非隔离型全桥逆变器的六开关管电路拓扑及其监测方法
【专利摘要】本发明公开了一种非隔离型全桥逆变器的六开关管电路拓扑，在现有六开关管电路拓扑的基础上，所述第一电感L1连接有第一电容C1的一端，并且所述第一电容C1的一端分别与电网的L线、第二电容C2的一端连接，所述第一电容C1的另一端与第二电容C2的一端连接且连接第一电阻R1的一端；所述第二电容C2的另一端与第二电感L2的另一端连接，并且与电网的N线连接；所述第一电阻R1的另一端连接直流母线的阴极或者阳极；本发明还公开了一种非隔离型全桥逆变器的六开关管电路拓扑的监测方法，本发明通过检测第一电阻R1两端的电压，能够判断出第五开关管、第六开关管是否失效，进而及时关断保护逆变器，避免逆变器进一步损坏。
【专利说明】非隔离型全桥逆变器的六开关管电路拓扑及其监测方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于非隔离型全桥逆变器的六开关管电路拓扑【技术领域】，具体设及一种非 隔离型全桥逆变器的六开关管电路拓扑及其监测方法。
【背景技术】
[0002] 现有的非隔离型全桥逆变器的六开关管电路拓扑采用的调制方式为单极性调制， 即在电网正半周时，Sg常通，S 1和S e同时导通关断，S 2、S3、S4常关；在电网负半周时，S 2常 通，S3和S 4同时导通关断，S 1、Ss、Se常关。
[0003] 在该控制方式下，开关管S3和Se-旦发生损坏或者其驱动电路发生故障，逆变器 仍能维持其工作状态，只是会带来电流谐波，并增大电路的共模干扰，而电路系统自身无法 监测到该故障。
【发明内容】
[0004] 有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种非隔离型全桥逆变器的六开关管电路 拓扑及其监测方法。
[0005] 为达到上述目的，本发明的技术方案是该样实现的：
[0006] 本发明实施例提供一种非隔离型全桥逆变器的六开关管电路拓扑，包括第一开关 管Si、第二开关管S2、第=开关管S3、第四开关管S4、第五开关管Ss、第六开关管Se、第一二极 管〇1、第二二极管〇2、第一电感Li、第二电感L,;所述第一开关管S 1的漏极和第四开关管S 4 的漏极与直流母线的阳极连接，所述第一开关管Si的源极和第二开关管S 2的漏极连接，所 述第二开关管S,的源极和第=开关管S 3的漏极连接，所述第=开关管S 3的源极和第六开关 管Se的源极与直流母线的阴极连接，所述第四开关管S 4的源极与第五开关管S 5的漏极连 接，第五开关管Sg的源极与第六开关管S e的漏极连接，所述第一二极管D 1的阴极与第一开 关管的Si的源极连接，所述第一二极管D 1的阳极与第五开关管S 5的源极连接，所述第二二 极管化的阴极与第四开关管的S 4的源极连接，所述第二二极管D 2的阳极与第二开关管S 2 的源极连接，所述第一电感Li的一端连接电网的L线，另一端与第一开关管S 1的源极连接， 所述第二电感L,的一端连接电网的N线，另一端与第四开关管S 4的源极连接；所述第一电 感Li连接有第一电容C 1的一端，并且所述第一电容C 1的一端分别与电网的L线、第二电容 C2的一端连接，所述第一电容C 1的另一端与第二电容C 2的一端连接且连接第一电阻R 1的 一端；所述第二电容C2的另一端与第二电感L2的另一端连接，并且与电网的N线连接；所 述第一电阻Ri的另一端连接直流母线的阴极或者阳极。
[0007] 本发明实施例还提供一种非隔离型全桥逆变器的六开关管电路拓扑的监测方法， 该方法为；根据六开关管电路拓扑中第一电阻Ri两端的电压确定第五开关管、第六开关管 是否失效。
