CN202261070U

CN202261070U - 一种h桥逆变电路

Info

Publication number: CN202261070U
Application number: CN2011203800693U
Authority: CN
Inventors: 刘晓霞; 赵金璞; 许斌
Original assignee: LANGRUI TECH Co Ltd ZHENZHOU
Current assignee: LANGRUI TECH Co Ltd ZHENZHOU
Priority date: 2011-10-09
Filing date: 2011-10-09
Publication date: 2012-05-30
Anticipated expiration: 2021-10-09

Abstract

本实用新型涉及一种H桥逆变电路。所述H桥逆变电路包括组成桥臂的功率开关元件，所述功率开关元件同时采用了IGBT管和MOSFET管，其中上半桥的功率开关元件采用两只IGBT管，下半桥的功率开关元件采用两只MOSFET管，上半桥的两只IGBT管的集电极接电源正极，所述两只IGBT管的发射极分别接下半桥的两只MOSFET管的源极，下半桥的两只MOSFET管的漏极接电源地，上半桥的IGBT管的发射极和下半桥的MOSFET管的源极的连接节点组成H桥逆变电路的输出端。本实用新型相对于现有的H桥逆变电路，不论负载是在轻载还是在满载的工作情况下，都具有较高的效率，具有明显的节能效果，可具体应用在各种逆变器中。

Description

一种H桥逆变电路

技术领域

本实用新型涉及一种DC/AC逆变电路，特别是涉及一种高效H桥路逆变电路。具体应用在各种逆变器中，如光伏发电逆变器，风力发电逆变器，方波逆变器，正弦波逆变器等等。

背景技术

目前，在通常的H桥逆变电路的设计应用中，四个桥臂采用相同的功率开关管（采用IGBT管或MOSFET管），IGBT是最多被使用的器件。因为IGBT导通压降的非线性特性使得IGBT的导通压降并不会随着电流的增加而显著增加。从而保证了逆变器在最大负载情况下，仍然可以保持较低的损耗和较高的效率。而在高频逆变电路的设计应用中，MOSFET管则被广泛采用，虽然MOSFET管的导通压降是线性的，但它又具有非常卓越的动态特性和高频工作能力，因此在突出频率特性的高频逆变电路中，常常选用MOSFET管。

图1所示是目前常用的一种H桥逆变电路，是一种由G30T60 构成的H桥逆变电路。其逆变工作过程是：当控制电路的控制信号PWM1控制IGBT1、IGBT2导通，同时控制信号PWM2 控制IGBT3、IGBT4关断时，电流方向由直流源正VDH，经IGBT1，AC1，交流负载（或交流源），AC2，IGBT2到直流电源地。当控制电路的控制信号PWM2控制IGBT4、IGBT3导通；同时控制信号PWM1控制IGBT1、IGBT2关断时，电流方向由直流源正VDH，经IGBT4，AC2，交流负载，AC1，IGBT2到直流电源地。在一个循环周期内，交流负载上流过的电流是交流。

不论是采用IGBT组成的H桥逆变电路，或是采用MOSFET管组成的H桥逆变电路，在实际应用中都存在不理想的地方：

1、采用IGBT时，由于IGBT导通压降的非线性特性使得IGBT的导通压降并不会随着导通电流的增加而显著增加，在满负荷工作时，逆变转换效率较高；反之由于IGBT导通压降的非线性特性使得IGBT的导通压降并不会随着导通电流的减小而显著减小，在轻负荷时，逆变转换效率相对较低。另一方面是由于IGBT的开关频率低，因此由IGBT组成的H桥逆变电路的频率特性不理想。

2、采用MOSFET管时，频率特性提高了，但由于MOSFET管的导通压降是线性的，使得MOSFET的导通压降会随着导通电流的增加而显著增加，在满负荷工作时，逆变转换效率较低；反之，MOSFET的导通压降也会随着导通电流的减小而显著减小，在轻负荷时，逆变转换效率相对较高。

3、逆变效率会随前级直流源功率变化而变化。采用IGBT组成的H桥逆变电路，逆变效率会随前级直流源功率的增大而增大；采用MOSFET组成的H桥逆变电路，逆变效率会随前级直流源功率的增大而减小。在光伏发电逆变器或风能发电逆变器中，此电路的缺点显现的更突出。

实用新型内容

本实用新型针对现有技术不足，提出一种更高效率的H桥逆变电路，不论负载是在轻载工作还是在满载的工作情况下，都有较高的效率。

本实用新型所采用的技术方案：

一种H桥逆变电路，包括组成桥臂的功率开关元件，所述H桥逆变电路的功率开关元件同时采用了IGBT管和MOSFET管，其中上半桥的功率开关元件采用两只IGBT管，下半桥的功率开关元件采用两只MOSFET管，其中上半桥的两只IGBT管的集电极接电源正极VDH，两只IGBT管的发射极分别接下半桥的两只MOSFET管的源极，下半桥的两只MOSFET管的漏极接电源地GND，上半桥的IGBT管的发射极和下半桥的MOSFET管的源极的连接节点组成H桥逆变电路的输出端。

