CN203423631U - 一种包括高升压电路的太阳能无桥逆变器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种包括高升压电路的太阳能无桥逆变器。该无桥逆变电路包括电网，DSP，以及输入端分别接电能收集装置输出端、控制端分别接DSP、且输出端分别接电网输出端的多相并联或者多相交错并联的多个基于高升压电路的变换器，在DSP的控制下，该多高升压变换器在预设的一个工频周期内分时工作，并将所得正向半个准正弦波电压与负向半个准正弦波电压进行拼接，得到标准正弦波电压。本实用新型所述无桥逆变电路与太阳能无桥逆变器，可以克服现有技术中损耗大、能量利用率低、热处理元件多、设备重量大与运输成本高等缺陷，以实现损耗小、能量利用率高、热处理元件少、设备重量小与运输成本低的优点。

Description

一种包括高升压电路的太阳能无桥逆变器

技术领域

本实用新型涉及电子器件，具体地，涉及一种无桥逆变电路与太阳能无桥逆变器。 

背景技术

随着能源危机的进一步加剧，绿色、环保的能源得到越来越多国家的关注，作为代表的风能和太阳能这类可再生能源发电系统也更多的被大范围的应用，为了能够提高能源的利用效率，通常这类能源的转换都会使用DC/AC逆变器，将收集到的绿色能源回馈给电网，做分布式发电用。对于太阳能来说，其电能来源就是太阳能电池板组件，他们主要是将绿色能源转换为电能，但是，该电能还需要提供给电网或者给家电使用，因此需要能量转换。首先将电能收集装置收集到的电能转换为一个稳定的直流输出电，再通过DC/AC逆变器，将该直流电逆变为AC交流电，最后并网到电网，为电网中的负载提供能量。对于现代的风力发电装置，一般还带有一个AC/DC整流级，放置在高升压变换器前面。由于电网是低频的工频交流电，这样逆变器还需要额外的考虑散热。功率元件如功率二极管与功率场效应管（MOS）等，都是电压越高价格越贵；允许通过的电流越大，所用器件的成本越高。那么，由功率元件构成的变换器，工作于高压、大电流情况下，会产生更多的损耗，这将大大降低变换器的效率。 

因此现有技术中的太阳能逆变器至少存在成本高、额外损耗大、能量转换效率低的缺陷。 

实用新型内容

本实用新型的目的在于，针对上述问题，提出一种包括高升压电路的无桥逆变器，以实现损耗小、元件成本低、能量利用率高、热处理元件少、设备重量小与运输成本低的优点。 

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是： 

一种包括高升压电路的太阳能无桥逆变器，包括电能收集装置、基于高升压电路的SPWM调制的准DC/DC变换器模块以及DSP控制器； 

所述电能收集装置，为所述准DC/DC变换器模块供电； 

所述准DC/DC变换器模块中，包括SPWM调制的DC/DC变换电路，以及与所述DC/DC变换电路连接的控制开关Q_on；所述控制开关Q_on基于所述DSP控制器的控制信号，控制所述DC/DC变换电路开启工作或停止工作;所述SPWM调制的DC/DC变换电路包括半波整流电容C_IN及与所述半波整流电容C_IN并联的变换器单元；所述变换器单元包括两个两相并联的变换器：第一准DC/DC变换器与第二准DC/DC变换器，所述第一准DC/DC变换器为第一有源箝位反激变换器，所述第二准DC/DC变换器为第二有源箝位反激变换器；所述第一有源箝位反激变换器及所述第二有源箝位反激变换器的连接关系为： 

所述半波整流电容C_IN正极经第一箝位电容CCL1后，与第一箝位开关Q21的漏极、以及Q21的体二极管或额外的并联二极管DQ21的阴极连接；依次经第一变压器漏感或额外添加的电感Lr1及第一变压器原边励磁电感或者额外并联的电感Lm1后，与第一箝位开关Q21的源极、Q21的体二极管或额外的并联二极管DQ21的阳极、第一功率半导体开关Q11的漏极、以及Q11的体二极管或额外的并联二极管DQ11的阴极连接；经第二箝位电容CCL2后，与第二箝位开关Q22的漏极、以及Q22的体二极管或额外的并联二极管DQ22的阴极连接；以及，依次经第二变压器漏感或额外添加的电感Lr2及第二变压器原边励磁电感或者额外并联的电感Lm2后，与第二箝位开关Q22的源极、Q22的体二极管或额外的并联二极管DQ22的阳极、第二功率半导体开关Q12的漏极、以及Q12的体二极管或额外的并联二极管DQ12的阴极连接； 

