逆变器及其控制方法_2

文档序号:8489647阅读:来源:国知局
图;
[0035]图7是绘示图1的逆变器于第五工作模态中的示意图;
[0036]图8是绘示图1的逆变器于第六工作模态中的示意图;
[0037]图9是绘示图1的逆变器于第七工作模态中的示意图;
[0038]图10是绘示图1的逆变器于第八工作模态中的示意图;
[0039]图11是依照本发明另一实施例的一种逆变器的电路图;以及
[0040]图12是基于图11的逆变器的电压、电流的波形图。
【具体实施方式】
[0041]为了使本发明的叙述更加详尽与完备,可参照所附的附图及以下所述各种实施例,附图中相同的号码代表相同或相似的组件。另一方面,众所周知的组件与步骤并未描述于实施例中,以避免对本发明造成不必要的限制。
[0042]于实施方式与权利要求书中,涉及“稱接(coupled with) ”的描述,其可泛指一组件透过其它组件而间接连接至另一组件,或是一组件无须透过其它组件而直接连接至另一组件。
[0043]于实施方式与申请专利范围中,除非内文中对于冠词有所特别限定,否则“一”与“所述”可泛指单一个或多个。
[0044]图1是依照本发明一实施例的一种适用于非隔离型光伏并网发电系统的逆变器100的电路图。如图1所示,逆变器100包括第一桥臂110、第二桥臂120、第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4、第五二极管D5、第六二极管D6。举例来说,直流源130为光伏面板、光伏面板的蓄电池或其它电源。
[0045]于图1中,第一桥臂110电性耦接直流源130,第二桥臂120并联第一桥臂110。第一桥臂110包括第一开关S1、第二开关S2、第三开关S3、第四开关S4与第五开关S5依次串联,其中第三、第四开关S4之间的连接点作为第一输出点a;第二桥臂120包括第六开关S6、第七开关S7、第八开关S8、第九开关S9与第十开关SlO依次串联,其中第八、第九开关S9之间的连接点作为第二输出点b。第一二极管Dl与串接的第一、第二开关S2反向并联,第二二极管D2与串接的第四、第五开关S5反向并联,第三二极管D3与串接的第六、第七开关S7反向并联,第四二极管D4与串接的第九、第十开关SlO反向并联。第五二极管D5的阴极连接第二、第三开关S3之间的连接点,第五二极管D5的阳极连接第二桥臂120的第二输出点b ;第六二极管D6的阴极连接第七、第八开关S8之间的连接点,第六二极管D6的阳极连接第一桥臂110的第一输出点a。
[0046]于使用时,直流源130提供直流电压Vd。,逆变器100控制电路可采用单极性调制,其控制方法包括:同步启闭第一开关S1、第二开关S2、第九开关S9、第十开关S10,并控制第八开关S8的启闭与第一开关S1、第二开关S2、第九开关S9、第十开关SlO的启闭互补;以及同步启闭第四开关S4、第五开关S5、第六开关S6、第七开关S7,并控制第三开关S3的启闭动作与第四开关S4、第五开关S5、第六开关S6、第七开关S7的启闭动作互补。如此,通过对称地选择开关,可以使得第一输出点a和第二输出点b电位之和恒定,无共模电压波动,使得如图1所示的非隔离型逆变器可以适用于光伏发电系统中,然本发明不限于此,逆变器亦可广泛地运用在各种领域(如:应用于负载)。
[0047]于一实施例中,第一开关至第十开关SI?SlO均为晶体管,如N信道的金属一氧化物半导体场效应管(MOSFET);第一二极管至第四二极管Dl?D4选取为反向恢复特性良好的快恢复二极管或碳化硅二极管。在结构上,第一开关SI与第二开关S2反向串联,第一二极管Dl与串接的第一开关SI和第二开关S2反向并联;第四开关S4与第五开关S5反向串联,第二二极管D2与串接的第四开关S4和第五开关S5反向并联;第六开关S6与第七开关S7反向串联,第三二极管D3与串接的第六开关S6和第七开关S7反向并联;第九开关S9与第十开关SlO反向串联,第四二极管D4与串接的第九开关和第十开关SlO反向并联。
[0048]更具体的,如图1所示,第一开关SI的源极与第二开关S2的源极连接,第一二极管Dl的阴极与第一开关SI的漏极相连,第一二极管Dl的阳极与第二开关S2的漏极相连;第四开关S4的源极与第五开关S5的源极连接,第二二极管D2的阴极与第四开关S4的漏极相连,第二二极管D2的阳极与第五开关S5的漏极相连;第六开关S6的源极与第七开关S7的源极连接,第三二极管D3的阴极与第六开关S6的漏极相连,第三二极管D3的阳极与第七开关S7的漏极相连;第九开关S9的源极与第十开关SlO的源极连接,第四二极管D4的阴极与第九开关S9的漏极相连,第四二极管D4的阳极与第十开关SlO的漏极相连。
