一种采用GaN宽禁带器件的高效高功率密度光伏逆变器制造技术

本发明专利技术涉及光伏逆变器技术领域，具体为一种采用GaN宽禁带器件的高效高功率密度光伏逆变器，逆变电路采用新型Heric拓扑结构，拓扑将Heric拓扑交流侧反向串联的两个开关管改为并联，并分别串联两个续流二极管，其中S1

【技术实现步骤摘要】
一种采用GaN宽禁带器件的高效高功率密度光伏逆变器


[0001]本专利技术涉及光伏逆变器
，具体为一种采用GaN宽禁带器件的高效高功率密度光伏逆变器。

技术介绍

[0002]光伏发电对于太阳能的利用方式主要有离网使用和并网使用两种，离网使用情况即独立的太阳能发电系统，由太阳能电池板输出的是直流电，利用逆变器将其转化为满足用户需求的交流电供独立系统内的用电负载使用；并网即是利用光伏组件把太阳能转变成直流电，然后利用逆变器将之逆变成交流，继而将其接入电网。
[0003]根据光伏电池组件是否和电网电气隔离，可以将单相光伏并网逆变器分成隔离型与非隔离型两大类。隔离型拓扑优点在于安全，但需要工频或高频变压器隔离，存在额外损耗。非隔离型并网逆变器结构不含变压器(高频或低频)，拥有变换效率高、体积小、重量轻和成本低的优势；在中低功率应用中，相较于隔离型逆变器和多级型逆变器，单相单级式非隔离型逆变器因高效率、低成本、小尺寸和轻质量等优势，目前在户用型光伏发电系统中应用较广；受安装场地等因素限制，户用型光伏逆变器在实现高效率电能传输的同时，还需尽可能减小体积和重量，因此如何在高效前提下提高逆变器的功率密度也是目前的研究热点。采用宽禁带器件设计，提高逆变器开关频率，是提高效率和增加功率密度最直接的方法，利用软开关技术能有效减少硬开关电路中的开关损耗，也是目前追求高效率高功率密度的一种解决方案。
[0004]传统单相非隔离型光伏逆变器方案，它具有成本低、体积小、重量轻、效率高等优点，是当前中、小功率光伏逆变器的主流方案，工业领域已有较为成熟的商业化产品，其存在的主要问题是：因为光伏电池组件对地存在寄生电容，在没有电气隔离的情况下，光伏电池组件、逆变器、电网、大地就会构成一个共模电流回路，在共模电压作用下会产生较大的漏电流，从而增加系统损耗、增大电流谐波、并可能导致触电等安全问题。
[0005]因此，我们提供一种采用GaN宽禁带器件的高效高功率密度光伏逆变器，在共模电压作用下避免产生较大的漏电流，同时避免增加系统损耗、增大电流谐波、并可能导致触电等安全问题。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种采用GaN宽禁带器件的高效高功率密度光伏逆变器，解决了
技术介绍
中所提出的问题。
[0007]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种采用GaN宽禁带器件的高效高功率密度光伏逆变器，逆变电路采用新型Heric拓扑结构，拓扑将Heric拓扑交流侧反向串联的两个开关管改为并联，并分别串联两个续流二极管，其中S1
‑
S4工作在高频，S5和S6的工作频率为50Hz低频，o
‑
Heric电路采用单极性SPWM调制策略，在正半周期，开关管S1、S4和S5导通，其余关断；续流阶段，二极管D1和开关管S5导通，在负半周期，开关管S2、S3和S6导通，
其他关断；续流阶段，二极管D2和开关管S6导通。
[0008]作为本专利技术的一种优选实施方式，所述S1
‑
S4均采用GaN器件，S5和S6采用IGBT器件。
[0009]作为本专利技术的一种优选实施方式，拓扑的续流回路单独分开的两条通路。
[0010]作为本专利技术的一种优选实施方式，电网电压大于零的半周期，S1、S4和续流管S5导通，电感电流I
L
增加，此时，U
AN
＝U
PV
，U
BN
＝0，逆变器输出U
AB
＝U
PV
，U
cm
＝0.5U
PV
。
[0011]作为本专利技术的一种优选实施方式，电网电压大于零的续流阶段，开关管S1和S4关断时，为维持电感电流连续，二极管D1导通续流，电感电流I
L
减小，进而A点和B点等电位，H桥上开关管S1和S4起到钳位分压作用，U
AN
＝U
BN
＝U
PV
/2，逆变器输出U
AB
＝0，U
cm
＝0.5U
PV
。
