CN105186912B - 一种两级式非隔离全桥并网逆变器 - Google Patents

一种两级式非隔离全桥并网逆变器 Download PDF

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CN105186912B CN201510629033.7A CN201510629033A CN105186912B CN 105186912 B CN105186912 B CN 105186912B CN 201510629033 A CN201510629033 A CN 201510629033A CN 105186912 B CN105186912 B CN 105186912B
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Abstract

本发明公开了一种两级式非隔离全桥并网逆变器，包括第一直流母线电容、第二直流母线电容、直流功率变换电路、第一至第六功率开关管、第一至第四功率二极管、第一、第二滤波电感和滤波电容。其中，功率开关管和功率二极管存在多种结构和连接方式。其特点是：部分功率开关管和功率二极管采用串联形式，使得功率器件的电压应力仅等于第一直流母线电容电压或等于第二直流母线电容电压。本发明降低了功率开关管和功率二极管的电压应力，从而降低了成本并提高了效率，解决了现有技术问题。

Description

一种两级式非隔离全桥并网逆变器
技术领域
本发明涉及一种两级式非隔离全桥并网逆变器，属于电力电子变换器技术领域。
背景技术
随着能源危机和环境污染问题日益严重，太阳能、风能、燃料电池等新能源发电技术成为世界各国关注和研究的热点。新能源发电系统按照是否与公共电网相连，分为并网运行和独立运行两种方式。其中，并网运行是新能源发电应用最普遍的方式，而并网逆变器作为新能源并网系统中的关键部件，提高其变换效率具有重要意义。
传统的两级式光伏并网逆变器，光伏组件串输出的功率需要全部经过直流变换器升压，再经并网逆变器送入电网。因此，光伏组件串输出的所有功率均需经过两级变换。针对上述问题，中国发明专利“CN104638971”提出在光伏组件串输出端引入直流旁路支路，当光伏组件串输出电压大于电网电压绝对值的瞬时值时，光伏组件串的输出功率通过直流旁路支路和并网逆变器送入电网，减小了功率变换级数。但是，该方法需要两个直流母线电容支路，且第二直流母线电容耐压需大于电网电压的峰值。另一方面，该方案中的并网逆变器拓扑为传统桥式逆变器，故采用单极性SPWM调制时，存在漏电流的问题，且桥式逆变器的器件电压应力为第二直流母线电容电压。
因此，有必要研究一种直流母线电容电压应力低、功率器件电压应力低，且具有低漏电流的全桥并网逆变器。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种两级式非隔离全桥并网逆变器。
为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：
一种两级式非隔离全桥并网逆变器，其特征在于：包括第一直流母线电容（C dc1）、第二直流母线电容（C dc2）、直流功率变换电路（1）、第一功率开关管（S 1）、第二功率开关管（S 2）、第三功率开关管（S 3）、第四功率开关管（S 4）、第五功率开关管（S 5）、第六功率开关管（S 6）、第一功率二极管（D 1）、第二功率二极管（D 2）、第三功率二极管（D 3）、第四功率二极管（D 4）、第一滤波电感（L f1）、第二滤波电感（L f2）和滤波电容（C f）；
所述第一直流母线电容（C dc1）的正极分别与光伏组件串（U PV）的正输出端、第二直流母线电容（C dc2）的负极、直流功率变换电路（1）的第一连接端、第五功率开关管（S 5）的漏极和第六功率开关管（S 6）的漏极连接；所述第一直流母线电容（C dc1）的负极分别与光伏组件串（U PV）的负输出端、直流功率变换电路（1）的第二连接端、第一功率二极管（D 1）的阳极、第二功率二极管（D 2）的阳极、第三功率开关管（S 3）的源极和第四功率开关管（S 4）的源极连接；
所述第二直流母线电容（C dc2）的正极分别与直流功率变换电路（1）的第三连接端、第一功率开关管（S 1）的漏极和第二功率开关管（S 2）的漏极连接；
所述第一功率开关管（S 1）的源极分别与第三功率二极管（D 3）的阴极和第一滤波电感（L f1）的一端连接；
所述第二功率开关管（S 2）的源极分别与第四功率二极管（D 4）的阴极和第二滤波电感（L f2）的一端连接；
所述第三功率二极管（D 3）的阳极分别与第一功率二极管（D 1）的阴极和第五功率开关管（S 5）的源极连接；
所述第四功率二极管（D 4）的阳极分别与第二功率二极管（D 2）的阴极和第六功率开关管（S 6）的源极连接；
所述第一滤波电感（L f1）的另一端分别与第三功率开关管（S 3）的漏极、滤波电容（C f）的一端和电网（u g）的一端连接；
所述第二滤波电感（L f2）的另一端分别与第四功率开关管（S 4）的漏极、滤波电容（C f）的另一端和电网（u g）的另一端连接。
所述直流功率变换电路（1）为非隔离升压变换电路，输出电压和输入电压同极性。
所述直流功率变换电路（1）包括储能电感（L B），第七功率开关管（S 7）和第五功率二极管（D 5）；
所述储能电感（L B）的一端作为直流功率变换电路（1）的第一连接端；
