逆变器的制作方法

本发明涉及并网逆变技术领域，具体而言，涉及一种逆变器。

背景技术：

并网逆变器能够把直流电逆变成交流电，然后并入交流电网。

并网逆变器可以分为隔离逆变器和不隔离逆变器两种类型。隔离逆变器又分为工频隔离逆变器和高频隔离逆变器。工频隔离并网逆变器体积大、笨重，效率低。高频隔离并网逆变器较工频隔离并网逆变器，效率虽然高，但是相对于不隔离并网逆变器，效率却较低。并且高频隔离并网逆变器控制复杂。

图1是现有技术的一种全桥逆变电路的示意图，如图1所示，单相不隔离并网逆变器现在一般采用全桥逆变电路，包括：4个晶体管，4个二极管，2个电感，1个电容以及直流电源和电网接口。晶体管s1’与晶体管s3’串联得到第一串联电路，晶体管s2’与晶体管s4’串联得到第二串联电路，其中，每个晶体管并联一个二极管，使晶体管s1’与二极管d1’并联，晶体管s2’与二极管d2’并联，晶体管s3’与二极管d3’并联，晶体管s4’与二极管d4’并联，其中，二极管的阴极与晶体管的漏极连接，二极管的阳极与晶体管的源极连接。再将第一串联电路、第二串联电路以及电容c’并联后接入直流电源，其中，串联电路中包括晶体漏极一端与直流电路正极vdc’+相连，串联电路中包括晶体源极一端与直流电路负极vdc’-相连。电感l1’的一端接入第一串联电路的晶体管s1’与晶体管s3’之间，另一端与电网接口grid’的第一端连接；电感l2’的一端接入第二串联电路的晶体管s2’与晶体管s4’之间，另一端与电网接口grid’的第二段连接。

不隔离并网逆变器有双极性调制和单极性调制工作模式。

一、双极性调制工作模式

如图1所示，当电网正半周时，s1’、s4’同时导通，s2’、s3’截止。电流路径为：

vdc+’→s1’→l1’→grid’→l2’→s4’→vdc-‘；当s1、s4同时截止时，s2、s3同时导通。电流路径为：grid’→l2’→d2’→c’→d3’→l1’。电网负半周时与此对称，就不再累赘。s1’、s4’、s2’、s3’均工作在高频，双极性调制晶体管开关损耗较大，逆变器效率偏低。

二、单极性调制工作模式

单极性调制工作的全桥单相逆变拓扑中的4个晶体管，其中2个晶体管工作在工频，另外2个晶体管是工作在高频。

如图1所示，当电网正半周时，s1’、s4’同时导通，s2’、s3’截止，电流路径为：vdc+’→s1’→l1’→grid’→l2’→s4’→vdc-‘；当s1’断开时，s4’仍导通，且此时s2’、s3’仍保持截止，电流路径为：grid’→l2’→s4’→d3’→l1’。电网负半周时与此对称。

