一种六开关的微逆变器交流侧功率耦合电路制造技术

一种六开关的微逆变器交流侧功率耦合电路，由六个开关管（T1‑T6）、六个二极管（D1‑D6）、两个耦合电容（Cd1、Cd2）、和一个电感（L）构成。根据逆变器输出电压极性以及耦合电路吸收/释放能量，功率耦合电路可分为四种工作模式，分别是工作模式1：逆变器输出电压为正，耦合电路吸收能量；工作模式2：逆变器输出电压为正，耦合电路释放能量；工作模式3：逆变器输出电压为负，耦合电路吸收能量；工作模式4：逆变器输出电压为负，耦合电路释放能量。本实用新型专利技术将功率解耦电路并联在逆变器的交流输出侧，逆变器的电路结构简单，解耦电路和逆变电路可独立控制；采用本实用新型专利技术提出的功率耦合电路实现功率平衡，可实现无电解电容，延长逆变器的使用寿命。

A Six-Switch AC-Side Power Coupling Circuit for Micro Inverter

A six-switch AC-side power coupling circuit for micro-inverters is composed of six switches (T1 T6), six diodes (D1 D6), two coupling capacitors (Cd1, Cd2) and an inductor (L). According to the polarity of the output voltage and the energy absorption/release of the coupling circuit, the power coupling circuit can be divided into four working modes: 1. The output voltage of the inverter is positive, and the coupling circuit absorbs energy; 2. The output voltage of the inverter is positive, and the coupling circuit releases energy; 3. The output voltage of the inverter is negative, and the coupling circuit absorbs energy. Mode 4: The output voltage of the inverter is negative, and the coupling circuit releases energy. The utility model parallels the power decoupling circuit to the AC output side of the inverter, and the circuit of the inverter is simple, and the decoupling circuit and the inverting circuit can be independently controlled. The power coupling circuit proposed by the utility model realizes power balance, realizes no electrolytic capacitor and prolongs the service life of the inverter.

