逆变电路及光伏逆变器的制作方法

1.本实用新型涉及逆变器技术领域，尤其涉及一种逆变电路及光伏逆变器。


背景技术：

2.光伏逆变器是一种由半导体器件组成的电力调整装置，主要用于把太阳能电池的直流电压转换成常用频率的交流电压。目前，已有的光伏逆变器中的逆变模块包含半导体开关器件和与半导体开关器件对应的反并联二极管，当直流侧发生对地短路或者直流母线短路时，电网通过反并联形成短路回路，由于反并联二极管不可控，此时处于失控状态，使得开关管的损耗过大，易导致开关管失效，从而光伏逆变器故障。
3.上述内容仅用于辅助理解本实用新型的技术方案，并不代表承认上述内容是现有技术。


技术实现要素：

4.本实用新型的主要目的在于提供一种逆变电路及光伏逆变器，旨在解决现有技术光伏逆变器安全性较低的技术问题。
5.为实现上述目的，本实用新型提供了一种逆变电路，所述逆变电路包括逆变模块及故障保护电路，所述逆变模块的输入端与直流端连接，所述逆变模块的输出端与交流端连接，所述故障保护电路的开关控制端与所述逆变模块的开关控制端连接；
6.所述故障保护电路，用于接收直流端故障信号，根据所述直流端故障信号控制所述逆变模块导通或断开；
7.所述逆变模块，用于接收所述直流端输出的直流电压，在处于导通状态时将所述直流电转换为交流电压，将所述交流电压输出至所述交流端。
8.可选地，所述逆变模块包括三相两电平逆变模块，所述三相两电平逆变模块包括第一晶体管、第二晶体管、第一二极管及第二二极管，所述故障保护电路包括第一开关及第二开关；
9.第一晶体管的漏极与第一二极管的阴极连接，第一二极管的阳极与第一开关的第一端连接，第一晶体管的源极分别与第一开关的第二端及第二晶体管的漏极连接，第二晶体管的漏极与第二二极管的阴极连接，第二二极管的阳极与第二开关的第一端连接，第二晶体管的源极与第二开关的第二端连接。
10.可选地，所述逆变模块包括三相三电平逆变模块，所述三相三电平逆变模块包括第三晶体管、第四晶体管、第五晶体管、第六晶体管、第三二极管、第四二极管、第五二极管及第六二极管，所述故障保护电路包括第三开关单元及第四开关单元；
11.第三晶体管的漏极与第三二极管的阴极连接，第三二极管的阳极与第三开关的第一端连接，第三晶体管的源极与第三开关的第二端连接，第四晶体管的漏极与第四二极管的阴极连接，第四二极管的阳极与第四晶体管的源极连接，第五晶体管的漏极与第五二极管的阴极连接，第五二极管的阳极与第五晶体管的源极连接，第六晶体管的漏极与第六二
极管的阴极连接，第六二极管的阳极与第四开关的第一端连接，第六晶体管的源极与第四开关的第二端连接。
12.可选地，所述三相三电平逆变模块还包括第七晶体管、第八晶体管、第九晶体管、第十晶体管、第七二极管、第八二极管、第九二极管、第十二极管、第十一二极管及第十二二极管，所述故障保护电路包括第五开关单元及第六开关单元；
13.第七晶体管的漏极与第七二极管的阴极连接，第七二极管的阳极与第五开关的第一端连接，第七晶体管的源极与第五开关的第二端连接，第八晶体管的漏极与第八二极管的阴极连接，第八二极管的阳极与第八晶体管的源极连接，第九晶体管的漏极与第九二极管的阴极连接，第九晶体管的源极与第九二极管的阳极连接，第十晶体管的漏极与第十二极管的阴极连接，第十二极管的阳极与第六开关的第一端连接，第十晶体管的源极与第六开关的第二端连接，第八晶体管的漏极还与第十一二极管的阴极连接第十一二极管的阳极与第十二二极管的阴极连接，第九晶体管的源极还与第十二二极管的阳极连接。
14.可选地，所述三相三电平逆变模块还包括第十一晶体管、第十二晶体管、第十三晶体管、第十四晶体管、第十三二极管、第十四二极管、第十五二极管、第十六二极管、第十七二极管及第十八二极管，所述故障保护电路包括第七开关单元及第八开关单元；
15.第十一晶体管的漏极与第十三二极管的阴极连接，第十三二极管的阳极与第十一晶体管的源极连接，第十二晶体管的漏极与第十四二极管的阴极连接，第十四二极管的阳极与第七开关的第一端连接，第七开关的第二端与第十二晶体管的源极连接，第十三晶体管的漏极与第十五二极管的阴极连接，第十五二极管的阳极与第八开关的第一端连接，第十三晶体管的源极与第八开关的第二端连接，第十四晶体管的漏极与第十六二极管的阴极连接，第十六二极管的阳极与第十四晶体管的源极连接，第十二晶体管的漏极还与第十七二极管的阴极连接，第十七二极管的阳极与第十八二极管的阴极连接，第十三晶体管的源极还与第十八二极管的阳极连接。
