CN211377901U - 一种升压电路和逆变器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种升压电路和逆变器，所述升压电路包括：至少两个升压单元、母线电容串联支路和保护开关；各个所述升压单元的正输出端与所述母线电容串联支路的第一端相连；各个所述升压单元的负输出端与所述母线电容串联支路的第二端相连；各个所述升压单元的中点与所述保护开关的第一端相连，所述保护开关的第二端与所述母线电容串联支路的中点相连，为解决因光伏组串输入错接引起的母线电容过压的问题，提供了电路基础。

Description

一种升压电路和逆变器

技术领域

本实用新型涉及集成电路技术领域，具体涉及一种升压电路和逆变器。

背景技术

光伏发电是利用半导体界面的光生伏特效应而将光能直接转变为电能的一种技术。光伏发电系统主要由太阳电池板(组件)、控制器和逆变器三大部分组成，其中，逆变器部分由升压电路和逆变电路构成，每个升压电路中可以包括多个升压单元。

随着光伏相关产业链的日益完善，光伏发电系统单机容量呈现逐年上升趋势。一般地，一个组串式光伏发电系统由至少一个光伏逆变器构成，一个光伏逆变器中包含至少2个升压单元，每个升压单元对应至多2个光伏组串。升压单元通常由Boost电路实现，用于实现对光伏组串输出信号的DC/DC变换，以输出目标大小的直流电电压和电流。

常规情况下，光伏逆变器与光伏组串之间是通过端子连接的，且该端子具有区分正负的结构特征；由于光伏组串较多，端子的制作或标号可能出现错误，例如出现图2所示的因端子正负制作相反引起的光伏组串输入反接的情况，或者是出现如图3所示的因端子序号错标引起的输入错接的情况，而一旦光伏组串输入错接，光伏逆变器可能会出现因母线电容过压而损坏的故障。

如何有效解决光伏组串输入错接引起的母线电容过压而损坏的问题，成为本领域技术人员亟待解决的技术问题之一。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型实施例提供一种升压电路和逆变器，以解决因光伏组串输入错接引起的母线电容过压而损坏问题。

为实现上述目的，本实用新型实施例提供如下技术方案：

一种升压电路，包括：

至少两个升压单元、母线电容串联支路和保护开关；

各个所述升压单元的正输出端与所述母线电容串联支路的第一端相连；

各个所述升压单元的负输出端与所述母线电容串联支路的第二端相连；

各个所述升压单元的中点与所述保护开关的第一端相连，所述保护开关的第二端与所述母线电容串联支路的中点相连。

可选的，上述升压电路中，所述升压电路为对称型升压电路，所述升压电路内具有偶数个升压单元。

可选的，上述升压电路中，各个所述升压单元的结构相同，每个升压单元包括：

第一控制开关、第二控制开关、第一电感、第二电感、第一二极管、第二二极管、第三二极管和第四二极管；

所述第一电感的第一端作为所述升压单元的正输入端；

所述第二电感的第一端作为所述升压单元的负输入端；

所述第一二极管的阴极作为所述升压单元的正输出端；

所述第三二极管的阳极作为所述升压单元的负输出端；

所述第一开关管的第一端与所述第一电感的第二端以及所述第一二极管的阳极相连；

所述第二开关管的第一端与所述第一开关管的第二端相连，所述第二开关管的第二端与所述第二电感的第二端以及所述第三二极管的阴极相连，所述第一开关管和第二开关管的公共端作为所述升压单元的中点；