采用单极性调制时，逆变器中晶体管高频通断，会产生高频时变电压作用在寄生电容上，产生较大共模漏电流，降低逆变器效率，也影响emc性能。

针对上述相关技术中的逆变器由于晶体管高频通断会产生较大的共模漏电流，导致逆变器效率降低的技术问题，目前尚未提出有效的解决方案。

技术实现要素：

本发明实施例提供了一种逆变器，以至少解决相关技术中的逆变器由于晶体管高频通断会产生较大的共模漏电流，导致逆变器效率降低的技术问题。

根据本发明实施例的一个方面，提供了一种逆变器，包括：全桥逆变电路和续流电路，其中：所述全桥逆变电路接入直流电源和交流电源之间，用于将所述直流电源的直流电转换为交流电并将所述交流电并入所述交流电源，其中，四个桥臂分别为顺次相连以构成桥式电路的第一桥臂，第二桥臂，第三桥臂和第四桥臂，在所述第一桥臂的第一端、所述第二桥臂的第一端与所述交流电源的第一端相连接的情况下，所述续流电路包括：第一开关管，串联在所述第一桥臂的第一端与所述交流电源的第二端之间，所述第一开关管包括控制端，所述第一开关管的控制端用于接收第一开关驱动信号，所述第一开关驱动信号用于控制所述第一开关管在所述第一桥臂导通时截止；第一二极管，与所述第一开关管并联，其中，所述第一二极管在导通时的电流方向与所述第一桥臂在导通时的电流方向相反；第二开关管，接入所述第一桥臂的第一端与第一节点之间，所述第一节点为所述第二桥臂的第一端与所述交流电源的第一端相连接的节点，所述第二开关管包括控制端，所述第二开关管的控制端用于接收第二开关驱动信号，所述第二开关驱动信号用于控制所述第二开关管在所述第一桥臂导通时导通；第二二极管，与所述第二开关管并联，其中，所述第二二极管在导通时的电流方向与所述第一桥臂在导通时的电流方向相反。

进一步地，所述四个桥臂中每个桥臂包括至少一个开关管，同一个桥臂中的开关管的开启与关闭受相同的调制信号控制，且位置相对的桥臂中的开关管的开启与关闭受相同的调制信号控制。

进一步地，所述四个桥臂中任意一个开关管为绝缘栅双极型晶体管或金属氧化物半导体场效应晶体管。

进一步地，所述四个桥臂中任意一个开关管上并联有二极管。

进一步地，所述二极管在导通时的电流方向与并联的开关管在导通时的电流方向相反。

进一步地，所述四个桥臂中任意一个并联有二极管的开关管为带体二极管的开关管。

进一步地，所述调制信号为正弦脉宽调制信号。

进一步地，所述逆变器还包括：处理器，与所述四个桥臂中每个开关管的控制端相连接，用于输出所述调制信号以控制所述四个桥臂中每个开关管的开启与关闭。

进一步地，所述逆变器还包括：电容，接入所述直流电源的正极与负极之间。

进一步地，所述逆变器还包括：第一电感，接入所述交流电源的第一端与所述第二开关管之间；第二电感，接入所述交流电源的第二端与所述第三桥臂之间，所述第三桥臂与所述第一桥臂为位置相对的桥臂。

进一步地，所述逆变器还包括：处理器，与所述第一开关管的控制端和所述第二开关管的控制端相连接，用于向所述第一开关管输出所述第一开关驱动信号并向所述第二开关管输出所述第二开关驱动信号。

在本发明实施例中，通过在直流电源和交流电源之间接入全桥逆变电路，将直流电源提供的直流电逆变成交流电，在全桥逆变电路与交流电源之间接入续流电路，在交流电源提供的交流电流入全桥逆变电路的情况下，可以通过续流电路形成回路返回，无需全桥逆变电路中的晶体管因电流流向的改变而频繁切换开关，进而解决了相关技术中的逆变器由于晶体管高频通断会产生较大的共模漏电流，导致逆变器效率降低的技术问题。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是现有技术的一种全桥逆变电路的示意图；

图2是根据本发明实施例的一种可选的逆变器的示意图；

图3是根据本发明实施例的另一种可选的逆变器的示意图；

图4是根据本发明实施例的一种可选的晶体管驱动信号的示意图；

图5是根据本发明实施例的一种可选的在电网电压正半周期逆变阶段电流路径的示意图；

图6是根据本发明实施例的一种可选的在电网电压正半周期续流阶段电流路径的示意图；

图7是根据本发明实施例的一种可选的在电网电压负半周期逆变阶段电流路径的示意图；

图8是根据本发明实施例的一种可选的在电网电压负半周期续流阶段电流路径的示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。

