CN106899221A - 一种八开关逆变器及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

一种八开关逆变器及控制方法，包括第一开关、第二开关、第三开关、第四开关、第五开关、第六开关、第七开关、第八开关。第一开关和第二开关的输出端连接，第三开关和第四开关的输入端连接，第五开关和第六开关的输出端连接，第七开关和第八开关的输入端连接。第一开关的输入端、第三开关的输出端、第五开关的输入端和第七开关的输出端连接后并与直流源的正极或负极连接。第二开关的输入端、第四开关的输出端、第六开关的输入端、第八开关的输出端连接后与直流源的另一极连接。该发明的优点在于：这样无需给电路中开关的驱动信号设置死区以避免瞬间短路。

Description

一种八开关逆变器及其控制方法
技术领域
本发明涉及逆变器领域，尤其一种八开关逆变器及其控制方法。
背景技术
随着环境污染和能源危机的加剧，对清洁能源的需求越来越迫切，新能源发电技术应运而生，逆变器则是新能源发电必不可少的重要组成部分。光伏发电是一种典型的新能源发电形式，在光伏发电系统中，太阳能电池板发出的电能为直流电，然而我国民用电网基本是交流电网，且民用电力的负载也大多为交流负载，因此太阳能电池板发出的直流电不适合直接用于日常供电，需要将直流电转化为与民用电力相匹配的交流电，实现系统的标准化和兼容性。逆变器通过电路中开关的切换，将新能源发电产生的直流电转化为和交流电网同频率同相位的交流电，与交流电网相连接，向电网输送能量，从而保证新能源发电所产生电能的可靠利用。
现有技术中的全桥逆变器，如图1所示，电路中一共有八个开关和两个电感。八个开关分别为可控单向开关So1、二极管Do1、可控单向开关So2、二极管Do2、可控单向开关So3、二极管Do3、可控单向开关So4、二极管Do4，可控单向开关可以通过驱动信号的高、低电平控制开关的导通和关断，且开关导通时电流只能单方向流动，二极管Do1、二极管Do2、二极管Do3、二极管Do4四个开关为不可控单向开关，不可控单向开关不需要驱动信号进行控制，只要其承受正向电压，开关即导通，否则开关关断，且开关导通时电流只能单方向流动。电感为L1和L2，起到了滤波的作用。
全桥逆变器中，可控单向开关So1、可控单向开关So4的驱动信号相同，两个开关同时导通和关断，可控单向开关So2、可控单向开关So3的驱动信号相同，两个开关同时导通和关断，且可控单向开关So1、可控单向开关So4和可控单向开关So2、可控单向开关So3交替导通，即可控单向开关So1、可控单向开关So4导通时可控单向开关So2、可控单向开关So3关断，可控单向开关So1、可控单向开关So4关断时可控单向开关So2、可控单向开关So3导通。UDC为输入直流电压，电压极性始终要上正下负，uAC为输出交流电压，当可控单向开关So1、可控单向开关So4导通时uAC电压极性上正下负，当可控单向开关So2、可控单向开关So3导通时uAC电压极性上负下正，因此uAC的大小和方向随时间变化，全桥逆变器实现了直流电到交流电的电能变换。
从全桥逆变器的电路图可以看出，可控单向开关So1、可控单向开关So2串联后直接和输入直流电UDC并联，同样开关可控单向开关So3、可控单向开关So4串联后也直接和输入直流电UDC并联。在可控单向开关So1、可控单向开关So4关断、可控单向开关So2、可控单向开关So3导通的瞬间，以及可控单向开关So1、可控单向开关So4导通，可控单向开关So2、可控单向开关So3关断的瞬间，因为开关的不可靠导通和关断，会导致极短时间内可控单向开关So1、可控单向开关So2的同时导通和可控单向开关So3、可控单向开关So4的同时导通，这就会造成输入直流电UDC的瞬间短路，会在可控单向开关So1、可控单向开关So2的串联支路以及可控单向开关So3、可控单向开关So4的串联支路中产生极大的电流，对开关造成不可逆转的损害，影响了逆变器的可靠性和工作时的安全性。
