专利名称：一种单相全桥逆变电路及其调制方法
技术领域：
本发明涉及一种单相全桥逆变电路，还涉及对该电路进行调制的方法。
背景技术：
如图1所示，现有的单相逆变电路包括连接于直流输入端的母线电容10、全桥变换电路100和滤波电路，全桥变换电路100的输入端M、N连接在母线电容10的两端、输出端A、B连接在滤波电路的两端，M与母线电容10的正极相连，N点与母线电容10的负极相连。滤波电路为LC滤波电路，全桥变换电路中LC滤波电路由电感L20、电容C30组成，全桥变换电路100的每个桥臂包括开关管(S1、S2、S3、S4，可以采用IGBT或MOS管等)和反向连接在开关管集电极和发射极两端的二极管，第一桥臂开关管SI的发射极与第二桥臂开关管S2的集电极相连于点A，第三桥臂开关管S3的发射极与第四桥臂开关管S4的集电极相连于点B ;第一桥臂开关管SI的集电极与第三桥臂开关管S3的集电极相连于点M，第二桥臂开关管S2的发射极与第四桥臂开关管S4的发射极相连于点N。为了使输出波形质量好，开关动作次数少、降低损耗，现有单相逆变电路常采用单极性SPWM (Sinusoidal Pulse Width Modulation正弦脉冲宽度调制)调制方式进行调制，具体调制方式如下:在调制波正半周，SI 一直导通，S3和S4处于高频调制状态，逆变回路为S1-负载-S4,续流回路为S1-负载-S3。在调制波负半周，S2 —直导通，S3和S4处于高频调制状态，逆变回路为S2-负载-S3，续流回路为S2-负载-S4。在现有单相逆变电路及其调制方法中，存在如下缺陷:全桥变换电路100的输出端A、B两点对母线中点会产生较大的共模电压脉动，从而在接地回路中形成较大的共模漏电流，不仅增加了电路的损耗，而且对人身安全构成重大威胁。
发明内容
本发明要解决的技术问题之一是，提供一种单相全桥逆变电路，克服现有单相逆变电路存在共模电压脉动和共模漏电流的缺陷。本发明要解决的技术问题之二是，提供一种单相全桥逆变电路的调制方法，克服现有单相逆变电路调制方法使单相逆变电路存在共模电压脉动和共模漏电流的缺陷。本发明解决其技术问题之一所采用的技术方案是:构造一种单相全桥逆变电路，包括连接于直流输入端的母线电容、全桥变换电路和滤波电路；该全桥变换电路的一个输入端M连接该母线电容的正极，该全桥变换电路的另一个输入端N连接该母线电容的负极；该全桥变换电路的输出端A、B与该滤波电路连接；该全桥变换电路的每个桥臂包括开关管和反向连接在开关管集电极和发射极两端的二极管，第一桥臂开关管的发射极与第二桥臂开关管的集电极相连于输出点A，第三桥臂开关管的发射极与第四桥臂开关管的集电极相连于输出点B ;第一桥臂开关管的集电极与第三桥臂开关管的集电极相连于输入点M，第二桥臂开关管的发射极与第四桥臂开关管的发射极相连于输入点N ；
其特征在于，该全桥逆变电路还包括第一逆阻型IGBT和第二逆阻型IGBT，该第一逆阻型IGBT的集电极与所述A点相连、发射极与所述B点相连，该第二逆阻型IGBT的发射极与所述A点相连、集电极与所述B点相连。在本发明的单相全桥逆变电路中，所述滤波电路为LC滤波电路或LCL滤波电路。在本发明的单相全桥逆变电路中，所述LCL滤波电路中的电感一的感抗与电感二的感抗相等。在本发明的单相全桥逆变电路中，所述第一桥臂开关管、第二桥臂开关管、第三桥臂开关管、第四桥臂开关管为相同型号开关管。