一种可切换输出模式的裂相逆变电路的制作方法

[0001]
本发明涉及逆变器技术领域，尤其涉及一种可切换输出模式的裂相逆变电路。


背景技术：

[0002]
目前全球存在tn_s、tn_c、tn_c_s、tt、it等多种电网系统。不同地区的电网系统差异较大，以美国与中国作对比，美国家用供电系统引入为120/240v单相三线，这个240v实际是相位差180
°
的120v单相组成，而中国的是220v单相系统。
[0003]
在储能应用领域，逆变器在离网运行，可直接输出120/240v裂相电源，能够满足两种电压的家庭负载使用；而在并网运行时，由于有电网的存在，用户120v负载可由电网提供能源，逆变器输出单相240v即可。如图1所示为现有的裂相输出逆变电路，可实现裂相输出120v和240v电源，能够满足离网同时输出两个电压的基本功能，可应用在类似美国裂相电网结构的系统中，但是其在并网应用中，逆变器共有三个桥臂一起工作，开关管与电感损耗大，效率低下，在光伏发电或者储能应用领域，严重影响用户投资效益。


技术实现要素：

[0004]
为了解决现有技术中存在的上述技术问题，本发明提供了一种可切换输出模式的裂相逆变电路，包括电感la、电感lb、电感lc、继电器s1和开关管q1-q8，所述开关管q1与q2串联、开关管q3与q4串联、开关管q5与q6串联后两两并联连接，所述电感la的一端连接至开关管q1与q2之间、所述电感lc的一端连接至开关管q5与q6之间，所述电感lb的一端连接继电器s1后接至开关管q3与q4之间，当继电器s1闭合时，所述裂相逆变电路输出裂相120/240v，当继电器s1断开时，所述裂相逆变电路输出单相240v。
[0005]
进一步的，还包括输入电容cbus、输出电容c1、输出电容c2，所述输出电容c1和输出电容c2串联连接后一端连接电感la的另一端，另一端连接电感lc的另一端；所述电感lb的另一端连接至输出电容c1和输出电容c2之间。
[0006]
进一步的，所述开关管q7与q8串联连接后一端和所述电感la的所述一端连接，另一端和所述电感lc的所述一端连接。
[0007]
进一步的，当所述逆变电路输出裂相120/240v时，即同时输出120v和240v电源，所述逆变电路的调制方式包括双极性spwm调制和单极性spwm倍频调制。
[0008]
进一步的，所述双极性spwm调制为：所述电感la、电感lb、电感lc的电感值相等，通过输入电容cbus得到输入电压vbus，输出电容c1和输出电容c2得到输出电压vc1和vc2，在电压正半周期内，q1占空比为dq1；q3占空比为dq3，dq3=0.5；q5占空比为dq5，dq5=1-dq1，其中dq1=0.5+vc1/vbus；在一个开关周期内，q1与q2驱动互补，q3与q4驱动互补，q3占空比为0.5，q5与q6驱动互补，q1与q5驱动互补，q7驱动常关，q8驱动常关。
[0009]
进一步的，所述单极性spwm倍频调制为：在一个开关周期内，q1与q2驱动互补，q3与q4驱动互补，q5与q6驱动互补，q7驱动常关，q8驱动常关。
[0010]
进一步的，所述裂相逆变电路输出单相240v时，在电压正半周期内，q1与q6驱动同
步，q1与q8驱动互补，q7驱动常高电平，q2、q3、q4、q5驱动常低电平；电压负半周期内，q2与q5驱动同步，q2与q7驱动互补，q8驱动常高电平，q1、q3、q4、q6驱动常低电平。
[0011]
进一步的，所述开关管q1-q8包括igbt和mos管。
[0012]
本发明可切换输出模式的裂相逆变电路在输出单相240v电源时，与输出裂相120/240v电源时相比，可以少2个开关管，同时逆变电感lb也没有励磁消磁过程，减少其lb电感磁芯损耗，整个电路是单极性调制下的heric逆变电路，la、lc电感纹波电流更小，工作的开关管以及电感损耗减小，在并网应用中，用户收益更大。
附图说明
[0013]
图1为现有技术的裂相输出逆变电路原理示意图；图2为本发明的一种可切换输出模式的逆变电路原理示意图；图3 为本发明的逆变电路输出裂相时双极性调制驱动波形示意图；图4 为本发明的逆变电路输出裂相时单极性倍频调制驱动波形示意图；图5为本发明的逆变电路输出单相时驱动波形示意图；图6为本发明的输出裂相双极性调制时某一周期内，电感la、 lb、 lc励磁状态回路示意图；图7为本发明的输出裂相双极性调制时某一周期内，电感la励磁、电感lb和 lc消磁状态回路示意图；图8为本发明的输出裂相双极性调制时某一周期内，电感la、lb消磁，电感lc励磁状态回路示意图；图9为本发明的输出裂相单极性调制时某一周期内，电感la、lb、lc励磁状态回路示意图；图10为本发明的输出裂相单极性调制时某一周期内，电感la、lb、lc消磁状态回路示意图；图11为本发明的输出裂相单极性调制时某一周期内，电感la、lb、lc励磁状态回路示意图；图12为本发明的输出裂相单极性调制时某一周期内，电感la、lb、lc消磁状态回路示意图；图13为本发明的输出裂相单极性调制时某一周期内，电感la、lb、lc励磁状态回路示意图；图14为本发明的输出裂相单极性调制时某一周期内，电感la、lb、lc消磁状态回路示意图；图15为本发明的输出单相时某一周期内，电感la、lc励磁状态回路示意图；图16为本发明的输出单相时某一周期内，电感la、lc消磁状态回路示意图。
