CN212785200U - 一种准共地式单相boost-buck级联逆变器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了本实用新型涉及电力电子领域，具体是一种准共地式单相BOOST‑BUCK级联逆变器，包含了四个开关管Q1～Q4，两个对称摆放的电感L1～L2，三个滤波电容C1～C3以及等效负载R；本实用新型中的逆变器是由BOOST和BUCK变换器级联而成，以输入端电压保持不变，引入准共地BOOST‑BUCK级联型逆变器，其在较少的半导体器件的情况下，能实现宽电压范围的一种新型非隔离型逆变器，本拓扑仅有4个开关管，相对于其他共地式拓扑，开关量明显减少；引入正半周期BUCK模式运行，负半周期BOOST模式运行，在单个模式运行的过程中，四个开关管分别表现为：两个高频、两个工频的方式，从而降低了系统开关损耗。

Description

一种准共地式单相BOOST-BUCK级联逆变器

技术领域

本实用新型涉及电力电子领域，具体是一种准共地式单相BOOST-BUCK级联逆变器。

背景技术

太阳能能源清洁无污染是非常重要的一种新能源。但由于光伏太阳板的光电转换效率比较低，因此提高光伏并网逆变器的效率显得尤为重要。常见的带工频变压器并网逆变器，由于变压器的存在会使得系统的效率降低，并且增加了逆变器的价格成本，同时由于带有工频变压器的并网逆变器的体积比较大，难于安装。而带有高频变压器的并网发电系统，增加了一级的变换器，效率也难以进行提升。因为要提升系统的效率，通常采用无变压器型的并网逆变器，由于无变压器，使得电网与逆变器存在直接的电气连接，当太阳能板与地之间存在分布电容时，全桥逆变器会产生较大的共模漏电流，对人产生危害，并且可能损坏逆变器，因此对非隔离逆变拓扑的研究受到了广泛关注。目前消除共模电流的拓扑存在效率低，损耗大的特点。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种准共地式单相BOOST-BUCK级联逆变器，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种准共地式单相BOOST-BUCK级联逆变器，包含了四个开关管Q1～Q4，两个对称摆放的电感L1～L2，三个滤波电容C1～C3以及等效负载R；开关管Q1的漏极、开关管Q2的源极、电感L1相连与滤波电容C2组成前级BOOST电路；开关管Q4的源极、开关管Q3的漏极、电感L2相连与滤波电容C3组成BUCK电路；

直流母线的正极与直流母线的输入电容的一端、第一电感L1、第一开关管Q1的漏极、第二开关管Q2的源极相连接，第一滤波电容C2与第二开关管Q2的漏极、第三开关管Q3的漏极相连接，第四开关管Q4的漏极与第三开关管Q3的源极、第二电感L2、第二滤波电容C3相连接，直流母线的负极与输入电容的另一端、第一开关管Q1的源极、第一滤波电容C2的另一端、第四开关管Q4的源极、第二滤波电容C3的另一端相连接，第二滤波电容C3与直流母线正极、等效电阻R相连接。

作为本实用新型再进一步的方案：单个模式运行，正半周期BUCK电路运行产生正电压，负半周期BOOST电路运行产生负电压。

作为本实用新型再进一步的方案：整个周期运行过程中开关管Q1～Q4运行的方式为双高频和双工频，调制方式为单极性调制。

作为本实用新型再进一步的方案：所述开关管Q1～Q4均采用N沟道增强型MOSFET。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

可以有效解决逆变环节中由于不采用变压器而造成的共模漏电流问题，且逆变器在逆变器过程中正半周期BUCK模式，负半周期BOOST模式，开关管在整个周期的状态为：双高频、双工频，大大降低了开关损耗，在提升效率的同时也能保证输出的电能质量。

附图说明

图1为一种新型的准共地单相BOOST-BUCK级联逆变器拓扑图。

图2为正负周期内电路的BUCK模式模态图；

图3为正负周期内电路的BOOST模式模态图；

图4为实施例中各个开关管驱动信号波形和输出逆变电压波形。

具体实施方式

本实用新型的基础拓扑结构如图1所示，为了分析方便，电路结构中的器件均为理想型器件。

由于非隔离性逆变器存在着共模电流问题，而共模电流会对电网注入谐波，增加系统的损耗，损害电磁兼容性，还会引发触电等人身安全问题。其中共地式拓扑对于消除共模电流的效果好，变换器的效率比较高，损耗低。本实用新型中的逆变器是由BOOST和BUCK变换器级联而成，以输入端电压保持不变，引入准共地BOOST-BUCK级联型逆变器。其在较少的半导体器件的情况下，能实现宽电压范围的一种新型非隔离型逆变器。本拓扑仅有4个开关管，相对于其他共地式拓扑，开关量明显减少；引入正半周期BUCK模式运行，负半周期BOOST模式运行，在单个模式运行的过程中，四个开关管分别表现为：两个高频、两个工频的方式，从而降低了系统开关损耗。本拓扑的两端都包含了LC滤波器，从而保证了输出电能的质量。

