專利名稱：高效逆變器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及逆變電源的技術(shù)領(lǐng)域，尤指涉及一種高效逆變器。
背景技術(shù)：
逆變器是一種電能轉(zhuǎn)換裝置，主要實(shí)現(xiàn)由直流到交流的能量轉(zhuǎn)換。并網(wǎng)逆變器包 括光伏并網(wǎng)逆變器、風(fēng)能并網(wǎng)逆變器、燃料電池并網(wǎng)逆變器等。并網(wǎng)逆變器能將可再生能源 產(chǎn)生的能量高效能的轉(zhuǎn)換為可并接至市電的與市電同頻率、同相位的交流電。按其電路形式來劃分半橋逆變電源及全橋逆變電源。其中，全橋逆變器電源的控 制方式有兩種單極性PWM調(diào)制，雙極性PWM調(diào)制。雙極性PWM調(diào)制同一橋臂的兩個(gè)開關(guān)管 互補(bǔ)驅(qū)動(dòng)，由于開關(guān)管導(dǎo)通、截止特性的不一致性以及死區(qū)時(shí)間的控制電路參數(shù)的不一致， 可能導(dǎo)致同一橋臂的兩個(gè)開關(guān)管同時(shí)導(dǎo)通，進(jìn)而導(dǎo)致開關(guān)管損壞。單極性PWM控制有在市 電正負(fù)半周都只有一個(gè)開關(guān)管作高頻切換，導(dǎo)致輸出電感的利用率下降，進(jìn)而降低了逆變 器電源的效率；同時(shí)，該種控制方式的DC EMI (直流電磁干擾)問題也很突出。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種結(jié)構(gòu)簡單、適于提升逆變器效率并改善直流 電磁干擾的高效逆變器。為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種高效逆變器，其特點(diǎn)是包括四個(gè)逆變 晶體管S1、S2、S3和S4、兩個(gè)續(xù)流晶體管S5和S6、兩個(gè)二極管Dl和D2和兩個(gè)濾波電感Ll 和L2 ；第一、第二逆變晶體管Si、S2的電流輸入端與直流電源SG的正極相連，第一逆變晶 體管Sl的電流輸出端同時(shí)與第三逆變晶體管S3和第一續(xù)流晶體管S5的電流輸入端相連， 第三、第四逆變晶體管S3、S4的電流輸出端與直流電源SG的負(fù)極相連，第二逆變晶體管S2 的電流輸出端同時(shí)與第二續(xù)流晶體管S6的電流輸入端和第二濾波電感L2的內(nèi)側(cè)接線端相 連，第二續(xù)流晶體管S6的電流輸出端同時(shí)與第四逆變晶體管S4的電流輸入端和第一二極 管Dl的陽極相連；第一逆變晶體管Sl的電流輸出端同時(shí)與第一二極管Dl的陰極和第一濾 波電感Ll的內(nèi)側(cè)接線端相連，第一、第二濾波電感L1、L2的外側(cè)端為交流電源輸出端；第一 續(xù)流晶體管S5的電流輸出端與第二二極管D2的陽極相連，第二二極管D2的陰極與第二濾 波電感L2的內(nèi)側(cè)接線端相連。進(jìn)一步，所述直流電源SG的正、負(fù)極兩端設(shè)有濾波電容Cl，用于降低逆變環(huán)節(jié)輸 入紋波。直流電源SG為直流能量產(chǎn)生裝置，例如太陽能面板、風(fēng)能、燃料電池等。進(jìn)一步，所述第一、第四逆變晶體管Si、S4的控制端分別經(jīng)一調(diào)制電路與一微控 制器MCU的第一高頻脈沖信號輸出端相連，所述第二、第三逆變晶體管S2、S3的控制端分別 經(jīng)調(diào)制電路與微控制器MCU的第二高頻脈沖信號輸出端相連；所述兩個(gè)續(xù)流晶體管S5和 S6分別與微控制器MCU的兩個(gè)工頻脈沖信號輸出端相連；所述第一濾波電感Ll和第二濾 波電感L2的外側(cè)端接交流負(fù)載Grid。進(jìn)一步，所述調(diào)制電路用于將微控制器MCU輸出的高頻脈沖信號與一正弦信號調(diào)