具体实施方式
[0014]
为了使本发明的目的、技术方案和技术效果更加清楚明白，以下结合说明书附图和实施例，对本发明作进一步详细说明。
[0015]
如图2所示，本发明的可切换输出模式的裂相逆变电路，该电路包括输入电容
cbus、输出电容c1、输出电容c2、电感la、电感lb、电感lc、继电器s1和若干开关管q1
-ꢀ
q8，所述开关管q1
-ꢀ
q8均对应设置连接有体二极管d1-d8。
[0016]
所述开关管q1与q2串联、q3与q4串联、q5与q6串联后两两并联连接至输入电容cbus的两端；所述输出电容c1和输出电容c2串联连接后一端连接电感la的一端，另一端连接电感lc的一端；所述电感la的另一端连接至q1与q2间节点；所述电感lc的另一端连接至q5与q6间节点；所述电感lb一端通过继电器s1连接至q3与q4间节点，另一端连接至输出电容c1和输出电容c2间节点；所述q7与q8串联连接后一端连接电感la的所述另一端，另一端连接电感lc的所述另一端。
[0017]
所述开关管q1
-ꢀ
q8包括igbt和mos管。
[0018]
当该可切换输出模式的裂相逆变电路的输出裂相为 120/240v，可同时输出120v和240v电源，调制方式为双极性spwm调制，即：继电器s1闭合，在一个开关周期内，q1与q2驱动互补，q3与q4驱动互补，q3占空比为0.5，q5与q6驱动互补，q1与q5驱动互补，q7驱动常关，q8驱动常关时，构成如图1所示的裂相逆变电路，如图3所示为该工作模式下的输出裂相时双极性调制驱动波形。
[0019]
具体的，所述逆变电路的la=lb=lc，通过输入电容cbus得到输入电压vbus，输出电容c1和输出电容c2得到输出电压vc1和vc2，推导得到在电压正半周期内，q1占空比为dq1；q3占空比为dq3，dq3=0.5；q5占空比为dq5，dq5=1-dq1，dq1=0.5+vc1/vbus，在一个开关周期内，电感la、电感lb、电感lc的励磁消磁状态如下：如图6所示，开关模态为：q1导通，q2关闭，q3导通，q4关闭，q5关闭，q6导通，q7关闭，q8关闭时电感la励磁，电感lb励磁，电感lc励磁。
[0020]
如图7所示，开关模态为：q1导通，q2关闭，q3关闭，q4导通，q5关闭，q6导通，q7关闭，q8关闭时，电感la励磁，电感lb消磁，电感lc消磁。
[0021]
如图8所示，开关模态为：q1关闭，q2导通，q3关闭，q4导通，q5导通，q6关闭，q7关闭，q8关闭时，电感la消磁，电感lb消磁，电感lc励磁。
[0022]
当调制方式为单极性spwm倍频调制，即：继电器s1闭合，在一个开关周期内，q1与q2驱动互补，q3与q4驱动互补，q5与q6驱动互补，q7驱动常关，q8驱动常关时，构成如图1所示的逆变电路，如图4所示为该工作模式下的输出裂相时单极性倍频调制驱动波形示意图。
[0023]
具体的，单极性spwm倍频调制时的在一个开关周期内，电感la、电感lb、电感lc的励磁消磁状态如下：如图9所示，开关模态为：q1导通，q2关闭，q3导通，q4关闭，q5关闭，q6导通，q7关闭，q8关闭时，电感la励磁，电感lb励磁，电感lc励磁。
[0024]
如图10所示，开关模态为：q1导通，q2关闭，q3导通，q4关闭，q5导通，q6关闭，q7关闭，q8关闭时，电感la消磁，电感lb消磁，电感lc消磁。
[0025]
如图11所示，开关模态为：q1导通，q2关闭，q3关闭，q4导通，q5导通，q6关闭，q7关闭，q8关闭时，电感la励磁，电感lb励磁，电感lc励磁。
[0026]
如图12所示，开关模态为：q1关闭，q2导通，q3关闭，q4导通，q5导通，q6关闭，q7关闭，q8关闭时，电感la消磁，电感lb消磁，电感lc励磁。
[0027]
如图13所示，开关模态为：q1导通，q2关闭，q3关闭，q4导通，q5导通，q6关闭，q7关闭，q8关闭时，电感la励磁，电感lb励磁，电感lc励磁。
[0028]
如图14所示，开关模态为：q1导通，q2关闭，q3导通，q4关闭，q5导通，q6关闭，q7关闭，q8关闭时，电感la消磁，电感lb消磁，电感lc消磁。
[0029]
该可切换输出模式的裂相逆变电路，输出单相240v时：继电器s1断开，在电压正半周期内，q1与q6驱动同步，q1与q8驱动互补，q7驱动常高电平，q2、q3、q4、q5驱动常低电平；而在电压负半周期内，q2与q5驱动同步，q2与q7驱动互补，q8驱动常高电平，q1、q3、q4、q6驱动常低电平。所有开关管q1-q6按照上述spwm方式调制，驱动波形如图5所示。
[0030]
具体的，在逆变输出电压正半周内，电感la、电感lc的励磁消磁状态如下：如图15所示，开关模态为：q1导通，q2关闭，q3关闭，q4关闭，q5关闭，q6导通，q7导通，q8关闭时，电感la、电感lc励磁。
[0031]
如图16所示，开关模态为：q1关闭，q2关闭，q3关闭，q4关闭，q5关闭，q6关闭，q7导通，q8导通时，电感la、电感lc消磁。