所述第七功率开关管（S 7）的源极作为直流功率变换电路（1）的第二连接端；
所述第五功率二极管（D 5）阴极作为直流功率变换电路（1）的第三连接端；所述第五功率二极管（D 5）的阳极分别与储能电感（L B）的另一端和第七功率开关管（S 7）的漏极连接。
一种两级式非隔离全桥并网逆变器，其特征在于：包括第一直流母线电容（C dc1）、第二直流母线电容（C dc2）、直流功率变换电路（1）、第一功率开关管（S 1）、第二功率开关管（S 2）、第三功率开关管（S 3）、第四功率开关管（S 4）、第五功率开关管（S 5）、第六功率开关管（S 6）、第一功率二极管（D 1）、第二功率二极管（D 2）、第三功率二极管（D 3）、第四功率二极管（D 4）、第一滤波电感（L f1）、第二滤波电感（L f2）和滤波电容（C f）；
所述第一直流母线电容（C dc1）的正极分别与光伏组件串（U PV）的正输出端、第二直流母线电容（C dc2）的负极、直流功率变换电路（1）的第一连接端、第三功率二极管（D 3）的阳极和第四功率二极管（D 4）的阳极连接；所述第一直流母线电容（C dc1）的负极分别与光伏组件串（U PV）的负输出端、直流功率变换电路（1）的第二连接端、第一功率二极管（D 1）的阳极、第二功率二极管（D 2）的阳极、第三功率开关管（S 3）的源极和第四功率开关管（S 4）的源极连接；
所述第二直流母线电容（C dc2）的正极分别与直流功率变换电路（1）的第三连接端、第一功率开关管（S 1）的漏极和第二功率开关管（S 2）的漏极连接；
所述第一功率开关管（S 1）的源极分别与第三功率二极管（D 3）的阴极和第五功率开关管（S 5）的漏极连接；
所述第二功率开关管（S 2）的源极分别与第四功率二极管（D 4）的阴极和第六功率开关管（S 6）的漏极连接；
所述第五功率开关管（S 5）的源极分别与第一功率二极管（D 1）的阴极和第一滤波电感（L f1）的一端连接；
所述第六功率开关管（S 6）的源极分别与第二功率二极管（D 2）的阴极和第二滤波电感（L f2）的一端连接；
所述第一滤波电感（L f1）的另一端分别与第三功率开关管（S 3）的漏极、滤波电容（C f）的一端和电网（u g）的一端连接；
所述第二滤波电感（L f2）的另一端分别与第四功率开关管（S 4）的漏极、滤波电容（C f）的另一端和电网（u g）的另一端连接。
所述直流功率变换电路（1）为非隔离升压变换电路，输出电压和输入电压同极性。
所述直流功率变换电路（1）包括储能电感（L B），第七功率开关管（S 7）和第五功率二极管（D 5）；
所述储能电感（L B）的一端作为直流功率变换电路（1）的第一连接端；
所述第七功率开关管（S 7）的源极作为直流功率变换电路（1）的第二连接端；
所述第五功率二极管（D 5）阴极作为直流功率变换电路（1）的第三连接端；所述第五功率二极管（D 5）的阳极分别与储能电感（L B）的另一端和第七功率开关管（S 7）的漏极连接。
一种两级式非隔离全桥并网逆变器，其特征在于：包括第一直流母线电容（C dc1）、第二直流母线电容（C dc2）、直流功率变换电路（1）、第一功率开关管（S 1）、第二功率开关管（S 2）、第三功率开关管（S 3）、第四功率开关管（S 4）、第五功率开关管（S 5）、第六功率开关管（S 6）、第一功率二极管（D 1）、第二功率二极管（D 2）、第三功率二极管（D 3）、第四功率二极管（D 4）、第一滤波电感（L f1）、第二滤波电感（L f2）和滤波电容（C f）；
所述第一直流母线电容（C dc1）的正极分别与光伏组件串（U PV）的正输出端、直流功率变换电路（1）的第一连接端、第一功率二极管（D 1）的阴极、第二功率二极管（D 2）的阴极、第三功率开关管（S 3）的漏极和第四功率开关管（S 4）的漏极连接；所述第一直流母线电容（C dc1）的负极分别与光伏组件串（U PV）的负输出端、直流功率变换电路（1）的第二连接端、第二直流母线电容（C dc2）的正极、第五功率开关管（S 5）的源极和第六功率开关管（S 6）的源极连接；
所述第二直流母线电容（C dc2）的负极分别与直流功率变换电路（1）的第三连接端、第一功率开关管（S 1）的源极和第二功率开关管（S 2）的源极连接；
所述第一功率开关管（S 1）的漏极分别与第三功率二极管（D 3）的阳极和第一滤波电感（L f1）的一端连接；
所述第二功率开关管（S 2）的漏极分别与第四功率二极管（D 4）的阳极和第二滤波电感（L f2）的一端连接；
所述第三功率二极管（D 3）的阴极分别与第五功率开关管（S 5）的漏极和第一功率二极管（D 1）的阳极连接；
所述第四功率二极管（D 4）的阴极分别与第六功率开关管（S 6）的漏极和第二功率二极管（D 2）的阳极连接；
所述第一滤波电感（L f1）的另一端分别与第三功率开关管（S 3）的源极、滤波电容（C f）的一端和电网（u g）的一端连接；
所述第二滤波电感（L f2）的另一端分别与第四功率开关管（S 4）的源极、滤波电容（C f）的另一端和电网（u g）的另一端连接。
所述直流功率变换电路（1）为非隔离升降压变换电路，输出电压和输入电压反极性。
所述直流功率变换电路（1）包括储能电感（L B），第七功率开关管（S 7）和第五功率二极管（D 5）；
所述第七功率开关管（S 7）的漏极作为直流功率变换电路（1）的第一连接端；
所述储能电感（L B）的一端作为直流功率变换电路（1）的第二连接端；