4制成用于驅(qū)動(dòng)所述四個(gè)逆變晶體管S1、S2、S3和S4的高頻觸發(fā)信號；所述正弦信號與所述 交流負(fù)載Grid上的交流電源Vgrid同頻率且同相位。工作時(shí)，所述微控制器MCU使第一續(xù)流晶體管S5導(dǎo)通半個(gè)工頻周期，同時(shí)使第一、 第四逆變晶體管Si、S4和第二續(xù)流晶體管S6截止，并使第二、第三逆變晶體管S2、S3在所 述高頻觸發(fā)信號的同步觸發(fā)下作高頻同步切換，以使第一、第二濾波電感Li、L2的外側(cè)端 輸出交流電源Vgrid之正半周；然后所述微控制器MCU使第二續(xù)流晶體管S6導(dǎo)通半個(gè)工頻 周期，同時(shí)使第二、第三逆變晶體管S2、S3和第一續(xù)流晶體管S5截止，第一、第四逆變晶體 管S1、S4在所述高頻觸發(fā)信號的同步觸發(fā)下作高頻同步切換，以使第一、第二濾波電感Li、 L2的外側(cè)端輸出交流電源Vgrid之負(fù)半周，如此反復(fù)。進(jìn)一步，在所述第一、第二濾波電感L1、L2的外側(cè)端輸出交流電源Vgrid之正半周 期間，當(dāng)所述高頻觸發(fā)信號為高電平時(shí)，第二、第三逆變晶體管S2、S3導(dǎo)通，直流電源SG的 正極、第二逆變晶體管S2、第二濾波電感L2、交流負(fù)載Grid、第一濾波電感Li、第三變晶體 管S3和直流電源SG的負(fù)極依次構(gòu)成電流回路；當(dāng)高頻觸發(fā)信號為低電平時(shí)，第二、第三逆 變晶體管S2、S3截止，第二濾波電感L2、交流負(fù)載Grid、第一濾波電感Li、第一續(xù)流晶體管 S5和第二二極管D2依次構(gòu)成續(xù)流回路。在所述第一、第二濾波電感L1、L2的外側(cè)端輸出交流電源Vgrid之負(fù)半周期間，當(dāng) 高頻觸發(fā)信號為高電平時(shí)，第一、第四逆變晶體管Si、S4導(dǎo)通，直流電源SG的正極、第一逆 變晶體管Si、第一濾波電感Li、交流負(fù)載Grid、第二濾波電感L2、第四變晶體管S4和直流 電源SG的負(fù)極依次構(gòu)成電流回路；當(dāng)高頻脈沖信號為低電平時(shí)，第一、第四逆變晶體管Si、 S4截止，第一濾波電感Li、交流負(fù)載Grid、第二濾波電感L2、第二續(xù)流晶體管S6和第一二 極管Dl依次構(gòu)成續(xù)流回路。本發(fā)明的上述技術(shù)方案相比現(xiàn)有技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn)(1)本發(fā)明的高效逆變器相 對于傳統(tǒng)全橋電路，在每個(gè)橋臂上都增加了一個(gè)高頻晶體管，使得無論在正半周或負(fù)半周， 兩個(gè)電感同時(shí)工作，在提高電感利用率的同時(shí)，改善了 DC EMI問題。相對于傳統(tǒng)逆變電路 結(jié)構(gòu)而言，該結(jié)構(gòu)提高了電感的利用率，減小了續(xù)流路徑，進(jìn)而提升了整機(jī)效率；同時(shí)降低 了機(jī)器的DC EMI，使得逆變器各方面性能提升。