CN116760275B - 一种微型光伏并网逆变器的防孤岛电路 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种微型光伏并网逆变器的防孤岛电路，涉及电子电路技术领域，包括第1路半桥高段逆变开关电路和第2路半桥高段逆变开关电路，其输出端均连接输出滤波电路和电网负载电路，所述逆变输入防反二极管电路分别连接第1路半桥高段逆变开关电路和第2路半桥高段逆变开关电路；第1路半桥高段逆变开关电路和第2路半桥高段逆变开关电路通过自举电容充电电阻电路相连；第1路半桥高段逆变开关电路上设有第2路半桥低段逆变开关电路，第2路半桥高段逆变开关电路上设有第1路半桥低段逆变开关电路。本发明当检测到电网工作时逆变器才能启动，向电网输送电能；当检测到电网停电时逆变器不会启动，从而保障了电网设备和人员的安全。
Description
技术领域
本发明涉及电子电路技术领域，尤其涉及一种微型光伏并网逆变器的防孤岛电路。
背景技术
目前光伏并网逆变器的防孤岛电路一般采用模拟电路和软件设计相结合的方式进行控制，控制电路相对较复杂，成本也较高，对于有成本要求、可商业化生产的光伏并网微型逆变器不宜采用这种模拟电路和软件设计相结合的控制方式。
发明内容
本发明的目的在于提供一种微型光伏并网逆变器的防孤岛电路，当检测到电网工作时逆变器才能启动，向电网输送电能；当检测到电网停电时逆变器不会启动，从而保障了电网设备和人员的安全。
为解决上述技术问题，本发明提供一种微型光伏并网逆变器的防孤岛电路，包括逆变输入防反二极管电路，第1路半桥高段逆变开关电路，第2路半桥高段逆变开关电路，所述第1路半桥高段逆变开关电路和第2路半桥高段逆变开关电路的输出端均连接输出滤波电路和电网负载电路，所述逆变输入防反二极管电路分别连接第1路半桥高段逆变开关电路和第2路半桥高段逆变开关电路；
第1路半桥高段逆变开关电路和第2路半桥高段逆变开关电路通过自举电容充电电阻电路相连；所述第1路半桥高段逆变开关电路上设有第2路半桥低段逆变开关电路，所述第2路半桥高段逆变开关电路上设有第1路半桥低段逆变开关电路。
优选的，所述逆变输入防反二极管电路由二极管D9和二极管D10构成，所述二极管D9的阴极连接第1路半桥高段逆变开关电路，二极管D10的阴极连接第2路半桥高段逆变开关电路。
优选的，自举电容充电电阻电路包括串联的电阻R4和电阻R11。
优选的，所述输出滤波电路和电网负载电路包括共模电感L1，所述共模电感L1的输出端连接电网负载，以及与电网负载并联的压敏电阻RV1和电容C4，电容C4与电网负载之间设有保险管F1。
优选的，所述第2路半桥低段逆变开关电路与第1路半桥低段逆变开关电路的结构相同。
优选的，所述第2路半桥低段逆变开关电路包括MOS管RF2，串联的稳压二极管ZD2、电阻R7、电阻R6、电阻R5，二极管D4并联在电阻R6、电阻R5的两端，所述MOS管RF2的漏极连接第1路半桥高段逆变开关电路，MOS管RF2的栅极连接稳压二极管ZD2的阴极，MOS管RF2的源极连接稳压二极管ZD2的阳极。
优选的，第1路半桥低段逆变开关电路包括MOS管RF4，串联的稳压二极管ZD4、电阻R14、电阻R13、电阻R12，二极管D8并联在电阻R13、电阻R12的两端，所述MOS管RF4的漏极连接第2路半桥高段逆变开关电路，MOS管RF4的栅极连接稳压二极管ZD4的阴极，MOS管RF4的源极连接稳压二极管ZD4的阳极。
优选的，所述第1路半桥高段逆变开关电路与第2路半桥高段逆变开关电路的结构相同。