所述半波整流电容C_IN的负极，经半波整流电容CIN后与第一功率半导体开关Q11的源极、Q11的体二极管或额外的并联二极管DQ11的阳极、第二功率半导体开关Q12的源极、以及Q12的体二极管或额外的并联二极管DQ12的阳极连接； 

所述第一功率半导体开关Q11的栅极、以及第二功率半导体开关Q12的栅极，用于输入占空比为D的脉冲信号；第一箝位开关Q21的栅极、以及第二箝位开关Q22的栅极，用于输入占空比为1-D的脉冲信号； 

第一变压器的原边线圈，并联在第一变压器原边励磁电感或者额外并联的电 感Lm1的两端；第一变压器副边线圈的第一连接端，与第一输出二极管D11的阳极连接；第一输出二极管D11的阴极，经第一输出电容C11后与第一变压器副边线圈的第二连接端、以及及第二输出二极管D12的阴极连接； 

所述第二变压器的原边线圈，并联在第二变压器原边励磁电感或者额外并联的电感Lm2的两端；第二变压器副边线圈的第一连接端，与第二输出二极管D12的阳极连接；第二输出二极管D12的阴极，经第二输出电容C12后与第二变副边线圈的第二连接端连接； 

所述第一输出二极管D11与第一输出电容C11的公共端为直流输出电压的第一端子，第二输出二极管D12与第二输出电容C12的公共端为直流输出电压的第二端子; 

所述DSP控制器，向所述准DC/DC变换器模块发送控制信号，在一个工频周期的前半个周期所述第一准DC/DC变换器输出半个正弦波信号；在同一个工频周期的后半个周期所述第二准DC/DC变换器输出半个正弦波信号，将所述准DC/DC变换器输出的信号叠加后得到完整的正弦波信号；所述完整的正弦波信号输出至电网。 

本实用新型的上述技术方案与现有技术相比至少具有如下优点： 

（1）本实用新型所述包括高升压电路的无桥逆变器，可以将原来的DC/DC加DC/AC的方案简化为一级，直接使用SPWM调制（正弦脉宽调制）和DSP实现交流电流输出，提高效率，减少元器件的数量，同时降低成本；从而可以克服现有技术中损耗大、能量利用率低的缺陷，具有损耗小、能量利用率高的优点。 

（2）本实用新型所述包括高升压电路的无桥逆变器，其中的高升压电路的结构是将两个有源箝位反激电路的输入并联，输出串联，输入由于是低压，电流比较大，并联的结构减少了各个有源箝位反激电路的电流，降低损耗，分散热量。而副边是高压，串联的结构降低了各个反激的输出电压，而且变压器的匝比也可以降低，减少副边的匝数，直接效果是减小变压器绕组的电阻，降低绕组损耗，进一步提高效率。从而可以克服现有技术中成本高、额外损耗大、能量转换效率低与环保性差的缺陷，以实现成本低、额外损耗小、能量转换效率高与环保性好的优点。 

附图说明

为了使本实用新型的内容更容易被清楚的理解，下面结合附图，对本实用新型作进一步详细的说明，其中， 

图1为本发明高升压电路第一种结构的电气原理示意图； 

图2为本发明高升压电路第二种结构的电气原理示意图； 

图3为两个有源箝位反激电路在图1中应用的无桥逆变器原理示意图； 

图4为两个有源箝位反激电路在图2中应用的无桥逆变器原理示意图； 

图5为两个反激变换电路在图2中应用的无桥逆变器原理示意图。 

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。 

实施例一 

如图3所示，一种包括高升压电路的太阳能无桥逆变器，包括电能收集装置、基于高升压电路的SPWM调制的准DC/DC变换器模块以及DSP控制器。 

所述电能收集装置，为所述准DC/DC变换器模块供电。 

所述准DC/DC变换器模块中，包括SPWM调制的DC/DC变换电路，以及与所述DC/DC变换电路连接的控制开关Q_on；所述控制开关Q_on基于所述DSP控制器的控制信号，控制所述DC/DC变换电路开启工作或停止工作;所述SPWM调制的DC/DC变换电路包括半波整流电容C_IN及与所述半波整流电容C_IN并联的变换器单元；所述变换器单元包括两个两相并联的变换器：第一准DC/DC变换器与第二准DC/DC变换器，所述第一准DC/DC变换器为第一有源箝位反激变换器，所述第二准DC/DC变换器为第二有源箝位反激变换器。 

