感L1和L2的外侧端输出交流电源Vac之正半周期间，开关管S5在整个正半周开通；当开关管S1和S4的高频触发信号为高电平，开关管S1和S4导通，直流电源Vdc的正极、开关管S1、滤波电感L1、输出交流电源Vac、滤波电感L2、开关管S5、开关管S4和直流电源Vdc负极依次构成电流回路，如图3所示；当开关管S1和S4的高频触发信号为低电平时，开关管S5、二极管D2、滤波电感L1、输出交流电源Vac和滤波电感L2构成续流回路，如图4所示。

滤波电感L1和L2的外侧端输出交流电源Vac之负半周期间，开关管S6在整个负半周开通；当开关管S2和S3高频触发信号为高电平时，开关管S2和S3导通，直流电源Vdc的正极、开关管S2、滤波电感L2、输出交流电源Vac、滤波电感L1、开关管S3和直流电源Vdc负极依次构成电流回路，如图5所示；当开关管S2和S3的高频触发信号为低电平时，开关管S6、二极管D1、滤波电感L2、输出交流电源Vac和滤波电感L1构成续流回路，如图6所示。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims

1.一种高效逆变器，包括直流电源Vdc和交流电源Vac，其特征在于：该高效逆变器还包括：六个开关管S1、S2、S3、S4、S5、S6，两个二极管D1、D2，两个滤波电感L1、L2，微控制器MCU，所述的直流电源Vdc的正、负两端连接有滤波电容C1，开关管S1和S2的电流输入端与直流电源Vdc的正极相连，开关管S1的电流输出端同时与开关管S3的输入端、开关管S6的输入端、二极管D2的阴极以及滤波电感L1相连，开关管S2的电流输出端同时与开关管S5的输入端、二极管D1的阴极和滤波电感L2相连，开关管S3和S4的电流输出端与直流电源Vdc的负极相连，开关管S6的输出端与开关管S5的输出端、二极管D1的阳极、二极管D2的阳极以及开关管S4的输入端相连接，所述的滤波电感L1和L2的另一端之间连接交流电源Vac，所述开关管S1、S2、S3、S4各自的控制端通过调制电路与上述的微控制器上的高频脉冲信号输出端相连接，所述的开关管S5和S6分别与微控制器MCU上的工频脉冲信号输出端相连接。

2.根据权利要求1所述的一种高效逆变器，其特征在于，所述的开关管S1和S4的控制端分别经调制电路与微控制器MCU的第一高频脉冲信号输出端相连接，所述开关管S2和S3的控制端分别经调制电路与微控制器MCU的第二高频脉冲信号输出端相连接，所述的开关管S5和S6分别与微控制器MCU的两个工频脉冲信号输出端相连。

3.根据权利要求1或2所述的一种高效逆变器，其特征在于，所述的滤波电感L1和L2的外侧端输出交流电源Vac之正半周期间，开关管S5在整个正半周开通；当开关管S1和S4的高频触发信号为高电平，开关管S1和S4导通，直流电源Vdc的正极、开关管S1、滤波电感L1、输出交流电源Vac、滤波电感L2、开关管S5、开关管S4和直流电源Vdc负极依次构成电流回路；当开关管S1和S4的高频触发信号为低电平时，开关管S5、二极管D2、滤波电感L1、输出交流电源Vac和滤波电感L2构成续流回路。

4.根据权利要求1或2所述的一种高效逆变器，其特征在于，所述的滤波电感L1和L2的外侧端输出交流电源Vac之负半周期间，开关管S6在整个负半周开通；当开关管S2和S3高频触发信号为高电平时，开关管S2和S3导通，直流电源Vdc的正极、开关管S2、滤波电感L2、输出交流电源Vac、滤波电感L1、开关管S3和直流电源Vdc负极依次构成电流回路；当开关管S2和S3的高频触发信号为低电平时，开关管S6、二极管D1、滤波电感L2、输出交流电源Vac和滤波电感L1构成续流回路。