CN203896210U - 一种微型并网逆变器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及逆变器领域,具体涉及一种微型并网逆变器。通过采用双变压器电路、介于双变压器电路及光伏板之间的用于控制吸收漏感能量的回馈电路，其中双变压器电路为包括有两个子变压器并联在一起、两个子变压器开关周期错开的双变压器电路，使每一路变压器的功率减小一半，变压器的峰值功率也减小一半，进而减小了变压器体积，减小了磁芯损耗，提高了逆变器转化效率，其中，回馈电路，能主动的跟踪反激开关管的关断电压并有效的抑制电压尖峰，通过将漏感能量回馈吸收，大大的提高了变压器的转化效率。

Description

一种微型并网逆变器

技术领域

本实用新型涉及逆变器领域,具体涉及一种微型并网逆变器。

背景技术

并网逆变器一般用于将太阳能光伏板进行升压逆变后与电网并网，是光伏网络中必不可少的一种电器；其中，应用于单个光伏组件的并网逆变器为提高功率密度、减小变压器的体积，使得其开关频率非常的高，从而产生的变压器磁芯损耗非常的大，从而严重降低了变压器的转化效率，严重制约了并网逆变器的推广和使用，与此同时，单个光伏组件的输出电压较低，而电网侧峰值电压较高，因此变压器的设计往往会使得原边的匝数减小来增加副边的电压，由此逆变器中的变压器漏感所占激磁电感的比例增加了，从而降低了逆变器的整体转化效率，引起反激开关管过高的关断电压尖峰，增加开关管的应力要求。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服以上所述的缺点，提供一能在减少变压器体积的情况下，减小磁芯损耗、提高转化效率、能主动吸收漏感能量的一种微型并网逆变器。

为实现上述目的，本实用新型的具体方案如下：微型并网逆变器，包括有光伏板、桥式电路，还包括有与桥式电路连接的双变压器电路、介于双变压器电路及光伏板之间的用于控制吸收漏感能量的回馈电路；所述双变压器电路为包括有两个子变压器并联在一起、两个子变压器开关周期错开1/2的双变压器电路。

其中，所述回馈电路包括有箝位电感、箝位开关管、箝位二极管、箝位电容、用于采样比较电网电压、光伏板电压以及箝位电容电压的比较电路、用于转换比较电路所输出波形的波形转换电路及隔离驱动电路，所述波形转换电路串联在比较电路与隔离驱动电路之间。

其中，所述双变压器电路包括有变压器T1、变压器T2、二极管D1a、二极管D2a、二极管D3a、二极管D4a、反激开关管Q1a及反激开关管Q2a；变压器T1原边的另一端分别与二极管D1a的正极以及反激开关管Q1a的漏极相连，变压器T1副边的一端与二极管D2a的正极连接，二极管D2a的负极分别与二极管D4a的负极以及桥式电路的一个输入端相连；变压器T2原边的另一端与二极管D3a的正极以及反激开关管Q2a的漏极相连，二极管D3a的负极与二极管D1a的负极相连，变压器T2副边的一端与二极管D4a的正极相连，变压器T2副边的另一端分别与变压器T1副边的另一端以及桥式电路的另一个输入端相连，所述反激开关管Q1a的源极、反激开关管Q2a的源极分别接地。

其中，所述箝位电感的一端分别与光伏板的一端、变压器T1原边的一端以及变压器T2原边的一端相连，箝位电感的另一端分别与箝位二极管的负极、隔离驱动电路的一个输出端、箝位开关管的漏极相连；所述箝位开关管的栅极与隔离驱动电路的另一个输出端相连，所述箝位开关管的源极与二极管D1a的负极相连；箝位二极管的正极分别与光伏板的另一端以及地相连。

其中，还包括有并联在变压器T1副边两端的去耦电容C2a、并联在变压器T2副边两端的去耦电容C3a、并联在光伏板两端的去耦电容C1a。

其中，所述箝位开关管、反激开关管Q1a以及反激开关管Q2a为N沟道mos管。

其中，所述比较电路包括有运放器U1、运放器U2、运放器U3、运放器U4、二极管D1、二极管D2、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R10、电阻R11、电阻R12；