所述第二二极管的阳极与所述第一电感的第一端相连，所述第二二极管的阴极与所述第一二极管的阴极相连；

所述第四二极管的阴极与所述第二电感的第一端相连，所述第四二极管的阳极与所述第三二极管的阳极相连。

可选的，上述升压电路中，所述第一开关管和所述第二开关管均包括：开关组件和与所述开关组件反向并联的二极管。

可选的，上述升压电路中，所述开关组件为MOS管，与所述开关组件反向并联的二极管为所述MOS管的寄生二极管。

可选的，上述升压电路中，所述母线电容串联支路包括：

第一母线电容和第二母线电容；

所述第一母线电容的第一端作为所述母线电容串联支路第一端；

所述第二母线电容的第一端与所述第一母线电容的第二端相连，所述第二母线电容的第二端作为所述母线电容串联支路第二端；

所述第一母线电容和所述第二母线电容的公共端作为所述母线电容串联支路的中点。

可选的，上述升压电路中，所述保护开关为继电器、半导体开关器件、或者是由所述继电器和所述半导体开关器件并联构成的开关。

可选的，上述升压电路中，所述保护开关包括与所述升压单元一一对应的子保护开关；

每个子保护开关的第一端和与其对应的升压单元的中点相连，每个子保护开关的第二端与所述母线电容串联支路的中点相连。

一种逆变器，所述逆变器的升压电路为上述任意一项所述的升压电路。

可选的，上述逆变器中，还包括：

开关控制电路，所述开关控制电路的输出端与所述保护开关的控制端相连，所述开关控制电路的输出端用于在检测到所述母线电容串联支路中任意一个母线电容两端的电压超出预设范围时，提供用于控制所述保护开关断开的控制信号。

基于上述技术方案，本实用新型实施例提供的上述方案，通过在所述升压单元的中点与所述母线电容串联支路的中点之间设置保护开关，当所述升压电路的输入电源错接时，可控制所述保护开关处于断开状态，因此，即便是所述升压电路出现输入电源接反的情况，由于所述保护开关处于断开状态，导致故障路径被所述保护开关断开，使得外部电源的输出电压无法加载在半母线电容两端，所以所述升压电路中也不会出现半母线电容两端电压过高的情况，进而增大了升压电路承受外部电源异常错接风险的能力，可见，本申请公开的升压电路为解决因光伏组串输入错接引起的母线电容过压的问题，提供了电路基础。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为现有技术中一种逆变器的结构示意图；

图2为现有技术中一种逆变器错接外部电源的示意图；

图3为现有技术中另一种逆变器错接外部电源的示意图；

图4为现有技术中一种逆变器错接外部电源的情况下，逆变器的电流路径示意图；

图5为现有技术中另一种逆变器错接外部电源的情况下，逆变器的电流路径示意图；

图6为现有技术中另一种逆变器错接外部电源的情况下，逆变器的电流路径示意图；

图7为本申请实施例公开的升压电路的结构示意图；

图8为本申请另一实施例提公开的升压电路的结构示意图；

图9为本申请实施例通开的逆变器的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

下面结合现有技术中的Boost升压电路对本申请背景技术中，所提到的现有技术中存在的问题进行说明：

现有技术中，为了实现较大的输入电压，降低Boost升压电路单只开关管的电压应力，光伏逆变器的升压单元中采用两只开关管串联的电路结构。示例性地，如图1所示的对称型升压单元的光伏逆变器电路结构。在图1所示的光伏逆变器中，包含了两个升压单元，即升压单元1和升压单元2，每个升压单元包含了两个光伏组串，分别为光伏组串PV1、光伏组串PV2以及光伏组串PV3、光伏组串PV4；升压单元对光伏组串的输出进行升压调节，并联输出提供给后级的逆变电路。

常规情况下，光伏逆变器与光伏组串之间是通过端子连接的，且该端子具有区分正负的结构特征；由于光伏组串较多，端子的制作或标号可能出现错误，导致出现在图2中端子正负制作相反引起的光伏组串输入反接的情况，或图3中所示端子序号错标引起的光伏组串输入错接。若按照图3形式，或图2、

图3混合的形式接入光伏逆变器，光伏逆变器可能因母线电容过压而损坏。

若现场发生如上图3所示情形，则所述逆变器按照图4所示线路运行，此时半母线电容C₂两端的电压为光伏组串PV3输出电压与光伏组串PV2输出电压之差。当光伏组串PV2和光伏组串PV3输出电压相差较大时，该半母线电容C₂两端的电压可能会超出额定范围，而造成所述半母线电容C₂因为过压而损坏。

在图4的基础上，结合上图2的光伏组串PV2输入反接的情况，则所述逆变器按照图5所示线路运行，半母线电容C₂电压为光伏组串PV3输出电压和光伏组串PV2输出电压之和，可直接导致半母线电容C₂过压而损坏。

在图4的基础上，结合上图2的光伏组串PV3输入反接的情况，光伏组串PV3在端子制作错误的同时标记错误，所述逆变器按照图6所示线路运行，半母线电容C₂两端的电压为光伏组串PV3输出电压和光伏组串PV4输出电压之和，也可直接导致半母线电容C₂过压而损坏。