16.可选地，所述三相三电平逆变模块还包括第十五晶体管、第十六晶体管、第十七晶体管、第十八晶体管、第十九晶体管、第二十晶体管、第十九二极管、第二十二极管、第二十一二极管、第二十二二极管、第二十三二极管及第二十四二极管，所述故障保护电路包括第九开关单元及第十开关单元；
17.第十五晶体管的漏极与第十九二极管的阴极连接，第十九二极管的阳极与第九开关的第一端连接，第十五晶体管的源极与第九开关的第二端连接，第十六晶体管的漏极与第二十二极管的阴极连接，第二十二极管的阳极与第十六晶体管的源极连接，第十七晶体管的漏极与第二十一二极管的阴极连接，第二十一二极管的阳极与第十七晶体管的源极连接，第十八晶体管的漏极与第二十二二极管的阴极连接，第二十二二极管的阳极与第十八晶体管的源极连接，第十九晶体管的漏极与第二十三二极管的阴极连接，第二十三二极管的阳极与第十九晶体管的源极连接，第二十晶体管的漏极与第二十四二极管的阴极连接，第二十四二极管的阳极与第十开关的第一端连接，第二十晶体管的源极与第十开关的第二端连接。
18.可选地，所述逆变电路还包括第一滤波模块及第二滤波模块，所述第一滤波模块包括第一电容及第二电容；
19.所述第一电容的第一端与所述直流端的正极连接，所述第一电容的第二端分别与
所述二电容的第一端及所述逆变模块的电压输入端连接，所述第二电容的第二端与所述直流端的负极连接；
20.所述第二滤波模块的电压输入端与所述逆变模块的电压输出端连接，所述第二滤波模块的电压输出端与交流端连接。
21.可选地，所述逆变电路还包括升压模块；
22.所述升压模块的电压输入端与所述直流端的正极连接，所述升压模块的电压输出端与所述逆变模块的电压输入端连接。
23.可选地，所述逆变电路还包括第二十五二极管、第二十六二极管及第二十一晶体管；
24.所述第二十五二极管的阴极与所述升压模块的电压输出端连接，所述第二十五二极管的阳极与所述逆变模块的电压输入端连接；
25.所述第二十一晶体管的漏极分别与所述升压模块的电压输出端及所述第二十六二极管的阴极连接，所述第二十一晶体管的源极分别与所述第二十六二极管的阳极及所述直流端的负极连接。
26.此外，为实现上述目的，本实用新型还提出一种光伏逆变器，所述光伏逆变器包含如上文所述的逆变电路。
27.本实用新型通过逆变电路包括逆变模块及故障保护电路，所述逆变模块的输入端与直流端连接，所述逆变模块的输出端与交流端连接，所述故障保护电路的开关控制端与所述逆变模块的开关控制端连接，所述故障保护电路接收直流端故障信号，根据所述直流端故障信号控制所述逆变模块导通或断开，所述逆变模块接收所述直流端输出的直流电压，在处于导通状态时将所述直流电转换为交流电压，将所述交流电压输出至所述交流端。本实用新型通过在发生故障时才故障保护电路控制逆变模块可靠关断，从而避免形成短路回路，提高安全性。
附图说明
28.图1为本实用新型逆变电路第一实施例的结构示意图；
29.图2为本实用新型逆变电路第二实施例的电路图；
30.图3为本实用新型逆变电路一实施例的逆变模块的电路图。
31.附图标号说明：
32.标号名称标号名称10逆变模块101第一相逆变单元20故障保护电路102第二相逆变单元30第一滤波模块103第一三相逆变单元40第二滤波模块201第一开关单元50升压模块202第二开关单元pv+、pv-直流端的正极、负极203第三开关单元p逆变模块的第一输入端t1～t21第一～第二十一晶体管o逆变模块的第二输入端d1～d26第一～第二十六二极管n逆变模块的第一输出端s1～s10第一～第十开关
s逆变模块的第二输出端c1～c2第一～第二电容
33.本实用新型目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
34.应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
35.参照图1，图1为本实用新型逆变电路第一实施例的结构示意图。
36.本实施例中，所述逆变电路包括逆变模块10及故障保护电路20，所述逆变模块10的输入端与直流端连接，所述逆变模块10的输出端与交流端连接，所述逆变模块10的控制端与所述故障保护电路20的控制端连接。