所述运放器U1，其一个输入端通过电阻R5与电压信号V_GRID/N相连，其另一个输入端通过电阻R9与基准电压V_REF相连，其一个输入端通过电阻R1与二极管D2的正极相连，二极管D2的负极分别与运放器U1的输出端以及二极管D1的正极相连，二极管D1的负极与运放器U1的一个输入端以及通过电阻R1与二极管D2的正极分别相连；所述电压信号V_GRID/N为电网电压的采样电压与变压器T1的匝数比N之比；所述运放器U2，其一个输入端通过电阻R2与电压信号V_GRID/N、通过电阻R6与二极管D2的正极、通过电阻R3与运放器U2的输出端分别相连，其另一个输入端通过R10与基准电压V_REF相连； 所述运放器U3，其一个输入端通过电阻R7与运放器U2的输出端、通过电阻R4与光伏板采样电压V_PV分别相连，其另一个输入端通过电阻R11与基准电压V_REF相连，其输出端通过电阻R12与其另一个输入端相连；所述运放器U4，其一个输入端与箝位电容的采样电压V_C_clamp、通过电阻R13与地、通过串联在一起的电阻R14和电阻R15与箝位电容的电压C_clamp分别相连，其另一个输入端通过电阻R8与运放器U3的输出端相连，其输出端与波形转换电路相连。

其中，双变压器电路的两个子变压器开关周期错开1/2个周期。

其中，所述桥式电路为逆变器用全桥电路。

本实用新型的有益效果为：通过采用双变压器电路、介于双变压器电路及光伏板之间的用于控制吸收漏感能量的回馈电路，其中双变压器电路为包括有两个子变压器并联在一起、两个子变压器开关周期错开的双变压器电路，使每一路变压器的功率减小一半，变压器的峰值功率也减小一半，进而减小了变压器体积，减小了磁芯损耗，提高了逆变器转化效率，其中，回馈电路，能主动的跟踪反激开关管的关断电压并有效的抑制电压尖峰，通过将漏感能量回馈吸收，大大的提高了变压器的转化效率。

附图说明

图1是本实用新型的电路图；

图2是本实用新型比较电路、波形转换电路、隔离驱动电路的电路图；

图3是本逆变器相应元件的软件仿真图；

图1至图3中的附图标记说明：

箝位电感—L_clamp；

箝位开关管—Q_clamp；

箝位二极管—D_clamp；

箝位电容—C_clamp；

回馈电路—1；比较电路—1a；波形转换电路—1b；隔离驱动电路—1c。

双变压器电路—2。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步详细的说明，并不是把本实用新型的实施范围局限于此。

如图1与图2所示，本实施例所述的一种微型并网逆变器，包括有光伏板、桥式电路，还包括有与桥式电路连接的双变压器电路2、介于双变压器电路2及光伏板之间的用于控制吸收漏感能量的回馈电路1；所述双变压器电路2为包括有两个子变压器并联在一起、两个子变压器开关周期错开的双变压器电路2；其中，双变压器电路的两个子变压器开关周期错开1/2个周期；使每一路变压器的功率减小一半，变压器的峰值功率也减小一半，进而减小了变压器体积，减小了磁芯损耗，提高了逆变器转化效率，所述回馈电路1能主动的跟踪反激开关管的关断电压并有效的抑制电压尖峰，通过将漏感能量回馈吸收，大大的提高了变压器的转化效率。

其中，所述桥式电路为逆变器用全桥电路。

进一步的，本实施所述的微型并网逆变器，所述回馈电路1包括有箝位电感L_clamp、箝位开关管Q_clamp、箝位二极管D_clamp、箝位电容C_clamp、用于采样比较电网电压、光伏板电压以及箝位电容C_clamp电压的比较电路1a、用于转换比较电路1a所输出波形的波形转换电路1b及隔离驱动电路1c，所述波形转换电路1b串联在比较电路1a与隔离驱动电路1c之间。

