TWI519053B - 逆變器及其控制方法 - Google Patents

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Description

逆變器及其控制方法
本發明是有關於一種電路，且特別是有關於一種逆變器及其控制方法。
逆變器(inverter)是把直流電能(電池、蓄電瓶)轉變成交流電，它由逆變橋、控制電路和濾波電路組成。在光伏產業中，太陽能逆變器主要功能是將太陽能電池板輸出的直流電逆變成交流電。直流電通過全橋電路，一般採用SPWM處理器經過調製、濾波、升壓等，得到與負載/電網頻率、額定電壓等相匹配的正弦交流電供系統終端用戶使用。
在實際應用中，無變壓器結構的逆變器因為其高效率和低重量被廣泛應用於光伏發電場合。但因為光伏面板寄生電容的緣故，當無變壓器結構的逆變器輸出有共模電壓量時，會形成漏電流環路，影響面板壽命及使用者安全。除非採用雙極性調製，否則有很大的共模電壓，但是雙極性調製會帶來很大的電感電流紋波，使得逆變器效率減低。
為了解決上述問題，相關領域莫不費盡心思來謀求 解決之道，因此，如何在控制漏電流的同時提升逆變器的效率，實屬當前重要研發課題之一，亦成為當前相關領域極需改進的目標。
本發明之一態樣是在提供一種逆變器及其控制方法，以提升效率。
本發明所提供的逆變器包括第一、第二橋臂與第一、第二、第三、第四、第五、第六二極體。第一橋臂電性耦接直流源，第二橋臂並聯第一橋臂。第一橋臂包括第一開關、第二開關、第三開關、第四開關與第五開關依次串聯；第二橋臂包括第六開關、第七開關、第八開關、第九開關與第十開關依次串聯。第一二極體與串接的第一、第二開關反並聯，第二二極體與串接的第四、第五開關反並聯，第三二極體與串接的第六、第七開關反並聯，第四二極體與串接的第九、第十開關反並聯。第五二極體的陰極連接第二、第三開關之間的連接點，第五二極體的陽極連接第八、第九開關之間的連接點；第六二極體的陰極連接第七、第八開關之間的連接點，第六二極體的陽極連接第八、第九開關之間的連接點。
於一實施例中，第一開關與所述第二開關反向串聯，第四開關與所述第五開關反向串聯，第六開關與所述第七開關反向串聯，第九開關與所述第十開關反向串聯。
於一實施例中，第一、第二、第三、第四、第五、 第六、第七、第八、第九與第十開關皆為金屬-氧化物半導體場效應管。
於一實施例中，第一、第二、第三、第四二極體為快恢復二極體或碳化矽二極體。
於一實施例中，直流源為光伏面板。
於一實施例中，第三、第四開關之間的連接點作為第一輸出點，第八、第九開關之間的連接點作為第二輸出點。
於一實施例中，第二、第三開關之間的連接點作為第一輸出點，第七、第八開關之間的連接點作為第二輸出點。
於一實施例中，第一輸出點連接一第一電感器，第二輸出點連接一第二電感器。
於一實施例中，第一電感器與第二電感器分別連接電磁干擾濾波器。
另一方面，本發明所提供的逆變器的控制方法包括以下步驟：同步啟閉第一、第二、第九、第十開關，並控制第三或第八開關的啟閉與第一、第二、第九、第十開關的啟閉互補；同步啟閉第四、第五、第六、第七開關；當第八開關的啟閉與第一、第二、第九、第十開關的啟閉互補時，控制第三開關的啟閉動作與第四、第五、第六、第七開關的啟閉動作互補；而當第三開關的啟閉與第一、第二、第九、第十開關的啟閉互補時，控制第八開關的啟閉動作與第四、第五、第六、第七開關的啟閉動作互補。
當第三、第四開關之間的連接點作為第一輸出點，且當第八、第九開關之間的連接點作為第二輸出點時，第八開關的啟閉與第一、第二、第九、第十開關的啟閉互補，第三開關的啟閉動作與第四、第五、第六、第七開關的啟閉動作互補。
於一實施例中，第一輸出點連接第一電感器，第二輸出點連接第二電感器，第一、二電感器分別連接電磁干擾濾波器，控制方法還包括：持續開通第三開關，第一、第二、第九、第十開關同時交替性地開通、關斷，且與第八開關的開通、關斷的動作互補，在第一、第二、第九、第十開關開通後，直流源給第一、第二電感器充磁，其中第一電感器的電感電流與電磁干擾濾波器的輸出端的電網電壓同為正值。
於一實施例中，第一輸出點連接第一電感器，第二輸出點連接第二電感器，控制方法還包括：持續開通第三開關，第一、第二、第九、第十開關同時交替性地開通、關斷，且與第八開關的開通、關斷的動作互補，在第一、第二、第九、第十開關關斷後，於所述第八開關未開通時，第一、第二電感器通過第三開關與第五二極體續流；在所述第八開關開通後，無電流通過第八開關開，其中第一電感器的電感電流與逆變器的輸出端的電壓同為正值。
於一實施例中，第一輸出點連接第一電感器，第二輸出點連接第二電感器，控制方法還包括：持續開通第三開關，第一、第二、第九、第十開關同時交替性地開通、 關斷，且與第八開關的開通、關斷的動作互補，在第八開關開通後，逆變器的輸出端的電壓通過第六二極體與第八開關給第一、第二電感器充磁，且第三開關開通而無電流通過第三開關，其中逆變器的輸出端的電壓為正值，而第一電感器的電感電流為負值。
