專利名稱：高頻隔離并網(wǎng)逆變電路的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種高頻隔離并網(wǎng)逆變電路。
背景技術：
帶有變壓器隔離的并網(wǎng)逆變器，能做到輸入輸出電氣隔離，能更好的解決電磁干 擾問題和電氣安全問題。某些場合下，需要用到隔離型的逆變器，如安裝Back-contact電池板和薄膜太陽 能電池板的家庭用戶發(fā)電單元，考慮到Back-contact電池板的表面極化現(xiàn)象，需要電池板 對地呈負極性，阻斷漏電流發(fā)生，提高發(fā)電效率。而對于薄膜電池，為了不影響電池板本身 的性能(如腐蝕等)，需要電池板對地呈正極性，這時候需要把電池板的正或者負端接地， 相對于沒有帶隔離變壓器的逆變器，帶有隔離變壓器的逆變器則能很方便的做到這一點。另外，某些國家基于安全考慮規(guī)定本國銷售的太陽能發(fā)電逆變器需要增加電氣隔 離環(huán)節(jié)，以保證太陽能發(fā)電的前后級電氣隔離，進一步減少發(fā)生意外電擊傷人事故。一般隔離型逆變器分為兩種低頻隔離和高頻隔離。低頻隔離逆變器需要龐大體 積的低頻變壓器隔離，體積大，重量重，造價高，安裝極其不方便。另外一種是高頻隔離逆變 器，一般高頻隔離是首先進行直流高頻隔離，整流后再進行高頻逆變。此種電路具有開關損 耗大，部分開關管應力考慮要求高等的缺陷。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種高頻隔離并網(wǎng)逆變電路，它結構簡單、性能穩(wěn)定，整體 轉換效率高，高頻隔離變壓器利用率高、開關損耗少，體積小、重量輕。本發(fā)明電路的技術方案是一種高頻隔離并網(wǎng)逆變電路，它包括帶隔離的高頻調 制單元、負責分切交流電正負半周期的周波逆變器單元，所述帶隔離的高頻調制單元連接 周波逆變器單元。下面對上述技術方案進行進一步的解釋更進一步地，所述帶隔離的高頻調制單元依次包括對輸入的直流進行正弦調制使 其產(chǎn)生基于正弦的高頻脈沖的高頻SPWM調制單元、高頻變壓器TX1、二極管整流單元。更進一步地，所述高頻隔離并網(wǎng)逆變電路還包括有電感電容濾波單元，周波逆變 器單元連接電感電容濾波單元。更進一步地，所述高頻SPWM調制單元可以選自半橋電路、全橋電路、或推挽電路。更進一步地，所述電感電容濾波單元位于周波逆變器單元輸出端，所述周波逆變 器單元連接電感電容濾波單元。所述電感電容濾波單元包括至少一個電感，可以是一個電感，也可以是兩個電感 或多個電感。電感可串聯(lián)在周波逆變器單元輸出端的任何一個電極上，也可以是兩個電感 (或多個電感)分別串聯(lián)在不同電極上。在濾波電感之后的兩個電極間并聯(lián)有濾波電容。即電容位于電感的輸出端，且并聯(lián)于電網(wǎng)的兩極間。因發(fā)電逆變器通常為并網(wǎng)逆變器，在市電Vac側可能會有比較高的surge (浪涌) 等產(chǎn)生，采取電感電容濾波單元位于周波逆變器單元輸出端的設計，因為后級有電感，電容 作為阻擋，可以大大減少瞬間的高壓或者大電流的損害幾率。同時，因本發(fā)明的電感續(xù)流的 路徑比較短，經(jīng)過的元件比較少，所以損耗也比較小，具有更高的效率改善空間。本發(fā)明更優(yōu)選的技術方案所述高頻SPWM調制單元包括由開關管S1、開關管S2、 開關管S3、開關管S4構成的全橋電路；所述二極管整流單元包括由二極管D1、二極管D2、 二極管D3、二極管D4構成的全波整流橋式二極管單元；所述周波逆變器單元包括由開關管 S5、開關管S6、開關管S7、開關管S8構成的全橋電路；電感電容濾波單元為電感L1，電容 C1 ；所述高頻SPWM調制單元工作時，變壓器TX1的原邊側電壓對分成脈沖一、脈沖二 ；脈沖 一作用時的電流回路，原邊電流通過開關管S1、變壓器TX1、開關管S4流回負端，同時能量 通過變壓器TX1傳遞到副邊，副邊則通過二極管D1、開關管S5、交流電輸出端Vac、電感L1， 開關管S8、二極管D4流回變壓器的負端，此時能量由前級的DC向后極供應；當脈沖一結 束后，原邊變壓器TX1端電壓為零，副邊通過開關管S5、交流電輸出端Vac、電感L1、開關管 S7并聯(lián)二極管續(xù)流，另外一條續(xù)流回路是開關管S8、開關管S6并聯(lián)二極管，交流電輸出端 