本发明解决其技术问题之二所采用的技术方案是:提供一种单相全桥逆变电路的调制方法，所述单相全桥逆变电路包括连接于直流输入端的母线电容、全桥变换电路和滤波电路；该全桥变换电路的一个输入端M连接该母线电容的正极，该全桥变换电路的另一个输入端N连接该母线电容的负极；该全桥变换电路的输出端A、B与该滤波电路连接；该全桥变换电路的每个桥臂包括开关管和反向连接在开关管集电极和发射极两端的二极管，第一桥臂开关管的发射极与第二桥臂开关管的集电极相连于输出点A，第三桥臂开关管的发射极与第四桥臂开关管的集电极相连于输出点B ;第一桥臂开关管的集电极与第三桥臂开关管的集电极相连于输入点M，第二桥臂开关管的发射极与第四桥臂开关管的发射极相连于输入点N ；该全桥逆变电路还包括第一逆阻型IGBT和第二逆阻型IGBT，该第一逆阻型IGBT的集电极与所述A点相连、发射极与所述B点相连，该第二逆阻型IGBT的发射极与所述A点相连、集电极与所述B点相连；其特征在于，所述方法包括:设所述全桥变换电路输出电压极性参考方向以A高于B为正方向；在输出电压正半周期，控制所述第二逆阻型IGBT —直导通；当输出电流方向由A到B时，在一个开关周期内的电流回路为:所述第一桥臂开关管开通、第四桥臂开关管开通、第一逆阻型IGBT关断时，电流由所述母线电容正极流向所述第一桥臂开关管，再经过负载和所述滤波电路流向所述第四桥臂开关管，回到母线电容负极；当所述第一桥臂开关管关断、第四桥臂开关管关断、第一逆阻型IGBT开通时，电流通过所述第二逆阻型IGBT续流；当输出电流方向由B到A时，在一个开关周期内电流回路为:所述第一桥臂开关管开通、第四桥臂开关管开通、第一逆阻型IGBT关断时，电流由母线电容负极流向所述第四桥臂的二极管，再经过负载和滤波电路流向所述第一桥臂的二极管，回到所述母线电容正极；当所述第一桥臂开关管关断、第四桥臂开关管关断、第一逆阻型IGBT导通时，电流通过所述第一逆阻型IGBT续流；在输出电压负半周期，控制所述第一逆阻型IGBT —直导通；当输出电流由A到B时，在一个开关周期内的电流回路为:所述第二桥臂开关管开通、第三桥臂开关管开通、第二逆阻型IGBT关断时，电流由所述母线电容负极到所述第二桥臂的二极管，经负载和所述滤波电路到第三桥臂的二极管，回到母线电容正极；当所述第二桥臂开关管关断、第三桥臂开关管关断、第二逆阻型IGBT导通时，电流经过第二逆阻型IGBT续流；当输出电流由B到A时，在一个开关周期内的电流回路为:所述第二桥臂开关管开通、第三桥臂开关管开通、第二逆阻型IGBT关断时，电流由所述母线电容正极到第三桥臂开关管，再经过负载和所述滤波电路流向第二桥臂开关管，回到母线电容负极；当第二桥臂开关管关断、第三桥臂开关管关断、第二逆阻型IGBT导通时，电流经过所述第一逆阻型IGBT续流。在本发明的单相全桥逆变电路的调制方法中，所述滤波电路为LC滤波电路或LCL滤波电路。在本发明的单相全桥逆变电路的调制方法中，所述LCL滤波电路中的电感一的感抗与电感二的感抗相等。在本发明的单相全桥逆变电路的调制方法中，所述第一桥臂开关管、第二桥臂开关管、第三桥臂开关管、第四桥臂开关管为相同型号开关管。实施本发明的单相全桥逆变电路及其调制方法，与现有技术比较，其有益效果是:1.由于单相全桥逆变电路增加了第一、第二逆阻型IGBT，使续流回路只经过该第一、第二逆阻型IGBT，续流回路的导通损耗将更小，因而提高了整个逆变器的效率；2.当第一桥臂开关管、第二桥臂开关管、第三桥臂开关管、第四桥臂开关管选择相同型号开关管时，可使该第一、二、三、四桥臂开关管的电流波形对称，在续流回路A，B两点的电位被钳位在母线中点，可有效抑制共模电压的脉动；3.结构简单，调制效果好。
图1是现有单相全桥逆变电路图。图2是本发明单相全桥逆变电路的电路图。图3至图10是本发明单相全桥逆变电路的调制方法中单相全桥逆变电路的电路流向示意图。
具体实施例方式下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明。如图2所示，本发明单相全桥逆变电路包括连接于直流输入端的母线电容10、全桥变换电路100、LCL滤波器和逆阻型IGBT — S5和S6。其中:LCL滤波器包括依次串联连接的电感20、电容30和电感50 (在其他实施例中，可以采用LC滤波器代替LCL滤波器，也能够实现本发明目的)。全桥变换电路100的一个输入端M连接母线电容10的正极，另一个输入端N连接母线电容10的负极。全桥变换电路100的输出端A、B两点通过电感20和电感50与该LC滤波器连接。