37.需要说明的是，直流端可以为太阳能电池等用于储能的直流电源，用于提供直流电。交流端可以为交流电网，逆变模块10的输入端与直流端连接，从而接收待转换的直流电压，逆变模块10的输出端与交流端连接，以将逆变得到的交流电压输出至后续连接的交流端，从而为交流端提供交流电力。
38.所述故障保护电路20，用于接收直流端故障信号，根据所述直流端故障信号控制所述逆变模块10导通或断开。
39.可以理解的是，故障保护电路20可以为晶体管等可控半导体器件。直流端故障信号可以表示在直流侧发生对地短路或母线短路故障。
40.易于理解的是，当故障发生时故障保护电路20才控制自身开关断开，以控制逆变模块10断开，其他时间保持常通状态。由于光伏逆变器经常工作在功率因数为1的工况，此时逆变模块10支路中没有电流流过，且仅在有无功电流时才会有电流流过逆变模块10支路，且电流相对较小，从而可以大大降低正常的有功工况损耗。
41.所述逆变模块10，用于接收所述直流端输出的直流电压，在处于导通状态时将所述直流电转换为交流电压，将所述交流电压输出至所述交流端。
42.应当理解的是，逆变模块10可以由半导体开关器件和与半导体开关器件对应的反并联二极管组成，不同组成结构可对应不同的与故障保护电路20的连接方式。
43.易于理解的是，当故障发生时故障保护电路20控制自身开关断开，以控制逆变模块10的反并联二极管所在支路断开，避免形成短路回路，提高安全性。当无故障发生时，逆变模块10可以将直流端的直流电压转换成常用频率的交流电压。
44.本实施例通过逆变电路包括逆变模块10及故障保护电路20，所述逆变模块10的输入端与直流端连接，所述逆变模块10的输出端与交流端连接，所述故障保护电路20的开关控制端与所述逆变模块10的开关控制端连接，所述故障保护电路20接收直流端故障信号，根据所述直流端故障信号控制所述逆变模块10导通或断开，所述逆变模块10接收所述直流端输出的直流电压，在处于导通状态时将所述直流电转换为交流电压，将所述交流电压输出至所述交流端。本实施例通过在发生故障时才故障保护电路20控制逆变模块10可靠关断，从而避免形成短路回路，提高安全性。
45.参考图2，图2为本实用新型逆变电路第二实施例的电路图。
46.基于上述第一实施例，本实施例中，所述逆变模块10以三相逆变模块为例，逆变模块10可以包括第一相逆变单元101、第二相逆变单元102以及第三相逆变单元103，相应得，
所述故障保护电路20可以包括第一开关单元201、第二开关单元202及第三开关单元203。
47.如图2所示，所述第一相逆变单元101的电压输入端与所述直流端连接，所述第一相逆变单元101的电压输出端与所述交流端连接，所述第一相逆变单元101的控制端与所述第一开关单元201的控制端连接；所述第二相逆变单元102的电压输入端与所述直流端连接，所述第二相逆变单元102的电压输出端与所述交流端连接，所述第二相逆变单元102的控制端与所述第二开关单元202的控制端连接；所述第三相逆变单元103的电压输入端与所述直流端连接，所述第三相逆变单元103的电压输出端与所述交流端连接，所述第三相逆变单元103的控制端与所述第三开关单元203的控制端连接。
48.可以理解的是，第一相逆变单元101通过串接第一开关单元201，在故障发生后立即切断第一相逆变单元101的支路，实现故障保护。在光伏逆变器正常工作时，电流不经过第一开关单元201或者仅在特殊工况下流过第一开关单元201，从而降低电力损耗。
49.易于理解的是，第二相逆变单元102通过串接第二开关单元202，在故障发生后立即切断第二相逆变单元102的支路，实现故障保护。在光伏逆变器正常工作时，电流不经过第二开关单元202或者仅在特殊工况下流过第二开关单元202，从而降低电力损耗。
50.应当理解的是，第三相逆变单元103通过串接第三开关单元203，在故障发生后立即切断第三相逆变单元103的支路，实现故障保护。在光伏逆变器正常工作时，电流不经过第三开关单元203或者仅在特殊工况下流过第三开关单元203，从而降低电力损耗。
51.需要说明的是，逆变电路可包括三相三电平的逆变电路或三相两电平的逆变电路，即逆变模块为三相三电平逆变模块或三相两电平逆变模块，其中三相三电平逆变模块或三相两电平逆变模块中均可包括第一相逆变单元101、第二相逆变单元102及第三相逆变单元103，且相应地，故障保护电路20均可包括第一开关单元201、第二开关单元202及第三开关单元203。