O)、由于續(xù)流裝置的引入，使得儲能裝置 (即電容Cl)不參與續(xù)流過程，圖1中的A、B兩點(diǎn)的電位在續(xù)流過程中電位保持基本相等， 且逆變狀態(tài)與續(xù)流狀態(tài)A、B兩點(diǎn)電位變化量較小，這降低了 DC EMI問題。(3)、本發(fā)明中 的逆變裝置采用的四個(gè)晶體管皆作高頻切換，這使得無論在正負(fù)半周，兩個(gè)濾波電感Ll和 L2的內(nèi)側(cè)接線端的電位都呈高頻脈沖，其外側(cè)接線端為市電，這提高了濾波電感的利用率。 G)、本發(fā)明引入續(xù)流回路，使得續(xù)流回路變短，從而降低損耗提升了效率。在市電正和負(fù)半 周都會有兩個(gè)晶體管做高頻切換，相應(yīng)的低頻晶體管與二極管做續(xù)流。在市電正或負(fù)半周 會有一個(gè)低頻晶體管參與能量轉(zhuǎn)換。所有晶體管的寄生二極管皆不參與能量轉(zhuǎn)換及續(xù)流。


為了使本發(fā)明的內(nèi)容更容易被清楚的理解，下面根據(jù)的具體實(shí)施例并結(jié)合附圖， 對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明，其中圖1為實(shí)施例中的高效逆變器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為實(shí)施例中的高效逆變器的控制部分的電路框圖3為實(shí)施例中的高效逆變器工作時(shí)各部件上的波形圖；圖4為實(shí)施例中的高效逆變器輸出正半周交流電時(shí)的電流回路示意圖；圖5為實(shí)施例中的高效逆變器輸出正半周交流電時(shí)的續(xù)流回路示意圖；圖6為實(shí)施例中的高效逆變器輸出負(fù)半周交流電時(shí)的電流回路示意圖；圖7為實(shí)施例中的高效逆變器輸出負(fù)半周交流電時(shí)的續(xù)流回路示意圖。
具體實(shí)施例方式見圖1-7，本實(shí)施例的高效逆變器包括為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一 種高效逆變器，其特點(diǎn)是包括四個(gè)逆變晶體管S1、S2、S3和S4、兩個(gè)續(xù)流晶體管S5和S6、 兩個(gè)二極管Dl和D2和兩個(gè)濾波電感Ll和L2 ；第一、第二逆變晶體管S1、S2的電流輸入端 與直流電源SG的正極相連，第一逆變晶體管Sl的電流輸出端同時(shí)與第三逆變晶體管S3和 第一續(xù)流晶體管S5的電流輸入端相連，第三、第四逆變晶體管S3、S4的電流輸出端與直流 電源SG的負(fù)極相連，第二逆變晶體管S2的電流輸出端同時(shí)與第二續(xù)流晶體管S6的電流輸 入端和第二濾波電感L2的內(nèi)側(cè)接線端相連，第二續(xù)流晶體管S6的電流輸出端同時(shí)與第四 逆變晶體管S4的電流輸入端和第一二極管Dl的陽極相連；第一逆變晶體管Sl的電流輸出 端同時(shí)與第一二極管Dl的陰極和第一濾波電感Ll的內(nèi)側(cè)接線端相連，第一、第二濾波電感 Li、L2的外側(cè)端為交流電源輸出端；第一續(xù)流晶體管S5的電流輸出端與第二二極管D2的 陽極相連，第二二極管D2的陰極與第二濾波電感L2的內(nèi)側(cè)接線端相連。所述直流電源SG的正、負(fù)極兩端設(shè)有濾波電容Cl。