CN202652100U - 一种二极管钳位式逆变桥结构 - Google Patents
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Abstract
一种二极管钳位式逆变桥结构，属于太阳能发电领域。直流母线通过UDC直流电压源进行供电，开关管S1的集电极、电容CH的正极以及直流母线正输入端P连接，开关管S1的发射极、开关管S2的集电极、钳位二极管D1的负极以及电容C1的一端连接，开关管S2的发射极、开关管S3的集电极、电容C1的另一端以及电容C2的一端连接，开关管S3的发射极、开关管S4的集电极、电容C2的另一端以及钳位二极管D2的正极连接，钳位二极管D2的负极、钳位二极管D1的正极、电容CH的负极以及电容CL的正极连接，开关管S4的发射极、电容CL的负极以及直流母线负输入端N相连并接地。优点：增加了系统的稳定性；可以通过简单的硬件改进，解决开关管承压不均问题。
Description
技术领域
本实用新型属于太阳能发电技术领域，具体涉及一种二极管钳位式逆变桥的结构。
背景技术
随着世界能源的紧缺，人们开始重视可再生能源的开发利用，太阳能由于无污染、可再生、不受地域限制、开发潜力大等优势成为人类最理想环保的新能源之一，已经得到人类越来越广泛地应用。在未来的世界里，太阳能发电将成为人类最主要的能量来源。太阳能发电系统产生的电能是直流电，必须要经过逆变器转换成符合国家公共电网要求的交流电之后才能送入电网的各个设备。现今太阳能光伏逆变器主要采用两种电路拓扑：两电平电路拓扑及三电平电路拓扑。相比于传统的两电平逆变器，三电平逆变器由于其特殊的电路结构，具有如下突出的优点：每个桥臂上开关元件的电压应力为直流侧输入电压的一半，这样无需动态均压电路就可以将低耐压的器件应用于高压大功率场合，从而节省成本；在相同的载波频率下，三电平逆变器线电压的谐波成分较两电平逆变器要小的多，且由于开关频率也成倍减少，从而有效减少了开关损耗，提高了工作效率。但由于功率器件自身寄生电容的影响，会导致三电平电路中开关管承压不均，严重时可能引起功率器件过压损坏，对人身安全造成威胁。为了解决开关管承压不均问题，现有技术中通常采用改变开关管动作时序，利用钳位二极管的钳压作用来平均分配开关管电压。此方法程序复杂，容易出现逻辑错误。
鉴于上述已有技术，有必要对现有的二极管钳位式逆变桥加以改进，下面将要介绍的技术方案便是在这种背景下产生的。
发明内容
本实用新型的目的在于提供一种二极管钳位式逆变桥结构，可以通过简单的硬件改进，解决开关管承压不均问题。
本实用新型的目的是这样来达到的，一种二极管钳位式逆变桥结构，包括钳位二极管D
1
、D
2
、开关管S
1
、S
2
、S
3
、S
4
、电容C
H
、C
L
、C
1
、C
2
和直流母线，直流母线通过U
DC
直流电压源进行供电，开关管S
1
的集电极、电容C
H
的正极以及直流母线正输入端P连接，开关管S
1
的发射极、开关管S
2
的集电极、钳位二极管D
1
的负极以及电容C
1
的一端连接，开关管S
2
的发射极、开关管S
3
的集电极、电容C
1
的另一端以及电容C
2
的一端连接，开关管S
3
的发射极、开关管S
4
的集电极、电容C
2
的另一端以及钳位二极管D
2
的正极连接，钳位二极管D
2
的负极、钳位二极管D
1
的正极、电容C
H
的负极以及电容C
L
的正极连接，开关管S
4
的发射极、电容C
L
的负极以及直流母线负输入端N相连并接地。
在本实用新型的一个具体的实施例中，所述的电容C
H
、C
L
优选为电解电容，两者串联在正负母线之间，并且大小相等。
本实用新型由于采用了上述结构，分别在开关管S
2
、S
3
两端并联电容C
1
、C
2
，能比较好的解决开关管分压不均的问题，增加了系统的稳定性；相比于改变开关管开关时序的方法，本设计不需要改变程序，把复杂的软件改动转化为简单的硬件改动。
附图说明
图1为本实用新型的一实施例的电路图。
图2为本实用新型的一应用例的电路图。
具体实施方式
为了使公众能充分了解本实用新型的技术实质和有益效果，申请人将在下面结合附图对本实用新型的具体实施方式详细描述，但申请人对实施例的描述不是对技术方案的限制，任何依据本实用新型构思作形式而非实质的变化都应当视为本实用新型的保护范围。
请参阅图1，一种二极管钳位式逆变桥结构，包括钳位二极管D
1
、D