所述第五功率二极管（D 5）阳极作为直流功率变换电路（1）的第三连接端；所述第五功率二极管（D 5）的阴极分别与储能电感（L B）的另一端和第七功率开关管（S 7）的源极连接。
一种两级式非隔离全桥并网逆变器，其特征在于：包括第一直流母线电容（C dc1）、第二直流母线电容（C dc2）、直流功率变换电路（1）、第一功率开关管（S 1）、第二功率开关管（S 2）、第三功率开关管（S 3）、第四功率开关管（S 4）、第五功率开关管（S 5）、第六功率开关管（S 6）、第一功率二极管（D 1）、第二功率二极管（D 2）、第三功率二极管（D 3）、第四功率二极管（D 4）、第一滤波电感（L f1）、第二滤波电感（L f2）和滤波电容（C f）；
所述第一直流母线电容（C dc1）的正极分别与光伏组件串（U PV）的正输出端、直流功率变换电路（1）的第一连接端、第一功率二极管（D 1）的阴极、第二功率二极管（D 2）的阴极、第三功率开关管（S 3）的漏极和第四功率开关管（S 4）的漏极连接；所述第一直流母线电容（C dc1）的负极分别与光伏组件串（U PV）的负输出端、直流功率变换电路（1）的第二连接端、第二直流母线电容（C dc2）的正极、第三功率二极管（D 3）的阴极和第四功率二极管（D 4）的阴极连接；
所述第二直流母线电容（C dc2）的负极分别与直流功率变换电路（1）的第三连接端、第一功率开关管（S 1）的源极和第二功率开关管（S 2）的源极连接；
所述第一功率开关管（S 1）的漏极分别与第三功率二极管（D 3）的阳极和第五功率开关管（S 5）的源极连接；
所述第二功率开关管（S 2）的漏极分别与第四功率二极管（D 4）的阳极和第六功率开关管（S 6）的源极连接；
所述第五功率开关管（S 5）的漏极分别与第一功率二极管（D 1）的阳极和第一滤波电感（L f1）的一端连接；
所述第六功率开关管（S 6）的漏极分别与第二功率二极管（D 2）的阳极和第二滤波电感（L f2）的一端连接；
所述第一滤波电感（L f1）的另一端分别与第三功率开关管（S 3）的源极、滤波电容（C f）的一端和电网（u g）的一端连接；
所述第二滤波电感（L f2）的另一端分别与第四功率开关管（S 4）的源极、滤波电容（C f）的另一端和电网（u g）的另一端连接。
所述直流功率变换电路（1）为非隔离升降压变换电路，输出电压和输入电压反极性。
所述直流功率变换电路（1）包括储能电感（L B），第七功率开关管（S 7）和第五功率二极管（D 5）；
所述第七功率开关管（S 7）的漏极作为直流功率变换电路（1）的第一连接端；
所述储能电感（L B）的一端作为直流功率变换电路（1）的第二连接端；
所述第五功率二极管（D 5）阳极作为直流功率变换电路（1）的第三连接端；所述第五功率二极管（D 5）的阴极分别与储能电感（L B）的另一端和第七功率开关管（S 7）的源极连接。
本发明所达到的有益效果：1、本发明的两级式非隔离全桥并网逆变器直流母线电容电压应力低，成本低；2、本发明的两级式非隔离全桥并网逆变器采用功率器件串联结构，降低了功率器件的电压应力；3、本发明的两级式非隔离全桥并网逆变器仅有部分功率经过直流功率变换电路，功率变换级数少、功率损耗小；4、本发明的两级式非隔离全桥并网逆变器共模电压变化频率低，具有低漏电流的特征；5、本发明的两级式非隔离全桥并网逆变器采用双降压式拓扑，不存在桥臂直通隐患，可靠性高；6、本发明的两级式非隔离全桥并网逆变器由独立二极管续流，故功率开关管可采用功率MOSFET，有利于提高并网逆变器的变换效率。
附图说明
图1为本发明的两级式非隔离全桥并网逆变器电路拓扑实施例一。
图2为本发明的两级式非隔离全桥并网逆变器电路拓扑实施例二。
图3为实施例二中直流功率变换电路采用Boost电路拓扑实施例。
图4为实施例一和实施例二的驱动原理波形。
图5为本发明的两级式非隔离全桥并网逆变器电路拓扑实施例三。
图6为本发明的两级式非隔离全桥并网逆变器电路拓扑实施例四。
图7为实施例四中直流功率变换电路采用Buck-Boost电路拓扑实施例。
图8为实施例三和实施例四的驱动原理波形。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
图1是两级式非隔离全桥并网逆变器电路实施例一，包括第一直流母线电容C dc1、第二直流母线电容C dc2、直流功率变换电路1、第一功率开关管S 1、第二功率开关管S 2、第三功率开关管S 3、第四功率开关管S 4、第五功率开关管S 5、第六功率开关管S 6、第一功率二极管D 1、第二功率二极管D 2、第三功率二极管D 3、第四功率二极管D 4、第一滤波电感L f1、第二滤波电感L f2和滤波电容C f；
所述第一直流母线电容C dc1的正极分别与光伏组件串U PV的正输出端、第二直流母线电容C dc2的负极、直流功率变换电路1的第一连接端、第五功率开关管S 5的漏极和第六功率开关管S 6的漏极连接；所述第一直流母线电容C dc1的负极分别与光伏组件串U PV的负输出端、直流功率变换电路1的第二连接端、第一功率二极管D 1的阳极、第二功率二极管D 2的阳极、第三功率开关管S 3的源极和第四功率开关管S 4的源极连接；
所述第二直流母线电容C dc2的正极分别与直流功率变换电路1的第三连接端、第一功率开关管S 1的漏极和第二功率开关管S 2的漏极连接；
所述第一功率开关管S 1的源极分别与第三功率二极管D 3的阴极和第一滤波电感L f1的一端连接；