所述第一、第四逆變晶體管Si、S4的控制端分別經(jīng)一調(diào)制電路與一微控制器MCU 的第一高頻脈沖信號輸出端相連，所述第二、第三逆變晶體管S2、S3的控制端分別經(jīng)調(diào)制 電路與微控制器MCU的第二高頻脈沖信號輸出端相連；所述兩個(gè)續(xù)流晶體管S5和S6分別 與微控制器MCU的兩個(gè)工頻脈沖信號輸出端相連；所述第一濾波電感Ll和第二濾波電感 L2的外側(cè)端接交流負(fù)載Grid ；所述調(diào)制電路用于將微控制器MCU輸出的高頻脈沖信號與一 正弦信號調(diào)制成用于驅(qū)動(dòng)所述四個(gè)逆變晶體管S1、S2、S3和S4的高頻觸發(fā)信號；所述正弦 信號與所述交流負(fù)載Grid上的交流電源Vgrid同頻率且同相位。工作時(shí)，所述微控制器MCU使第一續(xù)流晶體管S5導(dǎo)通半個(gè)工頻周期，同時(shí)使第一、 第四逆變晶體管Si、S4和第二續(xù)流晶體管S6截止，并使第二、第三逆變晶體管S2、S3在所 述高頻觸發(fā)信號的同步觸發(fā)下作高頻同步切換(即在截止和導(dǎo)通兩種狀態(tài)之間作高頻同 步切換)，以使第一、第二濾波電感L1、L2的外側(cè)端輸出交流電源Vgr id之正半周；然后所 述微控制器MCU使第二續(xù)流晶體管S6導(dǎo)通半個(gè)工頻周期，同時(shí)使第二、第三逆變晶體管S2、 S3和第一續(xù)流晶體管S5截止，第一、第四逆變晶體管S1、S4在所述高頻觸發(fā)信號的同步觸 發(fā)下作高頻同步切換，以使第一、第二濾波電感L1、L2的外側(cè)端輸出交流電源Vgrid之負(fù)半 周，如此反復(fù)。在所述第一、第二濾波電感L1、L2的外側(cè)端輸出交流電源Vgrid之正半周期間，當(dāng) 所述高頻觸發(fā)信號為高電平時(shí)，第二、第三逆變晶體管S2、S3導(dǎo)通，直流電源SG的正極、第 二逆變晶體管S2、第二濾波電感L2、交流負(fù)載Grid、第一濾波電感Li、第三變晶體管S3和 直流電源SG的負(fù)極依次構(gòu)成電流回路；當(dāng)高頻觸發(fā)信號為低電平時(shí)，第二、第三逆變晶體 管S2、S3截止，第二濾波電感L2、交流負(fù)載Grid、第一濾波電感Li、第一續(xù)流晶體管S5和第二二極管D2依次構(gòu)成續(xù)流回路。在所述第一、第二濾波電感L1、L2的外側(cè)端輸出交流電源Vgrid之負(fù)半周期間，當(dāng) 高頻觸發(fā)信號為高電平時(shí)，第一、第四逆變晶體管Si、S4導(dǎo)通，直流電源SG的正極、第一逆 變晶體管Si、第一濾波電感Li、交流負(fù)載Gr id、第二濾波電感L2、第四變晶體管S4和直流 電源SG的負(fù)極依次構(gòu)成電流回路；當(dāng)高頻脈沖信號為低電平時(shí)，第一、第四逆變晶體管Si、 S4截止，第一濾波電感Li、交流負(fù)載Grid、第二濾波電感L2、第二續(xù)流晶體管S6和第一二 極管Dl依次構(gòu)成續(xù)流回路。作為最優(yōu)的實(shí)施方式，以提高逆變器的效率，所述四個(gè)逆變晶體管Si、S2、S3、S4 選用同一型號的MOS管作為開關(guān)器件，兩個(gè)續(xù)流晶體管S5、S6則選擇IGBT管作為開關(guān)器 件。所述四個(gè)逆變晶體管Si、S2、S3和S4的控制端為所述MOS管的柵極，兩個(gè)續(xù)流晶 體管S5和S6的控制端為所述IGBT管的柵極，所述四個(gè)逆變晶體管S1、S2、S3和S4的電流 輸出端為MOS管的源極，兩個(gè)續(xù)流晶體管S5和S6的電流輸出端為IGBT管的發(fā)射極，所述 四個(gè)逆變晶體管Si、S2、S3和S4的電流輸入端為MOS管的漏極，兩個(gè)續(xù)流晶體管S5和S6 的電流輸入端為IGBT管的集電極。