[000引上述方案中，该方法具体为：在电网正半周时，第五开关管Sg常通，第一开关管S 1 和第六开关管Se高频工作，同时导通关断，第二开关管S 2、第=开关管S3、第四开关管S4常 关，在第一开关管Si和第六开关管s巧通时，V a= Vbus，Vb= 0, V= 0 ;第一开关管S1和 第六开关管Se关断时，第一开关管S 1两端的电压由0变为0. 5V bus，第二开关管S2两端的电 压由Vbus变为0. 5Vbus，第六开关管S6两端的电压由0变为0. 5Vbus，V= 0 ;所述第一电阻 两端的采样电压即为0V，控制器判断第六开关管Se为有效。
[0009] 上述方案中，该方法具体为；在第一开关管Si、第六开关管Se开通时，￥。= Vbu,，Vb =O.SVbus，Vri= 0.25Vbus，第一电阻Ri两端的采样电压即为0.25Vbus，控制器即可判断出第 六开关管Se失效，进而关断逆变器。
[0010] 上述方案中，该方法具体为；在第一开关管Si、第六开关管Se关断时，Va=0.5V bus， Vb= 0, Vki= -0.25￥6心第一电阻而两端的采样电压即为-0.25￥6。日，控制器即可判断出第 六开关管Se失效，进而关断逆变器。
[0011] 上述方案中，该方法具体为：在电网负半周时，第二开关管S2常通，第=开关管S3 和第四开关管S4高频工作，同时导通关断，第一开关管S 1、第五开关管Sg、第六开关管Se常 关，在第S开关管S3和第四开关管S 4开通时，a点的电压V。。= 0, b点的电压V w= V bu,，电 阻Ri两端的电压V w= 0 ;第S开关管S 3和第四开关管S 4关断时，第S开关管S 3两端的电 压由0变为0. 5Vbus，第五开关管Se两端的电压由Vbu/变为0. 5Vbus，第四开关管S4两端的电 压由0变为0. 5Vbus，V= 0 ;所述第一电阻R 1两端的采样电压即为0V，控制器判断第S开 关管S3为有效。
[0012] 上述方案中，该方法具体为；在第S开关管S3、第四开关管S4开通时，￥。。= 0. 5Vbus，Vb〇= Vbus，VRi= 0.25Vbus，第一电阻Ri两端的采样电压即为0.25Vbus，控制器即可判 断出第=开关管S3失效，进而关断逆变器。
[0013] 上述方案中，该方法具体为；在第S开关管S3、第四开关管S4关断时，￥。。= 0, Vb。 =0. 5Vbus，Vri= -0. 25Vbus，第一电阻Ri两端的采样电压即为-0. 25Vbus，控制器即可判断出 第=开关管S3失效，进而关断逆变器。
[0014] 与现有技术相比，本发明通过检测第一电阻Ri两端的电压，能够判断出第五开关 管、第六开关管是否失效，进而及时关断保护逆变器，避免逆变器进一步损坏；同时，通过本 发明将逆变回路中的高频噪声通过电阻传递回母线电容，进一步减小电路的共模干扰。
【专利附图】
【附图说明】
[0015] 图1为本发明的六开关管电路拓扑的电路图。
【具体实施方式】
[0016] 下面结合附图和【具体实施方式】对本发明进行详细说明。
[0017] 本发明实施例提供一种非隔离型全桥逆变器的六开关管电路拓扑，如图1所示， 包括第一开关管Si、第二开关管S2、第=开关管S3、第四开关管S4、第五开关管Sg、第六开关 管Se、第一二极管〇1、第二二极管〇2、第一电感Li、第二电感L2;所述第一开关管S 1的漏极和 第四开关管S4的漏极与直流母线的阳极连接，所述第一开关管S 1的源极和第二开关管S 2 的漏极连接，所述第二开关管S2的源极和第S开关管S 3的漏极连接，所述第S开关管S 3的 源极和第六开关管Se的源极与直流母线的阴极连接，所述第四开关管S4的源极与第五开关 管Sg的漏极连接，第五开关管S 5的源极与第六开关管S e的漏极连接，所述第一二极管D 1的 阴极与第一开关管的Si的源极连接，所述第一二极管D 1的阳极与第五开关管S 5的源极连 接，所述第二二极管化的阴极与第四开关管的S 4的源极连接，所述第二二极管D 2的阳极与 第二开关管S2的源极连接，所述第一电感L 1的一端连接电网的L线，另一端与第一开关管 Si的源极连接，所述第二电感L 2的一端连接电网的N线，另一端与第四开关管S 4的源极连 接；所述第一电感Li连接有第一电容C 1的一端，并且所述第一电容C 1的一端分别与电网的 L线、第二电容C,的一端连接，所述第一电容C 1的另一端与第二电容C 2的一端连接且连接 第一电阻Ri的一端；所述第二电容C2的另一端与第二电感L2的另一端连接，并且与电网的 N线连接；所述第一电阻Ri的另一端连接直流母线的阴极或者阳极。