所述的H桥逆变电路，在上半桥的两只IGBT管的集电极与发射极之间分别并联有保护二极管D1、D4，所述保护二极管的负极接电源正极VDH；在下半桥的两只MOSFET管的源极与漏极之间分别并联有保护二极管D3、D2，所述保护二极管的正极接电源地GND。

本实用新型的有益积极效果：

1、本实用新型相对于现有的H桥逆变电路，不论负载是在轻载工作还是在满载的工作情况下，都有较高的效率，具有明显的节能效果。使用本实用新型可使逆变桥路的逆变效率比现有技术提高2-4%点。如应用在一台3.6kw的光伏发电逆变器上每小时可多发电72w-144w。

本实用新型能够提高逆变效率的理论依据是，由于上半桥的IGBT管只作为电流极性控制器件，其开关频率只有50Hz，充分利用了IGBT的大电流低导通压降的特性，避开了IGBT管子高频特性差的弱点，从而降低总损耗和逆变器的输出电磁干扰。由下半桥的MOSFET管控制逆变电路输出的正弦交流电的幅值，其开关频率工作在30KHz左右,充分利用了MOSFET管的高频特性和导通压降是线性的特性，以适应交流负载的变化及前级直流源功率的变化。

2、使用本实用新型，可以减少逆变器对电网的电磁干扰和污染。原有的逆变电路中，上、下对臂的功率开关管（图1中IGBT1和IGBT2是对臂，IGBT3和IGBT4是对臂）工作在同一频率，而本实用新型中上臂的IGBT管只工作在50Hz，同现有技术相比大大降低了管子的开关频率，因此减少了逆变器对电网的电磁干扰和污染。

附图说明

图1：现有技术H桥逆变电路原理图；

图2：本实用新型H桥逆变电路原理图。

具体实施方式

实施例一：参见图2，为本实用新型由IGBT和MOSFET构成的H桥逆变电路，其与现有技术不同的是：所述H桥路逆变电路同时采用了IGBT管和MOSFET管，上半桥的开关管采用了二只IGBT管，下半桥的开关管采用了二只MOSFET管。

本实用新型的H桥逆变电路的逆变工作过程是：当控制电路的一路控制信号PWM控制IGBT1导通、IGBT4关断，同时控制电路的另一路控制信号SPWM控制MOSFET2导通、MOSFET3关断时，电流方向由直流源正VDH，经IGBT1，AC1，交流负载（或交流源），AC2，MOSFET2到直流电源地；当控制电路的控制信号PWM控制IGBT4导通、IGBT1关断；同时控制信号SPWM控制MOSFET3导通、MOSFET2关断时，电流方向由直流源正VDH，经IGBT4，AC2，交流负载，AC1，MOSFET3到直流电源地；在一个循环周期内，交流负载上流过的电流是交流。逆变出的交流电的幅值由控制信号SPWM的频率和占空比决定。

图1原有的逆变电路中，上下对臂管子（IGBT1和IGBT2是对臂，IGBT3和IGBT4是对臂）工作在同一频率，而本实用新型中上臂的IGBT管只工作在50Hz，同现有技术相比大大降低了管子的开关频率，因此减少了逆变器对电网的电磁干扰和污染。

从图1和图2对比看出，本实用新型H桥路逆变电路与现有技术的区别在于：上半桥的开关管采用了二只IGBT管，下半桥的开关管采用了二只MOSFET管。在工作控制方式上，本实用新型的H桥路逆变电路采用双频率（一路高频和一路低频）控制方式。上半桥的IGBT管只作为电流极性控制器件，由PWM控制信号控制逆变出的正弦交流电的极性，工作在工频50Hz；下半桥的MOSFET管进行SPWM高频切换，由SPWM控制信号控制逆变电路输出的正弦交流电的幅值，其工作频率在20kHz-40KHz。

Claims

1.一种H桥逆变电路，包括组成桥臂的功率开关元件，其特征是：所述H桥逆变电路的功率开关元件同时采用了IGBT管和MOSFET管，其中上半桥的功率开关元件采用两只IGBT管，下半桥的功率开关元件采用两只MOSFET管，上半桥的两只IGBT管的集电极接电源正极VDH，所述两只IGBT管的发射极分别接下半桥的两只MOSFET管的源极，下半桥的两只MOSFET管的漏极接电源地GND，上半桥的IGBT管的发射极和下半桥的MOSFET管的源极的连接节点组成H桥逆变电路的输出端。

2.根据权利要求1所述的H桥逆变电路，其特征是：在上半桥的两只IGBT管的集电极与发射极之间分别并联有保护二极管D1、D4，所述保护二极管的负极接电源正极VDH；在下半桥的两只MOSFET管的源极与漏极之间分别并联有保护二极管D3、D2，所述保护二极管的正极接电源地GND。