图2是根据本发明实施例的一种逆变器的示意图，如图2所示，包括：全桥逆变电路和续流电路，全桥逆变电路接入直流电源vdc和交流电源grid之间，全桥逆变电路用于将直流电源vdc的直流电转换为交流电并将交流电并入交流电源grid，其中，全桥逆变电路包括四个桥臂，四个桥臂分别为第一桥臂11，第二桥臂12，第三桥臂13和第四桥臂14，四个桥臂以上述顺序顺次相连以构成桥式电路。续流电路包括第一开关管s6，第一二极管d6，第二开关管s5，第二二极管d5。在所述第一桥臂11的第一端、所述第二桥臂12的第一端与所述交流电源grid的第一端相连接的情况下，第一开关管s6串联在第一桥臂11的第一端与交流电源grid的第二端之间，第一开关管s6包括控制端，第一开关管s6的控制端用于接收第一开关驱动信号，第一开关驱动信号用于控制第一开关管s6在第一桥臂11导通时截止；第一二极管d6与第一开关管s6并联，其中，第一二极管d6在导通时的电流方向与第一桥臂11在导通时的电流方向相反；第二开关管s5接入所述第一桥臂11的第一端与第一节点之间，所述第一节点为所述第二桥臂12的第一端与所述交流电源grid的第一端相连接的节点，第二开关管s5包括控制端，第二开关管s5的控制端用于接收第二开关驱动信号，第二开关驱动信号用于控制第二开关管s5在第一桥臂11导通时导通；第二二极管d5与第二开关管s5并联，其中，第二二极管d5在导通时的电流方向与第一桥臂11在导通时的电流方向相反。

根据本发明上述实施例，通过在直流电源和交流电源之间接入全桥逆变电路，将直流电源提供的直流电逆变成交流电，在全桥逆变电路与交流电源之间接入续流电路，在交流电源提供的交流电流入全桥逆变电路的情况下，可以通过续流电路形成回路返回，无需全桥逆变电路中的晶体管因电流流向的改变而频繁切换开关，通过该实施例提供的新的续流路径，进而解决了并网逆变电路由于逆变器中晶体管高频通断，产生较大的共模漏电流，降低逆变器效率的技术问题。

作为一个可选的实施例，四个桥臂中每个桥臂包括至少一个开关管，同一个桥臂中的开关管的开启与关闭受相同的调制信号控制，且位置相对的桥臂中的开关管的开启与关闭受相同的调制信号控制。采用本发明上述实施例，通过调制信号控制开关管的开启与关闭，来控制电路中电流的导通方向，从而控制电路；在全桥逆变电路内位置相对的桥臂中使用相同的调制信号控制开关管，可以使流经两个桥臂中的电流能够受调制信号的控制，生成满足需求的调制电流。

作为一个可选的实施例，四个桥臂中任意一个开关管为绝缘栅双极型晶体管或金属氧化物半导体场效应晶体管。采用本发明上述实施例，由于绝缘栅双极型晶体管或金属氧化物半导体场效应晶体管的输入阻抗高、开关速度快、驱动电路简单、通态电压低、能承受高电压大电流的优点，使用绝缘栅双极型晶体管或金属氧化物半导体场效应晶体管作为开关管，可以保证电路的可靠性和稳定性。

作为一个可选的实施例，四个桥臂中任意一个开关管上并联有二极管。采用本发明上述实施例，可以在开关管截止的情况下，通过二极管传输电流，确保电路的连通。

作为一个可选的实施例，二极管在导通时的电流方向与并联的开关管在导通时的电流方向相反。采用本发明上述实施例，二极管与开关管并联，并且二极管在导通时的电流方向与开关管导通时的电流方向相反，可以使与开关管导通时方向相反的电流能够通过二极管，从而既可以确保电路的导通又可以避免反向电流引起开关管的损坏。

作为一个可选的实施例，四个桥臂中任意一个并联有二极管的开关管为带体二极管的开关管。采用本发明上述实施例，使用带体二极管的开关管作为并联有二极管的开关管，可以在满足原电路需求的情况下，减少电流内器件的数量，简化电路结构。

作为一个可选的实施例，调制信号为正弦脉宽调制信号。采用本发明上述实施例，使用正弦脉宽调制信号作为调制信号，来控制开关管的开启和关闭，从而可以通过正弦脉宽调制信号，将流经全桥逆变器的直流电经过受调制信号控制的开关管转换为完整的正弦交流电，还可以使流经全桥逆变器的正弦交流电经过受调制信号控制的开关管转换为直流电。

