DC/AC并网逆变电路制造技术

本实用新型专利技术涉及一种DC/AC并网逆变电路，包括半波正弦斩波(HWSPWM)电路和工频周期换相器，其中半波正弦斩波(HWSPWM)电路包括SPWM调制的功率开关管、续流二极管、电感和电容。通过调节半波正弦斩波(HWSPWM)电路中高频开关管的占空比，将直流电能转换为正弦半波，并实现单位功率因数调节。由4个低频开关组成的工频周期换相器对直流正弦半波进行换相，得到正弦全波，完成从直流到正弦交流的逆变。本实用新型专利技术并网逆变电路与常规的全桥并网逆变电路相比，结构简单，抗过流能力强，稳定性高，高频管数目减少接近1/4，逆变效率高，成本低。在开关和换相过程中，逆变的交流输出产生共模电压恒定，抑制了共模电流并降低EMI干扰。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种并网逆变电路，尤其是一种高转换效率、低谐波失真度、且能有效抑制共模电流的DC/AC电路拓扑。
技术介绍
并网逆变电路的作用是将直流电压变换成正弦交流电，并实现并网供给用电设备使用。高效率、低谐波失真度是该项技术的关键指标；在逆变器接入电网时，也需要抑制设备共模电流实现电磁兼容性(EMC)指标。目前存在的并网逆变器技术多采用四管全桥电路结构，如图2所示，采用双极性调制方式或单极性调制方式。双极性调制电路中，四个开关管(虚线框中所示)都以较高开关频率工作，开关管的损耗较大，影响效率，并且存在较大的开关噪声和电流纹波幅值。单极性调制电路中，逆变产生的共模电压幅值变化较大，由此产生的共模电流随着开关频率的增加线性增大，谐波失真较严重。
技术实现思路
本技术克服现有技术中存在的不足，提供一种DC/AC并网逆变电路，仅使用一颗高频开关管实现逆变调制，电感压降仅为常规四管全桥电路结构的1/2，有效降低了高频开关损耗和电流纹波，提高了转换效率，降低了波形失真度。本技术具有很强过载能力，能广泛应用于风力、太阳能并网逆变器、微网逆变器等并网电源和逆变器电源技术应用领域，同时能满足并网设备的EMC指标。本技术采用的技术方案为一种DC/AC并网逆变电路，如图3所示，包括半波正弦斩波(HWSPWM)电路、工频周期换向器、逆变电流采样电路、电压电流检测电路、工频周期换相器控制电路以及HWSPWM控制电路。半波正弦斩波(HWSPWM)电路高频开关产生馒头的波电流经过工频周期换相器后调制成标准正弦波，整个过程中只有一个开关管做高频动作，且实现单位功率因数调制。所述的半波正弦斩波(HWSPWM)电路包括功率开关管Ql (M0SFET或IGBT)、二极管Dl、电感LI，电容Cl，功率开关管Ql漏极(或集电极)与直流电源正极相接，其源极(或发射极)与电感LI 一端和二极管Dl阴极相接；二极管Dl阴极与功率开关管Ql源极(或发射极)和电感LI相连接，二极管Dl阳极与直流电源负极、电容Cl和工频周期换相器中单向工频开关S2、单向工频开关S4相连接；电感LI的一端与功率开关管Ql的源极(或发射极)、二极管Dl阴极相接；电容Cl的一端与电感LI和工频周期换相器中单向工频开关SI、单向工频开关S3相连接，电容Cl的另一端与直流电源负极、二极管Dl阳极和工频周期换相器中单向工频开关S2、单向工频开关S4相连接。所述的工频周期换相器包括4个单向工频开关Sf S4，单向工频开关SI与单向工频开关S2组成串联组，单向工频开关S3与单向工频开关S4组成串联组，两个串联组相并联，单向工频开关SI与单向工频开关S3的阳极相接，作为高电压输入端，单向工频开关S2与单向工频开关S4的阴极相接，作为低电压输出端。单向工频开关SI与单向工频开关S2的连接点和单向工频开关S3与单向工频开关S4的连接点分别作为单相交流输出端，接入单相电网或交流负载。单向工频开关SI与单向工频开关S4的驱动信号为一组，单向工频开关S2与单向工频开关S3的驱动信号为一组，导通时间各占半个工频周期。所述功率开关管Ql高频开关管，选用器件为MOSEFT或IGBT，功率开关管Ql采用半波SPWM斩波控制。所述单向工频开关SfS4为低频开关管，选用器件为单向可控(全控或半控)开关，至少包含如图4所示5种形式(I)不包含体二极管的M0SFET、(2)不包含体二极管的IGBT, (3)单向晶闸管(SCR)、(4)包含体二极管的MOSFET和二极管串联结构，其中MOSFET源极和二极管阳极型连接、(5)包含体二极管的IGBT和二极管串联结构，其中IGBT发射极和二极管阳极型连接。所述的控制方法，当电网电压为正时，正弦斩波(HWSPWM)电路只有功率开关管Ql 工作于半波SPWM调制状态，单向工频开关SI和单向工频开关S4导通，单向工频开关S2和单向工频开关S3关断，在功率开关管Ql关断时，与二极管D1、电感LI构成续流回路。