图4和图5所示主要为光伏组串正端标记错误导致的故障，相应地，光伏组串负端标记错误同正端标记错误结果一致。

可见，在现有技术中公开的技术方案中，当光伏组串输入端连接错误时，很容易烧毁逆变器中的半母线电容。

为了防止因光伏组串(也可以是其他外部直流电源)输入接反而烧毁逆变器中的半母线电容的问题，本申请公开了一种升压电路，参见图7，所述升压电路可以包括：

母线电容串联支路200、保护开关K1以及至少两个升压单元100；

各个所述升压单元100的正输出端与所述母线电容串联支路200的第一端相连，所述母线电容串联支路200的第一端为所述母线电容串联支路200的正输出端；

各个所述升压单元100的负输出端与所述母线电容串联支路200的第二端相连，所述母线电容串联支路200的第二端为所述母线电容串联支路200的负输出端；

各个所述升压单元100的中点与所述保护开关K₁的第一端相连，所述保护开关K₁的第二端与所述母线电容串联支路200的中点相连，在这里，所述升压单元100的中点指的是前文所述的升压单元100中串联的两个开关管的公共端，例如，图1-图6所示的开关管Q₁和开关管Q₂的公共端，所述母线电容串联支路200的中点指的是母线电容串联支路200的中某相邻的两个半母线电容的公共端，如图1-图6所示的半母线电容C₁和半母线电容C₂的公共端。

通过在所述升压单元100的中点与所述母线电容串联支路200的中点之间设置保护开关K₁，当所述升压电路的输入电源错接时，可控制所述保护开关K₁处于断开状态，因此，即便是所述升压电路出现输入电源接反的情况，由于所述保护开关K₁处于断开状态，导致故障路径(例如图4、图5中所标示出的电流路径)被所述保护开关K₁断开，使得外部电源的输出电压无法加载在半母线电容两端，此时所述升压电路中也不会出现半母线电容两端电压过高的情况，增大了升压电路承受外部电源异常错接风险的能力，可见，本申请公开的升压电路为解决因光伏组串输入错接引起的母线电容过压的问题，提供了电路基础。

在本申请上述实施例公开的技术方案中，上述升压电路为boost升压电路，其对应的外部电源可以为任意类型的直流电源，例如，所述直流电源可以为光伏组串或者是蓄电池等直流源。

在所述升压电路中，所述升压电路中升压单元100的设置形式不同，会导致所述升压电路的结构类型不同，本申请上述实施例公开的技术方案中，所述升压电路具体可以为对称型升压电路，当所述升压电路为对称型升压电路时，所述升压电路内具有偶数个升压单元100，例如，图1-图6所示的两个升压单元100。当然，所述升压电路可以为非对称型升压电路，只要保证各个所述升压单元100的各个端口的连接形式采用图7所示的连接形式即可。

在本申请实施例公开的技术方案中，所述升压单元100的具体结构可以依据用户需求自行设定，例如，本申请实施例公开的升压电路中的各个所述升压单元100的结构可以相同，参见图8，每个升压单元100可以包括：

第一控制开关Q₁、第二控制开关Q₂、第一电感L₁、第二电感L₂、第一二极管D₁、第二二极管D₂、第三二极管D₃和第四二极管D₄；

其中，所述第一电感L₁的第一端作为所述升压单元100的正输入端，用于与外部电源的正输出端相连；

所述第二电感L₂的第一端作为所述升压单元100的负输入端，用于与外部电源的负输出端相连；

所述第一二极管D₁的阴极作为所述升压单元100的正输出端，所述第一二极管D₁的阴极用于与所述母线电容串联支路200正输出端相连；

所述第三二极管D₃的阳极作为所述升压单元100的负输出端，所述第三二极管D₃的阳极用于与所述母线电容串联支路200负输出端相连；

所述第一开关管的第一端与所述第一电感L₁的第二端以及所述第一二极管D₁的阳极相连；

所述第二开关管的第一端与所述第一开关管的第二端相连，所述第二开关管的第二端与所述第二电感L₂的第二端以及所述第三二极管D₃的阴极相连，所述第一开关管和第二开关管的公共端作为所述升压单元100的中点；