於一實施例中，第一輸出點連接第一電感器，第二輸出點連接第二電感器，控制方法還包括：持續開通第三開關，第一、第二、第九、第十開關同時交替性地開通、關斷，且與第八開關的開通、關斷的動作互補，在第八開關關斷後，於第一、第二、第九、第十開關未開通時，第一、第二電感器的電感電流通過第一二極體、第三開關與第四二極體續流，於第一、第二、第九、第十開關開通時，第一、第二、第九、第十開關同時開通，第一、第二電感器的電感電流通過第一、第二、第九、第十開關續流，其中逆變器的輸出端的電壓為正值，而第一電感器的電感電流為負值。
於一實施例中，第一輸出點連接第一電感器，第二輸出點連接第二電感器，控制方法還包括：持續開通第八開關，第四、第五、第六、第七開關同時交替性地開通、關斷，且與第三開關的開通、關斷的動作互補，在第四、第五、第六、第七開關開通後，直流源給第一、第二電感器充磁，其中第一電感器的電感電流與逆變器的輸出端的電壓同為負值。
於一實施例中，第一輸出點連接第一電感器，第二 輸出點連接第二電感器，控制方法還包括：持續開通第八開關，第四、第五、第六、第七開關同時交替性地開通、關斷，且與第三開關的開通、關斷的動作互補，在第四、第五、第六、第七開關關斷後，於第三開關未開通時，第一、第二電感器通過第八開關與第六二極體續流；在第三開關開通後，無電流通過第三開關，其中第一電感器的電感電流與逆變器的輸出端的電壓同為負值。
於一實施例中，第一輸出點連接第一電感器，第二輸出點連接第二電感器，控制方法還包括：持續開通第八開關，第四、第五、第六、第七開關同時交替性地開通、關斷，且與第三開關的開通、關斷的動作互補，在第三開關開通後，逆變器的輸出端的電壓通過第五二極體與第三開關給第一、第二電感器充磁，且第三開關開通而無電流通過，其中逆變器的輸出端的電壓為負值，而第一電感器的電感電流為正值。
於一實施例中，第一輸出點連接第一電感器，第二輸出點連接第二電感器，控制方法還包括：持續開通第八開關，第四、第五、第六、第七開關同時交替性地開通、關斷，且與第三開關的開通、關斷的動作互補，在第三開關關斷後，於第四、第五、第六、第七開關未開通時，第一、第二電感器的電感電流通過第二二極體、第八開關與第三二極體續流；在第四、第五、第六、第七開關同時開通後，第一、第二電感器的電感電流通過第四、第五、第六、第七開關續流，其中逆變器的輸出端的電壓為負值， 而第一電感器的電感電流為正值。
於一實施例中，當第二、第三開關之間的連接點作為第一輸出點，且當第七、第八開關之間的連接點作為第二輸出點時，第三開關的啟閉與第一、第二、第九、第十開關的啟閉互補，第八開關的啟閉動作與第四、第五、第六、第七開關的啟閉動作互補。
綜上所述，本發明的技術方案與現有技術相比具有明顯的優點和有益效果。本發明針對光伏產業，提供了具備無功輸出能力的逆變器，通過對稱地選擇開關，可以使得第一輸出點和第二輸出點電位之和恒定，無共模電壓波動，使得逆變器可以適用與沒有變壓器隔離的光伏並網發電系統中，或是廣泛地運用在各種領域(如：應用於負載)。
以下將以實施方式對上述之說明作詳細的描述，並對本發明之技術方案提供更進一步的解釋。
為讓本發明之上述和其他目的、特徵、優點與實施例能更明顯易懂，所附圖式之說明如下：
100、200‧‧‧逆變器
110‧‧‧第一橋臂
120‧‧‧第二橋臂
130‧‧‧直流源
140‧‧‧電磁干擾濾波器
a、a’‧‧‧第一輸出點
b、b’‧‧‧第二輸出點
D1‧‧‧第一二極體
D2‧‧‧第二二極體
D3‧‧‧第三二極體
D4‧‧‧第四二極體
D5‧‧‧第五二極體
D6‧‧‧第六二極體
G1、G2、G3、G4、G5、G6、G7、G8、G9、G10‧‧‧控制信號
iL‧‧‧電感電流
La‧‧‧第一電感器
Lb‧‧‧第二電感器
S1‧‧‧第一開關
S2‧‧‧第二開關
S3‧‧‧第三開關
S4‧‧‧第四開關
S5‧‧‧第五開關
S6‧‧‧第六開關
S7‧‧‧第七開關
S8‧‧‧第八開關
S9‧‧‧第九開關
S10‧‧‧第十開關
Vdc‧‧‧直流電壓
vgrid‧‧‧電網電壓
為讓本發明之上述和其他目的、特徵、優點與實施例能更明顯易懂，所附圖式之說明如下：圖1是依照本發明一實施例之一種逆變器的電路圖；以及圖2系基於第1圖的逆變器的電壓、電流的波形圖；圖3系繪示圖1的逆變器於第一工作模態中的示意圖；圖4系繪示圖1的逆變器於第二工作模態中的示意圖；圖5系繪示圖1的逆變器於第三工作模態中的示意圖；圖6系繪示圖1的逆變器於第四工作模態中的示意圖； 圖7系繪示圖1的逆變器於第五工作模態中的示意圖；圖8系繪示圖1的逆變器於第六工作模態中的示意圖；圖9系繪示圖1的逆變器於第七工作模態中的示意圖；圖10系繪示圖1的逆變器於第八工作模態中的示意圖；圖11是依照本發明另一實施例之一種逆變器的電路圖；以及圖12系基於第11圖的逆變器的電壓、電流的波形圖。
為了使本發明之敍述更加詳盡與完備，可參照所附之圖式及以下所述各種實施例，圖式中相同之號碼代表相同或相似之元件。另一方面，衆所周知的元件與步驟並未描述於實施例中，以避免對本發明造成不必要的限制。
於實施方式與申請專利範圍中，涉及『耦接(coupled with)』之描述，其可泛指一元件透過其他元件而間接連接至另一元件，或是一元件無須透過其他元件而直接連接至另一元件。