因此，全桥逆变电路需要给电路中开关的驱动信号设置死区以避免瞬间短路，即在对驱动信号由低电平变为高电平的时刻进行短时间的延迟，从而导致两方面的缺点，一是设置死区增加了逆变器控制的复杂程度，二是死区会导致逆变器输出的交流电压和电流发生畸变，降低逆变器向电网输送的电能质量。
发明内容
本发明的目的在于解决现有技术中全桥逆变电路需要给电路中开关的驱动信号设置死区以避免瞬间短路，即在对驱动信号由低电平变为高电平的时刻进行短时间的延迟问题，因此，在此提供一种八开关逆变器及其控制方法。
一种八开关逆变器，其特征在于，包括第一开关、第二开关、第三开关、第四开关、第五开关、第六开关、第七开关、第八开关；
所述第一开关和第二开关的输出端连接，所述第三开关和第四开关的输入端连接，所述第五开关和第六开关的输出端连接，所述第七开关和第八开关的输入端连接；
所述第一开关的输入端、第三开关的输出端、第五开关的输入端和第七开关的输出端连接后并与直流源的正极或负极连接；
所述第二开关的输入端、第四开关的输出端、第六开关的输入端、第八开关的输出端连接后与直流源的另一极连接。
进一步地，还包括第一电感、第二电感、第三电感、第四电感；
所述第一电感一端和第二电感的一端连接后作为交流输出的一端，第一电感的另一端与第一开关的输出端连接；所述第二电感的另一端与第三开关的输入端连接；
所述第三电感的一端和第四电感的一端连接作为交流输出的另一端，第三电感的另一端与第五开关的输出端连接，第四电感的另一端和第七开关的输入端连接。
进一步地，所述第一开关的驱动端、第三开关的驱动端、第六开关的驱动端、第八开关的驱动端连接作为第一驱动端，所述第二开关的驱动端、第四开关的驱动端、第五开关的驱动端、第七开关的驱动端连接作为第二驱动端。
进一步地，所述第一驱动端和第二驱动端启闭互补。
进一步地，所述第一开关、第二开关、第三开关、第四开关、第五开关、第六开关、第七开关、第八开关均为可控单向开关。
进一步地，所述直流源为光伏面板。
进一步地，所述第一开关的输入端、第三开关的输出端、第五开关的输入端和第七开关的输出端连接后并与直流源的正极连接。
进一步地，还包括电磁干扰滤波器，所述电磁干扰滤波器包括第一输入端、第二输入端、第一输出端和第二输出端，所述电磁干扰滤波器的第一输入端与第一电感和第二电感的连接点连接，第二输入端与第三电感和第四电感的连接点连接，第一输出端和第二输出端分别为交流输出的两端。
上述八开关逆变器的控制方法，当第一开关的输入端为直流源的正极时，首先在电网电压正半周时，控制第一驱动端为高电平，然后在电网电压负半周时，控制第二驱动端为高电平；
当第一开关的输入端为直流源的负极时，首先在电网电压正半周时，控制第二驱动端为高电平，然后在电网电压负半周时，控制第二驱动端为高电平。
本发明的优点在于：本发明中不存在开关串联后直接和输入直流电UDC并联的情况，电感 L1、电感L2、电感L3、电感L4中至少有两个电感始终会出现在开关的串联支路中。因为电感电流不能突变，带电感的开关串联支路不会导致UDC的瞬间短路而产生大电流，因此无需给电路中开关的驱动信号设置死区以避免瞬间短路，这就避免了全桥逆变电路的缺点。
附图说明
图1是现有技术中逆变器的原理图。
图2是本发明一种八开关逆变器中第一开关的输入端与直流源的正极连接时的电路图。
图3是本发明一种八开关逆变器中第一开关的输入端与直流源的正极连接时且包括电磁干扰滤波器的电路图。
图4是本发明一种八开关逆变器中第一开关的输入端与直流源的负极连接时的电路图。
图5是本发明一种八开关逆变器中第一开关的输入端与直流源的负极连接时且包括电磁干扰滤波器的电路图。
具体实施方式
实施例1