【技术实现步骤摘要】
一种六开关的微逆变器交流侧功率耦合电路
本技术涉及一种六开关的微逆变器交流侧功率耦合电路，属微逆变器

技术介绍
微逆变器因其多发电量、易扩展、低成本、热插拔和模块化设计的优点，逐渐成为未来分布式光伏逆变器的趋势。然而，在分布式发电系统中，光伏组件由于MPPT控制产生恒定的输入功率，而传输到电网的功率却含有两倍工频的功率脉动，两者的瞬时值不一致。故传统微逆变器均采用电解电容器实现逆变器的瞬时输入输出功率的平衡。如此，相对5-10万小时寿命的半导体器件和无源元件来说，电解电容器寿命小于1万小时，成为限制微逆变器稳定性和使用寿命的关键。因此，研究无电解电容的微逆变器技术成为提高微逆变器性能和使用寿命的优选技术方案，也是众多学者的重要研究方向之一。所谓无电解电容微逆变器技术，即采用由功率开关和无源器件组成的电力电子功率耦合电路代替传统的电解电容器实现能量缓冲功能。按照功率耦合电路接入点的不同大致分为直流输入侧型、DC-link中间侧型、交流输出侧型和三端口解耦型四种类型。直流输入侧功率耦合技术通常适用于单级并网微逆变器。日本东京都立大学的Shimizu教授等提出了带功率耦合电路的反激光伏并网逆变器，当逆变器输入功率大于输出功率时，解耦电容通过变压器原边励磁电感充电，当逆变器输入功率小于输出功率时，解耦电容放电给励磁电感补充能量。美国华盛顿大学的B.J.Pierquet教授等提出一种将功率耦合电路串联在光伏整列和微逆变器之间，构成两级微逆变器结构，如此便于单独控制能量存储电压和波动，避免使用电解电容器，而且保持了微逆变器的无功传输功能。然而，虽然单级微逆变器只有一级结构，但系统的MPPT、孤岛检测以及功率耦合控制较为复杂，系统的升压比低，光伏直流输出电压高，且耦合电容值仍然较大。在多级微逆变器中，由于中间直流侧电压含有较高电压，故通常采用DC-link中间侧型的功率耦合技术，此时为了降低耦合电容值，允许直流侧电压波动较大。英国剑桥大学的G.A.J.Amaratunga等提出了一种由移相全桥电路、Buck电路及全桥逆变器构成的三级结构微型光伏并网逆变器。其中移相全桥电路实现升压和MPPT功能，Buck电路产生正弦半波电流，最后一级电路产生正弦注入电流。该拓扑结构通过同步控制直流母线前后不同的电路，以保证能量守恒和稳定的母线电压，从而实现输入功率和输出功率的平衡。而交流侧耦合技术是将耦合电容并接在交流侧，由于其电压较大且为交流电压，故解耦电容可以有效减少。美国亚利桑那州立大学的B.S.Wang等提出一种双向交交变频式微逆变器拓扑，由六个双向开关组成的三相电流源型变流器实现交流侧并网连接，其中两相与电网连接，另外一相通过耦合电容与电网连接，实现功率的双向流动和能量缓冲，可大大减少耦合电容。对于三端口功率耦合技术，即是把三端口变换器中的一个端口用于实现最大功率点跟踪，另一个端口实现功率解耦，第三端口实现并网。南京航空航天大学的胡海兵教授等研究了一种具有功率解耦功能的三端口反激式单级光伏微型逆变器，在传统的反激电路上，通过增加一个开关和一组原边绕组所构成的第3个端口以实现功率解耦，功率解耦电容同时用作功率存储元件和漏感能量吸收缓冲电路，可减少功率损耗，提高效率。国立台湾大学的电能处理研究组也提出一种带有源功率耦合电路的三端口反激式单级光伏微逆变器，通过增加一组负边绕组和一个四象限运行的桥式变流器构成的功率解耦端口，大大简化了交流并网端口的控制系统设计。美国伊利诺伊大学的Krein,P.T教授等提出一种交流连接的三端口微逆变器结构，将在变压器交流侧端口增加一组绕组和桥式变流器构成功率耦合电路。这些三端口光伏微逆变器利用变压器绕组使电容电压及电压纹波可以有很大的提高，可大幅度减少耦合电容值。
技术实现思路
本技术的目的是，为了代替电解电容器实现微逆变器的功率耦合功能，本技术提出一种六开关的微逆变器交流侧功率耦合电路。实现本技术的技术方案如下，一种六开关的微逆变器交流侧功率耦合电路，由六个开关管T1-T6、六个二极管D1-D6、两个耦合电容Cd1、Cd1和一个电感L构成。其中第一开关管T1和第一二极管D1，第二开关管T2和第二二极管D2，第三开关管T3和第三二极管D3，第四开关管T4和第四二极管D4，第五开关管T5和第五二极管D5以及第六开关管T6和第六二极管D6均为反并联连接；所述第一开关管T1与第二开关管T2的集电极相连，第三开关管T3与第四开关管T4的发射极相连，构成两条串联支路，这两条支路并联后分别在第一开关管T1的发射极跟第三开关管T3的集电极之间连接第二电容Cd2；第一开关管T1的发射极连接第二电容Cd2的负端，第三开关管T3的集电极连接第二电容Cd2的正端；第二开关管T2的发射极与第四开关管T4的集电极连接在一起与电感L上端连接；电感L的下端连接逆变器输出侧；第五开关管T5和第六开关管T6的同向并联；第五开关管T5与第六开关管T6的集电极分别连接电感的上下两端；第五开关管T5的发射极连接第一电容Cd1的负端，第六开关管T6的发射极连接第一电容Cd1的正端；根据逆变器输出电压极性以及耦合电路吸收/释放能量，功率耦合电路可分为四种工作模式，分别是工作模式1：逆变器输出电压为正，耦合电路吸收能量；工作模式2：逆变器输出电压为正，耦合电路释放能量；工作模式3：逆变器输出电压为负，耦合电路吸收能量；工作模式4：逆变器输出电压为负，耦合电路释放能量。所述工作模式1，当功率耦合电路在工作模式1时，输入电压为正，耦合电路吸收能量，第一电容Cd1电压升高；第一二极管D1、第五二极管D5导通，第一开关管T1、第五开关管T5关断，第四开关管T4、第三开关管T3关断，第六开关管T6导通，第二开关管T2为主控开关；调节第二开关管T2的驱动信号占空比，可调节耦合电路吸收的能量大小，此时第一电容Cd1电压上升；第二开关管T2开通时，电流id流通路径为电源正-第一二极管D1-第二开关管T2-电感L-电源负；第二开关管T2断开时，电流id流通路径为电感L-第六开关管T6-第一电容Cd1-第五二极管D5-电感L。所述工作模式2，当功率耦合电路在工作模式2时，输入电压为正，耦合电路释放能量，第一电容Cd1电压降低；第二二极管D2、第六二极管D6导通，第二开关管T2、第六开关管T6关断，第四开关管T4、第三开关管T3关断，第一开关管T1导通，第五开关管T5为主控开关；调节第五开关管T5的驱动信号占空比可调节耦合电路释放的能量大小，此时第一电容Cd1电压下降；第五开关管T5开通时，电流id流通路径为第一电容Cd1正-第六二极管D6-电感L–第五开关管T5-第一电容Cd1负；第二开关管T2断开时，电流id流通路径为电感L-第二二极管D2-第一开关管T1-电源正-电源负-电感L。所述工作模式3，当功率耦合电路在工作模式3时，输入电压为负，耦合电路吸收能量，第二电容Cd2电压升高；第二二极管D2、第三二极管D3导通，第二开关管T2、第三开关管T3关断，第五开关管T5、第六开关管T6关断，第一开关管T1导通，第四开关管T4为主控开关；调节第四开关管T4的驱动信号，占空比可调节耦合电路吸收的能量大小，此时第二电容Cd2电压升高，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种六开关的微逆变器交流侧功率耦合电路，其特征在于，所述功率耦合电路由六个开关管、六个二极管、两个耦合电容、和一个电感构成；所述第一开关管和第一二极管，第二开关管和第二二极管，第三开关管和第三二极管，第四开关管和第四二极管，第五开关管和第五二极管以及第六开关管和第六二极管均为反并联连接；所述第一开关管与第二开关管的集电极相连，第三开关管与第四开关管的发射极相连，构成两条串联支路，这两条支路并联后分别在第一开关管的发射极跟第三开关管的集电极之间连接第二电容；第一开关管的发射极连接第二电容的负端，第三开关管的集电极连接第二电容的正端；第二开关管的发射极与第四开关管的集电极连接在一起与电感上端连接；电感的下端连接逆变器输出侧；第五开关管和第六开关管的同向并联；第五开关管与第六开关管的集电极分别连接电感的上下两端；第五开关管的发射极连接第一电容的负端，第六开关管的发射极连接第一耦合电容的正端；根据逆变器输出电压极性以及耦合电路吸收/释放能量，功率耦合电路分为四种工作模式：分别为工作模式1、工作模式2、工作模式3和工作模式4。