於實施方式與申請專利範圍中，除非內文中對於冠詞有所特別限定，否則『一』與『所述』可泛指單一個或複數個。
圖1是依照本發明一實施例的一種適用於非隔離型光伏並網發電系統的逆變器100的電路圖。如圖1所示，逆變器100包括第一橋臂110、第二橋臂120、第一二極體D1、第二二極體D2、第三二極體D3、第四二極體D4、第 五二極體D5、第六二極體D6。舉例來說，直流源130為光伏面板、光伏面板的蓄電池或其他電源。
於圖1中，第一橋臂110電性耦接直流源130，第二橋臂120並聯第一橋臂110。第一橋臂110包括第一開關S1、第二開關S2、第三開關S3、第四開關S4與第五開關S5依次串聯，其中第三、第四開關S4之間的連接點作為第一輸出點a；第二橋臂120包括第六開關S6、第七開關S7、第八開關S8、第九開關S9與第十開關S10依次串聯，其中第八、第九開關S9之間的連接點作為第二輸出點b。第一二極體D1與串接的第一、第二開關S2反向並聯，第二二極體D2與串接的第四、第五開關S5反向並聯，第三二極體D3與串接的第六、第七開關S7反向並聯，第四二極體D4與串接的第九、第十開關S10反向並聯。第五二極體D5的陰極連接第二、第三開關S3之間的連接點，第五二極體D5的陽極連接第二橋臂120的第二輸出點b；第六二極體D6的陰極連接第七、第八開關S8之間的連接點，第六二極體D6的陽極連接第一橋臂110的第一輸出點a。
于使用時，直流源130提供直流電壓Vdc，逆變器100控制電路可採用單極性調製，其控制方法包括：同步啟閉第一開關S1、第二開關S2、第九開關S9、第十開關S10，並控制第八開關S8的啟閉與第一開關S1、第二開關S2、第九開關S9、第十開關S10的啟閉互補；以及同步啟閉第四開關S4、第五開關S5、第六開關S6、第七開關S7，並控制第三開關S3的啟閉動作與第四開關S4、第五開關S5、 第六開關S6、第七開關S7的啟閉動作互補。如此，通過對稱地選擇開關，可以使得第一輸出點a和第二輸出點b電位之和恒定，無共模電壓波動，使得如圖1所示的非隔離型逆變器可以適用於光伏發電系統中，然本發明不限於此，逆變器亦可廣泛地運用在各種領域(如：應用於負載)。
於一實施例中，第一開關至第十開關S1~S10均為電晶體，如N通道的金屬-氧化物半導體場效應管(MOSFET)；第一二極體至第四二極體D1~D4選取為反向恢復特性良好的快恢復二極體或碳化矽二極體。在結構上，第一開關S1與第二開關S2反向串聯，第一二極體D1與串接的第一開關S1和第二開關S2反向並聯；第四開關S4與第五開關S5反向串聯，第二二極體D2與串接的第四開關S4和第五開關S5反向並聯；第六開關S6與第七開關S7反向串聯，第三二極體D3與串接的第六開關S6和第七開關S7反向並聯；第九開關S9與第十開關S10反向串聯，第四二極體D4與串接的第九開關和第十開關S10反向並聯。
更具體的，如圖1所示，第一開關S1的源極與第二開關S2的源極連接，第一二極體D1的陰極與第一開關S1的漏極相連，第一二極體D1的陽極與第二開關S2的漏極相連；第四開關S4的源極與第五開關S5的源極連接，第二二極體D2的陰極與第四開關S4的漏極相連，第二二極體D2的陽極與第五開關S5的漏極相連；第六開關S6的源極與第七開關S7的源極連接，第三二極體D3的陰極 與第六開關S6的漏極相連，第三二極體D3的陽極與第七開關S7的漏極相連；第九開關S9的源極與第十開關S10的源極連接，第四二極體D4的陰極與第九開關S9的漏極相連，第四二極體D4的陽極與第十開關S10的漏極相連。
實際應用中，第一開關S1與第二開關S2的位置可以相互置換，即第一開關S1的漏極與第二開關S2的漏極連接，第一二極體D1的陰極與第一開關S1的源極相連，第一二極體D1的陽極與第二開關S2的源極相連；第三開關和第四開關、第六開關和第七開關、第九開關和第十開關的相互位置均可類似第一開關和第二開關，在此不再詳述。
另外，於圖1中，逆變器100的第一輸出點a連接第一電感器La，第二輸出點b連接第二電感器Lb，第一電感器La與第二電感器Lb分別連接電磁干擾濾波器140，電磁干擾濾波器140的輸出即為逆變器的輸出端，並與電網相連。電磁干擾濾波器140可以有效地控制逆變器100本身產生的電磁干擾信號，防止此信號進入電網，污染電磁環境，危害其他設備。
如圖1所示為上述逆變器應用在光伏電網發電的示意圖，上述非隔離型變壓器的直流側耦接光伏電池板，其交流側經電感與電網耦接。但實際應用中，本發明的非隔離型逆變器也可應用在交流側接負載的場合，即所述逆變器的交流側經過電感與負載耦接，逆變器的輸出端與負載相連，此時電路中也可省略電磁干擾濾波器140。但並不 限於此，本領域的技術人員可以根據實際的需求將所述非隔離型逆變器應用在任何領域。
圖2是圖1的逆變器的電網電壓vgrid(逆變器的輸出端的電壓)、電感電流iL與開關時序的關係圖。如圖2所示，第一、第二、第九、第十開關的控制信號G1、G2、G9、G10與第八開關的控制信號G8互補；第四開關S4、第五開關S5、第六開關S6、第七開關S7的控制信號G4、G5、G6、G7與第三開關的控制信號G3互補，藉以使逆變器輸出交流電。
