專利名稱：一種無變壓器型逆變電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種太陽能系統(tǒng)中無變壓器型逆變電路。
背景技術(shù)：
太陽能發(fā)電作為新能源的重要組成部分，獲得越來越大的發(fā)展。在太陽能發(fā)電系統(tǒng)中，將太陽能電池板發(fā)出的直流電轉(zhuǎn)化為交流電的逆變轉(zhuǎn)換電路作為太陽能發(fā)電系統(tǒng)的核心有著非常重要的作用。太陽能系統(tǒng)通常可以分為獨(dú)立型和并網(wǎng)型，后者由于可以最大程度的利用太陽能電池板發(fā)出的能量，因此是目前光伏系統(tǒng)的主要應(yīng)用類型。逆變器拓?fù)淇傮w可以分為帶變壓器隔離和無變壓器型。隔離變壓器可以實(shí)現(xiàn)隔離和升壓的作用，但工頻變壓器體積重、效率低、成本高，安裝不便。高頻變壓器雖然體積和重量下降，但往往系統(tǒng)復(fù)雜，并且輸出電流存在直流分量，效率也同樣偏低。無變壓器型逆變器由于系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、效率高、體積小且成本低獲得快速的發(fā)展，成為并網(wǎng)光伏發(fā)電的主流。由于在直流源和負(fù)載之間沒有變壓器隔離，無變壓器型逆變器存在共模電流干擾的問題。一般由于太陽能電池板面積較大，對地寄生電容也較大，此電容隨外界環(huán)境變化。 由于寄生電容的存在，且逆變器中的開關(guān)器件在高頻切換，因此在太陽能電池板端、寄生電容和逆變器中的功率開關(guān)管、濾波電感以及電網(wǎng)之間存在電通路，從而有可能形成較大共模電流，此共模電流可能對操作人員人身安全帶來隱患。因此有效抑制并完全消除共模電流是無變壓器型逆變器需要解決的關(guān)鍵問題。目前，對于中小功率的單相無變壓器型并網(wǎng)光伏逆變器，往往采用雙極性調(diào)制的全橋電路和半橋電路解決共模電流問題。雙極性調(diào)制的全橋電路開關(guān)損耗大、濾波電感大， 從而效率偏低；半橋電路的輸入電壓需要為全橋電壓的兩倍，往往需要兩級電路實(shí)現(xiàn)，加大電路實(shí)現(xiàn)難度，同樣存在轉(zhuǎn)換效率低的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種在解決共模電流問題的同時能夠?qū)崿F(xiàn)較高轉(zhuǎn)換效率的無變壓器型逆變電路。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是提供了一種無變壓器型逆變電路，其特征在于包括功率開關(guān)管Si、功率開關(guān)管S2、功率開關(guān)管S3、功率開關(guān)管S4、功率開關(guān)管S5 及功率開關(guān)管S6，在功率開關(guān)管Si、功率開關(guān)管S2、功率開關(guān)管S3、功率開關(guān)管S4、功率開關(guān)管S5及功率開關(guān)管S6上分別反并有二極管D1、二極管D2、二極管D3、二極管D4、二極管 D5及二極管D6，功率開關(guān)管Si、功率開關(guān)管S6和功率開關(guān)管S2串聯(lián)，功率開關(guān)管S3和功率開關(guān)管S4串聯(lián)，功率開關(guān)管S5 —端接在功率開關(guān)管S6和功率開關(guān)管S2之間，另一端接在功率開關(guān)管S3和功率開關(guān)管S4之間，第一濾波器的一端接在功率開關(guān)管Sl和功率開關(guān)管S6之間，第二濾波器的一端接在功率開關(guān)管S3和功率開關(guān)管S4之間，濾波電容Cf接在第一濾波器和第一濾波器的另外一端之間，其中，功率開關(guān)管Sl和功率開關(guān)管S4的開關(guān)動作相同，功率開關(guān)管S3和功率開關(guān)管S2的開關(guān)動作相同，功率開關(guān)管S5及所述功率開關(guān)管S6以市電輸出頻率切換，功率開關(guān)管Si、功率開關(guān)管S2、功率開關(guān)管S3及功率開關(guān)管S4 以高速頻率切換。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于所提供的無變壓器型逆變電路不僅能夠解決共模電流問題， 同時，還能夠?qū)崿F(xiàn)較高轉(zhuǎn)換效率。