[0018] 本发明实施例还提供一种非隔离型全桥逆变器的六开关管电路拓扑的监测方法， 该方法为；根据六开关管电路拓扑中第一电阻Ri两端的电压确定第=开关管、第六开关管 是否失效。
[0019] 该方法具体为：在电网正半周时，第五开关管Sg常通，第一开关管Si和第六开关 管Se高频工作，同时导通关断，第二开关管S 2、第=开关管S3、第四开关管S4常关，在第一开 关管Si和第六开关管S巧通时，a点的电压V。。= V bus，b点的电压\。= 0,电阻R巧端的 电压V= 0 ;第一开关管S 1和第六开关管S e关断时，第一开关管S 1两端的电压由0变为 0. 5Vbus，第二开关管S2两端的电压由Vbu/变为0. 5Vbus，第六开关管Se两端的电压由0变为 0.5Vbus，V= 0 ;所述第一电阻R巧端的采样电压即为0V，控制器判断第六开关管Se为有 效。
[0020] 如果第六开关管Se失效，开关管失效一般可W归纳为两种情况：
[0021] (1).开关管Se的驱动（开通）失效或者不能完全开通，表现在开通时段内开光管 的压降增大。在Si，Se开通时，￥。。= Vbu日，Vb〇= 0. 5Vbu日，Vki= 0. 25Vbu日，第一电阻两端的采 样电压即为0.25Vbus，控制器即可判断出第六开关管Se已经失效，进而关断逆变器。
[0022] (2).开关管Se的驱动（关断）失效或者被击穿损坏，表现在关断时段内无法关 断。在第一开关管Si，第六开关管Se关断时，V,〇= 0. 5Vbu日，Vb〇= 〇，Vki= -0. 25Vbu日，第一电 阻Ri两端的采样电压即为-0. 25V bus，控制器即可判断出第六开关管Se已经失效，进而关断 逆变器。
[002引（1).该方法具体为；在第一开关管Si、第六开关管Se开通时，￥。。= Vbu,，心二 0. 5Vbus，Vri= 0. 25Vbus，第一电阻Ri两端的采样电压即为0. 25Vbus，控制器即可判断出第六 开关管Se失效，进而关断逆变器。
[0024] (2).该方法具体为；在第一开关管Si、第六开关管Se关断时，V。。= 0. 5Vbus，Vb〇 = 0，Vm=-0.25Vbus，第一电阻Ri两端的采样电压即为-0.25Vbus，控制器即可判断出第六开关 管Se失效，进而关断逆变器。
[0025] 该方法具体为：在电网负半周时，第二开关管S2常通，第S开关管S3和第四开关 管S4高频工作，同时导通关断，第一开关管S 1、第五开关管Sg、第六开关管Se常关，在第=开 关管S3和第四开关管S巧通时，a点的电压V。。= 0, b点的电压V b〇= V bus，电阻Ri两端的 电压V= 0 ;第S开关管S 3和第四开关管S 4关断时，第S开关管S 3两端的电压由0变为 0. 5Vbus，第五开关管Sg两端的电压由V bu/变为0. 5V bus，第四开关管S4两端的电压由0变为 0. 5Vbus，V= 0 ;所述第一电阻R巧端的采样电压即为0V，控制器判断第S开关管S 3为有 效。
[0026] 如果第S开关管S3失效，开关管失效一般可W归纳为两种情况：
[0027] (1).开关管S3的驱动（开通）失效或者不能完全开通，表现在开通时段内开光管 的压降增大，在第立开关管S3,第四开关管S4开通时，V,〇=0.5Vbus，Vb〇=Vbus，V=〇.25Vbu,， 第一电阻Ri两端的采样电压即为0.25Vbus，控制器即可判断出开关管S3已经失效，进而关断 逆变器。