作為其他實(shí)施方式，所述四個(gè)逆變晶體管S1、S2、S3和S4和兩個(gè)續(xù)流晶體管S5和 S6可都為同一型號的MOS管或IGBT管。所述高頻脈沖信號為ΙΟ-ΙΟΟΚΗζ的高頻脈沖信號。顯然，上述實(shí)施例僅僅是為清楚地說明本發(fā)明所作的舉例，而并非是對本發(fā)明的 實(shí)施方式的限定。對于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在上述說明的基礎(chǔ)上還可以做出其 它不同形式的變化或變動(dòng)。這里無需也無法對所有的實(shí)施方式予以窮舉。而這些屬于本發(fā) 明的精神所引伸出的顯而易見的變化或變動(dòng)仍處于本發(fā)明的保護(hù)范圍之中。
權(quán)利要求
1.一種高效逆變器，其特征在于包括四個(gè)逆變晶體管(S1、S2、S3和S4)、兩個(gè)續(xù)流晶 體管(S5和S6)、兩個(gè)二極管(Dl和擬)和兩個(gè)濾波電感(Li和L2)；第一、第二逆變晶體管(S1、S2)的電流輸入端與直流電源(SG)的正極相連，第一逆變 晶體管(Si)的電流輸出端同時(shí)與第三逆變晶體管(S3)和第一續(xù)流晶體管(S5)的電流輸 入端相連，第三、第四逆變晶體管(S3、S4)的電流輸出端與直流電源(SG)的負(fù)極相連，第二 逆變晶體管(S》的電流輸出端同時(shí)與第二續(xù)流晶體管(S6)的電流輸入端和第二濾波電感 (L2)的內(nèi)側(cè)接線端相連，第二續(xù)流晶體管(S6)的電流輸出端同時(shí)與第四逆變晶體管(S4) 的電流輸入端和第一二極管(Dl)的陽極相連；第一逆變晶體管(Si)的電流輸出端同時(shí)與第一二極管(Dl)的陰極和第一濾波電感 (Li)的內(nèi)側(cè)接線端相連，第一、第二濾波電感(L1、U)的外側(cè)端為交流電源輸出端；第一續(xù)流晶體管(SO的電流輸出端與第二二極管(擬)的陽極相連，第二二極管(D2) 的陰極與第二濾波電感(L2)的內(nèi)側(cè)接線端相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高效逆變器，其特征在于所述第一、第四逆變晶體管(Si、 S4)的控制端分別經(jīng)一調(diào)制電路與一微控制器(MCU)的第一高頻脈沖信號輸出端相連，所 述第二、第三逆變晶體管(S2、S3)的控制端分別經(jīng)調(diào)制電路與微控制器(MCU)的第二高頻 脈沖信號輸出端相連；所述兩個(gè)續(xù)流晶體管(S5和S6)分別與微控制器(MCU)的兩個(gè)工頻 脈沖信號輸出端相連；所述第一濾波電感(Li)和第二濾波電感(U)的外側(cè)端接交流負(fù)載 (Grid)；所述調(diào)制電路用于將微控制器(MCU)輸出的高頻脈沖信號與一正弦信號調(diào)制成用于 驅(qū)動(dòng)所述四個(gè)逆變晶體管(S1、S2、S3和S4)的高頻觸發(fā)信號；所述正弦信號與所述交流負(fù) 載(Grid)上的交流電源(Vgrid)同頻率且同相位；工作時(shí)，所述微控制器(MCU)使第一續(xù)流晶體管(SO導(dǎo)通半個(gè)工頻周期，同時(shí)使第一、 第四逆變晶體管(Si、S4)和第二續(xù)流晶體管(S6)截止，并使第二、第三逆變晶體管(S2、 S3)在所述高頻觸發(fā)信號的同步觸發(fā)下作高頻同步切換，以使第一、第二濾波電感(L1、L2) 的外側(cè)端輸出交流電源(Vgrid)之正半周；然后所述微控制器(MCU)使第二續(xù)流晶體管(S6)導(dǎo)通半個(gè)工頻周期，同時(shí)使第二、第 