优选的，所述第1路半桥高段逆变开关电路包括MOS管RF1，三极管Q1，串联的二极管D3、二极管D2，电阻R3并联在二极管D3、二极管D2的两端，三极管Q1的基极与发射极之间设有电容C1，三极管Q1的集电极通过电阻R1、自举电容C2连接二极管D1、稳压二极管ZD1的阳极以及第2路半桥低段逆变开关电路中MOS管RF2的漏极，所述二极管D1的阴极连接三极管Q1的基极，稳压二极管ZD1的阴极连接MOS管的栅极，二极管D3的阴极连接自举电容充电电阻电路中的电阻R4，二极管D3的阳极连接三极管Q1的基极，二极管D2的阴极连接在自举电容C2的一端，所述MOS管RF1的漏极连接逆变输入防反二极管电路，MOS管RF1的源极连接第2路半桥低段逆变开关电路中MOS管RF2的漏极和输出滤波电路和电网负载电路中共模电感L1。
优选的，所述第2路半桥高段逆变开关电路包括MOS管RF3，三极管Q2，串联的二极管D7、二极管D6，电阻R10并联在二极管D7、二极管D6的两端，三极管Q2的基极与发射极之间设有电容C6，三极管Q2的集电极通过电阻R8、自举电容C7连接二极管D5、稳压二极管ZD3的阳极以及第1路半桥低段逆变开关电路中MOS管RF4的漏极，所述二极管D5的阴极连接三极管Q1的基极，稳压二极管ZD3的阴极连接MOS管的栅极，二极管D7的阴极连接自举电容充电电阻电路中的电阻R11，二极管D7的阳极连接三极管Q2的基极，二极管D6的阴极连接在自举电容C7的一端，所述MOS管RF3的漏极连接逆变输入防反二极管电路，MOS管RF3的源极连接第1路半桥低段逆变开关电路中MOS管RF4的漏极和输出滤波电路和电网负载电路中共模电感L1。
与相关技术相比较，本发明提供的有如下有益效果：
1、本发明当检测到电网工作时逆变器才能启动，向电网输送电能；当检测到电网停电时逆变器不会启动，从而保障了电网设备和人员的安全。
2、本发明由纯模拟电路实现，结构简单，运行可靠，成本低廉。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图中标号：1、逆变输入防反二极管电路；2、第1路半桥高段逆变开关电路；3、第2路半桥低段逆变开关电路；4、自举电容充电电阻电路；5、第2路半桥高段逆变开关电路；6、第1路半桥低段逆变开关电路；7、输出滤波电路和电网负载电路。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例；基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
由图1所示，本发明提供一种微型光伏并网逆变器的防孤岛电路，包括以下电路：
逆变输入防反二极管电路1，包括二极管D9和二极管D10，所述二极管D9的阴极连接第1路半桥高段逆变开关电路2中MOS管RF1的漏极，二极管D10的阴极连接第2路半桥高段逆变开关电路5中MOS管RF3的漏极。
二极管D9和二极管D10的阳极共同连接DC+端。
自举电容充电电阻电路4，包括串联的电阻R4和电阻R11，所述电阻R4的一端连接电阻R11另一端连接第1路半桥高段逆变开关电路2中的二极管D3的阴极，电阻R11的另一端连接第2路半桥高段逆变开关电路5中的二极管D7的阴极。
输出滤波电路和电网负载电路7，包括共模电感L1，所述共模电感L1的第1引脚连接MOS管RF1的源极，第3引脚连接MOS管RF3的源极，第2引脚和第4引脚上并联压敏电阻RV1和电容C4，电容C4的一端还连接有保险管F1，所述保险管F1的另一端和电容C4的另一端连接有电网负载。
第2路半桥低段逆变开关电路3与第1路半桥低段逆变开关电路6的结构相同。