[0012]作为本专利技术的一种优选实施方式，电网电压小于零的半周期，S2、S3和续流管S6导通，电感电流I
L
增加，进而U
AN
＝0，,逆变器输出电压U
AB
＝
‑
U
PV
，U
cm
＝0.5U
PV
。
[0013]作为本专利技术的一种优选实施方式，当开关管S2和S3关断时，为维持电感电流的连续，二极管D2导通续流，电感电流减，进而A点和B点等电位，H桥上的开关管S2和S3起到钳位分压作用，U
AN
＝U
BN
＝U
PV
/2，逆变器输出电压U
AB
＝0，U
cm
＝0.5U
PV
[0014]与现有技术相比，本专利技术的有益效果如下：
[0015]本专利技术的采用GaN宽禁带器件的高效高功率密度光伏逆变器，在共模电压作用下避免产生较大的漏电流，同时避免增加系统损耗、增大电流谐波、并可能导致触电等安全问题。
附图说明
[0016]通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本专利技术的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
[0017]图1为本专利技术采用GaN宽禁带器件的高效高功率密度光伏逆变器的总体电路结构图；
[0018]图2为本专利技术采用GaN宽禁带器件的高效高功率密度光伏逆变器的o
‑
Heric的调制波形图；
[0019]图3为本专利技术采用GaN宽禁带器件的高效高功率密度光伏逆变器的模态1示意图；
[0020]图4为本专利技术采用GaN宽禁带器件的高效高功率密度光伏逆变器的模态2示意图；
[0021]图5为本专利技术采用GaN宽禁带器件的高效高功率密度光伏逆变器的模态3示意图；
[0022]图6为本专利技术采用GaN宽禁带器件的高效高功率密度光伏逆变器的模态4示意图；
[0023]图7为本专利技术采用GaN宽禁带器件的高效高功率密度光伏逆变器的单相并网逆变器电流环控制框图；
[0024]图8为本专利技术采用GaN宽禁带器件的高效高功率密度光伏逆变器的基于广义二阶积分器的单相锁相环控制框图；
[0025]图9为本专利技术采用GaN宽禁带器件的高效高功率密度光伏逆变器的电流环的闭环电路结构框图；
[0026]图10为本专利技术采用GaN宽禁带器件的高效高功率密度光伏逆变器的单相离网逆变器双闭环控制框图。
具体实施方式
[0027]为使本专利技术实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本专利技术。
[0028]在本专利技术的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“设置”应做广义理解，例如，可以是本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种采用GaN宽禁带器件的高效高功率密度光伏逆变器，其特征在于：逆变电路采用新型Heric拓扑结构，拓扑将Heric拓扑交流侧反向串联的两个开关管改为并联，并分别串联两个续流二极管，其中S1
‑
S4工作在高频，S5和S6的工作频率为50Hz低频，o
‑
Heric电路采用单极性SPWM调制策略，在正半周期，开关管S1、S4和S5导通，其余关断；续流阶段，二极管D1和开关管S5导通，在负半周期，开关管S2、S3和S6导通，其他关断；续流阶段，二极管D2和开关管S6导通。2.根据权利要求1所述的一种采用GaN宽禁带器件的高效高功率密度光伏逆变器，其特征在于：所述S1
‑
S4均采用GaN器件，S5和S6采用IGBT器件。3.根据权利要求1所述的一种采用GaN宽禁带器件的高效高功率密度光伏逆变器，其特征在于：拓扑的续流回路单独分开的两条通路。4.根据权利要求1所述的一种采用GaN宽禁带器件的高效高功率密度光伏逆变器，其特征在于：电网电压大于零的半周期，S1、S4和续流管S5导通，电感电流I
L
增加，此时，U
AN
＝U
PV
，U
BN
＝0，逆变器输出U
AB
＝U
PV
，U
cm
＝0.5U
PV
。5.根据权利要求1所述的一种采用GaN宽禁带器件的高效高功率密度光伏逆变器，...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪若瑜，
申请(专利权)人：汪若瑜，
类型：发明
国别省市：