一种宽禁带高频高功率密度逆变方法及其系统与流程

本发明涉及一种宽禁带高频高功率密度逆变方法及其系统。

背景技术：

双buck高频逆变技术此前有相关文献报导在燃料电池系统中实现电能逆变，在3kw功率，250khz开关频率下实现99％的转换效率。

非隔离光伏并网逆变器存在共模漏电流的本质缺陷，需要通过添加额外电路消除漏电流，如h5桥拓扑、heric拓扑、h6桥拓扑及各种变异结构，由于国外光伏企业对一些拓扑申请专利保护，导致国内企业只能采用一些较复杂的电路结构解决共模漏电流。

双buck逆变技术在不增加电路的基础上解决了共模漏电流，而且功率桥续流电流不通过反并联二极管，可以使用碳化硅二极管解决原先功率器件反并联二极管中的反向恢复问题，适合逆变器的非隔离型、高频开关特点。

技术实现要素：

本发明是一款完全创新性的基于宽禁带器件的光伏微逆变产品，采用200khz高频两级结构，在保持微型逆变器原有高功率密度、独立控制、组件级监控、智能运维等特点的基础上，借鉴传统组串式逆变器拓扑简单，元器件数量少，成本低的优势，完成高性价比微型逆变器产品开发。

1)高效率电能变换的实现

随着功率器件开关频率提高，开关损耗也相应增大，要实现本项目96％的整机效率，常规技术存在较大难度。碳化硅、氮化镓宽禁带功率器件具有开关速度快、导通电阻小、零反向恢复时间等特点，在军工、高温高频特种电源等特殊场合已经得到应用。本发明采用碳化硅二极管和氮化镓mosfet替代传统硅功率器件，通过对驱动和保护电路、安装工艺、系统参数进行设计，以便满足宽禁带功率器件的要求；同时为了进一步提升系统效率，前级boost升压电路采用准谐振软开关技术，利用mosfet寄生电容和升压电感形成的自然谐振，通过捕获电压过零点信号实现功率器件零电压开通，降低器件开关损耗。

2)共模漏电流抑制问题的解决

传统非隔离组串式逆变器由于电路本质缺陷，不可避免的存在共模漏电流问题，各个厂家为了解决此问题，通过增加额外控制电路抑制漏电流，造成系统复杂性增加，成本增加。本发明采用双buck逆变技术，在不增加额外电路的基础上，通过控制技术抑制共模电压，从而解决漏电流问题。

附图说明

图1是本发明的控制板外观图

具体实施方式

1)在逆变器产品中首次采用双buck高频变换技术，为了实现高功率密度，本发明将开关频率从传统组串式逆变器20khz提高到200khz左右，减小并网端无源器件体积；采用coolmosfet等新型硅器件能够实现200khz左右的开关频率，但是mosfet功率管寄生的反并联二极管反向特性较差，造成emc干扰、效率低、误触发等一系列问题，因此传统组串式逆变器h桥结构在本项目中不再适用。本发明采用新型双buck高频逆变技术，再集合碳化硅功率器件，实现高功率密度、高效率微型逆变器设计需求。同时该方案规避了非隔离型光伏逆变器漏电流问题，前级可以使用电路简单的非隔离方案。

2)前级升压电路仍然采用boost结构，开关频率从20khz提高到200khz左右，减小储能电感、电容的体积和成本，随着频率的升高，变换效率将持续下降，本发明采用准谐振软开关技术，在不额外增加元器件的基础上，利用分布电容的谐振实现功率开关的软开关，通过采用新型氮化镓功率器件，进一步提升效率。

3)优化设计高频磁性元件，为了满足系统高频、高功率密度设计目标，需要从磁性器件材料，制作工艺进行优化设计，本发明采用平面变压器技术，充分减小无源器件体积。

技术特征：

技术总结
本发明是一种宽禁带高频高功率密度逆变方法及一款宽禁带光伏微型逆变器产品。通过宽禁带高频高功率密度逆变技术、双buck高频拓扑变换技术、OFDM电力线载波监控技术、云智能故障诊断技术等多学科的有机融合，开发出实现高功率密度、低成本、宽禁带应用、智能监控等特点的一种宽禁带高频高功率密度逆变方法及产品。通过本发明，能够将光伏微型逆变器产品在目前成本的基础上，下降50％，基本接近市场主流的组串式逆变器价格，一旦此产品完成量产，具有很大的市场竞争优势，特别适合目前我们国内分布式光伏市场的特点，将对传统式逆变器形成有力冲击，改变目前我国微型逆变器在市场中的格局。

技术研发人员：杨宇;李伟铭
受保护的技术使用者：南京聚鲲物联网科技有限公司
技术研发日：2017.05.31
技术公布日：2018.12.11