如图2所示，一种八开关逆变器，包括第一开关S1、第二开关S2、第三开关S3、第四开关S4、第五开关S5、第六开关S6、第七开关S7、第八开关S8、第一电感L1、第二电感L2、第三电感L3、第四电感L4。所述第一开关S1和第二开关S2的输出端连接，所述第三开关S3和第四开关S4的输入端连接，所述第五开关S5和第六开关S6的输出端连接，所述第七开关S7和第八开关S8的输入端连接。所述第一开关S1的输入端、第三开关S3的输出端、第五开关S5的输入端和第七开关S7的输出端连接后并与直流源UDC的正极连接。
所述第二开关S2的输入端、第四开关S4的输出端、第六开关S6的输入端、第八开关S8的输出端连接后与直流源UDC的负极连接。
所述第一电感L1一端和第二电感L2的一端连接后作为交流输出的一端，第一电感L1的另一端与第一开关S1的输出端连接；所述第二电感L2的另一端与第三开关S3的输入端连接。所述第三电感L3的一端和第四电感L4的一端连接作为交流输出的另一端，第三电感L3的另一端与第五开关S5的输出端连接，第四电感L4的另一端和第七开关S7的输入端连接。
进一步地，所述第一开关S1的驱动端、第三开关S3的驱动端、第六开关S6的驱动端、第八开关S8的驱动端连接作为第一驱动端，所述第二开关S2的驱动端、第四开关S4的驱动端、第五开关S5的驱动端、第七开关S7的驱动端连接作为第二驱动端。第一驱动端和第二驱动端启闭互补。
进一步地，所述第一开关S1、第二开关S2、第三开关S3、第四开关S4、第五开关S5、第六开关S6、第七开关S7、第八开关S8均为可控单向开关。
进一步地，所述直流源UDC为光伏面板。
如图3所示，逆变器还包括电磁干扰滤波器1，所述电磁干扰滤波器1包括第一输入端、第二输入端、第一输出端和第二输出端，所述电磁干扰滤波器1的第一输入端与第一电感L1和第二电感L2的连接点连接，第二输入端与第三电感L3和第四电感L4的连接点连接，第一输出端和第二输出端分别为交流输出的两端。
实施例2
如图4所示，一种八开关逆变器，包括第一开关S1、第二开关S2、第三开关S3、第四开关S4、第五开关S5、第六开关S6、第七开关S7、第八开关S8、第一电感L1、第二电感L2、第三电感L3、第四电感L4。所述第一开关S1和第二开关S2的输出端连接，所述第三开关S3和第四开关S4的输入端连接，所述第五开关S5和第六开关S6的输出端连接，所述第七开关S7和第八开关S8的输入端连接。所述第一开关S1的输入端、第三开关S3的输出端、第五开关S5的输入端和第七开关S7的输出端连接后并与直流源UDC的负极连接。
所述第二开关S2的输入端、第四开关S4的输出端、第六开关S6的输入端、第八开关S8的输出端连接后与直流源UDC的正极连接。
所述第一电感L1一端和第二电感L2的一端连接后作为交流输出的一端，第一电感L1的另一端与第一开关S1的输出端连接；所述第二电感L2的另一端与第三开关S3的输入端连接。所述第三电感L3的一端和第四电感L4的一端连接作为交流输出的另一端，第三电感L3的另一端与第五开关S5的输出端连接，第四电感L4的另一端和第七开关S7的输入端连接。
进一步地，所述第一开关S1的驱动端、第三开关S3的驱动端、第六开关S6的驱动端、第八开关S8的驱动端连接作为第一驱动端，所述第二开关S2的驱动端、第四开关S4的驱动端、第五开关S5的驱动端、第七开关S7的驱动端连接作为第二驱动端。第一驱动端和第二驱动端启闭互补。
进一步地，所述第一开关S1、第二开关S2、第三开关S3、第四开关S4、第五开关S5、第六开关S6、第七开关S7、第八开关S8均为可控单向开关。
进一步地，所述直流源UDC为光伏面板。
如图5所示，逆变器还包括电磁干扰滤波器1，所述电磁干扰滤波器1包括第一输入端、第二输入端、第一输出端和第二输出端，所述电磁干扰滤波器1的第一输入端与第一电感L1和第二电感L2的连接点连接，第二输入端与第三电感L3和第四电感L4的连接点连接，第一输出端和第二输出端分别为交流输出的两端。
实施例3