全桥变换电路100的每个桥臂包括开关管(可采用IGBT、M0S管等)和反向连接在开关管集电极和发射极两端的二极管。第一桥臂开关管SI的发射极与第二桥臂开关管S2的集电极相连于输出点A，第三桥臂开关管S3的发射极与第四桥臂开关管S4的集电极相连于输出点B ;第一桥臂开关管SI的集电极与第三桥臂开关管S3的集电极相连于输入点M,第二桥臂开关管S2的发射极与第四桥臂开关管S4的发射极相连于输入点N。逆阻型IGBT - S5的集电极与A点相连、发射极与B点相连，逆阻型IGBT — S6的发射极与A点相连、集电极与B点相连。选取电感20的感抗与电感50的感抗相等，可以保持输出点A和B的共模回路阻抗参数的对称性，有利于进一步抑制共模漏电流。选取第一桥臂开关管S1、第二桥臂开关管S2、第三桥臂开关管S3、第四桥臂开关管S4为相同型号开关管，可以更好地抑制共模电压的脉动。本发明一种单相全桥逆变电路的调制方法的单相全桥逆变电路如上述本发明的单相全桥逆变电路，设全桥变换电路输出电压极性参考方向以A高于B为正方向(全桥变换电路输出电压极性正方向的假设只是为了描述的方便，在设全桥变换电路输出电压极性参考方向以B高于A为正方向时,本发明方法的调制效果也完全一样)。本发明的方法包括:在输出电压正半周期，控制逆阻型IGBT — S6—直导通。当输出电流方向由A到B时，在一个开关周期内的电流回路为:第一桥臂开关管SI开通、第四桥臂开关管S4开通、第一逆阻型IGBT-S5关断时，电流由母线电容10正极流向第一桥臂开关管SI，再经过负载60 (连接在电容30两端)和LC滤波器流向第四桥臂开关管S4，回到母线电容10的负极。当第一桥臂开关管SI关断、第四桥臂开关管S4关断、第一逆阻型IGBT - S5开通时，电流通过逆阻型IGBT - S6续流。当输出电流方向由B到A时，在一个开关周期内电流回路为:第一桥臂开关管SI开通、第四桥臂开关管S4开通、逆阻型IGBT - S5关断时，电流由母线电容10的负极流向第四桥臂S4的二极管，再经过负载60和LC滤波器流向第一桥臂的二极管，回到母线电容10的正极；当第一桥臂开关管SI关断、第四桥臂开关管S4关断、逆阻型IGBT - S5导通时，电流通过逆阻型IGBT — S5续流。在输出电压负半周期，控制逆阻型IGBT - S5 一直导通。当输出电流由A到B时，在一个开关周期内的电流回路为:第二桥臂开关管S2开通、第三桥臂开关管S3开通、逆阻型IGBT - S6关断时，电流由母线电容10的负极到第二桥臂的二极管，经负载60和LC滤波器到第三桥臂的二极管，回到母线电容10的正极。当第二桥臂开关管S2关断、第三桥臂开关管S3关断、逆阻型IGBT - S6导通时，电流经过逆阻型IGBT — S6续流；当输出电流由B到A时，在一个开关周期内的电流回路为:第二桥臂开关管S2开通、第三桥臂开关管S3开通、逆阻型IGBT - S6关断时，电流由母线电容10的正极到第三桥臂开关管S3，再经过负载60和LC滤波器流向第二桥臂开关管S2，回到母线电容10的负极。当第二桥臂开关管S2关断、第三桥臂开关管S3关断、逆阻型IGBT - S6导通时，电流经过逆阻型IGBT — S5续流。
权利要求
1.一种单相全桥逆变电路，包括连接于直流输入端的母线电容、全桥变换电路和滤波电路； 该全桥变换电路的一个输入端M连接该母线电容的正极，该全桥变换电路的另一个输入端N连接该母线电容的负极；该全桥变换电路的输出端A、B与该滤波电路连接； 该全桥变换电路的每个桥臂包括开关管和反向连接在开关管集电极和发射极两端的二极管，第一桥臂开关管的发射极与第二桥臂开关管的集电极相连于输出点A，第三桥臂开关管的发射极与第四桥臂开关管的集电极相连于输出点B ;第一桥臂开关管的集电极与第三桥臂开关管的集电极相连于输入点M，第二桥臂开关管的发射极与第四桥臂开关管的发射极相连于输入点N ； 其特征在于，该全桥逆变电路还包括第一逆阻型IGBT和第二逆阻型IGBT，该第一逆阻型IGBT的集电极与所述A点相连、发射极与所述B点相连，该第二逆阻型IGBT的发射极与所述A点相连、集电极与所述B点相连。