第一至第n变压器包括第一变压器T1与第二变压器T2。 

所述第一有源箝位反激变换器，包括第一功率半导体开关Q₁₁、第一箝位开关Q₂₁、第一变压器原边励磁电感或者额外并联的电感L_m1、第一变压器漏感或额外添加的电感L_r1、第一箝位电容C_cl1、第一输出二极管D₁₁、第一输出电容C₁₁、以及第一功率半导体开关Q₁₁与第一箝位开关Q₂₁的体二极管或额外的并联二极管D_Q11与D_Q12。 

所述第二有源箝位反激变换器，包括第二功率半导体开关Q₁₂、第二箝位开关Q₂₂、第二变压器原边励磁电感或者额外并联的电感L_m2、第二变压器漏感或额外添加的电感L_r2、第二箝位电容C_cl2、第二输出二极管D₁₂、第二输出电容C₁₂、第二功率半导体开关Q₁₂与第二箝位开关Q₂₂的体二极管或额外的并联二极管D_Q12与D_Q22；其中： 

所述直流输入电压V_in的第一连接端，经第一箝位电容C_cl1后，与第一箝位开关Q₂₁的漏极、以及第一箝位开关Q₂₁的体二极管或额外的并联二极管D_Q21的阴极连接；依次经第一变压器漏感或额外添加的电感L_r1及第一变压器原边励磁电感或者额外并联的电感L_m1后，与第一箝位开关Q₂₁的源极、第一箝位开关Q₂₁的体二极管或额外的并联二极管D_Q2的阳极、第一功率半导体开关Q₁₁的漏极、以及第一功率半导体开关Q₁₁的体二极管或额外的并联二极管D_Q11的阴极连接；经第二箝位电容C_CL2后，与第二箝位开关Q₂₂的漏极、以及第二箝位开关Q₂₂的体二极管或额外的并联二极管D_Q22的阴极连接；以及，依次经第二变压器漏感或额外添加的电感L_r2及第二变压器原边励磁电感或者额外并联的电感L_m2后，与第二箝位开关Q₂₂的源极、第二箝位开关Q₂₂的体二极管或额外的并联二极管D_Q22的阳极、第二功率半导体开关Q₁₂的漏极、以及第二功率半导体开关Q₁₂的体二极管或额外的并联二极管D_Q12的阴极连接。 

所述直流输入电压V_in的第二连接端，与第一功率半导体开关Q₁₁的源极、第一功率半导体开关Q₁₁的体二极管或额外的并联二极管D_Q11的阳极、第二功率半导体开关Q₁₂的源极、以及第二功率半导体开关Q₁₂的体二极管或额外的并联二极管D_Q12的阳极连接。 

所述第一功率半导体开关Q₁₁的栅极、以及第二功率半导体开关Q₁₂的栅极， 用于输入占空比为D的脉冲信号；第一箝位开关Q₂₁的栅极、以及第二箝位开关Q₂₂的栅极，用于输入占空比为1-D的脉冲信号。 

所述第一变压器T1的原边线圈，并联在第一变压器原边励磁电感或者额外并联的电感L_m1的两端；第一变压器T1副边线圈的第一连接端，与第一输出二极管D₁₁的阳极连接；第一输出二极管D₁₁的阴极，经第一输出电容C₁₁后与第一变压器T1副边线圈的第二连接端、以及及第二输出二极管D₁₂的阴极连接。 

所述第二变压器T2的原边线圈，并联在第二变压器原边励磁电感或者额外并联的电感L_m2的两端；第二变压器T2副边线圈的第一连接端，与第二输出二极管D₁₂的阳极连接；第二输出二极管D₁₂的阴极，经第二输出电容C₁₂后与第二变压器T2副边线圈的第二连接端连接。 

所述第一输出二极管D₁₁与第一输出电容C₁₁的公共端为直流输出电压V_O的第一端子，第二输出二极管D₁₂与第二输出电容C₁₂的公共端为直流输出电压V_O的第二端子。 

所述第一功率半导体开关Q₁₁、第二功率半导体开关Q₁₂、第一箝位开关Q₂₁、以及第二箝位开关Q₂₂，至少包括金属氧化物场效应晶体管MOSFET、绝缘栅极双极型晶体管IGBT与二极管中的至少一种。 