一种八开关逆变器的控制方法，其中八开关逆变器的连接方式与实施例1相同。首先在电网电压正半周时，控制第一驱动端为高电平，此时，直流源UDC、第一开关S1、第一电感L1、交流输出端uAC、第四电感L4、第八开关S8构成回路；然后在电网电压负半周时，控制第二驱动端为高电平，此时，直流源UDC、第五开关S5、第三电感L3、交流输出端uAC、第二电感L2、第四开关S4构成回路。
实施例4
一种八开关逆变器的控制方法，其中八开关逆变器的连接方式与实施例2相同。首先在电网电压正半周时，控制第二驱动端为高电平，此时，直流源UDC、第二开关S2、第一电感L1、交流输出端uAC、第四电感L4、第七开关S7构成回路；然后在电网电压负半周时，控制第二驱动端为高电平，此时，直流源UDC、第六开关S6、第三电感L3、交流输出端uAC、第二电感L2、第三开关S3构成回路。
以上仅为本发明创造的较佳实施例而已，并不用以限制本发明创造，凡在本发明创造的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明创造的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种八开关逆变器，其特征在于，包括第一开关、第二开关、第三开关、第四开关、第五开关、第六开关、第七开关、第八开关；
所述第一开关和第二开关的输出端连接，所述第三开关和第四开关的输入端连接，所述第五开关和第六开关的输出端连接，所述第七开关和第八开关的输入端连接；
所述第一开关的输入端、第三开关的输出端、第五开关的输入端和第七开关的输出端连接后并与直流源的正极或负极连接；
所述第二开关的输入端、第四开关的输出端、第六开关的输入端、第八开关的输出端连接后与直流源的另一极连接。
2.根据权利要求1所述的一种八开关逆变器，其特征在于，还包括第一电感、第二电感、第三电感、第四电感；
所述第一电感一端和第二电感的一端连接后作为交流输出的一端，第一电感的另一端与第一开关的输出端连接；所述第二电感的另一端与第三开关的输入端连接；
所述第三电感的一端和第四电感的一端连接作为交流输出的另一端，第三电感的另一端与第五开关的输出端连接，第四电感的另一端和第七开关的输入端连接。
3.根据权利要求1所述的一种八开关逆变器，其特征在于，所述第一开关的驱动端、第三开关的驱动端、第六开关的驱动端、第八开关的驱动端连接作为第一驱动端，所述第二开关的驱动端、第四开关的驱动端、第五开关的驱动端、第七开关的驱动端连接作为第二驱动端。
4.根据权利要求3所述的一种八开关逆变器，其特征在于，所述第一驱动端和第二驱动端启闭互补。
5.根据权利要求1所述的一种八开关逆变器，其特征在于，所述第一开关、第二开关、第三开关、第四开关、第五开关、第六开关、第七开关、第八开关均为可控单向开关。
6.根据权利要求1所述的一种八开关逆变器，其特征在于，所述直流源为光伏面板。
7.根据权利要求1所述的一种八开关逆变器，其特征在于，所述第一开关的输入端、第三开关的输出端、第五开关的输入端和第七开关的输出端连接后并与直流源的正极连接。
8.根据权利要求1所述的一种八开关逆变器，其特征在于，还包括电磁干扰滤波器，所述电磁干扰滤波器包括第一输入端、第二输入端、第一输出端和第二输出端，所述电磁干扰滤波器的第一输入端与第一电感和第二电感的连接点连接，第二输入端与第三电感和第四电感的连接点连接，第一输出端和第二输出端分别为交流输出的两端。
9.一种控制如权利要求4八开关逆变器的方法，其特征在于，当第一开关的输入端为直流源的正极时，首先在电网电压正半周时，控制第一驱动端为高电平，然后在电网电压负半周时，控制第二驱动端为高电平；当第一开关的输入端为直流源的负极时，首先在电网电压正半周时，控制第二驱动端为高电平，然后在电网电压负半周时，控制第二驱动端为高电平。
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