第2路半桥低段逆变开关电路3，包括MOS管RF2，串联的稳压二极管ZD2、电阻R7、电阻R6、电阻R5，二极管D4并联在电阻R6、电阻R5的两端，所述MOS管RF2的漏极连接第1路半桥高段逆变开关电路2中MOS管RF1的源极，MOS管RF2的栅极连接稳压二极管ZD2的阴极，MOS管RF2的源极连接稳压二极管ZD2的阳极。
第1路半桥低段逆变开关电路6，包括MOS管RF4，串联的稳压二极管ZD4、电阻R14、电阻R13、电阻R12，二极管D8并联在电阻R13、电阻R12的两端，所述MOS管RF4的漏极连接第2路半桥高段逆变开关电路5中MOS管RF3的源极，MOS管RF4的栅极连接稳压二极管ZD4的阴极，MOS管RF4的源极连接稳压二极管ZD4的阳极。
MOS管RF2的源极和MOS管RF2的源极共同连接DC-端。
第1路半桥高段逆变开关电路2，包括MOS管RF1，三极管Q1，串联的二极管D3、二极管D2，电阻R3并联在二极管D3、二极管D2的两端，三极管Q1的基极与发射极之间设有电容C1，三极管Q1的集电极通过电阻R1、自举电容C2连接二极管D1、稳压二极管ZD1的阳极、三极管Q1的发射极以及第2路半桥低段逆变开关电路3中MOS管RF2的漏极，所述二极管D1的阴极连接三极管Q1的基极，稳压二极管ZD1的阴极连接MOS管RF1的栅极，二极管D3的阴极连接自举电容充电电阻电路4中的电阻R4的一端，二极管D3的阳极连接三极管Q1的基极，二极管D2的阴极连接在自举电容C2的一端，所述MOS管RF1的漏极连接逆变输入防反二极管电路1中二极管D9的阴极，MOS管RF1的源极连接第2路半桥低段逆变开关电路3中MOS管RF2的漏极和输出滤波电路和电网负载电路中共模电感L1的第1引脚。
第2路半桥高段逆变开关电路5，包括MOS管RF3，三极管Q2，串联的二极管D7、二极管D6，电阻R10并联在二极管D7、二极管D6的两端，三极管Q2的基极与发射极之间设有电容C6，三极管Q2的集电极通过电阻R8、自举电容C7连接二极管D5、稳压二极管ZD3的阳极、三极管Q2的发射极以及第1路半桥低段逆变开关电路6中MOS管RF4的漏极，所述二极管D5的阴极连接三极管Q1的基极，稳压二极管ZD3的阴极连接MOS管RF3的栅极，二极管D7的阴极连接自举电容充电电阻电路4中的电阻R11的一端，二极管D7的阳极连接三极管Q2的基极，二极管D6的阴极连接在自举电容C7的一端，所述MOS管RF3的漏极连接逆变输入防反二极管电路1中二极管D10的阴极，MOS管RF3的源极连接第1路半桥低段逆变开关电路6中MOS管RF4的漏极和输出滤波电路和电网负载电路中共模电感L1的第2引脚。
本发明的工作原理分为以下两个过程：
逆变初始条件建立的过程：
当电网正常供电工作时，在电网交流电压AC_L处于正半周时，即交流电流经过保险管F1后，流过共模电感L1后到达第2路半桥高段逆变开关电路5中的A点，电流流到A点分为3路，第1路流经MOS管RF3的体二极管到达二极管D10的阴极，被二极管D10反向截止。第2路流经二极管D5、二极管D7、电阻R11、电阻R4、二极管D2后对自举电容C2进行充电，然后经过第1路半桥高段逆变开关电路2中的B点，最后回到交流电压端AC_N。第3路经过电阻R5、电阻R6、电阻R7、稳压二极管ZD2（稳压值11V）后在稳压二极管ZD2两端形成电压，驱动MOS管RF2开通。