實作上，控制電路可以根據如圖2的控制時序來操控逆變器，在控制電路所執行的逆變器的控制方法中，有八種工作模態。關於這八種工作模態的具體實施方式，請分別參照圖3~10，並詳述如下：
參照圖3，於第一工作模態中，持續開通第三開關S3，第四開關S4、第五開關S5、第六開關S6、第七開關S7持續關斷，第一開關S1、第二開關S2、第九開關S9、第十開關S10同時交替地開通、關斷，且與第八開關S8的開通、關斷的動作互補，在第一開關S1、第二開關S2、第九開關S9、第十開關S10開通後，直流源130給第一電感器La、第二電感器Lb充磁，其中第一電感器La的電感電流iL與逆變器100的輸出端的電壓(如：電磁干擾濾波器140的輸出端的電網電壓vgrid)同為正值。
參照圖4，於第二工作模態中，持續開通第三開關S3，第四開關S4、第五開關S5、第六開關S6、第七開關 S7持續關斷，第一開關S1、第二開關S2、第九開關S9、第十開關S10同時交替地開通、關斷，且與第八開關S8的開通、關斷的動作互補，在第一開關S1、第二開關S2、第九開關S9、第十開關S10關斷後，於第八開關S8未開通時，第一電感器La、第二電感器Lb通過第三開關S3與第五二極體D5續流。在續流階段，于死區時間過(dead time)後，亦即在所述第八開關S8開通後，無電流通過第八開關S8，此時逆變器的工作圖仍如圖4所示，其中第一電感器La的電感電流iL與逆變器100的輸出端的電壓(如：電磁干擾濾波器140的輸出端的電網電壓vgrid)同為正值。
應瞭解到，開關式電源系統中，為避免多個開關同時開通造成不必要的電流浪湧，控制電路在一開關動作引入了“死區時間”特性。以第二工作模態為例，在第一開關S1、第二開關S2、第九開關S9、第十開關S10關斷後，而第八開關S8仍沒有開通，此段時間即為上述第二工作模態中的“死區時間”。
參照圖5，於第三工作模態中，持續開通第三開關S3，第四開關S4、第五開關S5、第六開關S6、第七開關S7持續關斷，第一開關S1、第二開關S2、第九開關S9、第十開關S10同時交替地開通、關斷，且與第八開關S8的開通、關斷的動作互補，在第八開關S8開通後，逆變器100的輸出端的電壓(如：電磁干擾濾波器140的電網電壓vgrid)通過第六二極體D6與第八開關S8給第一電感器La、第二電感器Lb反向充磁，此時第三開關S3雖開通而無電流通 過第三開關S3，其中逆變器100的輸出端的電壓(如：電磁干擾濾波器140的輸出端的電網電壓vgrid)為正值，而第一電感器La的電感電流iL為負值。
參照圖6，於第四工作模態中，持續開通第三開關S3，第四開關S4、第五開關S5、第六開關S6、第七開關S7持續關斷，第一開關S1、第二開關S2、第九開關S9、第十開關S10同時交替地開通、關斷，且與第八開關S8的開通、關斷的動作互補，在第八開關S8關斷後，第一開關S1、第二開關S2、第九開關S9、第十開關S10仍未開通，由於第二開關S2和第十開關S10的阻斷作用，第一電感器La、第二電感器Lb的電流通過第一二極體D1、第三開關S3與第四二極體D4續流。于死區時間過後，於第一、第二、第九、第十開關S10同時開通時，第一電感器La、第二電感器Lb的電感電流通過第一開關S1、第二開關S2、第九開關S9、第十開關S10續流，其中逆變器100的輸出端的電壓(如：電磁干擾濾波器140的輸出端的電網電壓vgrid)為正值，而第一電感器La的電感電流iL為負值。
值得注意的是，第四工作模態中的死區時間是指在第八開關S8關斷後，第一開關S1、第二開關S2、第九開關S9、第十開關S10仍未開通的時間段。在所述死區時間內，由於第二開關S2的體二極體與第一開關S1的體二極體反向串聯，第十開關S10的體二極體與第九開關S9的體二極體反向串聯，所以電流無法通過第一開關S1與第九開關S9的體二極體續流，轉而通過第一二極體D1與第四二 極體D4續流。在實際應用中，因為MOSFET的體二極體(body diode)的反向恢復特性很差，當電流流經MOSFET的體二極體後換流時的反向恢復效應會對電路造成嚴重的干擾，甚至導致MOSFET失效，而上述逆變器中的電流不會流過MOSFET的體二極體，轉而通過與其並聯的二極體(如圖1中的第一、第二、第三、第四二極體)續流，同時與MOSFET並聯的二極體可以選擇反向恢復特性良好的快恢復二極體或碳化矽二極體，於是避免了上述的嚴重干擾。因此，所述非隔離型逆變器還可具有提供無功的功效。
參照圖7，於第五工作模態中，持續開通第八開關S8，第一開關S1、第二開關S2、第九開關S9、第十開關S10持續關斷，第四開關S4、第五開關S5、第六開關S6、第七開關S7同時交替地開通、關斷，且與第三開關S3的開通、關斷的動作互補，在第四開關S4、第五開關S5、第六開關S6、第七開關S7開通後，直流源130給第一電感器La、第二電感器Lb反向充磁，其中第一電感器La的電感電流iL與逆變器100的輸出端的電壓(如：電磁干擾濾波器140的輸出端的電網電壓vgrid)同為負值。