52.应当理解的是，如图3，图3为本实用新型逆变电路一实施例的逆变模块的电路图，逆变模块10的可具有不同的电路结构，图3a为三相两电平逆变模块的一个逆变单元，图3b、图3c及图3d图3e分别为三相三电平逆变模块的一个逆变单元。其中，第一开关单元201、第二开关单元202及第三开关单元203均可为三相两电平逆变模块的逆变单元或三相三电平逆变模块中的一个逆变单元。故障保护电路20包括第一开关1至第十开关10。p为逆变模块10的第一输入端，o为逆变模块10的第二输入端，n为逆变模块10的第一输出端，s为逆变模块10的第二输出端。
53.在具体实现中，如图3a，第一晶体管t1的漏极与第一二极管d1的阴极连接，第一二极管d1的阳极与第一开关s1的第一端连接，第一晶体管t1的源极分别与第一开关s1的第二端及第二晶体管t2的漏极连接，第二晶体管t2的漏极与第二二极管d2的阴极连接，第二二极管d2的阳极与第二开关s2的第一端连接，第二晶体管t2的源极与第二开关s2的第二端连接。
54.如图3b，第三晶体管t3的漏极与第三二极管d3的阴极连接，第三二极管d3的阳极与第三开关s3的第一端连接，第三晶体管t3的源极与第三开关s3的第二端连接，第四晶体管t4的漏极与第四二极管d4的阴极连接，第四二极管d4的阳极与第四晶体管t4的源极连接，第五晶体管t5的漏极与第五二极管d5的阴极连接，第五二极管d5的阳极与第五晶体管t5的源极连接，第六晶体管t6的漏极与第六二极管d6的阴极连接，第六二极管d6的阳极与
第四开关s4的第一端连接，第六晶体管t6的源极与第四开关s4的第二端连接。
55.如图3c，第七晶体管t7的漏极与第七二极管d7的阴极连接，第七二极管d7的阳极与第五开关s5的第一端连接，第七晶体管t7的源极与第五开关s5的第二端连接，第八晶体管t8的漏极与第八二极管d8的阴极连接，第八二极管d8的阳极与第八晶体管t8的源极连接，第九晶体管t9的漏极与第九二极管d9的阴极连接，第九晶体管t9的源极与第九二极管d9的阳极连接，第十晶体管t10的漏极与第十二极管d10的阴极连接，第十二极管d1的阳极与第六开关s6的第一端连接，第十晶体管t10的源极与第六开关s6的第二端连接，第八晶体管t8的漏极还与第十一二极管d11的阴极连接第十一二极管d11的阳极与第十二二极管d12的阴极连接，第九晶体管t9的源极还与第十二二极管d12的阳极连接。
56.如图3d，第十一晶体管t11的漏极与第十三二极管d13的阴极连接，第十三二极管d13的阳极与第十一晶体管t11的源极连接，第十二晶体管t12的漏极与第十四二极管d14的阴极连接，第十四二极管d14的阳极与第七开关s7的第一端连接，第七开关s7的第二端与第十二晶体管t12的源极连接，第十三晶体管t13的漏极与第十五二极管d15的阴极连接，第十五二极管d15的阳极与第八开关s8的第一端连接，第十三晶体管t13的源极与第八开关s8的第二端连接，第十四晶体管t14的漏极与第十六二极管d16的阴极连接，第十六二极管d16的阳极与第十四晶体管t14的源极连接，第十二晶体管t12的漏极还与第十七二极管d17的阴极连接，第十七二极管d17的阳极与第十八二极管d18的阴极连接，第十三晶体管t13的源极还与第十八二极管d18的阳极连接。
57.如图3e，第十五晶体管t15的漏极与第十九二极管d19的阴极连接，第十九二极管d19的阳极与第九开关s9的第一端连接，第十五晶体管t15的源极与第九开关s9的第二端连接，第十六晶体管t16的漏极与第二十二极管d20的阴极连接，第二十二极管d2的阳极与第十六晶体管t16的源极连接，第十七晶体管t17的漏极与第二十一二极管d21的阴极连接，第二十一二极管d21的阳极与第十七晶体管t17的源极连接，第十八晶体管t18的漏极与第二十二二极管d22的阴极连接，第二十二二极管d22的阳极与第十八晶体管t18的源极连接，第十九晶体管t19的漏极与第二十三二极管d23的阴极连接，第二十三二极管d23的阳极与第十九晶体管t19的源极连接，第二十晶体管t20的漏极与第二十四二极管d24的阴极连接，第二十四二极管d24的阳极与第十开关s10的第一端连接，第二十晶体管t20的源极与第十开关s10的第二端连接。
58.本实施例中，所述逆变电路还包括第一滤波模块30，所述第一滤波模块30包括第一电容c1及第二电容c2。