[002引 （2).开关管S3的驱动（关断）失效或者被击穿损坏，表现在关断时段内无法关 断，在第S开关管S3, S4关断时，V a0= 0, Vb0= 0. 5Vbus，Vr1= -0. 25Vbus，第一电阻Rl两端的 采样电压即为-0.25Vbus，控制器即可判断出开关管S3已经失效，进而关断逆变器。
[0029] (1).该方法具体为：在第S开关管S3、第四开关管S4开通时，V。。= 0. 5Vbus，\。= Vbu日，Vki= 0. 25Vbu日，第一电阻Ri两端的采样电压即为0. 25Vbu日，控制器即可判断出第；开关 管S3失效，进而关断逆变器。
[0030] (2).该方法具体为：在第；开关管S3、第四开关管S4关断时，￥。。= 0, Vb〇 = 0. 5Vbu日，Vki= -0. 25Vbu日，第一电阻Ri两端的采样电压即为-0. 25Vbu日，控制器即可判断出第 =开关管S3失效，进而关断逆变器。
[0031] 所述第一电阻Ri两端的的采样电压通过W下电压回路方程得到：
[003引-VaO+Vu+VVL2+VbO= 0 (1)
[003引 Vci+Vn=Vg 似
[0034] Vci=Va〇-VLrVRi 做
[0035] Vc2=-V,〇-Vl2+V,i (4)
[0036] 式（3)与式（4)相减，得；
[0037] 咕-记 4咕-％) 口）
[003引第一电感Li与第二电感L2的电感量相同，所产生的感应电压也相同，故式巧）中 的 Vl2-Vl1=0,得：
[00训咕=f化0 寺枯-尽!） 倒
[0040] 进而，由式（1)得出：
[0041 ]咕== I 化B - F浦一F査） (7)
[00创将式（7)带入式（3)、（4)，得出：
[00创 柏=f 化0 4 I'k 夸 W - Ik (8)
[0044] %。IC-'才团因-吗2奇。非紅 (9)
[0045] 电容Cl与C 2的值相同，其连接点的电位被直流母线的阴极通过第一电阻R 1错位， 电路进入稳态后，电容Cl与C巧端的电压，在电网的错制作用下同向变化，流过电容Cl的 电流与流过电容C2的电流相等，而流经电阻R 1的电流几乎为0,电阻两端的压降约等于0。 故式巧)，式（9)等效为式（10)，式（11):
[0046] &1 =批《+巧 (10)
[0047] 跨2 = fC一&as 令。
[0048] 结合式（10)，式（11)，式化）可改写为式（12):
[0049] 尽玉。!化〇4&啼-1^巧）
[0化0] W上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。
【权利要求】
1. 一种非隔离型全桥逆变器的六开关管电路拓扑，其特征在于：包括第一开关管31、第 二开关管S2、第三开关管S3、第四开关管S4、第五开关管S5、第六开关管S 6、第一二极管Di、第 二二极管D2、第一电感U、第二电感L2;所述第一开关管S i的漏极和第四开关管S 4的漏极 与直流母线的阳极连接，所述第一开关管&的源极和第二开关管S2的漏极连接，所述第二 开关管S2的源极和第三开关管S 3的漏极连接，所述第三开关管S 3的源极和第六开关管S 6的源极与直流母线的阴极连接，所述第四开关管S4的源极与第五开关管S 5的漏极连接，第 五开关管S5的源极与第六开关管S 6的漏极连接，所述第一二极管D i的阴极与第一开关管 的Si的源极连接，所述第一二极管D i的阳极与第五开关管S 5的源极连接，所述第二二极管 D2的阴极与第四开关管的S 4的源极连接，所述第二二极管D 2的阳极与第二开关管S 2的源 极连接，所述第一电感1^的一端连接电网的L线，另一端与第一开关管Si的源极连接，所述 第二电感L2的一端连接电网的N线，另一端与第四开关管S 4的源极连接；所述第一电感L 1 连接有第一电容Q的一端，并且所述第一电容C i的一端分别与电网的L线、第二电容02的 一端连接，所述第一电容Q的另一端与第二电容C2的一端连接且连接第一电阻1^的一端； 所述第二电容C2的另一端与第二电感L 2的另一端连接，并且与电网的N线连接；所述第一 电阻&的另一端连接直流母线的阴极或者阳极。