进一步的，本实施所述的微型并网逆变器，所述双变压器电路2包括有变压器T1、变压器T2、二极管D1a、二极管D2a、二极管D3a、二极管D4a、反激开关管Q1a及反激开关管Q2a；变压器T1原边的另一端分别与二极管D1a的正极以及反激开关管Q1a的漏极相连，变压器T1副边的一端与二极管D2a的正极连接，二极管D2a的负极分别与二极管D4a的负极以及桥式电路的一个输入端相连；变压器T2原边的另一端与二极管D3a的正极以及反激开关管Q2a的漏极相连，二极管D3a的负极与二极管D1a的负极相连，变压器T2副边的一端与二极管D4a的正极相连，变压器T2副边的另一端分别与变压器T1副边的另一端以及桥式电路的另一个输入端相连，所述反激开关管Q1a的源极、反激开关管Q2a的源极分别接地。具体地，变压器T1与二极管D1a、二极管D2a、反激开关管Q1a形成第一变压器回路；变压器T2与二极管D3a、二极管D4a、反激开关管Q2a形成第二变压器回路；第一变压器回路与第二变压器回路实现错开1/2的开关周期；具体地，当反激开关管Q1a开通时，二极管D1a不导通，二极管D2a也不导通，此时光伏板的能量存储在变压器T1中，而当反激开关管Q1a关断时，反激开关管Q1a的关断电压迅速上升，二极管D1a导通，将漏感能量存储在箝位电容C_clamp中，同时二极管D2a导通，变压器T1中存储的能量通过逆变后并网至电网，第一变压器回路完成一个工作周期；同样地，当反激开关管Q2a开通时，二极管D3a不导通，二极管D4a也不导通，此时光伏板的能量存储在变压器T2中，而当反激开关管Q2a关断时，反激开关管Q2a的关断电压迅速上升，二极管D3a导通，将漏感能量存储在箝位电容C_clamp中，同时二极管D4a导通，变压器T2中存储的能量通过逆变后并网至电网，第二变压器回路完成一个工作周期；其中，第一变压器回路完成后，箝位电容C_clamp中的漏感能量将在第二变压器回路的周期开始前按照一定方式传输至箝位电感L_clamp中，具体方式参照下段描述，在此不赘述；因此通过此设计可有效使第一变压器回路与第二变压器回路的功率减小一半，变压器的峰值功率也减小一半，进而减小了变压器体积，减小了磁芯损耗，有效的提高了逆变器转化效率。

进一步的，本实施所述的微型并网逆变器，所述箝位电感L_clamp的一端分别与光伏板的一端、变压器T1原边的一端以及变压器T2原边的一端相连，箝位电感L_clamp的另一端分别与箝位二极管D_clamp的负极、隔离驱动电路1c的一个输出端、箝位开关管Q_clamp的漏极相连；所述箝位开关管Q_clamp的栅极与隔离驱动电路1c的另一个输出端相连，所述箝位开关管Q_clamp的源极与二极管D1a的负极相连；箝位二极管D_clamp的正极分别与光伏板的另一端以及地相连；具体地，第一变压器回路在进行一个工作周期时，当反激开关管Q1a关断时，由上述第一变压器回路所述，将漏感能量存储在箝位电容C_clamp中，因此箝位电容C_clamp的电压上升，在比较电路1a中，当箝位电容C_clamp的电压上升至大于光伏板的输入电压与变压器T1副边的电网峰值电压的反射电压之和时，比较电路1a输出脉冲信号并传输至波形转换电路1b，波形转换电路1b将脉冲信号传输至隔离驱动电路1c后驱动箝位开关管Q_clamp开通，箝位电容C_clamp将存储在其内的漏感能量传输至箝位电感L_clamp中，因此及时调节了箝位电容C_clamp两端的电压，有效的箝住了箝位开关管Q_clamp的关断电压，此时箝位电容C_clamp两端的电压下降，经过比较电路1a输出的脉冲信号通过波形转换电路1b、隔离驱动电路1c后驱动箝位开关管Q_clamp关断，箝位电感L_clamp中的能量经箝位二极管D_clamp传回至输入侧，从而减少了变压器T1的损耗，充分的吸收了漏感能量，并将漏感再通过变压器、电桥传至电网，有效的提高了逆变器的转化效率。同样的，在第二变压器回路进行一个工作周期时，当反激开关管Q1a关断时，由上述第二变压器回路所述，将漏感能量存储在箝位电容C_clamp中，因此箝位电容C_clamp的电压上升，在比较电路1a中，当箝位电容C_clamp的电压上升至大于光伏板的输入电压与变压器T2副边的电网峰值电压的反射电压之和时，比较电路1a输出脉冲信号并传输至波形转换电路1b，波形转换电路1b将脉冲信号传输至隔离驱动电路1c后驱动箝位开关管Q_clamp开通，箝位电容C_clamp将存储在其内的漏感能量传输至箝位电感L_clamp中，因此及时调节了箝位电容C_clamp两端的电压，有效的箝住了箝位开关管Q_clamp的关断电压，此时箝位电容C_clamp两端的电压下降，经过比较电路1a输出的脉冲信号通过波形转换电路1b、隔离驱动电路1c后驱动箝位开关管Q_clamp关断，箝位电感L_clamp中的能量经箝位二极管D_clamp传回至输入侧，从而减少了变压器T2的损耗，充分的吸收了漏感能量，并将漏感再通过变压器、电桥传至电网，有效的提高了逆变器的转化效率。