59.所述第一电容c1的第一端与所述直流端的正极pv+连接，所述第一电容c1的第二端分别与所述二电容的第一端及所述逆变模块10的电压输入端连接，所述第二电容c2的第二端与所述直流端的负极pv-连接。
60.需要说明的是，第一滤波模块30包括第一电容c1及第二电容c2时，逆变电路可为三相三电平的逆变电路，第一滤波模块30只包括第一电容c1时逆变电路可为三相两电平的逆变电路。第一电容c1及第二电容c2均为滤波电容，用于滤出输入逆变模块10的直流电压中的杂波。
61.本实施例中，所述逆变电路还包括第二滤波模块40。
62.所述第二滤波模块40的电压输入端与所述逆变模块10的电压输出端连接，所述第
二滤波模块40的电压输出端与交流端连接。
63.应当理解的是，第二滤波模块40具有滤波功能，用于滤出输出至交流端的交流电压中的杂波。
64.本实施例中，所述逆变电路还包括升压模块50。
65.所述升压模块50的电压输入端与所述直流端的正极pv+连接，所述升压模块50的电压输出端与所述逆变模块10的电压输入端连接。
66.应当理解的是，升压模块50具有升压功能，用于将直流端的直流电压升压到光伏逆变器输出控制所需的直流电压。
67.所述逆变电路还包括第二十五二极管d25。
68.所述第二十五二极管d25的阴极与所述升压模块50的电压输出端连接，所述第二十五二极管d25的阳极与所述逆变模块10的电压输入端连接。
69.所述逆变电路还包括第二十一晶体管t21及第二十六二极管d2。
70.所述第二十一晶体管t21的漏极分别与所述升压模块50的电压输出端及所述第二十六二极管d26的阴极连接，所述第二十一晶体管t21的源极分别与所述第二十六二极管d26的阳极及所述直流端的负极pv-连接。
71.可以理解的是，第二十五二极管d25可用于整流，使升压模块50输出的电流电压按预定方向输出。第二十一晶体管t21与第二十六二极管d26可用于实现开关功能。
72.本实施例逆变模块10包括第一相逆变单元101、第二相逆变单元102及第三相逆变单元103，故障保护电路20包括第一开关单元201、第二开关单元202及第三开关单元203，逆变电路还包括第一滤波模块30、第二滤波模块40、升压模块50、第一二极管d1、第一晶体管t1及第二二极管d2，当故障发生时第一开关单元201、第二开关单元202及第三开关单元203控制自身开关断开，以控制对应的第一相逆变单元101、第二相逆变单元102及第三相逆变单元103的反并联二极管所在支路断开，避免形成短路回路，提高安全性。当无故障发生时，第一开关单元201、第二开关单元202及第三开关单元203可以将直流端的直流电压转换成常用频率的交流电压，升压模块50进行升压，第一滤波模块30与第二滤波模块40进行两次滤波，提高光伏逆变器使用性能。
73.此外，本实用新型实施例还提出一种光伏逆变器，所述光伏逆变器包含如上文所述的逆变电路。
74.由于本光伏逆变器采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。
75.应当理解的是，以上仅为举例说明，对本实用新型的技术方案并不构成任何限定，在具体应用中，本领域的技术人员可以根据需要进行设置，本实用新型对此不做限制。
76.需要说明的是，以上所描述的工作流程仅仅是示意性的，并不对本实用新型的保护范围构成限定，在实际应用中，本领域的技术人员可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部来实现本实施例方案的目的，此处不做限制。
77.另外，未在本实施例中详尽描述的技术细节，可参见本实用新型任意实施例所提供的逆变电路，此处不再赘述。
78.此外，需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者系统不仅包括那些要
素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者系统中还存在另外的相同要素。
79.上述本实用新型实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
80.以上仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。