所述第二二极管D₂的阳极与所述第一电感L₁的第一端相连，所述第二二极管D₂的阴极与所述第一二极管D₁的阴极相连；

所述第四二极管D₄的阴极与所述第二电感L₂的第一端相连，所述第四二极管D₄的阳极与所述第三二极管D₃的阳极相连。

需要说明的是，在图8实施例公开的技术方案中，所述升压电路中具有两个升压单元100，但是，在具体电路设计时，可以依据用户需求设置所述升压单元100的数量，只要保证各个所述升压单元100的正输出端相互连接、各个所述升压单元100的负输出端相互连接、所述升压单元100的中点相互连接即可。

在本申请另一实施例公开的技术方案中，所述第一开关管和第二开关管的类型可以依据用户需求自行设定，只要保证所述第一开关管和所述第二开关管可以等效为具有方向并联的二极管的开关组件即可，即，所述第一开关管和所述第二开关管均可以包括：开关组件和与所述开关组件反向并联的二极管。在本申请另一实施例公开的技术方案中，可以直接采用MOS管作为所述第一开关管和/或第二开关管，此时，上述开关组件为MOS管，所述MOS管的寄生二极管作为与所述开关组件反向并联的二极管，所述MOS管可以为NMOS管。

在本申请实施例公开的技术方案中，所述母线电容串联支路200中的半母线电容的数量可以依据用户需求自行设定，例如，所述母线电容串联支路200可以由两个或两个以上的半母线电容串联而成，在本申请图8提供的实施例中，所述母线电容串联支路200中包括：两个半母线电容，记为第一母线电容和第二母线电容；

其中，所述第一母线电容的第一端作为所述母线电容串联支路200第一端，所述第一母线电容的第一端与所述升压电路的正输出端相连，所述第一母线电容的第一端可以指的是所述第一母线电容的正极，所述第一母线电容的第二端可以指的是所述第一母线电容的负极；

所述第二母线电容的第一端与所述第一母线电容的第二端相连，所述第二母线电容的第二端作为所述母线电容串联支路200第二端，所述第一母线电容的第一端与所述升压电路的正输出端相连，所述第二母线电容的第一端可以指的是所述第二母线电容的正极，所述第二母线电容的第二端可以指的是所述第二母线电容的负极；

所述第一母线电容和所述第二母线电容的公共端作为所述母线电容串联支路200的中点，与所述逆变电路的中点相连。

除了两个半母线电容的情况以外，所述母线电容串联支路200中还可以包括三个或三个以上的半母线电容，当采用三个半母线电容串联构成所述母线电容串联支路200时，可以选择任意一个半母线电容的公共端作为所述母线电容串联支路200的中点。

在本申请实施例公开的技术方案中，所述保护开关K₁为可控开关，例如，其可以为继电器、半导体开关器件，或者是由所述继电器和所述半导体开关器件并联构成的开关，当采用半导体开关器件作为所述保护开关K₁时，所述保护开关K₁优选为双阻型半导体开关器件。

进一步的，除了各个升压单元共用一个保护开关的情况之外，在本申请另一是实施例公开的技术方案中，还可以为每一个升压单元单独配置一个升压开关，具体的，参见图9，在本实施例中，所述保护开关K₁包括与所述升压单元一一对应的子保护开关K₁₁；每个子保护开关K₁₁的第一端和与其对应的升压单元的中点相连，每个子保护开关K₁₁的第二端与所述母线电容串联支路的中点相连，各个所述子保护开关K₁₁之间可以联动控制，也可以单独控制。

对应于上述升压电路，本申请还公开了一种应用上述升压电路的逆变器，参见图9，所述逆变器可以包括升压电路以及逆变电路，所述逆变器的升压电路可以为本申请上述任意一项实施例所述的升压电路。

当所述逆变器中的半母线电容两端电压过高时，为了实现所述保护开关K₁的可靠断开，上述逆变器中，还可以配置有开关控制电路，所述开关控制电路的输出端与所述保护开关K₁的控制端相连，所述开关控制电路用于对所述半母线电容两端的电压进行采样，所述开关控制电路的输出端用于在检测到所述母线电容串联支路200中任意一个母线电容两端的电压超出预设范围时，提供用于控制所述保护开关K₁断开的控制信号。

所述保护开关K₁的导通状态除了受所述开关控制电路控制之外，还可以受所述逆变器的自检电路控制，即，所述保护开关K₁的控制端还与所述逆变器的自检电路的输出端相连，所述自检电路的输出端用于在所述逆变器开机自检时，输出用于控制所述保护开关K₁闭合的控制信号。其中，所述开关控制电路可以集成在所述逆变器的自检电路当中。