作为一个可选的实施例，逆变器还包括：处理器，与四个桥臂中每个开关管的控制端相连接，用于输出调制信号以控制四个桥臂中每个开关管的开启与关闭。采用本发明上述实施例，将处理器输出的调制信号，传入四个桥臂中每个开关管的控制端，控制四个桥臂中每个开关管的开启与关闭，从而实现了对多个开关管的集中控制，使逆变器的控制更加简单、方便。

作为一个可选的实施例，逆变器还包括：电容，接入直流电源的正极与负极之间。采用本发明上述实施例，在直流电源的正极与负极之间接入电容，可以在续流电路由于故障断路的情况下，将交流电源提供的交流电通过该电容形成回路，从而避免该交流电进入直流电源中，损坏直流电源。

作为一个可选的实施例，逆变器还包括：第一电感，接入交流电源的第一端与第二开关管之间；第二电感，接入所述交流电源的第二端与所述第三桥臂之间，所述第三桥臂与所述第一桥臂为位置相对的桥臂。采用本发明上述实施例，将电感接入全桥逆变电路与交流电源之间，可以使全桥逆变电路中的电流通过电感后进入交流电源，还可以使交流电源中的电流通过电感后进入全桥逆变电路，从而可以通过电感减轻在电流频繁切换的情况下对逆变器内各器件的损害。

作为一个可选的实施例，逆变器还包括：处理器，与第一开关管的控制端和第二开关管的控制端相连接，用于向第一开关管输出第一开关驱动信号并向第二开关管输出第二开关驱动信号。采用本发明上述实施例，通过处理器分别向第一开管和第二开关管的控制端输出第一开关驱动信号和第二开关驱动信号，实现对第一开关管与第二开关管的集中控制，使逆变器的控制更加简单、方便。

图3是根据本发明实施例的另一种可选的逆变器的示意图，如图3所示，包括：晶体管s1，晶体管s2，晶体管s3，晶体管s4，晶体管s5(第二开关管)，晶体管s6(第一开关管)，晶体管s7，二极管d1，二极管d2，二极管d3，二极管d4，二极管d5(第二二极管)，二极管d6(第一二极管)，二极管d7，电感l1(第一电感)，电感l2(第二电感)，电容c以及vdc(直流电源)和grid(电网接口)。

晶体管s1、晶体管s5与晶体管s2依次串联得到第一串联电路，晶体管s4、晶体管s7与晶体管s3依次串联得到第二串联电路，第一串联电路、第二串联电路以及电容c并联后接入直流电源vdc，其中，晶体管s1、s4的漏极与直流电源正极vdc+相连，晶体管s2、s3的源极与直流电源负极vdc-相连。二极管d5与晶体管s5并联，二极管d5的正极与晶体管s5的源极相连，二极管d5的负极与晶体管s5的漏极相连。晶体管s6的漏极接入晶体管s1和晶体管s5之间，晶体管s6的源极接入晶体管s7和晶体管s3之间，二极管d6与晶体管s6并联，二极管d6的正极与晶体管s6的源极相连，二极管d6的负极与晶体管s6的漏极相连。电感l1的一端接入晶体管s5与晶体管s2之间，电感l1的另一端与电网接口grid的第一端连接；电感l2的一端接入晶体管s7与晶体管s3之间，电感l2的另一端与电网接口grid的第二端连接。在上述电路中，晶体管s1、s2、s3、s4和s7均可以并联一个二极管，且并联的二极管在导通时的电流方向与对应的晶体管在导通时的电流方向相反，即晶体管s1与二极管d1并联，晶体管s2与二极管d2并联，晶体管s3与二极管d3并联，晶体管s4与二极管d4并联，晶体管s7与二极管d7并联。

需要说明的是，上述电路中晶体管s5和晶体管s6并联的二极管是必须的，而除晶体管s5和晶体管s6的其它晶体管则不必要并联二极管。晶体管与并联的二极管可以是集成的，表现为带体二极管的晶体管的形式。如图3所示的s1、s2、s3、s4、s7为可带体二极管的绝缘栅双极型晶体管或金属氧化物半导体场效应晶体管，也可为不带体二极管的绝缘栅双极型晶体管或金属氧化物半导体场效应晶体管，如图3所示的s5、s6为带体二极管的绝缘栅双极型晶体管或金属氧化物半导体场效应晶体管。