【技术特征摘要】
1.一种六开关的微逆变器交流侧功率耦合电路，其特征在于，所述功率耦合电路由六个开关管、六个二极管、两个耦合电容、和一个电感构成；所述第一开关管和第一二极管，第二开关管和第二二极管，第三开关管和第三二极管，第四开关管和第四二极管，第五开关管和第五二极管以及第六开关管和第六二极管均为反并联连接；所述第一开关管与第二开关管的集电极相连，第三开关管与第四开关管的发射极相连，构成两条串联支路，这两条支路并联后分别在第一开关管的发射极跟第三开关管的集电极之间连接第二电容；第一开关管的发射极连接第二电容的负端，第三开关管的集电极连接第二电容的正端；第二开关管的发射极与第四开关管的集电极连接在一起与电感上端连接；电感的下端连接逆变器输出侧；第五开关管和第六开关管的同向并联；第五开关管与第六开关管的集电极分别连接电感的上下两端；第五开关管的发射极连接第一电容的负端，第六开关管的发射极连接第一耦合电容的正端；根据逆变器输出电压极性以及耦合电路吸收/释放能量，功率耦合电路分为四种工作模式：分别为工作模式1、工作模式2、工作模式3和工作模式4。2.根据权利要求1所述的一种六开关的微逆变器交流侧功率耦合电路，其特征在于，所述工作模式1，当功率耦合电路在工作模式1时，输入电压为正，耦合电路吸收能量，第一耦合电容电压升高；第一二极管、第五二极管导通，第一开关管、第五开关管关断，第四开关管、第三开关管关断，第六开关管导通，第二开关管为主控开关；调节第二开关管的驱动信号占空比，可调节耦合电路吸收的能量大小，此时第一耦合电容电压上升；第二开关管开通时，电流流通路径为电源正-第一二极管-第二开关管-电感-电源负；第二开关管断开时，电流流通路径为电感-第六开关管-第一耦合电容-第五二极管-电感。3.根据权利要求1所述的一种六开关的微逆变器交流侧功率耦合电路，其特征在于，所述工作模式2，当功率耦合电路在工作模式2时，输入电压为正，耦合电路释放能量，第一耦合电容电压降低；第二二极管、第六二极管导...

【专利技术属性】
技术研发人员：章勇高，王增强，高彦丽，孔令韬，王小衬，
申请(专利权)人：华东交通大学，
类型：新型
国别省市：江西,36