所述第二功率开关管S 2的源极分别与第四功率二极管D 4的阴极和第二滤波电感L f2的一端连接；
所述第三功率二极管D 3的阳极分别与第一功率二极管D 1的阴极和第五功率开关管S 5的源极连接；
所述第四功率二极管D 4的阳极分别与第二功率二极管D 2的阴极和第六功率开关管S 6的源极连接；
所述第一滤波电感L f1的另一端分别与第三功率开关管S 3的漏极、滤波电容C f的一端和电网u g的一端连接；
所述第二滤波电感L f2的另一端分别与第四功率开关管S 4的漏极、滤波电容C f的另一端和电网u g的另一端连接。
实施例一所述的两级式非隔离全桥并网逆变器，包含六种工作模态：
模态一：第一功率开关管S 1、第四功率开关管S 4和第五功率开关管S 5开通，其它功率开关管关断，进网电流依次流过第一功率开关管S 1、第一滤波电感L f1、电网u g、第四功率开关管S 4。第三功率二极管D 3的电压应力为第二直流母线电容C dc2的电压值。
模态二：第四功率开关管S 4和第五功率开关管S 5开通，其它功率开关管关断，进网电流依次流过第五功率开关管S 5、第三功率二极管D 3、第一滤波电感L f1、电网u g、第四功率开关管S 4。第一功率二极管D 1的电压应力为第一直流母线电容C dc1的电压值。
模态三：第四功率开关管S 4开通，其它功率开关管关断，进网电流依次流过第一功率二极管D 1、第三功率二极管D 3、第一滤波电感L f1、电网u g、第四功率开关管S 4。
模态四：第二功率开关管S 2、第三功率开关管S 3和第六功率开关管S 6开通，其它功率开关管关断，进网电流依次流过第二功率开关管S 2、第二滤波电感L f2、电网u g、第三功率开关管S 3。第四功率二极管D 4的电压应力为第二直流母线电容C dc2的电压值。
模态五：第三功率开关管S 3和第六功率开关管S 6开通，其它功率开关管关断，进网电流依次流过第六功率开关管S 6、第四功率二极管D 4、第二滤波电感L f2、电网u g、第三功率开关管S 3；第二功率二极管D 2的电压应力为第一直流母线电容C dc1的电压值。
模态六：第三功率开关管S 3开通，其它功率开关管关断，进网电流依次流过第二功率二极管D 2、第四功率二极管D 4、第二滤波电感L f2、电网u g、第三功率开关管S 3。
图2是两级式非隔离全桥并网逆变器电路实施例二，包括第一直流母线电容C dc1、第二直流母线电容C dc2、直流功率变换电路1、第一功率开关管S 1、第二功率开关管S 2、第三功率开关管S 3、第四功率开关管S 4、第五功率开关管S 5、第六功率开关管S 6、第一功率二极管D 1、第二功率二极管D 2、第三功率二极管D 3、第四功率二极管D 4、第一滤波电感L f1、第二滤波电感L f2和滤波电容C f；
所述第一直流母线电容C dc1的正极分别与光伏组件串U PV的正输出端、第二直流母线电容C dc2的负极、直流功率变换电路1的第一连接端、第三功率二极管D 3的阳极和第四功率二极管D 4的阳极连接；所述第一直流母线电容C dc1的负极分别与光伏组件串U PV的负输出端、直流功率变换电路1的第二连接端、第一功率二极管D 1的阳极、第二功率二极管D 2的阳极、第三功率开关管S 3的源极和第四功率开关管S 4的源极连接；
所述第二直流母线电容C dc2的正极分别与直流功率变换电路1的第三连接端、第一功率开关管S 1的漏极和第二功率开关管S 2的漏极连接；
所述第一功率开关管S 1的源极分别与第三功率二极管D 3的阴极和第五功率开关管S 5的漏极连接；
所述第二功率开关管S 2的源极分别与第四功率二极管D 4的阴极和第六功率开关管S 6的漏极连接；
所述第五功率开关管S 5的源极分别与第一功率二极管D 1的阴极和第一滤波电感L f1的一端连接；
所述第六功率开关管S 6的源极分别与第二功率二极管D 2的阴极和第二滤波电感L f2的一端连接；
所述第一滤波电感L f1的另一端分别与第三功率开关管S 3的漏极、滤波电容C f的一端和电网u g的一端连接；
所述第二滤波电感L f2的另一端分别与第四功率开关管S 4的漏极、滤波电容C f的另一端和电网u g的另一端连接。
实施例二所述的两级式非隔离全桥并网逆变器，包含六种工作模态：
模态一：第一功率开关管S 1、第四功率开关管S 4和第五功率开关管S 5开通，其它功率开关管关断，进网电流依次流过第一功率开关管S 1、第五功率开关管S 5、第一滤波电感L f1、电网u g、第四功率开关管S 4。
模态二：第四功率开关管S 4和第五功率开关管S 5开通，其它功率开关管关断，进网电流依次流过第三功率二极管D 3、第五功率开关管S 5、第一滤波电感L f1、电网u g、第四功率开关管S 4；第一功率开关管S 1的电压应力为第二直流母线电容C dc2的电压值。
模态三：第四功率开关管S 4开通，其它功率开关管关断，进网电流依次流过第一功率二极管D 1、第一滤波电感L f1、电网u g、第四功率开关管S 4；第一功率开关管S 1的电压应力为第二直流母线电容C dc2的电压值，第五功率开关管S 5的电压应力为第一直流母线电容C dc1的电压值。
模态四：第二功率开关管S 2、第三功率开关管S 3和第六功率开关管S 6开通，其它功率开关管关断，进网电流依次流过第二功率开关管S 2、第六功率开关管S 6、第二滤波电感L f2、电网u g、第三功率开关管S 3。