实施例二 

如图4所示，当n=2时，所SPWM调制的DC/DC变换电路的变换器包括低端箝位反激变换器，变压器包括第一变压器T1与第二变压器T2；所述低端箝位反激变换器，包括控制开关Q₁、箝位开关Q₂、变压器漏感或额外添加的电感L_r、第一变压器原边励磁电感或者额外并联的电感L_m1、第二变压器原边励磁电感或者额外并联的电感L_m2、箝位电容Ccl2、第一输出二极管D₁₁、第二输出二极管D₁₂、第一输出电容C₁₁与第二输出电容C₁₂；其中： 

所述直流输入电压V_in的第一连接端，经变压器漏感或额外添加的电感L_r、 以及并联的第一变压器原边励磁电感或者额外并联的电感L_m1与第二变压器原边励磁电感或者额外并联的电感L_m2后，与控制开关Q₁的控制端连接，并经箝位电容Ccl后与箝位开关Q₂的控制端连接。 

所述直流输入电压V_in的第二连接端，与控制开关Q₁的固定端、以及箝位开关Q₂的固定端连接。 

所述控制开关Q₁的控制端，用于输入占空比为D的脉冲信号；箝位开关Q₂的控制端，用于输入占空比为1-D的脉冲信号。 

所述第一变压器T1的原边线圈，并联在第一变压器原边励磁电感或者额外并联的电感L_m1的两端；第一变压器T1副边线圈的第一连接端，与第一输出二极管D₁₁的阳极连接；第一输出二极管D₁₁的阴极，经第一输出电容C₁₁后与第一变压器T1副边线圈的第二连接端、以及第二输出二极管D₁₂的阴极连接。 

所述第二变压器T2的原边线圈，并联在第二变压器原边励磁电感或者额外并联的电感L_m2的两端；第二变压器T2副边线圈的第一连接端，与第二输出二极管D₁₂的阳极连接；第二输出二极管D₁₂的阴极，经第二输出电容C₁₂后与第二变压器T2副边线圈的第二连接端连接。 

所述第一输出二极管D₁₁与第一输出电容C₁₁的公共端为直流输出电压V_O的第一端子，第二输出二极管D₁₂与第二输出电容C₁₂的公共端为直流输出电压V_O的第二端子。 

所述控制开关Q₁、以及箝位开关Q₂，至少包括金属氧化物场效应晶体管MOSFET、绝缘栅极双极型晶体管IGBT与二极管中的至少一种。 

实施例三 

如图5所示，当n=2时，所SPWM调制的DC/DC变换电路的变换器包括反激变换器，所述第一至第n变压器包括第一变压器T1与第二变压器T2。 

所述反激变换器，包括功率半导体开关Q₁、变压器漏感或额外添加的电感 Lr1、第一变压器原边励磁电感或者额外并联的电感L_m1、第二变压器原边励磁电感或者额外并联的电感L_m2、第一输出二极管D₁₁、第二输出二极管D₁₂、第一输出电容C₁₁、第二输出电容C₁₂、以及功率半导体开关Q₁的体二极管或额外的并联二极管D_Q1；其中： 

所述直流输入电压V_in的第一连接端，经变压器漏感或额外添加的电感L_r、以及并联的第一变压器原边励磁电感或者额外并联的电感L_m1与第二变压器原边励磁电感或者额外并联的电感L_m2后，与功率半导体开关Q₁的漏极、以及Q₁的体二极管或额外的并联二极管D_Q1的阴极连接。 

所述直流输入电压V_in的第二连接端，与功率半导体开关Q₁的源极、以及功率半导体开关Q₁的体二极管或额外的并联二极管D_Q1的阳极连接；功率半导体开关Q₁的栅极，用于输入脉冲信号。 

所述第一变压器T1的原边线圈，并联在第一变压器原边励磁电感或者额外并联的电感L_m1的两端；第一变压器T1副边线圈的第一连接端，与第一输出二极管D₁₁的阳极连接；第一输出二极管D₁₁的阴极，经第一输出电容C₁₁后与第一变压器T1副边线圈的第二连接端、以及第二输出二极管D₁₂的阴极连接。 

所述第二变压器T2的原边线圈，并联在第二变压器原边励磁电感或者额外并联的电感L_m2的两端；第二变压器T2副边线圈的第一连接端，与第二输出二极管D₁₂的阳极连接；第二输出二极管D₁₂的阴极，经第二输出电容C₁₂后与第二变压器T2副边线圈的第二连接端连接。 