进一步的，本实施所述的微型并网逆变器，还包括有并联在变压器T1副边两端的去耦电容C2a、并联在变压器T2副边两端的去耦电容C3a、并联在光伏板两端的去耦电容C1a，设置的各去耦电容可有效去除相应电路中交流成分，完善逆变器的电气性能。

进一步的，本实施所述的微型并网逆变器，所述箝位开关管Q_clamp、反激开关管Q1a以及反激开关管Q2a为N沟道mos管。

进一步的，本实施所述的微型并网逆变器，所述比较电路1a包括有运放器U1、运放器U2、运放器U3、运放器U4、二极管D1、二极管D2、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R10、电阻R11、电阻R12；

所述运放器U1，其一个输入端通过电阻R5与电压信号V_GRID/N相连，其另一个输入端通过电阻R9与基准电压V_REF相连，其一个输入端通过电阻R1与二极管D2的正极相连，二极管D2的负极分别与运放器U1的输出端以及二极管D1的正极相连，二极管D1的负极与运放器U1的一个输入端以及通过电阻R1与二极管D2的正极分别相连；

所述电压信号V_GRID/N为电网电压的采样电压与变压器T1的匝数比N之比；

所述运放器U2，其一个输入端通过电阻R2与电压信号V_GRID/N、通过电阻R6与二极管D2的正极、通过电阻R3与运放器U2的输出端分别相连，其另一个输入端通过R10与基准电压V_REF相连；

 所述运放器U3，其一个输入端通过电阻R7与运放器U2的输出端、通过电阻R4与光伏板采样电压V_PV分别相连，其另一个输入端通过电阻R11与基准电压V_REF相连，其输出端通过电阻R12与其另一个输入端相连；

所述运放器U4，其一个输入端与箝位电容C_clamp的采样电压V_C_clamp、通过电阻R13与地、通过串联在一起的电阻R14和电阻R15与箝位电容C_clamp的电压C_clamp分别相连，其另一个输入端通过电阻R8与运放器U3的输出端相连，其输出端与波形转换电路1b相连。具体地，电压信号V_GRID/N经过以基准电压V_REF为基准的运放器U1 及运放器U2后，将正弦波信号整流成抬升电压V_REF、折迭的正弦半波信号；在经过运放器U3叠加光伏板的光伏板采样电压V_PV、去除基准电压V_REF，得到抬升电压抬升V_PV、折迭的正弦半波信号V_FLY，该信号再与箝位电容C_clamp的采样电压V_C_clamp在运放器U4中比较，当采样电压V_C_clamp大于正弦半波信号V_FLY时，运放器U4的输出端输出低电平，当采样电压V_C_clamp小于正弦半波信号V_FLY时，运放器U4的输出端输出高电平；运放器U4的输出端输出的直流方波信号经过波形转换电路1b进行波形翻转、优化，提供给隔离驱动电路1c，输出用于开通与关断箝位开关管Q_clamp的驱动信号。

通过上述电路组合和配合，完全实现了通过采用单纯的硬件电路实现箝位吸收电路的控制以及控制工作。

如图3，通过本电路，箝位电容C_clamp的采样电压V_C_clamp与电网Vgrid进行比较，箝位电容C_clamp的能量在每个开关周期都能回馈到光伏板的输入侧，反激开关管Q1a或反激开关管Q2a的Vds尖峰小，同时，反激开关管Q1a或者反激开关管Q2a的电流更加正弦化。

以上所述仅是本实用新型的一个较佳实施例，故凡依本实用新型专利申请范围所述的构造、特征及原理所做的等效变化或修饰，包含在本实用新型专利申请的保护范围内。

Claims (9)

1.一种微型并网逆变器，包括有光伏板、桥式电路，其特征在于：还包括有与桥式电路连接的双变压器电路（2）、介于双变压器电路（2）及光伏板之间的用于控制吸收漏感能量的回馈电路（1）；所述双变压器电路（2）为包括有两个子变压器并联在一起、两个子变压器开关周期错开的双变压器电路（2）。