本实用新型提供的一种新型准共地式单相BOOST-BUCK级联逆变器，具体包括第一开关管Q1、第二开关管Q2、第三开关管Q3、第四开关管Q4、第一电感L1、第二电感L2、直流侧输入电容C1、滤波电容C2、滤波电容C3，等效电阻R。

本实用新型电路的具体连接方式为：直流母线侧的正极与直流母线的输入电容的一端C1、第一电感L1、第一开关管Q1的漏极、第二开关管Q2的源极相连接。第一滤波电容C2与第二开关管Q2的漏极、第三开关管Q3的漏极相连接。第四开关管Q4的漏极与第三开关管Q3的源极、第二电感L2、第二滤波电容C3相连接。直流母线的负极与输入电容的另一端、第一开关管Q1的源极、第一滤波电容C2的另一端、第四开关管Q4的源极、第二滤波电容C3的另一端相连接。第二滤波电容C3与直流母线正极、等效电阻R相连接。

图中PV表示光伏电池。

图2～图3为正负周期内电路的模态图(BUCK模式、BOOST模式)，为了使得电路表示的更加清晰，其中相对图1颜色浅的元器件和连接线为关断状态。

(1)在电网电压的正半周，电路在此阶段的模态图如图2所示，第二开关管Q2保持常通，近似为导线为后端电路提供通路，第三开关管Q3、第四开关管Q4、互补开通，电流从直流侧母线的正极流经直流侧输入电容C1、第一电感L1,第二电感L2、第二开关管Q2的漏极、第三开关管Q3的源极、第二滤波电容C3、等效电阻R形成逆变的正电压。BUCK模式下输出电压V^OUT＝D_BUCKV_IN(其中D_BUCK为BUCK模式下的占空比)输出侧和输入侧之间的电压(等效电阻R之间的电压)V_G＝V_IN-V_OUT。

(2)在电网电压的负半周，电路在此阶段的模态图如图3所示，第三开关管Q3保持常通，近似为导线为后端电路提供通路，第一开关管Q1、第二开关管Q2互补开通，电流从直流侧母线的正极流经直流侧输入电容C1、第一电感L1、第二开关管Q2的源极、滤波电容C2、第三开关管Q3的漏极、第二电感L2、滤波电容C2、等效电阻R形成逆变的负电压。BOOST模式下输出电压：V_OUT＝1/D_BOOSTV_IN

(其中D_BOOST为BOOST模式下的占空比)输出侧和输入侧之间的电(等效电阻R之间的电压)V_G＝V_OUT-V_IN。

图4为准共地式BOOST-BUCK的第一开关管Q1、第二开关管Q2、第三开关管Q3、第一开关管Q4在整个周期下的驱动波形，当第一开关管Q1高频都动作时，第三开关管Q3保持常通，以维持电路的正常运行，同理，当第三开关管Q3高频都动作时，第一开关管Q1保持常通，剩下第二开关管Q2、第四开关管Q4，为互补导通，最终输出的逆变波形如图4最后一栏所示。

由上述的分析可知，在正负周期模式的切换过程中等效电阻两端的逆变电压与地之间的V_IN作为一个过渡电压值，可近似为输入侧与输出侧电压与地之间始终保持一个恒定值即为:共模电压U_CM＝V_IN因此共模漏电流能够很好的抑制。

以上所述的，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，根据本实用新型的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种准共地式单相BOOST-BUCK级联逆变器，其特征在于，包含了四个开关管Q1～Q4，两个对称摆放的电感L1～L2，三个滤波电容C1～C3以及等效负载R；开关管Q1的漏极、开关管Q2的源极、电感L1相连与滤波电容C2组成前级BOOST电路；开关管Q4的源极、开关管Q3的漏极、电感L2相连与滤波电容C3组成BUCK电路。

2.根据权利要求1所述的一种准共地式单相BOOST-BUCK级联逆变器，其特征在于，单个模式运行，正半周期BUCK电路运行产生正电压，负半周期BOOST电路运行产生负电压。

3.根据权利要求1所述的一种准共地式单相BOOST-BUCK级联逆变器，其特征在于，整个周期运行过程中开关管Q1～Q4运行的方式为双高频和双工频，调制方式为单极性调制。

4.根据权利要求1所述的一种准共地式单相BOOST-BUCK级联逆变器，其特征在于，所述开关管Q1～Q4均采用N沟道增强型MOSFET。

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