图4是根据本发明实施例的一种可选的晶体管驱动信号的示意图，图4所示的驱动信号可以用于驱动图3所示的电路图中对应的晶体管(开关管)，每个晶体管的栅极用于接收驱动信号。如图4所示，电网grid的驱动信号为正弦信号，周期为360°；晶体管s1和s3的驱动信号在1-180°为正弦脉宽调制信号，在180°-360°为正弦脉宽调制信号的最小值且不发生波动；晶体管s5的驱动信号在1-180°为定值，在达到180°时立即减小，在180°-360°为减小后的值作为定值；晶体管s2、s4和s7的驱动信号在1-180°为正弦脉宽调制信号的最小值且不发生波动，在180°-360°为正弦脉宽调制信号；晶体管s6的驱动信号在1-180°为空，在180°-360°为定值。

在接收图4所示的晶体管驱动信号的驱动的情况下，对图3所示的并网逆变电路的工作原理进行说明如下：

一、当电网电压正半周情况

图5是根据本发明实施例的一种可选的在电网电压正半周期逆变阶段电流路径的示意图，如图5所示，晶体管s1、s3、s5导通，晶体管s2、s4、s6、s7截止。电流路径为：vdc+→s1→s5→l1→grid→l2→s3→vdc-。此时逆变器处于逆变阶段，构成逆变回路向电网输送电流。

图6是根据本发明实施例的一种可选的在电网电压正半周期续流阶段电流路径的示意图，如图6所示，此时晶体管s1、s3断开，晶体管s5仍保持导通，晶体管s2、s4、s6、s7仍保持截止，因为电感l1、l2电流不能突变，所以电流路径为：grid→l2→d6→s5→l1，此时是电感续流阶段，构成电感续流回路向电网输送电流。

二、当电网电压负半周情况

图7是根据本发明实施例的一种可选的在电网电压负半周期逆变阶段电流路径的示意图，如图7所示，晶体管s2、s4、s6、s7导通，晶体管s1、s3、s5截止。电流路径为：vdc+→s4→s7→l2→grid→l1→s2→vdc-。此时是逆变阶段，构成逆变回路向电网输送电流。

图8是根据本发明实施例的一种可选的在电网电压负半周期续流阶段电流路径的示意图，如图8所示，此时晶体管s2、s4、s7断开，晶体管s6仍保持导通，晶体管s1、s3、s5仍保持截止，因为电感l1、l2电流不能突变，所以电流路径为：grid→l1→d5→s6→l2。此时是电感续流阶段，构成电感续流回路向电网输送电流。

在电网电压正半周时，晶体管s1、s3以同样的驱动信号作正弦脉宽调制高频开通与关断。晶体管s5以与电网频率相同的低频开通与关断。在电网电压负半周时，晶体管s2、s4、s7以同样的驱动信号作正弦脉宽调制高频开通与关断。晶体管s6以与电网频率相同的低频开通与关断。

本发明通过新增加晶体管s7和带体二极管的晶体管s5、s6，在电网电压正负半周l1、l2续流时，提供了新的续流路径，电容c不再参与续流，续流路径变小。同时也抑制了共模漏电流，提高了逆变器效率。

本发明上述实施例通过增加晶体管s5和晶体管s6及其并联的二极管，构成了续流电路，让逆变工作时续流路径不同于双极性调制工作时续流路径和单极性调制工作时续流路径，使得全桥逆变器在逆变工作状态时的续流路径变小，减小了电路的功率损耗，并抑制了共模漏电流，解决了双极性调制时续流流经电容c导致损耗大的问题，以及全桥逆变器在单极性调制工作时共模漏电流较大的问题，提高了逆变器效率。

上述本发明实施例的顺序仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

在本发明的上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的技术内容，可通过其它的方式实现。其中，以上所描述的实施例仅仅是示意性的，例如所述电路的划分，可以为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个电路或器件可以结合或者可以集成到另一个电路或器件，或一些器件可以省略，或可以添加一些器件。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。