Vac、電感L1續(xù)流；脈沖二出現(xiàn)的時候的電流回路，原邊電流通過開關管S3、變壓器TX1、開 關管S2流回負端，同時能量通過變壓器TX1傳遞到副邊，副邊則通過二極管D3、開關管S5、 交流電輸出端Vac、電感L1，開關管S8、二極管D2流回變壓器的負端，此時能量由前級的DC 向后極供應；當脈沖二結束后，原邊變壓器TX1端電壓為零，副邊通過開關管S5、交流電輸 出端Vac、電感L1、開關管S7并聯(lián)二極管續(xù)流，另外一條續(xù)流回路是開關管S8、開關管S6并 聯(lián)二極管，交流電輸出端Vac、電感L1續(xù)流。傳統(tǒng)的高頻隔離主要是完成直流到直流的隔離，本發(fā)明則在高頻隔離端完成了逆 變器的SPWM調制，使得輸出的電壓直接經(jīng)過電感濾波后即可成為正弦波。本發(fā)明優(yōu)選實施例的核心在于首先對輸入的直流進行正弦調制(調制方式為正 弦調制方式，實施圖示如圖2所示)，使其產(chǎn)生高頻脈沖，此高頻脈沖經(jīng)過脈沖對分電路后 對稱的施加在變壓器原邊側兩端(實施圖例如圖4所示)。這樣直流端的能量通過高頻調 制從變壓器原邊側傳遞到次級側。次級側再經(jīng)過二極管整流、周波逆變器和電感濾波，產(chǎn)生 正弦電流輸出。本發(fā)明的優(yōu)點是1、本發(fā)明的高頻隔離并網(wǎng)逆變電路，整體轉換效率高，同時兼有重量輕、體積小， 性能穩(wěn)定等多方面的優(yōu)點。其原邊側SPWM調制的四個開關管可以采用軟開關技術，降低開 關損耗。通過控制電路，變壓器將工作在一、三象限，大大提高了變壓器的利用率。而對于 次級側來講，整流橋二極管處于零電壓關斷，大大減少了二極管的開關損耗，次級側的周波 逆變器開關頻率為市電頻率，所以開關損耗也非常小，續(xù)流回路在周邊逆變器端產(chǎn)生，且有 兩條路徑，能降低導通損耗和二極管開關損耗。2、本發(fā)明的高頻隔離并網(wǎng)逆變電路，采取電感電容濾波單元位于周波逆變器單元 后部的設計，因為后級有電感，電容作為阻擋，可以大大減少電網(wǎng)中的瞬間的高壓或者大電 流的損害幾率。同時，因本發(fā)明的電感續(xù)流的路徑比較短，經(jīng)過的元件比較少，所以損耗也 比較小，具有更高的效率改善空間。


下面結合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步的描述圖1為本發(fā)明的結構示意圖；圖2為帶隔離的高頻調制部分功能示意圖；圖3為本發(fā)明的一個實施例的結構示意圖；圖4為圖3所示實施例中，SPWM調制下，在變壓器TX1原邊的脈沖電壓波形圖；圖5為圖4的脈沖一作用時的電流回路示意圖；圖6為圖4的脈沖一結束后，后極周波逆變器的續(xù)流回路示意圖；圖7為圖4的脈沖二作用時的電流回路示意圖；圖8為圖4的脈沖二結束后，電路的續(xù)流回路圖；圖9為圖3所示實施例中，一個電壓周期內(nèi)，二極管整流橋后的電壓波形；圖10為周波逆變器的低頻驅動信號示意圖(開關管S5、開關管S8)；圖11為周波逆變器的低頻驅動信號示意圖(開關管S6、開關管S7)；圖12為后級經(jīng)過電感濾波后，電路的輸出電流和電壓波形圖。其中1帶隔離的高頻調制單元；2周波逆變器單元；3電感電容濾波單元；11脈沖 一 ；12脈沖二 ； 15正弦電壓；16正弦電流；21控制單元；22低頻IGBT驅動單元；23開關管 驅動控制單元；24 SPWM調制。
具體實施例方式實施例如圖1、圖3所示，一種高頻隔離并網(wǎng)逆變電路，它包括帶隔離的高頻調制 單元1、周波逆變器單元2、電感電容濾波單元3。帶隔離的高頻調制單元1依次連接周波逆 變器單元2、電感電容濾波單元3。帶隔離的高頻調制單元1依次包括對輸入的直流進行正弦調制使其產(chǎn)生基于正 弦的高頻脈沖的高頻SPWM調制單元、高頻變壓器TX1、二極管整流單元。周波逆變器單元負 責分切交流電正負半周期。電感電容濾波單元3可以選用一個電感、也可選用兩個或者多 個電感連接于市電的一個極或者兩個極。高頻SPWM調制單元可以選自半橋電路、全橋電路、或推挽電路。本實施例中以全 橋電路為例。高頻SPWM調制單元包括由開關管S1、開關管S2、開關管S3、開關管S4構成的全橋 電路。開關管S1、開關管S2、開關管S3、開關管S4的控制可以采用移相方式控制，或采用普 通全橋對脈沖控制方式。二極管整流單元包括由二極管D1、二極管D2、二極管D3、二極管D4構成的全波整 流橋式二極管單元。周波逆變器單元包括由開關管S5、開關管S6、開關管S7、開關管S8構成的全橋電 路。電感電容濾波單元包括至少一個電感，可以是一個電感，也可以是兩個電感或多 個電感。電感可串聯(lián)在周波逆變器單元輸出端的任何一個電極上，也可以是兩個電感(或 多個電感)分別串聯(lián)在不同電極上。本實施例中只采用一個電感L1作為示例。