三逆變晶體管(S2、S;3)和第一續(xù)流晶體管(SO截止，第一、第四逆變晶體管(S1、S4)在所 述高頻觸發(fā)信號的同步觸發(fā)下作高頻同步切換，以使第一、第二濾波電感(Li、I^)的外側(cè) 端輸出交流電源(Vgrid)之負(fù)半周，如此反復(fù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高效逆變器，其特征在于在所述第一、第二濾波電感(Li、 L2)的外側(cè)端輸出交流電源(Vgrid)之正半周期間，當(dāng)所述高頻觸發(fā)信號為高電平時(shí)，第 二、第三逆變晶體管(S2、S3)導(dǎo)通，直流電源(SG)的正極、第二逆變晶體管(S2)、第二濾波 電感(L2)、交流負(fù)載(Grid)、第一濾波電感(Li)、第三變晶體管(S3)和直流電源(SG)的負(fù) 極依次構(gòu)成電流回路；當(dāng)高頻觸發(fā)信號為低電平時(shí)，第二、第三逆變晶體管(S2、S3)截止， 第二濾波電感(L2)、交流負(fù)載(Grid)、第一濾波電感(Li)、第一續(xù)流晶體管(S。和第二二 極管(D2)依次構(gòu)成續(xù)流回路。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的高效逆變器，其特征在于在所述第一、第二濾波電感(Li、 L2)的外側(cè)端輸出交流電源(Vgrid)之負(fù)半周期間，當(dāng)高頻觸發(fā)信號為高電平時(shí)，第一、第 四逆變晶體管(Si、S4)導(dǎo)通，直流電源(SG)的正極、第一逆變晶體管(Si)、第一濾波電感(Li)、交流負(fù)載(Gr id)、第二濾波電感(L2)、第四變晶體管(S4)和直流電源(SG)的負(fù)極 依次構(gòu)成電流回路；當(dāng)高頻脈沖信號為低電平時(shí)，第一、第四逆變晶體管(S1、S4)截止，第 一濾波電感(Li)、交流負(fù)載(Grid)、第二濾波電感(L2)、第二續(xù)流晶體管(S6)和第一二極 管(Dl)依次構(gòu)成續(xù)流回路。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種結(jié)構(gòu)簡單、適于提升逆變器效率并改善直流電磁干擾的高效逆變器，其包括四個(gè)逆變晶體管、兩個(gè)續(xù)流晶體管、兩個(gè)二極管和兩個(gè)濾波電感；工作時(shí)，微控制器使第一續(xù)流晶體管導(dǎo)通半個(gè)工頻周期，同時(shí)使第一、第四逆變晶體管和第二續(xù)流晶體管截止，并使第二、第三逆變晶體管在所述高頻觸發(fā)信號的同步觸發(fā)下作高頻同步切換，以使第一、第二濾波電感的外側(cè)端輸出交流電源之正半周；然后所述微控制器使第二續(xù)流晶體管導(dǎo)通半個(gè)工頻周期，同時(shí)使第二、第三逆變晶體管和第一續(xù)流晶體管截止，第一、第四逆變晶體管在所述高頻觸發(fā)信號的同步觸發(fā)下作高頻同步切換，以使第一、第二濾波電感的外側(cè)端輸出交流電源之負(fù)半周，如此反復(fù)。
文檔編號H02M7/5387GK102130621SQ20111004896
公開日2011年7月20日 申請日期2011年3月2日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月2日
發(fā)明者丁永強(qiáng), 劉良貴 申請人:浙江格瑞特新能源有限公司