在电网交流电压AC_L处于负半周时（AC_N处于交流电压正半周），即交流电流经过共模电感L1后到达第1路半桥高段逆变开关电路2中的B点，电流流到B点分为3路，第1路流经MOS管RF1的体二极管到达D9的阴极，被二极管D9反向截止。第2路流经二极管D1、二极管D3，电阻R4、电阻R11，二极管D6后对自举电容C7进行充电，然后经过第2路半桥高段逆变开关电路5中的A点，最后回到交流电压端AC_L。第3路经过电阻R12、电阻R13、电阻R14、稳压二极管ZD4（稳压值11V）后在稳压二极管ZD4两端形成电压，驱动MOS管RF4开通。
经过几个充电周期后，自举电容C2、自举电容C7的电压分别使稳压二极管ZD1、稳压二极管ZD3击穿，获得与稳压二极管ZD1、稳压二极管ZD3稳压值相等的驱动电压，从而分别驱动MOS管RF1、MOS管RF3开通，至此逆变初始条件建立。
正常并网逆变时的工作过程：
在逆变初始条件建立后，AC_N为电网电压正半周时，即第1路半桥高段逆变开关电路2中的B点电位高，第2路半桥高段逆变开关电路5中的A点电位低的情况。
一方面，由于从B点到A点构成如同初始条件建立一样的充电回路对自举电容C7进行充电，二极管D1导通，二极管D1导通时压降为0.7V，导致三极管Q1基极－发射极间电压Ube为-0.7V，致使三极管Q1不能导通；而自举电容C2上的电压经电阻R1后将稳压二极管ZD1击穿，使稳压二极管ZD1两端电压为11V，此电压将开关管RF1导通。同时B点的高电位电压经电阻R12、电阻R13、电阻R14后将稳压二极管ZD4击穿，使稳压二极管ZD4两端电压为11V，此电压将MOS管RF4导通。
另一方面，自举电容C7上的电压经电阻R10后将三极管Q2导通，三极管Q2导通后Uce电压为0.3V，此低电压不能使MOS管RF3导通。同时A点的低电位电压不能使MOS管RF2导通。通过以上分析，MOS管RF1、MOS管RF4导通而MOS管RF3、MOS管RF2不导通的时候，电流从DC+流过MOS管RF1后经过共模电感L1的第1引脚、第2引脚，再流过负载RLOAD后经过保险F1，再流过L1的4、3脚，最后经过RF4回到DC-，第1路半桥逆变开关电路（第1路半桥高段逆变开关电路2和第1路半桥低段逆变开关电路6）形成一个完整的逆变回路，逆变开始正常工作，向电网输送电能。
同理，AC_L为电网电压正半周时，即第2路半桥高段逆变开关电路5中的A点电位高，第1路半桥高段逆变开关电路2中的B点电位低的情况。
一方面，由于从A点到B点构成如同初始条件建立一样的充电回路对自举电容C2进行充电，二极管D5导通时压降为0.7V，导致三极管Q2基极－发射极间电压Ube为-0.7V，致使三极管Q2不能导通；而自举电容C7上的电压经电阻R8后将稳压二极管ZD3击穿，使稳压二极管ZD3两端电压为11V，此电压将MOS管RF3导通。同时A点的高电位电压经电阻R5、电阻R6、电阻R7后将稳压二极管ZD2击穿，使稳压二极管ZD2两端电压为11V，此电压将MOS管RF2导通。
另一方面，自举电容C2上的电压经电阻R3后将三极管Q1导通，三极管Q1导通后Uce电压为0.3V，此低电压不能使MOS管RF1导通。同时B点的低电位电压不能使MOS管RF4导通。通过以上分析，MOS管RF3、MOS管RF2导通而MOS管RF1、MOS管RF4不导通的时候，电流从DC+流过MOS管RF3后经过共模电感L1的第3引脚、第4引脚，再流过保险F1后经过电网负载，再流过共模电感L1的第2引脚、第1引脚，最后经过MOS管RF2回到DC-，第2路半桥逆变开关电路（第2路半桥低段逆变开关电路3和第2路半桥高段逆变开关电路5）形成一个完整的逆变回路，逆变正常工作，向电网输送电能。