模态五：第三功率开关管S 3和第六功率开关管S 6开通，其它功率开关管关断，进网电流依次流过第四功率二极管D 4、第六功率开关管S 6、第二滤波电感L f2、电网u g、第三功率开关管S 3；第二功率开关管S 2的电压应力为第二直流母线电容C dc2的电压值。
模态六：第三功率开关管S 3开通，其它功率开关管关断，进网电流依次流过第二功率二极管D 2、第二滤波电感L f2、电网u g、第三功率开关管S 3；第六功率开关管S 6的电压应力为第一直流母线电容C dc1的电压值，第二功率开关管S 2的电压应力为第二直流母线电容C dc2的电压值。
实施例一和实施例二中的直流功率变换电路1为非隔离升压变换电路，输出电压和输入电压同极性，可配置成不同的电路拓扑形式。
图3为实施例二中直流功率变换电路采用Boost电路拓扑实施例，所述直流功率变换电路1包括储能电感L B，第七功率开关管S 7和第五功率二极管D 5；
所述储能电感L B的一端作为直流功率变换电路1的第一连接端；
所述第七功率开关管S 7的源极作为直流功率变换电路1的第二连接端；
所述第五功率二极管D 5阴极作为直流功率变换电路1的第三连接端；所述第五功率二极管D 5的阳极分别与储能电感L B的另一端和第七功率开关管S 7的漏极连接。
如图4所示，为实施例一和实施例二的驱动原理波形。图中，u gs1至u gs6表示第一至第六功率开关管S 1~ S 6的驱动电压，u st1和u st2分别表示第一和第二载波信号，u e表示调制波信号。
电网u g电压正半周，光伏组件串U PV输出电压低于电网u g电压瞬时值的绝对值时，第四功率开关管S 4与第五功率开关管S 5的驱动信号相同，均为高电平，第一功率开关管S 1的驱动信号按单极性SPWM方式高频动作，其它功率开关管驱动信号均为低电平。
电网u g电压正半周，光伏组件串U PV输出电压高于电网u g电压瞬时值的绝对值时，第四功率开关管S 4的驱动信号为高电平，第五功率开关管S 5的驱动信号按单极性SPWM方式高频动作，其它功率开关管驱动信号均为低电平。
电网u g电压负半周，光伏组件串U PV输出电压低于电网u g电压瞬时值的绝对值时，第三功率开关管S 3与第六功率开关管S 6的驱动信号相同，均为高电平，第二功率开关管S 2的驱动信号按单极性SPWM方式高频动作，其它功率开关管驱动信号均为低电平。
电网u g电压负半周，光伏组件串U PV输出电压高于电网u g电压瞬时值的绝对值时，第三功率开关管S 3的驱动信号为高电平，第六功率开关管S 6的驱动信号按单极性SPWM方式高频动作，其它功率开关管驱动信号均为低电平。
图5是两级式非隔离全桥并网逆变器电路实施例三，包括第一直流母线电容C dc1、第二直流母线电容C dc2、直流功率变换电路1、第一功率开关管S 1、第二功率开关管S 2、第三功率开关管S 3、第四功率开关管S 4、第五功率开关管S 5、第六功率开关管S 6、第一功率二极管D 1、第二功率二极管D 2、第三功率二极管D 3、第四功率二极管D 4、第一滤波电感L f1、第二滤波电感L f2和滤波电容C f；
所述第一直流母线电容C dc1的正极分别与光伏组件串U PV的正输出端、直流功率变换电路1的第一连接端、第一功率二极管D 1的阴极、第二功率二极管D 2的阴极、第三功率开关管S 3的漏极和第四功率开关管S 4的漏极连接；所述第一直流母线电容C dc1的负极分别与光伏组件串U PV的负输出端、直流功率变换电路1的第二连接端、第二直流母线电容C dc2的正极、第五功率开关管S 5的源极和第六功率开关管S 6的源极连接；
所述第二直流母线电容C dc2的负极分别与直流功率变换电路1的第三连接端、第一功率开关管S 1的源极和第二功率开关管S 2的源极连接；
所述第一功率开关管S 1的漏极分别与第三功率二极管D 3的阳极和第一滤波电感L f1的一端连接；
所述第二功率开关管S 2的漏极分别与第四功率二极管D 4的阳极和第二滤波电感L f2的一端连接；
所述第三功率二极管D 3的阴极分别与第五功率开关管S 5的漏极和第一功率二极管D 1的阳极连接；
所述第四功率二极管D 4的阴极分别与第六功率开关管S 6的漏极和第二功率二极管D 2的阳极连接；
所述第一滤波电感L f1的另一端分别与第三功率开关管S 3的源极、滤波电容C f的一端和电网u g的一端连接；
所述第二滤波电感L f2的另一端分别与第四功率开关管S 4的源极、滤波电容C f的另一端和电网u g的另一端连接。
实施例三所述的两级式非隔离全桥并网逆变器，包含六种工作模态：
模态一：第一功率开关管S 1、第四功率开关管S 4和第五功率开关管S 5开通，其它功率开关管关断，进网电流依次流过第四功率开关管S 4、电网u g、第一滤波电感L f1、第一功率开关管S 1。
模态二：第四功率开关管S 4和第五功率开关管S 5开通，其它功率开关管关断，进网电流依次流过第四功率开关管S 4、电网u g、第一滤波电感L f1、第三功率二极管D 3、第五功率开关管S 5。
模态三：第四功率开关管S 4开通，其它功率开关管关断，进网电流依次流过第四功率开关管S 4、电网u g、第一滤波电感L f1、第三功率二极管D 3、第一功率二极管D 1。
模态四：第二功率开关管S 2、第三功率开关管S 3和第六功率开关管S 6开通，其它功率开关管关断，进网电流依次流过第三功率开关管S 3、电网u g、第二滤波电感L f2、第二功率开关管S 2。
模态五：第三功率开关管S 3和第六功率开关管S 6开通，其它功率开关管关断，进网电流依次流过第三功率开关管S 3、电网u g、第二滤波电感L f2、第四功率二极管D 4、第六功率开关管S 6。