进一步的，在本申请另一实施例公开的技术方案中，为了保证后级设备的可靠性，所述开关控制电路在检测到所述母线电容串联支路200中任意一个母线电容两端的电压超出预设范围时，可先提供一个用于控制所述逆变电路停止工作的控制信号，当所述逆变器离网后，再提供一个用于控制所述保护开关K₁断开的控制信号，当然，如果在检测到所述母线电容串联支路200中任意一个母线电容两端的电压超出预设范围时，所述逆变器处于离网状态，此时可以直接提供一个用于控制所述保护开关K₁断开的控制信号。

本申请实施例公开的所述逆变器，可以为三电平逆变器或者是其他类型的逆变器。

在本申请实施例公开的技术方案中，所述逆变器的直流输入电源可以为光伏组串，且，每个升压单元100可以对应两个并联的光伏组串，所述光伏组串的正输出端与所述升压单元100的正输入端相连，所述光伏组串的负输出端与所述升压单元100的负输入端相连。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种升压电路，其特征在于，包括：

至少两个升压单元、母线电容串联支路和保护开关；

各个所述升压单元的正输出端与所述母线电容串联支路的第一端相连；

各个所述升压单元的负输出端与所述母线电容串联支路的第二端相连；

各个所述升压单元的中点与所述保护开关的第一端相连，所述保护开关的第二端与所述母线电容串联支路的中点相连。

2.根据权利要求1所述的升压电路，其特征在于，所述升压电路为对称型升压电路，所述升压电路内具有偶数个升压单元。

3.根据权利要求1所述的升压电路，其特征在于，各个所述升压单元的结构相同，每个升压单元包括：

第一控制开关、第二控制开关、第一电感、第二电感、第一二极管、第二二极管、第三二极管和第四二极管；

所述第一电感的第一端作为所述升压单元的正输入端；

所述第二电感的第一端作为所述升压单元的负输入端；

所述第一二极管的阴极作为所述升压单元的正输出端；

所述第三二极管的阳极作为所述升压单元的负输出端；

所述第一控制开关的第一端与所述第一电感的第二端以及所述第一二极管的阳极相连；

所述第二控制开关的第一端与所述第一控制开关的第二端相连，所述第二控制开关的第二端与所述第二电感的第二端以及所述第三二极管的阴极相连，所述第一控制开关和第二控制开关的公共端作为所述升压单元的中点；

所述第二二极管的阳极与所述第一电感的第一端相连，所述第二二极管的阴极与所述第一二极管的阴极相连；

所述第四二极管的阴极与所述第二电感的第一端相连，所述第四二极管的阳极与所述第三二极管的阳极相连。

4.根据权利要求3所述的升压电路，其特征在于，所述第一控制开关和所述第二控制开关均包括：开关组件和与所述开关组件反向并联的二极管。

5.根据权利要求4所述的升压电路，其特征在于，所述开关组件为MOS管，与所述开关组件反向并联的二极管为所述MOS管的寄生二极管。

6.根据权利要求1所述的升压电路，其特征在于，所述母线电容串联支路包括：

第一母线电容和第二母线电容；

所述第一母线电容的第一端作为所述母线电容串联支路第一端；

所述第二母线电容的第一端与所述第一母线电容的第二端相连，所述第二母线电容的第二端作为所述母线电容串联支路第二端；

所述第一母线电容和所述第二母线电容的公共端作为所述母线电容串联支路的中点。

7.根据权利要求1所述的升压电路，其特征在于，所述保护开关为继电器、半导体开关器件、或者是由所述继电器和所述半导体开关器件并联构成的开关。

8.根据权利要求1所述的升压电路，其特征在于，所述保护开关包括与所述升压单元一一对应的子保护开关；

每个子保护开关的第一端和与其对应的升压单元的中点相连，每个子保护开关的第二端与所述母线电容串联支路的中点相连。

9.一种逆变器，其特征在于，所述逆变器的升压电路为权利要求1-8任意一项所述的升压电路。

10.根据权利要求9所述的逆变器，其特征在于，还包括：

开关控制电路，所述开关控制电路的输出端与所述保护开关的控制端相连，所述开关控制电路的输出端用于在检测到所述母线电容串联支路中任意一个母线电容两端的电压超出预设范围时，提供用于控制所述保护开关断开的控制信号。

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