2
、开关管S
1
、S
2
、S
3
、S
4
、电容C
H
、C
L
、C
1
、C
2
和直流母线，直流母线通过U
DC
直流电压源进行供电，其中，电容C
H
、C
L
为分压电容，优选为电解电容，两者串联在正负母线之间，并且大小相等。开关管S
1
的集电极、电容C
H
的正极以及直流母线正输入端P相连，开关管S
1
的发射极、开关管S
2
的集电极、钳位二极管D
1
的负极以及电容C
1
的一端连接，开关管S
2
的发射极、开关管S
3
的集电极、电容C
1
的另一端以及电容C
2
的一端连接，开关管S
3
的发射极、开关管S
4
的集电极、电容C
2
的另一端以及钳位二极管D
2
的正极连接，钳位二极管D
2
的负极、钳位二极管D
1
的正极、电容C
H
的负极以及电容C
L
的正极连接，开关管S
4
的发射极、电容C
L
的负极以及直流母线负输入端N相连。
请参阅图2，为本实用新型的一应用例的电路图，示出了寄生电容、电流流向、充电电压正负、滤波电感L以及负载，是一完整结构的电路图。具体地，开关管S
1
、S
2
、S
3
、S
4
构成A桥臂，开关管S
5
、S
6
构成B桥臂，电容C
D1
、C
D2
、C
S1
、C
S2
、C
S3
、C
S4
分别为钳位二极管D
1
、D
2
及开关管S
1
、S
2
、S
3
、S
4
的寄生电容。U
DC
为输入直流母线电压，则o点为中点电位U
DC
/2。首先以开关管S
1
、S
2
为例，当开关管S
1
、S
2
由不承压状态向承压状态转变时就会发生开关管承压不均的问题。具体地，当开关管S
1
、S
2
不承压（即导通）而开关管S
3
、S
4
承压（即截止）时，开关管S
1
、S
2
压降为0，b、c点电位为U
DC
，此时钳位二极管D
1
的寄生电容C
D1
充电，充电电压为U
DC
/2，电容电压正负如图所示；当开关管S
1
、S
2
从不承压状态（即导通状态）向承压状态（即截止状态）切换时，开关管S
3
、S
4
从承压状态（即截止状态）切换到不承压状态（即导通状态），c点电位变为0V，此时开关管S
1
、S
2
的寄生电容C
S1
、C
S2
充电，如图所示，寄生电容C
S1
的充电电流为I
1
，寄生电容C
S2
的充电电流为I
2
；此时b点电位被拉低，钳位二极管D
1
上压降小于U
DC
/2，钳位二极管D
1
的寄生电容C
D1
放电，放电电流为I
x
；由图可知，I
2
=I
1
+I
x
，根据公式：
此时充电时间t相等，又I
2
=（I
1
+I
x
）>I
1
，可得U
S2
>U
S1
（U
S1
为开关管S
1
断开时承受的电压，U
S2
为开关管S
2
断开时承受的电压），由此可见开关管S
1
和S
2
的电压不均匀，且靠近输出端c点的开关管S
2
承受的电压较大，影响系统的性能。
另外，根据上述公式可知，当电容C增大时，电压U减小。故在开关管S
2
上并联电容C
1
，使开关管S
2
上总电容增大，从而减小电压U
S2
，使得b点的电位降低，当U
S2
降低至U
DC
/2时，也就是b点的电位降低至U
DC
/2时，钳位二极管D
1
的寄生电容C
D1
停止放电，使b点电位降至U
DC
/2，并且 U
DC=
U
S1+
U
S2
，因此根据上述分析可得到U
DC
/2<=U
S2
<U
DC,
0< U
S1
<= U
DC
/2。由此可知开关管S
1
的电压始终小于或等于U
DC
/2，起到保护开关管S
1
的作用，同时由于电容C
1
的存在使得开关管S
2
两端的电压尽可能的减小，起到保护开关管S
2
的作用。
同样地，当开关管S
3
、S
4
由不承压状态向承压状态转变时也会发生开关管承压不均的问题。具体地，当开关管S
3
、S
4
不承压（即导通）而开关管S
1
、S
2
承压（即截止）时，开关管 S
3
、S
4
压降为0，c、d点电位为0，此时钳位二极管D
2
的寄生电容C
D2
充电，充电电压为-U
DC
/2，当开关管S
3
、S
4
从不承压状态（即导通状态）向承压状态（即截止状态）切换时，开关管S
1
、S
2
从承压状态（即截止状态）切换到不承压状态（即导通状态），c点电位变为U
DC
，此时开关管S
3
、S
4
的寄生电容C
S3
、C
S4
充电，寄生电容C
S3
的充电电流为I
3
，寄生电容C
S4
的充电电流为I
4
；此时d点电位被拉高，钳位二极管D