模态六：第三功率开关管S 3开通，其它功率开关管关断，进网电流依次流过第三功率开关管S 3、电网u g、第二滤波电感L f2、第四功率二极管D 4、第二功率二极管D 2。
图6是两级式非隔离全桥并网逆变器电路实施例四，包括第一直流母线电容C dc1、第二直流母线电容C dc2、直流功率变换电路1、第一功率开关管S 1、第二功率开关管S 2、第三功率开关管S 3、第四功率开关管S 4、第五功率开关管S 5、第六功率开关管S 6、第一功率二极管D 1、第二功率二极管D 2、第三功率二极管D 3、第四功率二极管D 4、第一滤波电感L f1、第二滤波电感L f2和滤波电容C f；
所述第一直流母线电容C dc1的正极分别与光伏组件串U PV的正输出端、直流功率变换电路1的第一连接端、第一功率二极管D 1的阴极、第二功率二极管D 2的阴极、第三功率开关管S 3的漏极和第四功率开关管S 4的漏极连接；所述第一直流母线电容C dc1的负极分别与光伏组件串U PV的负输出端、直流功率变换电路1的第二连接端、第二直流母线电容C dc2的正极、第三功率二极管D 3的阴极和第四功率二极管D 4的阴极连接；
所述第二直流母线电容C dc2的负极分别与直流功率变换电路1的第三连接端、第一功率开关管S 1的源极和第二功率开关管S 2的源极连接；
所述第一功率开关管S 1的漏极分别与第三功率二极管D 3的阳极和第五功率开关管S 5的源极连接；
所述第二功率开关管S 2的漏极分别与第四功率二极管D 4的阳极和第六功率开关管S 6的源极连接；
所述第五功率开关管S 5的漏极分别与第一功率二极管D 1的阳极和第一滤波电感L f1的一端连接；
所述第六功率开关管S 6的漏极分别与第二功率二极管D 2的阳极和第二滤波电感L f2的一端连接；
所述第一滤波电感L f1的另一端分别与第三功率开关管S 3的源极、滤波电容C f的一端和电网u g的一端连接；
所述第二滤波电感L f2的另一端分别与第四功率开关管S 4的源极、滤波电容C f的另一端和电网u g的另一端连接。
实施例四所述的两级式非隔离全桥并网逆变器，包含六种工作模态：
模态一：第一功率开关管S 1、第四功率开关管S 4和第五功率开关管S 5开通，其它功率开关管关断，进网电流依次流过第四功率开关管S 4、电网u g、第一滤波电感L f1、第五功率开关管S 5、第一功率开关管S 1。
模态二：第四功率开关管S 4和第五功率开关管S 5开通，其它功率开关管关断，进网电流依次流过第四功率开关管S 4、电网u g、第一滤波电感L f1、第五功率开关管S 5、第三功率二极管D 3。
模态三：第四功率开关管S 4开通，其它功率开关管关断，进网电流依次流过第四功率开关管S 4、电网u g、第一滤波电感L f1、第一功率二极管D 1。
模态四：第二功率开关管S 2、第三功率开关管S 3和第六功率开关管S 6开通，其它功率开关管关断，进网电流依次流过第三功率开关管S 3、电网u g、第二滤波电感L f2、第六功率开关管S 6、第二功率开关管S 2。
模态五：第三功率开关管S 3和第六功率开关管S 6开通，其它功率开关管关断，进网电流依次流过第三功率开关管S 3、电网u g、第二滤波电感L f2、第六功率开关管S 6、第四功率二极管D 4。
模态六：第三功率开关管S 3开通，其它功率开关管关断，进网电流依次流过第三功率开关管S 3、电网u g、第二滤波电感L f2、第二功率二极管D 2。
实施例三和实施例四中的直流功率变换电路1为非隔离升降压变换电路，输出电压和输入电压反极性，可配置成不同的电路拓扑形式。
图7为实施例四中直流功率变换电路采用Buck-Boost电路拓扑实施例，所述直流功率变换电路1包括储能电感L B，第七功率开关管S 7和第五功率二极管D 5；
所述第七功率开关管S 7的漏极作为直流功率变换电路1的第一连接端；
所述储能电感L B的一端作为直流功率变换电路1的第二连接端；
所述第五功率二极管D 5阳极作为直流功率变换电路1的第三连接端；所述第五功率二极管D 5的阴极分别与储能电感L B的另一端和第七功率开关管S 7的源极连接。
如图8所示，为实施例三和实施例四的驱动原理波形。图中，u gs1至u gs6表示第一至第六功率开关管S 1~ S 6的驱动电压，u st1和u st2分别表示第一和第二载波信号，u e表示调制波信号。该波形与图4中的波形基本一致，这里也不详细叙述。
上述两级式非隔离全桥并网逆变器直流母线电容电压应力低，成本低；上述两级式非隔离全桥并网逆变器采用功率器件串联结构，降低了功率器件的电压应力；上述两级式非隔离全桥并网逆变器仅有部分功率经过直流功率变换电路，功率变换级数少、功率损耗小；上述两级式非隔离全桥并网逆变器共模电压变化频率低，具有低漏电流的特征；上述两级式非隔离全桥并网逆变器采用双降压式拓扑，不存在桥臂直通隐患，可靠性高；上述两级式非隔离全桥并网逆变器由独立二极管续流，故功率开关管可采用功率MOSFET，有利于提高并网逆变器的变换效率。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种两级式非隔离全桥并网逆变器，其特征在于：包括第一直流母线电容（C dc1）、第二直流母线电容（C dc2）、直流功率变换电路（1）、第一功率开关管（S 1）、第二功率开关管（S 2）、第三功率开关管（S 3）、第四功率开关管（S 4）、第五功率开关管（S 5）、第六功率开关管（S 6）、第一功率二极管（D 1）、第二功率二极管（D 2）、第三功率二极管（D 3）、第四功率二极管（D 4）、第一滤波电感（L f1）、第二滤波电感（L f2）和滤波电容（C f）；