參照圖8，於第六工作模態中，持續開通第八開關S8，第一開關S1、第二開關S2、第九開關S9、第十開關S10持續關斷，第四開關S4、第五開關S5、第六開關S6、第七開關S7同時交替地開通、關斷，且與第三開關S3的開通、關斷的動作互補，在第四開關S4、第五開關S5、第六開關S6、第七開關S7關斷後，於第三開關S3未開通時， 第一電感器La、第二電感器Lb通過第八開關S8與第六二極體D6續流。在續流階段，于死區時間過後，亦即在第三開關S3開通後，無電流通過第三開關S3，其中第一電感器La的電感電流iL與逆變器100的輸出端的電壓(如：電磁干擾濾波器140的輸出端的電網電壓vgrid)同為負值。於第六工作模態中，上述的死區時間是指在第四開關S4、第五開關S5、第六開關S6、第七開關S7關斷後，第三開關S3未開通的時間段。
參照圖9，於第七工作模態中，持續開通第八開關S8，第一開關S1、第二開關S2、第九開關S9、第十開關S10持續關斷，第四開關S4、第五開關S5、第六開關S6、第七開關S7同時交替地開通、關斷，且與第三開關S3的開通、關斷的動作互補，在第三開關S3開通後，逆變器100的輸出端的電壓(如：電磁干擾濾波器140的輸出端的電網電壓)通過第五二極體D5與第三開關S3給第一電感器La、第二電感器Lb充磁，此時第八開關S8雖開通卻無電流通過第八開關S8，其中逆變器100的輸出端的電壓(如：電磁干擾濾波器140的輸出端的電網電壓vgrid)為負值，而第一電感器La的電感電流iL為正值。
參照圖10，於第八工作模態中，持續開通第八開關S8，第一開關S1、第二開關S2、第九開關S9、第十開關S10持續關斷，第四開關S4、第五開關S5、第六開關S6、第七開關S7同時交替地開通、關斷，且與第三開關S3的開通、關斷的動作互補，在第三開關S3關斷後，於 第四開關S4、第五開關S5、第六開關S6、第七開關S7尚未開通時，由於第七開關S7和第五開關S5的阻斷作用，第一電感器La、第二電感器Lb的電流通過第二二極體D2、第八開關S8與第三二極體D3續流。于死區時間過後，亦即第四、第五、第六、第七開關S7同時開通，第一電感器La、第二電感器Lb的電感電流通過第四開關S4、第五開關S5、第六開關S6、第七開關S7續流，其中逆變器100的輸出端的電壓(如：電磁干擾濾波器140的輸出端的電網電壓vgrid)為負值，而第一電感器La的電感電流iL為正值。
值得注意的是，第八工作模態中的死區時間是指在第三開關S3關斷後，第四開關S4、第五開關S5、第六開關S6、第七開關S7尚未開通時的時間段。在所述死區時間內，由於第五開關S5的體二極體與第四開關S4的體二極體反向串聯，第七開關S7的體二極體與第六開關S6的體二極體反向串聯，所以電流無法通過第四開關S4至第六開關S6的體二極體續流，轉而通過第二二極體D2與第三二極體D3續流。同樣避免了電流流經MOSFET體二極體後換流時的反向恢復效應對電路造成嚴重的干擾。因此，所述非隔離型逆變器還可具有提供無功的功效。
綜合以上，在第一、第四、第五、第八工作模態下，第一輸出點a和第二輸出點b電壓之和為Vdc；在第二、第三、第六、第七工作模態下，第一輸出點a和第二輸出點b在電性上處於“懸浮”狀態，其電位受其他開關及電容分 壓箝位，適當地選擇開關及保持對稱性，可以使得第一輸出點a和第二輸出點b點電位都是Vdc/2。換言之，通過對稱地選擇開關，可以使得第一輸出點a和第二輸出點b電位之和恒定，系統中無共模電壓波動，使得如圖1所示的逆變器可以適用於非隔離的光伏發電系統中。另外，本發明的非隔離型逆變器在電流續流時，電流不會經過電晶體的體二極體續流，轉而經過與所述電晶體並聯的外接二極體續流，避免了因所述體二極體的反向恢復效應而造成嚴重干擾，因此上述的非隔離型逆變器不僅可以可為負載或電網提供有功功率(如第一、第二、第五、第六工作模態)，而且具有提供無功功率的功效(如第三、第四、第七、第八工作模態)。
另一方面，圖11是依照本發明另一實施例的一種逆變器的電路圖，圖1的逆變器100與圖11的逆變器200的不同之處在於輸出點位置的改變。如圖11所示，第二開關S2、第三開關S3之間的連接點作為第一輸出點a’，所述第七開關S7、第八開關S8之間的連接點作為第二輸出點b’。
于使用時，直流源130提供直流電壓Vdc，逆變器200控制電路可採用單極性調製，其控制方法包括：同步啟閉第一開關S1、第二開關S2、第九開關S9、第十開關S10，並控制第三開關S3的啟閉與第一開關S1、第二開關S2、第九開關S9、第十開關S10的啟閉互補；以及同步啟閉第四開關S4、第五開關S5、第六開關S6、第七開關S7，並 控制第八開關S8的啟閉動作與第四開關S4、第五開關S5、第六開關S6、第七開關S7的啟閉動作互補。如此，通過對稱地選擇開關，可以使得第一輸出點a’和第二輸出點b’電位之和恒定，無共模電壓波動。
具體而言，圖12是圖11的逆變器200的電網電壓vgrid(逆變器的輸出端的電壓)、電感電流iL與開關時序的關係圖。如圖12所示，第一、第二、第九、第十開關的控制信號G1、G2、G9、G10與第三開關的控制信號G3互補；第四開關S4、第五開關S5、第六開關S6、第七開關S7的控制信號G4、G5、G6、G7與第八開關的控制信號G8互補，藉以使逆變器輸出交流電，在這種設定下本控制方法可以相容對有功功率輸出和無功功率輸出的控制。