2.根据权利要求1所述的一种微型并网逆变器，其特征在于：所述回馈电路（1）包括有箝位电感（L_clamp）、箝位开关管（Q_clamp）、箝位二极管（D_clamp）、箝位电容（C_clamp）、用于采样比较电网电压、光伏板电压以及箝位电容（C_clamp）电压的比较电路（1a）、用于转换比较电路（1a）所输出波形的波形转换电路（1b）及隔离驱动电路（1c），所述波形转换电路（1b）串联在比较电路（1a）与隔离驱动电路（1c）之间。

3.根据权利要求2所述的一种微型并网逆变器，其特征在于：所述双变压器电路（2）包括有变压器T1、变压器T2、二极管D1a、二极管D2a、二极管D3a、二极管D4a、反激开关管Q1a及反激开关管Q2a；变压器T1原边的另一端分别与二极管D1a的正极以及反激开关管Q1a的漏极相连，变压器T1副边的一端与二极管D2a的正极连接，二极管D2a的负极分别与二极管D4a的负极以及桥式电路的一个输入端相连；变压器T2原边的另一端与二极管D3a的正极以及反激开关管Q2a的漏极相连，二极管D3a的负极与二极管D1a的负极相连，变压器T2副边的一端与二极管D4a的正极相连，变压器T2副边的另一端分别与变压器T1副边的另一端以及桥式电路的另一个输入端相连，所述反激开关管Q1a的源极、反激开关管Q2a的源极分别接地。

4.根据权利要求3所述的一种微型并网逆变器，其特征在于：所述箝位电感（L_clamp）的一端分别与光伏板的一端、变压器T1原边的一端以及变压器T2原边的一端相连，箝位电感（L_clamp）的另一端分别与箝位二极管（D_clamp）的负极、隔离驱动电路（1c）的一个输出端、箝位开关管（Q_clamp）的漏极相连；

所述箝位开关管（Q_clamp）的栅极与隔离驱动电路（1c）的另一个输出端相连，所述箝位开关管（Q_clamp）的源极与二极管D1a的负极相连；

箝位二极管（D_clamp）的正极分别与光伏板的另一端以及地相连。

5.根据权利要求3所述的一种微型并网逆变器，其特征在于：还包括有并联在变压器T1副边两端的去耦电容C2a、并联在变压器T2副边两端的去耦电容C3a、并联在光伏板两端的去耦电容C1a。

6.根据权利要求3所述的一种微型并网逆变器，其特征在于：所述箝位开关管（Q_clamp）、反激开关管Q1a以及反激开关管Q2a为N沟道mos管。

7.根据权利要求2所述的一种微型并网逆变器，其特征在于：所述比较电路（1a）包括有运放器U1、运放器U2、运放器U3、运放器U4、二极管D1、二极管D2、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R10、电阻R11、电阻R12；

所述运放器U1，其一个输入端通过电阻R5与电压信号V_GRID/N相连，其另一个输入端通过电阻R9与基准电压V_REF相连，其一个输入端通过电阻R1与二极管D2的正极相连，二极管D2的负极分别与运放器U1的输出端以及二极管D1的正极相连，二极管D1的负极与运放器U1的一个输入端以及通过电阻R1与二极管D2的正极分别相连；

所述电压信号V_GRID/N为电网电压的采样电压与变压器T1的匝数比N之比；

所述运放器U2，其一个输入端通过电阻R2与电压信号V_GRID/N、通过电阻R6与二极管D2的正极、通过电阻R3与运放器U2的输出端分别相连，其另一个输入端通过R10与基准电压V_REF相连；

 所述运放器U3，其一个输入端通过电阻R7与运放器U2的输出端、通过电阻R4与光伏板采样电压V_PV分别相连，其另一个输入端通过电阻R11与基准电压V_REF相连，其输出端通过电阻R12与其另一个输入端相连；

所述运放器U4，其一个输入端与箝位电容（C_clamp）的采样电压V_C_clamp、通过电阻R13与地、通过串联在一起的电阻R14和电阻R15与箝位电容（C_clamp）的电压C_clamp分别相连，其另一个输入端通过电阻R8与运放器U3的输出端相连，其输出端与波形转换电路（1b）相连。

8.根据权利要求1所述的一种微型并网逆变器，其特征在于：双变压器电路的两个子变压器开关周期错开1/2个周期。

9.根据权利要求1所述的一种微型并网逆变器，其特征在于：所述桥式电路为逆变器用全桥电路。