所述第一直流母线电容（C dc1）的正极分别与光伏组件串（U PV）的正输出端、第二直流母线电容（C dc2）的负极、直流功率变换电路（1）的第一连接端、第五功率开关管（S 5）的漏极和第六功率开关管（S 6）的漏极连接；所述第一直流母线电容（C dc1）的负极分别与光伏组件串（U PV）的负输出端、直流功率变换电路（1）的第二连接端、第一功率二极管（D 1）的阳极、第二功率二极管（D 2）的阳极、第三功率开关管（S 3）的源极和第四功率开关管（S 4）的源极连接；
所述第二直流母线电容（C dc2）的正极分别与直流功率变换电路（1）的第三连接端、第一功率开关管（S 1）的漏极和第二功率开关管（S 2）的漏极连接；
所述第一功率开关管（S 1）的源极分别与第三功率二极管（D 3）的阴极和第一滤波电感（L f1）的一端连接；
所述第二功率开关管（S 2）的源极分别与第四功率二极管（D 4）的阴极和第二滤波电感（L f2）的一端连接；
所述第三功率二极管（D 3）的阳极分别与第一功率二极管（D 1）的阴极和第五功率开关管（S 5）的源极连接；
所述第四功率二极管（D 4）的阳极分别与第二功率二极管（D 2）的阴极和第六功率开关管（S 6）的源极连接；
所述第一滤波电感（L f1）的另一端分别与第三功率开关管（S 3）的漏极、滤波电容（C f）的一端和电网（u g）的一端连接；
所述第二滤波电感（L f2）的另一端分别与第四功率开关管（S 4）的漏极、滤波电容（C f）的另一端和电网（u g）的另一端连接。
2.根据权利要求1所述的一种两级式非隔离全桥并网逆变器，其特征在于：所述直流功率变换电路（1）为非隔离升压变换电路，输出电压和输入电压同极性。
3.根据权利要求2所述的一种两级式非隔离全桥并网逆变器，其特征在于：所述直流功率变换电路（1）包括储能电感（L B），第七功率开关管（S 7）和第五功率二极管（D 5）；
所述储能电感（L B）的一端作为直流功率变换电路（1）的第一连接端；
所述第七功率开关管（S 7）的源极作为直流功率变换电路（1）的第二连接端；
所述第五功率二极管（D 5）阴极作为直流功率变换电路（1）的第三连接端；所述第五功率二极管（D 5）的阳极分别与储能电感（L B）的另一端和第七功率开关管（S 7）的漏极连接。
4.一种两级式非隔离全桥并网逆变器，其特征在于：包括第一直流母线电容（C dc1）、第二直流母线电容（C dc2）、直流功率变换电路（1）、第一功率开关管（S 1）、第二功率开关管（S 2）、第三功率开关管（S 3）、第四功率开关管（S 4）、第五功率开关管（S 5）、第六功率开关管（S 6）、第一功率二极管（D 1）、第二功率二极管（D 2）、第三功率二极管（D 3）、第四功率二极管（D 4）、第一滤波电感（L f1）、第二滤波电感（L f2）和滤波电容（C f）；
所述第一直流母线电容（C dc1）的正极分别与光伏组件串（U PV）的正输出端、第二直流母线电容（C dc2）的负极、直流功率变换电路（1）的第一连接端、第三功率二极管（D 3）的阳极和第四功率二极管（D 4）的阳极连接；所述第一直流母线电容（C dc1）的负极分别与光伏组件串（U PV）的负输出端、直流功率变换电路（1）的第二连接端、第一功率二极管（D 1）的阳极、第二功率二极管（D 2）的阳极、第三功率开关管（S 3）的源极和第四功率开关管（S 4）的源极连接；
所述第二直流母线电容（C dc2）的正极分别与直流功率变换电路（1）的第三连接端、第一功率开关管（S 1）的漏极和第二功率开关管（S 2）的漏极连接；
所述第一功率开关管（S 1）的源极分别与第三功率二极管（D 3）的阴极和第五功率开关管（S 5）的漏极连接；
所述第二功率开关管（S 2）的源极分别与第四功率二极管（D 4）的阴极和第六功率开关管（S 6）的漏极连接；
所述第五功率开关管（S 5）的源极分别与第一功率二极管（D 1）的阴极和第一滤波电感（L f1）的一端连接；
所述第六功率开关管（S 6）的源极分别与第二功率二极管（D 2）的阴极和第二滤波电感（L f2）的一端连接；
所述第一滤波电感（L f1）的另一端分别与第三功率开关管（S 3）的漏极、滤波电容（C f）的一端和电网（u g）的一端连接；
所述第二滤波电感（L f2）的另一端分别与第四功率开关管（S 4）的漏极、滤波电容（C f）的另一端和电网（u g）的另一端连接。
5.根据权利要求4所述的一种两级式非隔离全桥并网逆变器，其特征在于：所述直流功率变换电路（1）为非隔离升压变换电路，输出电压和输入电压同极性。
6.根据权利要求5所述的一种两级式非隔离全桥并网逆变器，其特征在于：所述直流功率变换电路（1）包括储能电感（L B），第七功率开关管（S 7）和第五功率二极管（D 5）；
所述储能电感（L B）的一端作为直流功率变换电路（1）的第一连接端；
所述第七功率开关管（S 7）的源极作为直流功率变换电路（1）的第二连接端；
所述第五功率二极管（D 5）阴极作为直流功率变换电路（1）的第三连接端；所述第五功率二极管（D 5）的阳极分别与储能电感（L B）的另一端和第七功率开关管（S 7）的漏极连接。