2.如权利要求 1所述的单相全桥逆变电路，其特征在于，所述滤波电路为LC滤波电路或LCL滤波电路。
3.如权利要求2所述的单相全桥逆变电路，其特征在于，所述LCL滤波电路中的电感一的感抗与电感二的感抗相等。
4.如权利要求1至3之一所述的单相全桥逆变电路，其特征在于，所述第一桥臂开关管、第二桥臂开关管、第三桥臂开关管、第四桥臂开关管为相同型号开关管。
5.一种单相全桥逆变电路的调制方法，所述全桥逆变电路如权利要求1所述；其特征在于，所述方法包括: 设所述全桥变换电路输出电压极性参考方向以A高于B为正方向； 在输出电压正半周期，控制所述第二逆阻型IGBT —直导通；当输出电流方向由A到B时，在一个开关周期内的电流回路为:所述第一桥臂开关管开通、第四桥臂开关管开通、第一逆阻型IGBT关断时，电流由所述母线电容正极流向所述第一桥臂开关管，再经过负载和所述滤波电路流向所述第四桥臂开关管，回到母线电容负极；当所述第一桥臂开关管关断、第四桥臂开关管关断、第一逆阻型IGBT开通时，电流通过所述第二逆阻型IGBT续流；当输出电流方向由B到A时，在一个开关周期内电流回路为:所述第一桥臂开关管开通、第四桥臂开关管开通、第一逆阻型IGBT关断时，电流由母线电容负极流向所述第四桥臂的二极管，再经过负载和滤波电路流向所述第一桥臂的二极管，回到所述母线电容正极；当所述第一桥臂开关管关断、第四桥臂开关管关断、第一逆阻型IGBT导通时，电流通过所述第一逆阻型IGBT续流； 在输出电压负半周期，控制所述第一逆阻型IGBT —直导通；当输出电流由A到B时，在一个开关周期内的电流回路为:所述第二桥臂开关管开通、第三桥臂开关管开通、第二逆阻型IGBT关断时，电流由所述母线电容负极到所述第二桥臂的二极管，经负载和所述滤波电路到第三桥臂的二极管，回到母线电容正极；当所述第二桥臂开关管关断、第三桥臂开关管关断、第二逆阻型IGBT导通时，电流经过第二逆阻型IGBT续流；当输出电流由B到A时，在一个开关周期内的电流回路为:所述第二桥臂开关管开通、第三桥臂开关管开通、第二逆阻型IGBT关断时，电流由所述母线电容正极到第三桥臂开关管，再经过负载和所述滤波电路流向第二桥臂开关管，回到母线电容负极；当第二桥臂开关管关断、第三桥臂开关管关断、第二逆阻型IGBT导通时，电流经过所述第一逆阻型IGBT续流。
6.如权利要求5所述的单相全桥逆变电路的调制方法，其特征在于，所述滤波电路为LC滤波电路或LCL滤波电路。
7.如权利要求6所述的单相全桥逆变电路的调制方法，其特征在于，所述LCL滤波电路中的电感一的感抗与电感二的感抗相等。
8.如权利要求5至7之一所述的单相全桥逆变电路的调制方法，其特征在于，所述第一桥臂开关管、第 二桥臂开关管、第三桥臂开关管、第四桥臂开关管为相同型号开关管。
全文摘要
一种单相全桥逆变电路及其电流调制方法，电路包括母线电容、全桥变换电路、滤波电路和第一、二逆阻型IGBT；变换电路输入端M、N对应连接母线电容正、负极、输出端A、B连接滤波电路；IGBT一集电极、发射极及IGBT二发射极、集电极对应连接A、B点；变换电路各桥臂包括开关管与反接的二极管，桥臂一发射极与桥臂二集电极连接点A，桥臂三发射极与桥臂四集电极连接点B；桥臂一集电极与桥臂三集电极连接点M，桥臂二发射极与桥臂四发射极连接点N；方法基于上述电路进行，在输出电压正半周控制IGBT二导通，负半周控制IGBT一导通。本发明提高了逆变器效率，可有效抑制共模电压的脉动，调制效果好。
文档编号H02M7/5387GK103117673SQ20131003745
公开日2013年5月22日 申请日期2013年1月30日 优先权日2013年1月30日
发明者曾建友, 陈高, 曹晓生 申请人:深圳市禾望电气有限公司