所述的控制方法，当电网电压为负时，正弦斩波(HWSPWM)电路只有功率开关Ql工作于半波SPWM调制状态，单向工频开关S2和单向工频开关S3导通，单向工频开关SI和单向工频开关S4关断，在功率开关管Ql关断时，与二极管Dl、电感LI构成续流回路。本技术的正弦斩波(HWSPWM)电路完成正弦半波调制。电路中功率开关管Ql采用SPWM控制见图5，将直流母线C2的直流电能转换为正弦半波；通过调整工频周期换相器，把正弦半波转换为正弦全波。本技术的优点是整个电路中只有正弦斩波(HWSPWM)电路中的一个高频开关管，开关损耗为常规四管结构(图2)的1/4，逆变效率得到极大提升；电感压降为常规四管全桥电路结构的1/2，降低了电感纹波和电流波形失真度，提升了电感效率，增加了功率元件的使用寿命；工频周期换相器中采用的四个工频开关过载能力强，大大增强系统稳定性，器件开关损耗和导通损耗小，提高了系统效率，器件成本低，能够大幅的降低系统的成本，有利于新能源并网逆变器的推广普及；工频周期换相器中，逆变产生的共模电压恒定，由此产生共模电流接近零，能有效的抑制共模电流，降低了系统传导损耗，保证逆变电流的品质。半波正弦斩波(HWSPWM)电路的Buck电路的基础上做半波SPWM调制，仅使用一颗高频开关管完成电流半波调制，功率因数〉0.995。半波正弦斩波(HWSPWM)电路和换相电路的巧妙配合，实现了直流输入和交流输出的共模抑制，有效的降低了 EMI。附图说明图I是本技术电路组成示意图。图2是常规四管全桥逆变电路原理图。图3是本技术的电路原理图。图4是本技术单向工频开关管5种常用方式。图5是本技术半波正弦斩波(HWSPWM)电路驱动时序图。图6是本技术工频周期换相器电路驱动时序图。图7是本技术第一象限Ql导通等效图。图8是本技术第一象限Ql关断等效图。图9是本技术第三象限Ql导通等效图。图10是本技术第三象限Ql关断等效图。具体实施方式如图I、图3、图5、图6所示，DC/AC并网逆变电路，包括半波正弦斩波(HWSPWM)电路、工频周期换相器、逆变电流采样电路、电压电流检测电路、工频周期换相器控制电路以及SPWM控制电路。所述的半波正弦斩波(HWSPWM)电路包括功率开关Ql (M0SFET或IGBT)、二极管D1、电感LI，电容Cl，功率开关Ql漏极(或集电极)与直流电源正极相接，其源极(或发射极)与电感LI 一端和二极管Dl阴极相接；二极管Dl阴极与功率开关管Ql源极(或发射极)和电感LI相连接，二极管Dl阳极与直流电源负极、电容Cl和工频周期换相器中单向工频开关S2、单向工频开关S4相连接；电感LI的一端与功率开关管Ql的源极(或发射极)、二极管Dl阴极相接；电容Cl的一端与电感LI和工频周期换相器中单向工频开关SI、单向工频开关S3相连接，电容Cl的另一端与直流电源负极、二极管Dl阳极和工频周期换相器中单向工频开关S2、单向工频开关S4相连接。所述的工频周期换相器包括4个单向工频开关Sf S4，单向工频开关SI与单向工频开关S2组成串联组，单向工频开关S3与单向工频开关S4组成串联组，两个串联组相并联，单向工频开关SI与单向工频本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种DC/AC并网逆变电路，其特征在于包括半波正弦斩波电路、工频周期换相器、逆变电流采样电路、电压电流检测电路、工频周期换相器控制电路以及半波SPWM控制电路。

【技术特征摘要】
1.一种DC/AC并网逆变电路，其特征在于包括半波正弦斩波电路、工频周期换相器、逆变电流采样电路、电压电流检测电路、工频周期换相器控制电路以及半波SPWM控制电路。2.根据权利要求I所述的DC/AC并网逆变电路，其特征在于所述的半波正弦斩波电路包括功率开关管Q1、二极管D1、电感LI，电容Cl，功率开关管Ql漏极或集电极与直流电源正极相接，其源极或发射极与电感LI 一端和二极管Dl阴极相接；二极管Dl阴极与功率开关管Ql源极或发射极和电感LI相连接，二极管Dl阳极与直流电源负极、电容Cl和工频周期换相器中单向工频开关S2、单向工频开关S4相连接；电感LI的一端与功率开关管Ql的源极或发射极、二极管Dl阴极相接；电容Cl的一端与电感LI和工频周期换相器中单向工频开关SI、单向工频开关S3相连接，电容Cl的另一端与直流电源负极、二极管Dl阳极和工频周期换相器中单向工频开关S2、单向工频开关S4相连接。3.根据权利要求I所述的DC/AC并网逆变电路，其特征在于所述的工频周期换相器包括4个单向工频开关Sf S4，单向工频开关SI与单向工频开关S2组...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁宝，徐鹏飞，牟英峰，
申请(专利权)人：牟英峰，
类型：实用新型
国别省市：