所述第一输出二极管D₁₁与第一输出电容C₁₁的公共端为直流输出电压V_O的第一端子，第二输出二极管D₁₂与第二输出电容C₁₂的公共端为直流输出电压V_O的第二端子。 

所述功率半导体开关Q₁，至少包括金属氧化物场效应晶体管MOSFET、绝缘 栅极双极型晶体管IGBT与二极管中的至少一种。 

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。 

凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。 

Claims (1)

1.一种包括高升压电路的太阳能无桥逆变器，其特征在于，包括电能收集装置、基于高升压电路的SPWM调制的准DC/DC变换器模块以及DSP控制器； 

所述电能收集装置，为所述准DC/DC变换器模块供电； 

所述准DC/DC变换器模块中，包括SPWM调制的DC/DC变换电路，以及与所述DC/DC变换电路连接的控制开关Q_on；所述控制开关Q_on基于所述DSP控制器的控制信号，控制所述DC/DC变换电路开启工作或停止工作;所述SPWM调制的DC/DC变换电路包括半波整流电容C_IN及与所述半波整流电容C_IN并联的变换器单元；所述变换器单元包括两个两相并联的变换器：第一准DC/DC变换器与第二准DC/DC变换器，所述第一准DC/DC变换器为第一有源箝位反激变换器，所述第二准DC/DC变换器为第二有源箝位反激变换器；所述第一有源箝位反激变换器及所述第二有源箝位反激变换器的连接关系为： 

所述半波整流电容C_IN正极经第一箝位电容CCL1后，与第一箝位开关Q21的漏极、以及Q21的体二极管或额外的并联二极管DQ21的阴极连接；依次经第一变压器漏感或额外添加的电感Lr1及第一变压器原边励磁电感或者额外并联的电感Lm1后，与第一箝位开关Q21的源极、Q21的体二极管或额外的并联二极管DQ21的阳极、第一功率半导体开关Q11的漏极、以及Q11的体二极管或额外的并联二极管DQ11的阴极连接；经第二箝位电容CCL2后，与第二箝位开关Q22的漏极、以及Q22的体二极管或额外的并联二极管DQ22的阴极连接；以及，依次经第二变压器漏感或额外添加的电感Lr2及第二变压器原边励磁电感或者额外并联的电感Lm2后，与第二箝位开关Q22的源极、Q22的体二极管或额外的并联二极管DQ22的阳极、第二功率半导体开关Q12的漏极、以及Q12的体二极管或额外的并联二极管DQ12的阴极连接； 

所述半波整流电容C_IN的负极，经半波整流电容CIN后与第一功率半导体开关Q11的源极、Q11的体二极管或额外的并联二极管DQ11的阳极、第二功率半导体开关Q12的源极、以及Q12的体二极管或额外的并联二极管DQ12的阳极连接；所述第一功率半导体开关Q11的栅极、以及第二功率半导体开关Q12的栅极，用于输入占空比为D的脉冲信号；第一箝位开关Q21的栅极、以及第二箝位开 关Q22的栅极，用于输入占空比为1-D的脉冲信号； 

第一变压器的原边线圈，并联在第一变压器原边励磁电感或者额外并联的电感Lm1的两端；第一变压器副边线圈的第一连接端，与第一输出二极管D11的阳极连接；第一输出二极管D11的阴极，经第一输出电容C11后与第一变压器副边线圈的第二连接端、以及及第二输出二极管D12的阴极连接； 

所述第二变压器的原边线圈，并联在第二变压器原边励磁电感或者额外并联的电感Lm2的两端；第二变压器副边线圈的第一连接端，与第二输出二极管D12的阳极连接；第二输出二极管D12的阴极，经第二输出电容C12后与第二变副边线圈的第二连接端连接； 

所述第一输出二极管D11与第一输出电容C11的公共端为直流输出电压的第一端子，第二输出二极管D12与第二输出电容C12的公共端为直流输出电压的第二端子; 

所述DSP控制器，向所述准DC/DC变换器模块发送控制信号，在一个工频周期的前半个周期所述第一准DC/DC变换器输出半个正弦波信号；在同一个工频周期的后半个周期所述第二准DC/DC变换器输出半个正弦波信号，将所述准DC/DC变换器输出的信号叠加后得到完整的正弦波信号；所述完整的正弦波信号输出至电网。 

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