7.一种两级式非隔离全桥并网逆变器，其特征在于：包括第一直流母线电容（C dc1）、第二直流母线电容（C dc2）、直流功率变换电路（1）、第一功率开关管（S 1）、第二功率开关管（S 2）、第三功率开关管（S 3）、第四功率开关管（S 4）、第五功率开关管（S 5）、第六功率开关管（S 6）、第一功率二极管（D 1）、第二功率二极管（D 2）、第三功率二极管（D 3）、第四功率二极管（D 4）、第一滤波电感（L f1）、第二滤波电感（L f2）和滤波电容（C f）；
所述第一直流母线电容（C dc1）的正极分别与光伏组件串（U PV）的正输出端、直流功率变换电路（1）的第一连接端、第一功率二极管（D 1）的阴极、第二功率二极管（D 2）的阴极、第三功率开关管（S 3）的漏极和第四功率开关管（S 4）的漏极连接；所述第一直流母线电容（C dc1）的负极分别与光伏组件串（U PV）的负输出端、直流功率变换电路（1）的第二连接端、第二直流母线电容（C dc2）的正极、第五功率开关管（S 5）的源极和第六功率开关管（S 6）的源极连接；
所述第二直流母线电容（C dc2）的负极分别与直流功率变换电路（1）的第三连接端、第一功率开关管（S 1）的源极和第二功率开关管（S 2）的源极连接；
所述第一功率开关管（S 1）的漏极分别与第三功率二极管（D 3）的阳极和第一滤波电感（L f1）的一端连接；
所述第二功率开关管（S 2）的漏极分别与第四功率二极管（D 4）的阳极和第二滤波电感（L f2）的一端连接；
所述第三功率二极管（D 3）的阴极分别与第五功率开关管（S 5）的漏极和第一功率二极管（D 1）的阳极连接；
所述第四功率二极管（D 4）的阴极分别与第六功率开关管（S 6）的漏极和第二功率二极管（D 2）的阳极连接；
所述第一滤波电感（L f1）的另一端分别与第三功率开关管（S 3）的源极、滤波电容（C f）的一端和电网（u g）的一端连接；
所述第二滤波电感（L f2）的另一端分别与第四功率开关管（S 4）的源极、滤波电容（C f）的另一端和电网（u g）的另一端连接；
所述直流功率变换电路（1）为非隔离升降压变换电路，输出电压和输入电压反极性；
所述直流功率变换电路（1）包括储能电感（L B），第七功率开关管（S 7）和第五功率二极管（D 5）；
所述第七功率开关管（S 7）的漏极作为直流功率变换电路（1）的第一连接端；
所述储能电感（L B）的一端作为直流功率变换电路（1）的第二连接端；
所述第五功率二极管（D 5）阳极作为直流功率变换电路（1）的第三连接端；所述第五功率二极管（D 5）的阴极分别与储能电感（L B）的另一端和第七功率开关管（S 7）的源极连接。
8.一种两级式非隔离全桥并网逆变器，其特征在于：包括第一直流母线电容（C dc1）、第二直流母线电容（C dc2）、直流功率变换电路（1）、第一功率开关管（S 1）、第二功率开关管（S 2）、第三功率开关管（S 3）、第四功率开关管（S 4）、第五功率开关管（S 5）、第六功率开关管（S 6）、第一功率二极管（D 1）、第二功率二极管（D 2）、第三功率二极管（D 3）、第四功率二极管（D 4）、第一滤波电感（L f1）、第二滤波电感（L f2）和滤波电容（C f）；
所述第一直流母线电容（C dc1）的正极分别与光伏组件串（U PV）的正输出端、直流功率变换电路（1）的第一连接端、第一功率二极管（D 1）的阴极、第二功率二极管（D 2）的阴极、第三功率开关管（S 3）的漏极和第四功率开关管（S 4）的漏极连接；所述第一直流母线电容（C dc1）的负极分别与光伏组件串（U PV）的负输出端、直流功率变换电路（1）的第二连接端、第二直流母线电容（C dc2）的正极、第三功率二极管（D 3）的阴极和第四功率二极管（D 4）的阴极连接；
所述第二直流母线电容（C dc2）的负极分别与直流功率变换电路（1）的第三连接端、第一功率开关管（S 1）的源极和第二功率开关管（S 2）的源极连接；
所述第一功率开关管（S 1）的漏极分别与第三功率二极管（D 3）的阳极和第五功率开关管（S 5）的源极连接；
所述第二功率开关管（S 2）的漏极分别与第四功率二极管（D 4）的阳极和第六功率开关管（S 6）的源极连接；
所述第五功率开关管（S 5）的漏极分别与第一功率二极管（D 1）的阳极和第一滤波电感（L f1）的一端连接；
所述第六功率开关管（S 6）的漏极分别与第二功率二极管（D 2）的阳极和第二滤波电感（L f2）的一端连接；
所述第一滤波电感（L f1）的另一端分别与第三功率开关管（S 3）的源极、滤波电容（C f）的一端和电网（u g）的一端连接；
所述第二滤波电感（L f2）的另一端分别与第四功率开关管（S 4）的源极、滤波电容（C f）的另一端和电网（u g）的另一端连接；
所述直流功率变换电路（1）为非隔离升降压变换电路，输出电压和输入电压反极性；
所述直流功率变换电路（1）包括储能电感（L B），第七功率开关管（S 7）和第五功率二极管（D 5）；
所述第七功率开关管（S 7）的漏极作为直流功率变换电路（1）的第一连接端；
所述储能电感（L B）的一端作为直流功率变换电路（1）的第二连接端；
所述第五功率二极管（D 5）阳极作为直流功率变换电路（1）的第三连接端；所述第五功率二极管（D 5）的阴极分别与储能电感（L B）的另一端和第七功率开关管（S 7）的源极连接。
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