實作上，控制電路可以根據如圖12的控制時序來操控逆變器200，在控制電路所執行的逆變器200的控制方法中，有八種工作模態。逆變器200八種工作模態與前述的逆變器100八種工作模態相似，不同之處在於第三開關S3和第八開關S8的啟閉動作互相對調，故本實施例不再重復贅述。
綜合上述實施例，本發明所提供的逆變器的控制方法涵蓋以下步驟：同步啟閉第一開關S1、第二開關S2、第九開關S9、第十開關S10，並控制第三開關S3或第八開關S8的啟閉與第一開關S1、第二開關S2、第九開關S9、第十開關S10的啟閉互補；同步啟閉第四開關S4、第五開關S5、第六開關S6、第七開關S7。當第八開關S8的啟閉與 第一開關S1、第二開關S2、第九開關S9、第十開關S10的啟閉互補時，控制第三開關S3的啟閉動作與第四開關S4、第五開關S5、第六開關S6、第七開關S7的啟閉動作互補；反之，當第三開關S3的啟閉與第一開關S1、第二開關S2、第九開關S9、第十開關S10的啟閉互補時，控制第八開關S8的啟閉動作與第四開關S4、第五開關S5、第六開關S6、第七開關S7的啟閉動作互補。
雖然本發明已以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟悉此技藝者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作各種的更動與潤飾，因此本發明的保護範圍當視所附的權利要求書所界定的範圍為准。
100‧‧‧逆變器
110‧‧‧第一橋臂
120‧‧‧第二橋臂
130‧‧‧直流源
140‧‧‧電磁干擾濾波器
a‧‧‧第一輸出點
b‧‧‧第二輸出點
D1‧‧‧第一二極體
D2‧‧‧第二二極體
D3‧‧‧第三二極體
D4‧‧‧第四二極體
D5‧‧‧第五二極體
D6‧‧‧第六二極體
iL‧‧‧電感電流
La‧‧‧第一電感器
Lb‧‧‧第二電感器
S1‧‧‧第一開關
S2‧‧‧第二開關
S3‧‧‧第三開關
S4‧‧‧第四開關
S5‧‧‧第五開關
S6‧‧‧第六開關
S7‧‧‧第七開關
S8‧‧‧第八開關
S9‧‧‧第九開關
S10‧‧‧第十開關
Vdc‧‧‧直流電壓
vgrid‧‧‧電網電壓

Claims (19)

  1. 一種逆變器，其特徵在於，包括：第一橋臂，電性耦接直流源，所述第一橋臂包括第一開關、第二開關、第三開關、第四開關與第五開關依次串聯；第二橋臂，並聯所述第一橋臂，所述第二橋臂包括第六開關、第七開關、第八開關、第九開關與第十開關依次串聯；第一二極體，與串接的所述第一、第二開關反向並聯；第二二極體，與串接的所述第四、第五開關反向並聯；第三二極體，與串接的所述第六、第七開關反向並聯；第四二極體，與串接的所述第九、第十開關反向並聯；第五二極體，其陰極連接所述第二、第三開關之間的連接點，而其陽極連接所述第八、第九開關之間的連接點；以及第六二極體，其陰極連接所述第七、第八開關之間的連接點，而其陽極連接所述第三、第四開關之間的連接點，其中所述第一開關與所述第二開關反向串聯，所述第四開關與所述第五開關反向串聯，所述第六開關與所述第七開關反向串聯，所述第九開關與所述第十開關反向串聯。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的逆變器，所述第一、第二、第三、第四、第五、第六、第七、第八、第九與第十開關皆為金屬-氧化物半導體場效應管。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的逆變器，所述第一、第二、第三、第四二極體為快恢復二極體或碳化矽二極體。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的逆變器，所述直流源為光伏面板。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的逆變器，所述第三、第四開關之間的連接點作為第一輸出點，所述第八、第九開關之間的連接點作為第二輸出點。
  6. 如申請專利範圍第1項所述的逆變器，所述第二、第三開關之間的連接點作為第一輸出點，所述第七、第八開關之間的連接點作為第二輸出點。
  7. 如申請專利範圍第5或6項所述的逆變器，所述第一輸出點連接一第一電感器，所述第二輸出點連接一第二電感器。
  8. 如申請專利範圍第7項所述的逆變器，所述第一電感器與所述第二電感器分別連接電磁干擾濾波器。
  9. 一種控制方法，其特徵在於，用於控制申請專利範圍第1項所述的逆變器，所述控制方法包括：同步啟閉所述第一、第二、第九、第十開關，並控制所述第三或第八開關的啟閉與所述第一、第二、第九、第十開關的啟閉互補；以及同步啟閉所述第四、第五、第六、第七開關；當所述第八開關的啟閉與所述第一、第二、第九、第十 開關的啟閉互補時，控制所述第三開關的啟閉動作與所述第四、第五、第六、第七開關的啟閉動作互補。