2
上压降改变，钳位二极管D
2
的寄生电容C
D2
放电，放电电流为I
y
，同前述分析，I
3
=（I
4
+I
y
）>I
4
，可得U
S3
>U
S4
（U
S3
为开关管S
3
断开时承受的电压，U
S4
为开关管S
4
断开时承受的电压），由此可见开关管S
3
和S
4
的电压不均匀，且开关管S
3
承受的电压较大，影响系统的性能。同时也可得到，（-U
DC
）<U
S4
<=（-U
DC
/2）
,
（-U
DC
/2）<= U
S3
< 0，因此起到了保护开关管S
4
的作用，且由于电容C
2
的存在，使得开关管S
3
两端的电压尽可能的减小，起到保护开关管S
3
的作用。
综上所述，本实用新型提供的技术方案克服了已有技术中的欠缺，达到了发明目的，体现了申请人所述的技术效果。
Claims (2)
1.一种二极管钳位式逆变桥结构，包括钳位二极管D 1 、D 2 、开关管S 1 、S 2 、S 3 、S 4 、电容C H 、C L 、C 1 、C 2 和直流母线，直流母线通过U DC 直流电压源进行供电，开关管S 1 的集电极、电容C H 的正极以及直流母线正输入端P连接，开关管S 1 的发射极、开关管S 2 的集电极、钳位二极管D 1 的负极以及电容C 1 的一端连接，开关管S 2 的发射极、开关管S 3 的集电极、电容C 1 的另一端以及电容C 2 的一端连接，开关管S 3 的发射极、开关管S 4 的集电极、电容C 2 的另一端以及钳位二极管D 2 的正极连接，钳位二极管D 2 的负极、钳位二极管D 1 的正极、电容C H 的负极以及电容C L 的正极连接，开关管S 4 的发射极、电容C L 的负极以及直流母线负输入端N相连。
2.根据权利要求1所述的一种二极管钳位式逆变桥结构，其特征在于所述的电容C H 、C L 优选为电解电容，两者串联在正负母线之间，并且大小相等。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN 201220265227 CN202652100U (zh) | 2012-06-07 | 2012-06-07 | 一种二极管钳位式逆变桥结构 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN 201220265227 CN202652100U (zh) | 2012-06-07 | 2012-06-07 | 一种二极管钳位式逆变桥结构 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN202652100U true CN202652100U (zh) | 2013-01-02 |
Family
ID=47421132
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN 201220265227 Expired - Lifetime CN202652100U (zh) | 2012-06-07 | 2012-06-07 | 一种二极管钳位式逆变桥结构 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN202652100U (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111989856A (zh) * | 2018-04-10 | 2020-11-24 | 西门子股份公司 | 三点式变流器的电路布置 |
-
2012
- 2012-06-07 CN CN 201220265227 patent/CN202652100U/zh not_active Expired - Lifetime
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111989856A (zh) * | 2018-04-10 | 2020-11-24 | 西门子股份公司 | 三点式变流器的电路布置 |
| CN111989856B (zh) * | 2018-04-10 | 2024-05-14 | 西门子股份公司 | 三点式变流器的电路布置 |
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