电网交流电压正负半周交替变化时，MOS管RF3、MOS管RF2和MOS管RF1、MOS管RF4两组MOS管交替导通，不断地向电网输送与电网电压同频率同相位的交流电能。
当电网停电时，由于不能建立逆变工作的初始条件，逆变器不能启动，也就不能向电网输送电能，从而保障了电网设备和人员的安全。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (6)
1.一种微型光伏并网逆变器的防孤岛电路，其特征在于，包括逆变输入防反二极管电路（1），第1路半桥高段逆变开关电路（2），第2路半桥高段逆变开关电路（5），所述第1路半桥高段逆变开关电路（2）和第2路半桥高段逆变开关电路（5）的输出端均连接输出滤波电路和电网负载电路（7），所述逆变输入防反二极管电路（1）分别连接第1路半桥高段逆变开关电路（2）和第2路半桥高段逆变开关电路（5）；
第1路半桥高段逆变开关电路（2）和第2路半桥高段逆变开关电路（5）通过自举电容充电电阻电路（4）相连；所述第1路半桥高段逆变开关电路（2）上设有第2路半桥低段逆变开关电路（3），所述第2路半桥高段逆变开关电路（5）上设有第1路半桥低段逆变开关电路（6）；
所述第2路半桥低段逆变开关电路（3）包括MOS管RF2，串联的稳压二极管ZD2、电阻R7、电阻R6、电阻R5，二极管D4并联在电阻R6、电阻R5的两端，所述MOS管RF2的漏极连接第1路半桥高段逆变开关电路（2），MOS管RF2的栅极连接稳压二极管ZD2的阴极，MOS管RF2的源极连接稳压二极管ZD2的阳极；
所述第1路半桥高段逆变开关电路（2）包括MOS管RF1，三极管Q1，串联的二极管D3、二极管D2，电阻R3并联在二极管D3、二极管D2的两端，三极管Q1的基极与发射极之间设有电容C1，三极管Q1的集电极通过电阻R1、自举电容C2连接二极管D1、稳压二极管ZD1的阳极以及第2路半桥低段逆变开关电路（3），所述二极管D1的阴极连接三极管Q1的基极，稳压二极管ZD1的阴极连接MOS管的栅极，二极管D3的阴极连接自举电容充电电阻电路（4），二极管D3的阳极连接三极管Q1的基极，二极管D2的阴极连接在自举电容C2的一端，所述MOS管RF1的漏极连接逆变输入防反二极管电路（1），MOS管RF1的源极连接第2路半桥低段逆变开关电路（3）和输出滤波电路和电网负载电路（7）。
2.根据权利要求1所述的一种微型光伏并网逆变器的防孤岛电路，其特征在于，所述逆变输入防反二极管电路（1）由二极管D9和二极管D10构成，所述二极管D9的阴极连接第1路半桥高段逆变开关电路（2），二极管D10的阴极连接第2路半桥高段逆变开关电路（5）。
3.根据权利要求1所述的一种微型光伏并网逆变器的防孤岛电路，其特征在于，所述自举电容充电电阻电路（4）包括串联的电阻R4和电阻R11。
4.根据权利要求1所述的一种微型光伏并网逆变器的防孤岛电路，其特征在于，所述输出滤波电路和电网负载电路（7）包括共模电感L1，所述共模电感L1的输出端连接电网负载，以及与电网负载并联的压敏电阻RV1和电容C4，电容C4与电网负载之间设有保险管F1。
5.根据权利要求1所述的一种微型光伏并网逆变器的防孤岛电路，其特征在于，所述第2路半桥低段逆变开关电路（3）与第1路半桥低段逆变开关电路（6）的结构相同。
6.根据权利要求1所述的一种微型光伏并网逆变器的防孤岛电路，其特征在于，所述第1路半桥高段逆变开关电路（2）与第2路半桥高段逆变开关电路（5）的结构相同。
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