  10. 如申請專利範圍第9項所述的控制方法，當所述第三、第四開關之間的連接點作為第一輸出點，且當所述第八、第九開關之間的連接點作為第二輸出點時，所述第八開關的啟閉與所述第一、第二、第九、第十開關的啟閉互補，所述第三開關的啟閉動作與所述第四、第五、第六、第七開關的啟閉動作互補。
  11. 如申請專利範圍第10項所述的控制方法，所述第一輸出點連接第一電感器，所述第二輸出點連接第二電感器，所述控制方法還包括：持續開通所述第三開關，所述第一、第二、第九、第十開關同時交替性地開通、關斷，且與所述第八開關的開通、關斷的動作互補，在所述第一、第二、第九、第十開關開通後，所述直流源給所述第一、第二電感器充磁，其中所述第一電感器的電感電流與所述逆變器的輸出端的電壓同為正值。
  12. 如申請專利範圍第10項所述的控制方法，所述第一輸出點連接第一電感器，所述第二輸出點連接第二電感器，所述控制方法還包括：持續開通所述第三開關，所述第一、第二、第九、第十開關同時交替性地開通、關斷，且與所述第八開關的開通、關斷的動作互補，在所述第一、第二、第九、第十開關關斷 後，於所述第八開關未開通時，所述第一、第二電感器通過所述第三開關與所述第五二極體續流；在所述第八開關開通後，無電流通過所述第八開關，其中所述第一電感器的電感電流與所述逆變器的輸出端的電壓同為正值。
  13. 如申請專利範圍第10項所述的控制方法，所述第一輸出點連接第一電感器，所述第二輸出點連接第二電感器，所述控制方法還包括：持續開通所述第三開關，所述第一、第二、第九、第十開關同時交替性地開通、關斷，且與所述第八開關的開通、關斷的動作互補，在所述第八開關開通後，所述逆變器的輸出端的電壓通過所述第六二極體與所述第八開關給所述第一、第二電感器充磁，且所述第三開關開通而無電流通過所述第三開關，其中所述逆變器的輸出端的電壓為正值，而所述第一電感器的電感電流為負值。
  14. 如申請專利範圍第10項所述的控制方法，所述第一輸出點連接第一電感器，所述第二輸出點連接第二電感器，所述控制方法還包括：持續開通所述第三開關，所述第一、第二、第九、第十開關同時交替性地開通、關斷，且與所述第八開關的開通、關斷的動作互補，在所述第八開關關斷後，於所述第一、第二、第九、第十開關未開通時，所述第一、第二電感器的電感電流通過所述第一二極體、所述第三開關與所述第四二極體續流；於所述第一、第二、第九、第十開關開通時，所述第一、第二、第九、第十開關同時開通，所述第一、第二電 感器的電感電流通過所述第一、第二、第九、第十開關續流，其中所述逆變器的輸出端的電壓為正值，而所述第一電感器的電感電流為負值。
  15. 如申請專利範圍第10項所述的控制方法，所述第一輸出點連接第一電感器，所述第二輸出點連接第二電感器，所述控制方法還包括：持續開通所述第八開關，所述第四、第五、第六、第七開關同時交替性地開通、關斷，且與所述第三開關的開通、關斷的動作互補，在所述第四、第五、第六、第七開關開通後，所述直流源給所述第一、第二電感器充磁，其中所述第一電感器的電感電流與所述逆變器的輸出端的電壓同為負值。
  16. 如申請專利範圍第10項所述的控制方法，所述第一輸出點連接第一電感器，所述第二輸出點連接第二電感器，所述控制方法還包括：持續開通所述第八開關，所述第四、第五、第六、第七開關同時交替性地開通、關斷，且與所述第三開關的開通、關斷的動作互補，在所述第四、第五、第六、第七開關關斷後，於所述第三開關未開通時，所述第一、第二電感器通過所述第八開關與所述第六二極體續流；在所述第三開關開通後，無電流通過所述第三開關，其中所述第一電感器的電感電流與所述逆變器的輸出端的電壓同為負值。
  17. 如申請專利範圍第10項所述的控制方法，所述第 一輸出點連接第一電感器，所述第二輸出點連接第二電感器，所述控制方法還包括：持續開通所述第八開關，所述第四、第五、第六、第七開關同時交替性地開通、關斷，且與所述第三開關的開通、關斷的動作互補，在所述第三開關開通後，所述逆變器的輸出端的電壓通過所述第五二極體與所述第三開關給所述第一、第二電感器充磁，且所述第八開關開通而無電流通過，其中所述逆變器的輸出端的電壓為負值，而所述第一電感器的電感電流為正值。
  18. 如申請專利範圍第10項所述的控制方法，所述第一輸出點連接第一電感器，所述第二輸出點連接第二電感器，所述控制方法還包括：持續開通所述第八開關，所述第四、第五、第六、第七開關同時交替性地開通、關斷，且與所述第三開關的開通、關斷的動作互補，在所述第三開關關斷後，於所述第四、第五、第六、第七開關未開通時，所述第一、第二電感器的電感電流通過所述第二二極體、所述第八開關與所述第三二極體續流；在所述第四、第五、第六、第七開關同時開通後，所述第一、第二電感器的電感電流通過所述第四、第五、第六、第七開關續流，其中所述逆變器的輸出端的電壓為負值，而所述第一電感器的電感電流為正值。
  19. 如申請專利範圍第9項所述的控制方法，當所述第二、第三開關之間的連接點作為第一輸出點，且當所述第七、第八開關之間的連接點作為第二輸出點時，所述第三開 關的啟閉與所述第一、第二、第九、第十開關的啟閉互補，所述第八開關的啟閉動作與所述第四、第五、第六、第七開關的啟閉動作互補。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI721370B (zh) * 2018-03-15 2021-03-11 日商島田理化工業股份有限公司 逆變器裝置及逆變器裝置之控制方法