[0049]实际应用中,第一开关SI与第二开关S2的位置可以相互置换,即第一开关SI的漏极与第二开关S2的漏极连接,第一二极管Dl的阴极与第一开关SI的源极相连,第一二极管Dl的阳极与第二开关S2的源极相连;第三开关和第四开关、第六开关和第七开关、第九开关和第十开关的相互位置均可类似第一开关和第二开关,在此不再详述。
[0050]另外,于图1中,逆变器100的第一输出点a连接第一电感器La,第二输出点b连接第二电感器Lb,第一电感器La与第二电感器Lb分别连接电磁干扰滤波器140,电磁干扰滤波器140的输出即为逆变器的输出端,并与电网相连。电磁干扰滤波器140可以有效地控制逆变器100本身产生的电磁干扰信号,防止此信号进入电网,污染电磁环境,危害其它设备。
[0051]如图1所示为上述逆变器应用在光伏电网发电的示意图,上述非隔离型变压器的直流侧耦接光伏电池板,其交流侧经电感与电网耦接。但实际应用中,本发明的非隔离型逆变器也可应用在交流侧接负载的场合,即所述逆变器的交流侧经过电感与负载耦接,逆变器的输出端与负载相连,此时电路中也可省略电磁干扰滤波器140。但并不限于此,本领域的技术人员可以根据实际的需求将所述非隔离型逆变器应用在任何领域。
[0052]图2是图1的逆变器的电网电压vgHd(逆变器的输出端的电压)、电感电流iL与开关时序的关系图。如图2所示,第一、第二、第九、第十开关的控制信号G1、G2、G9、G10与第八开关的控制信号G8互补;第四开关S4、第五开关S5、第六开关S6、第七开关S7的控制信号G4、G5、G6、G7与第三开关的控制信号G3互补,借以使逆变器输出交流电。
[0053]实作上,控制电路可以根据如图2的控制时序来操控逆变器,在控制电路所执行的逆变器的控制方法中,有八种工作模态。关于这八种工作模态的【具体实施方式】,请分别参照图3?10,并详述如下:
[0054]参照图3,于第一工作模态中,持续开通第三开关S3,第四开关S4、第五开关S5、第六开关S6、第七开关S7持续关断,第一开关S1、第二开关S2、第九开关S9、第十开关SlO同时交替地开通、关断,且与第八开关S8的开通、关断的动作互补,在第一开关S1、第二开关S2、第九开关S9、第十开关SlO开通后,直流源130给第一电感器La、第二电感器Lb充磁,其中第一电感器La的电感电流k与逆变器100的输出端的电压(如:电磁干扰滤波器140的输出端的电网电压vgHd)同为正值。
[0055]参照图4,于第二工作模态中,持续开通第三开关S3,第四开关S4、第五开关S5、第六开关S6、第七开关S7持续关断,第一开关S1、第二开关S2、第九开关S9、第十开关SlO同时交替地开通、关断,且与第八开关S8的开通、关断的动作互补,在第一开关S1、第二开关S2、第九开关S9、第十开关SlO关断后,于第八开关S8未开通时,第一电感器La、第二电感器Lb通过第三开关S3与第五二极管D5续流。在续流阶段,于死区时间过(dead time)后,亦即在所述第八开关S8开通后,无电流通过第八开关S8,此时逆变器的工作图仍如图4所示,其中第一电感器La的电感电流k与逆变器100的输出端的电压(如:电磁干扰滤波器140的输出端的电网电压vgHd)同为正值。
[0056]应了解到,开关式电源系统中,为避免多个开关同时开通造成不必要的电流浪涌,控制电路在一开关动作引入了“死区时间”特性。以第二工作模态为例,在第一开关S1、第二开关S2、第九开关S9、第十开关SlO关断后,而第八开关S8仍没有开通,此段时间即为上述第二工作模态中的“死区时间”。
[0057]参照图5,于第三工作模态中,持续开通第三开关S3,第四开关S4、第五开关S5、第六开关S6、第七开关S7持续关断,第一开关S1、第二开关S2、第九开关S9、第十开关SlO同时交替地开通、关断,且与第八开关S8的开通、关断的动作互补,在第八开关S8开通后,逆变器100的输出端的电压(如:电磁干扰滤波器140的电网电压)通过第六二极管D6与第八开关S8给第一电感器La、第二电感器Lb反向充磁,此时第三开关S3虽开通而无电流通过第三开关S3,其中逆变器100的输出端的电压(如:电磁干扰滤波器140的输出端的电网电压vgrid)为正值,而第一电感器La的电感电流L为负值。
[0058]参照图6,于第四工作模态中,持续开通第三开关S3,第四开关S4、第五开关S5、第六开关S6、第七开关S7持续关断,第一开关S1、第二开关S2、第九开
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