带续流开关的中点箝位型单相非隔离光伏逆变器主电路拓扑制造技术

本发明专利技术公开了一种带续流开关的中点箝位型单相非隔离光伏逆变器的主电路拓扑。该拓扑首先在H桥逆变器的交流侧加入了一个续流开关（由单相不控整流桥和一个开关管S5组成），该续流开关可使逆变器续流电流不流经输入电源，省去了能量回馈电源这个环节，提高了非隔离光伏逆变器的转换效率。其次在逆变器直流输入电容的中点和续流开关之间加入两个箝位二极管D5和D6，使得续流阶段逆变器共模电压被有效箝位至直流输入电压的一半，改善了逆变器的共模特性，从而消除了光伏逆变器的共模漏电流，确保了使用时的人身和设备安全。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了一种带续流开关的中点箝位型单相非隔离光伏逆变器的主电路拓扑。该拓扑首先在H桥逆变器的交流侧加入了一个续流开关（由单相不控整流桥和一个开关管S5组成），该续流开关可使逆变器续流电流不流经输入电源，省去了能量回馈电源这个环节，提高了非隔离光伏逆变器的转换效率。其次在逆变器直流输入电容的中点和续流开关之间加入两个箝位二极管D5和D6，使得续流阶段逆变器共模电压被有效箝位至直流输入电压的一半，改善了逆变器的共模特性，从而消除了光伏逆变器的共模漏电流，确保了使用时的人身和设备安全。【专利说明】带续流开关的中点箝位型单相非隔离光伏逆变器主电路拓扑
本专利技术涉及的是一种带续流开关的中点箝位型单相非隔离光伏逆变器的主电路拓扑，该拓扑适用于对效率和人身设备安全要求较高的光伏发电场合，属于电力电子直流-交流变换范畴。
技术介绍
光伏并网逆变器要求效率高、成本低，能够承受光伏电池输出电压波动大的不良影响，而且其交流输出也要满足较高的电能质量。 按照逆变器是否带有隔离变压器可以分为隔离型和非隔离型。隔离型光伏逆变器实现了电网和电池板的电气隔离，保障了人身和设备安全。但其体积大，价格高，系统变换效率较低。非隔离光伏逆变器结构不含变压器，具有效率高、体积小、重量轻、成本低等诸多优势。 目前，非隔离光伏逆变器系统的最高效率可以达到98%以上。但是，变压器的移除使得输入输出之间存在电气连接，由于电池板对地电容的存在，逆变器工作时会产生共模漏电流，增大系统电磁干扰，影响进网电流的质量，危害人身和设备安全。 为了保证人身和设备安全，漏电流必须被抑制在一定的范围内。根据德国DIN VDE0126-1-1标准，当对地漏电流瞬时值大于300mA时，光伏并网系统必须在0.3s内与电网断开。因此，在确定无共模漏电流的前提下，尽可能地提高光伏逆变器的效率、降低器件成本成为了目前光伏逆变器的研究热点之一。
技术实现思路
为了消除共模漏电流，确保人身和设备安全，本专利技术提出一种带续流开关的中点箝位型单相非隔离光伏逆变器的主电路拓扑，该拓扑可以改善逆变器共模特性，提高逆变器的变换效率。 本专利技术的技术解决方案是:带续流开关的中点箝位型单相非隔离光伏逆变器的主电路拓扑如图1所示，其特征在于:在单相全桥逆变器的基础上加入了续流开关(由单相不控整流桥和一个开关管&组成)和箝位电路(由两电容Cdc;1、‘和两二极管久、凡组成)。 具体电路拓扑如下:太阳能电池(Vpv)的正极分别与第一输入电容(Cdcl)的正极和第一开关管(S)、第三开关管(S3)的漏极相连；太阳能电池(Vpv)的负极分别与第二输入电容(Ctk2)的负极和第二开关管(?)、第四开关管(?)的源极相连；第一开关管(兄)的源极与第二开关管(?)的漏极相连；第三开关管(S3)的源极与第四开关管(?)的漏极相连；逆变器交流侧用四个整流二极管(A，久，久，A)组成整流桥，其中第一整流二极管(A)和第二整流二极管(久)共阴极，第三整流二极管(A)和第四整流二极管(仏)共阳极，第一整流二极管(A)的阳极与第三整流二极管(久)的阴极相连，第二整流二极管(久)的阳极与第四整流二极管(A)的阴极相连；第一开关管(兄)的源极和第二开关管(?)的漏极的连接点A分别与第一整流二极管(A)的阳极、第三整流二极管(久)的阴极和第一滤波电感(Z/1)的一端相连；第一滤波电感(Z/1)的另一端分别与滤波电容(Cp的一端和电阻(W)的一端相连；第三开关管(S3)的源极和第四开关管(?)