2. -种非隔离型全桥逆变器的六开关管电路拓扑的监测方法，其特征在于，该方法为： 根据六开关管电路拓扑中第一电阻&两端的电压确定第五开关管、第六开关管是否失效。
3. 根据权利要求2所述的非隔离型全桥逆变器的六开关管电路拓扑的监测方法，其特 征在于，该方法具体为：在电网正半周时，第五开关管S5常通，第一开关管S i和第六开关管 &高频工作，同时导通关断，第二开关管S 2、第三开关管S3、第四开关管S4常关，在第一开关 管Si和第六开关管S 6开通时，v a= V bus，Vb= 0，V K1= 0 ;第一开关管s i和第六开关管s 6 关断时，第一开关管Si两端的电压由0变为0. 5Vbus，第二开关管S2两端的电压由Vbu/变为 0. 5Vbus，第六开关管S6两端的电压由0变为0. 5Vbus，VK1= 0 ;所述第一电阻两端的采样电 压即为0V，控制器判断第六开关管&为有效。
4. 根据权利要求2或3所述的非隔离型全桥逆变器的六开关管电路拓扑的监测方法， 其特征在于，该方法具体为：在第一开关管Si、第六开关管S6开通时，Va=Vbus，V b=0.5Vbus， VK1=0.25Vbus，第一电阻札两端的采样电压即为0.25Vbus，控制器即可判断出第六开关管S 6失效，进而关断逆变器。
5. 根据权利要求2或3所述的非隔离型全桥逆变器的六开关管电路拓扑的监测方法， 其特征在于，该方法具体为：在第一开关管Si、第六开关管S6关断时，Va= 0. 5Vbus，Vb= 0， VK1= -0. 25Vbus，第一电阻札两端的采样电压即为-0. 25Vbus，控制器即可判断出第六开关管 S6失效，进而关断逆变器。
6. 根据权利要求2所述的非隔离型全桥逆变器的六开关管电路拓扑的监测方法，其特 征在于，该方法具体为：在电网负半周时，第二开关管S2常通，第三开关管S3和第四开关管 &高频工作，同时导通关断，第一开关管S i、第五开关管S5、第六开关管S6常关，在第三开 关管S3和第四开关管S 4开通时，a点的电压V a(l= 0, b点的电压V M= V bus，电阻札两端的 电压VK1= 0 ;第三开关管S 3和第四开关管S 4关断时，第三开关管S 3两端的电压由0变为 〇. 5Vbus，第五开关管S5两端的电压由V bu/变为0. 5V bus，第四开关管S4两端的电压由0变为 〇. 5Vbus，VK1= 0 ;所述第一电阻R i两端的采样电压即为0V，控制器判断第三开关管S 3为有 效。
7. 根据权利要求2或6所述的非隔离型全桥逆变器的六开关管电路拓扑的监测方法， 其特征在于，该方法具体为：在第三开关管S3、第四开关管&开通时，Va(l=0.5V bus，Vb(l = Vbus，VK1= 0. 25Vbus，第一电阻札两端的采样电压即为0. 25Vbus，控制器即可判断出第三开关 管&失效，进而关断逆变器。
8. 根据权利要求2或6所述的非隔离型全桥逆变器的六开关管电路拓扑的监测方法， 其特征在于，该方法具体为：在第三开关管S3、第四开关管&关断时，Va(l= 0，Vb(l= 0. 5Vbus， VK1= -0. 25Vbus，第一电阻札两端的采样电压即为-0. 25Vbus，控制器即可判断出第三开关管 S3失效，进而关断逆变器。
【文档编号】H02M7/48GK104485829SQ201410851294
【公开日】2015年4月1日 申请日期:2014年12月31日 优先权日:2014年12月31日
【发明者】陈桥梁, 朱飞, 倪嘉 申请人:西安龙腾新能源科技发展有限公司