圖1為本發(fā)明提供的一種無變壓器型逆變電路的電路圖2為在市電正半周，高頻觸發(fā)信號為1時的電流回路示意圖； 圖3為在市電正半周，高頻觸發(fā)信號為0時的電流回路示意圖； 圖4為在市電負(fù)半周，高頻觸發(fā)信號為1時的電流回路示意圖； 圖5為在市電負(fù)半周，高頻觸發(fā)信號為0時的電流回路示意圖； 圖6為仿真驗(yàn)證結(jié)果圖。
具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明更明顯易懂，茲以一優(yōu)選實(shí)施例，并配合附圖作詳細(xì)說明如下。如圖1所示，本發(fā)明提供了一種無變壓器型逆變電路，包括功率開關(guān)管Si、功率開關(guān)管S2、功率開關(guān)管S3、功率開關(guān)管S4、功率開關(guān)管S5及功率開關(guān)管S6，在功率開關(guān)管Si、 功率開關(guān)管S2、功率開關(guān)管S3、功率開關(guān)管S4、功率開關(guān)管S5及功率開關(guān)管S6上分別反并有二極管D1、二極管D2、二極管D3、二極管D4、二極管D5及二極管D6，功率開關(guān)管Si、功率開關(guān)管S6和功率開關(guān)管S2串聯(lián)，功率開關(guān)管S3和功率開關(guān)管S4串聯(lián)，功率開關(guān)管S5 — 端接在功率開關(guān)管S6和功率開關(guān)管S2之間，另一端接在功率開關(guān)管S3和功率開關(guān)管S4 之間，第一濾波器的一端接在功率開關(guān)管Sl和功率開關(guān)管S6之間，第二濾波器的一端接在功率開關(guān)管S3和功率開關(guān)管S4之間，濾波電容Cf接在第一濾波器和第一濾波器的另外一端之間，其中，功率開關(guān)管Sl和功率開關(guān)管S4的開關(guān)動作相同，功率開關(guān)管S3和功率開關(guān)管S2的開關(guān)動作相同，功率開關(guān)管S5及所述功率開關(guān)管S6以市電輸出頻率切換，功率開關(guān)管Si、功率開關(guān)管S2、功率開關(guān)管S3及功率開關(guān)管S4以高速頻率(如20kHz)切換。在本實(shí)施例中，直流源包含一太陽能發(fā)電機(jī)SG以及直流電容Cdc，功率開關(guān)管及其反并二極管選用獨(dú)立開關(guān)晶體管和獨(dú)立二極管反并后組成，也可以由內(nèi)部帶反并二極管的開關(guān)晶體管來代替。而功率開關(guān)管可以由IGBT (Insulation Gate Bibipolar Transistor)組成，也可以由 MOSFET (MetalOxide Semiconductor Field-effect transistor)組成。第一濾波器及第二濾波器可以由電感加濾波電容組成，也可以如實(shí)施例一樣選用濾波電感Lfl和濾波電感Lf2。本發(fā)明提供的逆變電路采用雙極性調(diào)制。即功率開關(guān)管Sl和功率開關(guān)管S4的開關(guān)動作相同，功率開關(guān)管S3和功率開關(guān)管S2的動作相同。在市電正半周，功率開關(guān)管S5開通，功率開關(guān)管S2，功率開關(guān)管S3和功率開關(guān)管 S6關(guān)斷，功率開關(guān)管Sl和功率開關(guān)管S4以高速頻率切換，且動作相同。當(dāng)高頻觸發(fā)信號為1時，功率開關(guān)管Sl和功率開關(guān)管S4導(dǎo)通，電流回路如圖2所示。如果輸出接市電，市電的中點(diǎn)電位和直流源的中點(diǎn)電位是同電位的。當(dāng)高頻觸發(fā)信號為0時，電流沿功率開關(guān)管S5和二極管D6形成回路，如圖3所示。市電的中點(diǎn)電位是功率開關(guān)管Sl和功率開關(guān)管 S2、功率開關(guān)管S3和功率開關(guān)管S4分壓決定的，因?yàn)槎O管D6導(dǎo)通電壓很小，可以忽略， 所以市電中點(diǎn)電位等于直流源中點(diǎn)電位，所以逆變器在高頻切換時輸入和市電側(cè)沒有高頻電壓，避免了高頻干擾。同時逆變器輸出電壓VAB在0和輸入電壓之間切換，因此達(dá)到與工作在雙極性調(diào)制模式下的全橋電路的濾波效果，只需要一半的濾波電感；功率開關(guān)管Sl在 0. 5*Vdc和Vdc之間切換，功率開關(guān)管S4在0和0. 5Vdc之間切換，切換電壓只有一半輸入電壓，從而可以減小功率開關(guān)管Sl和功率開關(guān)管S4的開關(guān)損耗，提高轉(zhuǎn)換效率。在市電負(fù)半周，功率開關(guān)管S6導(dǎo)通，功率開關(guān)管Si、功率開關(guān)管S4和功率開關(guān)管 S5關(guān)斷，功率開關(guān)管S2和功率開關(guān)管S3以高速頻率切換，且動作相同。