的漏极的连接点B分别与第二整流二极管(久)的阳极、第四整流二极管(仏)的阴极和第二滤波电感(Zi2)的一端相连；第二滤波电感(Zi2)的另一端分别与滤波电容(G)的另一端和电阻0?)的另一端相连；第五开关管(S5)的漏极与整流桥共阴极相连，源极与整流桥共阳极相连；第一箝位二极管(久)的阳极与第一输入电容(Ctkl)的负极、第二输入电容(6。2)的正极相连，阴极与整流桥的共阴极相连；第二箝位二极管(A5)的阴极与第一输入电容(Cfcl)的负极、第二输入电容(6。2)的正极相连，阳极与整流桥的共阳极相连。 本专利技术具有以下技术效果:带续流开关的中点箝位型单相非隔离光伏逆变器输出电压为三电平，与单极性调制的输出电压相同，有利于减小输出滤波器的体积和重量。续流开关的加入，使得续流阶段续流电流不流经电源，省去了能量回馈电源这个环节，提高了逆变器的变换效率。箝位电路的加入，使得续流阶段续流回路被箝位至直流输入电压的二分之一，可以完全消除共模漏电流。 【专利附图】【附图说明】 图1带续流开关的中点箝位型单相非隔离光伏逆变器主电路拓扑；图2带续流开关的中点箝位型单相非隔离光伏逆变器模态图；图3带续流开关的中点箝位型单相非隔离光伏逆变器驱动信号时序图。 【具体实施方式】 下面结合附图对本专利技术的技术方案做进一步的详细说明:如图3所示，给出了本专利技术在一种控制方案中的控制时序图，图中从上至下波形分别为:第一开关管的栅源电压波;第二开关管^2的栅源电压波形^】;第三开关管Sf3 的栅源电压波形% ;第四开关管1?的栅源电压波形1;第五开关管^5的栅源电压波形 VgJ。该非隔离光伏逆变器在一个逆变周期内可分为4种工作模态，如图2所示，分别对应 ,和四个时间段。以下简要介绍各工作模态时逆变器的工作原理:模态1:如图2(a)所示，在ItlI2]阶段，开关管的栅源电压为高电平，^、!^处于导通状态；开关管和1?的栅源电压为零，|?2、^和^5处于关断状态。电流从电源正极流出，流经、负载、最后流回电源负极。此时Kaq= Kfv, Vm= O，故逆变器桥臂中点电压 Kab= Kpv，共模电压 Km=(Kaq+Kbq)/2=0.5Kpv。 模态2: 如图2(b)所示，在阶段,开关管巧石石和^的栅源电压为零，巧、冬、巧和处于关断状态；开关管1?的栅源电压为高电平,?处于导通状态。电感电流续流，电流依次流经，负载，Zi2，久，5.5，续流阶段，太阳能电池板输出端与电网断开。当的电位高于输入电压的二分之一时,二极管/?承受正向电压导通，^q、%q的电位被箝位至输入电压的一半。当^q、Gq的电位低于输入电压的二分之一时,二极管*0彡承受正向电压导通的电位被箝位至输入电压的一半。整个续流阶段，Kaq= 0.5Kpv, Vm= 0.5κρν，故逆变器桥臂中点电压ΚΑΒ=0，共模电压Kem= (KAQ+KBQ)/2=0.5KPV。 模态3:如图2(c)所示，在阶段,开关管的栅源电压为高电平,处于导通状态；开关管1^、^4和1^的栅源电压为零，和1?处于关断状态。电流从电源正极流出，流经负载、￡/l、g2,最后流回电源负极。此时匕q=0，Kbq= Kpv，故逆变器桥臂中点电压 Kab=-Kpv,共模电压 Km=(Kaq+Kbq)/2=0.5Kpv。 模态4:如图2(d)所示，在阶段,开关管巧、在、高和&的栅源电压为零，巧、在石和^处于关断状态；开关管1?的栅源电压为高电平,?处于导通状态。电感电流续流，电流依次流经&，负载，Ζλ，Α，5.5，/?4。续流阶段，太阳能电池板输出端与电网断开本文档来自技高网...

【技术保护点】
带续流开关的中点箝位型单相非隔离光伏逆变器的主电路拓扑，其特征在于：在单相全桥逆变器的基础上加入了续流开关（由单相不控整流桥和一个开关管S5组成）和箝位电路（由两电容Cdc1、 Cdc2和两二极管D5、D6组成）。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：马海啸，叶海云，聂勋，
申请(专利权)人：南京邮电大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32