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113273073B (zh) * 2018-11-08 2023-01-31 广东锐顶电力技术有限公司 新型全波开关dc-ac并网逆变器
CN111669095B (zh) * 2020-05-07 2023-10-20 上海大学 基于九开关逆变器的无轴承电机控制系统
US20220037014A1 (en) * 2020-07-28 2022-02-03 Smart Wires Inc. Prognostics and Diagnostics of Injection Units and Communications
CN114389471B (zh) * 2022-01-25 2024-06-21 南京邮电大学 十一开关箝位型三相光伏逆变器的控制方法

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5877951A (en) * 1997-10-14 1999-03-02 Lucent Technologies Inc. Circuit for and method of decreasing conducted and radiated electromagnetic interference of a power converter and a full bridge power converter employing the same
US20090016089A1 (en) * 2007-07-09 2009-01-15 Nguyen Vietson M Electromechanical power transfer system with even phase number dynamoelectric machine and three level inverter
US20110019453A1 (en) * 2007-11-30 2011-01-27 Roberto Gonzalez Senosiain Electric circuit for converting direct current into alternating current
CN101645662B (zh) * 2009-08-26 2011-11-30 深圳科士达科技股份有限公司 一种逆变器电源装置
CN201682429U (zh) * 2009-12-23 2010-12-22 艾默生网络能源有限公司 一种无桥pfc升压整流器
CN101931337B (zh) 2010-09-09 2012-07-11 西安交通大学 一种光伏发电用斩波逆变电路及其控制方法
CN102684523A (zh) 2011-03-18 2012-09-19 上海神飞能源科技有限公司 太阳能光伏逆变器拓扑电路
TWI441441B (zh) * 2011-07-13 2014-06-11 Delta Electronics Inc 逆變電路
CN103001526B (zh) 2011-09-15 2015-09-02 南京博兰得电子科技有限公司 一种非隔离型逆变器及其控制方法
CN102570878B (zh) * 2011-12-29 2014-05-21 阳光电源股份有限公司 一种单相逆变器
EP2624433A1 (en) * 2012-02-03 2013-08-07 ABB Research Ltd. Non-isolated PV inverter system with ground current mitigation
CN103312202B (zh) * 2012-03-14 2016-05-04 山特电子（深圳）有限公司 高频应用中的逆变器拓扑及其控制方法
CN102684530A (zh) * 2012-06-07 2012-09-19 上海美科新能源股份有限公司 一种具有无功补偿功能的无变压器型逆变器的控制方法
US9337748B2 (en) * 2013-08-02 2016-05-10 Infineon Technologies Austria Ag System and method for a DC-to-DC power converter with inverter stage coupled to the DC input

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI721370B (zh) * 2018-03-15 2021-03-11 日商島田理化工業股份有限公司 逆變器裝置及逆變器裝置之控制方法

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