當(dāng)高速觸發(fā)信號為 1時，功率開關(guān)管S2和功率開關(guān)管S3導(dǎo)通，電流回路如圖4所示。如果輸出接市電，市電的中點(diǎn)電位和直流源的中點(diǎn)是同電位的。當(dāng)高速觸發(fā)信號為0時，功率開關(guān)管S2和功率開關(guān)管S3關(guān)斷，電流回路沿功率開關(guān)管S6和功率開關(guān)管D5構(gòu)成回路，如圖5所示，由于功率開關(guān)管S6導(dǎo)通電壓很小，可以忽略，因此可以認(rèn)為市電中點(diǎn)由功率開關(guān)管Si，功率開關(guān)管S2， 功率開關(guān)管S3，功率開關(guān)管S4分壓決定，等于輸入直流源中點(diǎn)電位，所以同樣逆變器在高速切換時輸入側(cè)和輸出側(cè)沒有高頻電壓，避免了高頻干擾。同時逆變器輸出電壓VAB在輸入電壓-Vdc和0之間切換，因此達(dá)到與工作在雙極性調(diào)制模式下的全橋電路的濾波效果， 只需要一半的濾波電感；功率開關(guān)管S3在0. 5*Vdc和Vdc之間切換，功率開關(guān)管S2在 和 0. 5Vdc之間切換，切換電壓只有一半輸入電壓，從而可以減小功率開關(guān)管S2和功率開關(guān)管 S3的開關(guān)損耗，提高轉(zhuǎn)換效率。本電路已通過仿真驗(yàn)證，如圖6所示。圖6上為(VA0+VB0)，可見高頻干擾信號為常值，因此作用于太陽能電池板對地寄生電容，不會形成共模電流。
權(quán)利要求
1.一種無變壓器型逆變電路，其特征在于包括功率開關(guān)管Si、功率開關(guān)管S2、功率開關(guān)管S3、功率開關(guān)管S4、功率開關(guān)管S5及功率開關(guān)管S6，在功率開關(guān)管Si、功率開關(guān)管S2、 功率開關(guān)管S3、功率開關(guān)管S4、功率開關(guān)管S5及功率開關(guān)管S6上分別反并有二極管D1、二極管D2、二極管D3、二極管D4、二極管D5及二極管D6，功率開關(guān)管Si、功率開關(guān)管S6和功率開關(guān)管S2串聯(lián)，功率開關(guān)管S3和功率開關(guān)管S4串聯(lián)，功率開關(guān)管S5 —端接在功率開關(guān)管S6和功率開關(guān)管S2之間，另一端接在功率開關(guān)管S3和功率開關(guān)管S4之間，第一濾波器的一端接在功率開關(guān)管Sl和功率開關(guān)管S6之間，第二濾波器的一端接在功率開關(guān)管S3和功率開關(guān)管S4之間，濾波電容Cf接在第一濾波器和第一濾波器的另外一端之間，其中，功率開關(guān)管Sl和功率開關(guān)管S4的開關(guān)動作相同，功率開關(guān)管S3和功率開關(guān)管S2的開關(guān)動作相同，功率開關(guān)管S5及所述功率開關(guān)管S6以市電輸出頻率切換，功率開關(guān)管Si、功率開關(guān)管S2、功率開關(guān)管S3及功率開關(guān)管S4以高速頻率切換。
2.如權(quán)利要求1所述的一種無變壓器型逆變電路，其特征在于二極管與功率開關(guān)管反并后組成一內(nèi)部帶反并二極管的開關(guān)晶體管。
3.如權(quán)利要求1所述的一種無變壓器型逆變電路，其特征在于功率開關(guān)管由絕緣柵雙極型晶體管組成或由金氧半場效晶體管組成。
4.如權(quán)利要求1所述的一種無變壓器型逆變電路，其特征在于第一濾波器和/或第一濾波器為濾波電感，或由電感及濾波電容組成。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種無變壓器型逆變電路，其特征在于包括六個開關(guān)管S1-S6、二極管D1-D6以及兩個濾波器和一個濾波電容Cf，六個二極管D1-D6分別反并于六個開關(guān)管S1-S6兩端。本發(fā)明提供的逆變電路采用雙極性調(diào)制，其優(yōu)點(diǎn)在于所提供的無變壓器型逆變電路不僅能夠解決共模電流問題，同時，還能夠?qū)崿F(xiàn)較高轉(zhuǎn)換效率。
文檔編號H02M7/48GK102223097SQ20111017505
公開日2011年10月19日 申請日期2011年6月27日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月27日
發(fā)明者張玉林 申請人:上海正泰電源系統(tǒng)有限公司