電感電容濾波單元3還包括有電容C1，電容C1位于電感L1的輸出端。本實施例的高頻隔離并網(wǎng)逆變電路，采取電感電容濾波單元位于周波逆變器單元 輸出端的設計，因為后級有電感L1，電容C1作為阻擋，可以大大減少瞬間的高壓或者大電 流的損害幾率。本實施例在工作時的情況如下說明如圖4所示，為SPWM調制下，在變壓器TX1原邊的脈沖電壓波形圖。如圖5所示，市電正半周期脈沖一作用時的電流回路，原邊電流通過開關管S3、變 壓器TX1、開關管S2流回負端，同時能量通過變壓器TX1傳遞到副邊，副邊則通過二極管 D1、開關管S5、交流電輸出端Vac、電感L1，開關管S8、二極管D4流回變壓器的負端。此時， 能量由前級的DC向后極供應。如圖6所示，當市電正半周期脈沖一結束后，原邊變壓器TX1端電壓為零，副邊通 過開關管S5、交流電輸出端Vac、電感L1、開關管S7并聯(lián)二極管續(xù)流，另外一條續(xù)流回路是 開關管S8、開關管S6并聯(lián)二極管，交流電輸出端Vac、電感L1續(xù)流。如圖7所示，市電正半周期脈沖二出現(xiàn)的時候的電流回路，原邊電流通過開關管 S1、變壓器TX1、開關管S4流回負端，同時能量通過變壓器TX1傳遞到副邊，副邊則通過二極 管D3、開關管S5、交流電輸出端Vac、電感L1，開關管S8、二極管D2流回變壓器的負端。此 時，能量由前級的DC向后極供應。如圖8所示，當市電正半周期脈沖二結束后，原邊變壓器TX1端電壓為零，副邊通 過開關管S5、交流電輸出端Vac、電感L1、開關管S7并聯(lián)二極管續(xù)流，另外一條續(xù)流回路是 開關管S8、開關管S6并聯(lián)二極管，交流電輸出端Vac、電感L1續(xù)流。當市電負半周期，變壓器原邊脈沖一和脈沖二的作用方式相同，負半周周波逆變 器開啟開關管S7和開關管S6。(正半周為開啟開關管S5和開關管S8)圖9為圖3所示實施例中，一個電壓周期內(nèi)，二極管整流橋后面的電壓波形。圖10 為周波逆變器的低頻驅動信號示意圖(開關管S5、開關管S8)，圖11為周波逆變器的低頻 驅動信號示意圖(開關管S6、開關管S7)。圖12為后級經(jīng)過電感濾波后，電路的輸出電流 和電壓波形圖。通過以上脈沖一(或者脈沖二 )結束后續(xù)流路徑示意圖可知，本實施例的電感續(xù) 流的路徑比較短，經(jīng)過的元件比較少，所以損耗也比較小，具有更高的效率改善空間。應當指出，對于經(jīng)充分說明的本發(fā)明來說，還可具有多種變換及改型的實施方案， 并不局限于上述實施方式的具體實施例。上述實施例僅僅作為本發(fā)明的說明，而不是限制。 總之，本發(fā)明的保護范圍應包括那些對于本領域普通技術人員來說顯而易見的變換或替代 以及改型。
權利要求
一種高頻隔離并網(wǎng)逆變電路，其特征在于它包括帶隔離的高頻調制單元(1)、負責分切交流電正負半周期的周波逆變器單元(2)，所述帶隔離的高頻調制單元(1)連接周波逆變器單元(2)。
2.根據(jù)權利要求1所述的高頻隔離并網(wǎng)逆變電路，其特征在于所述帶隔離的高頻調 制單元(1)包括依次連接的對輸入的直流進行正弦調制使其產(chǎn)生基于正弦的高頻脈沖的 高頻SPWM調制單元、高頻變壓器、二極管整流單元。
3.根據(jù)權利要求2所述的高頻隔離并網(wǎng)逆變電路，其特征在于所述高頻隔離并網(wǎng)逆 變電路還包括有電感電容濾波單元(3)，所述電感電容濾波單元(3)位于周波逆變器單元 (2)輸出端，所述周波逆變器單元(2)連接電感電容濾波單元(3)。
4.根據(jù)權利要求3所述的高頻隔離并網(wǎng)逆變電路，其特征在于所述電感電容濾波單 元⑶包括至少一個電感，電感可串聯(lián)在周波逆變器單元⑵輸出端的任何一個電極上；電 感電容濾波單元⑶還包括有電容，電容位于所述電感的輸出端，且并聯(lián)于電網(wǎng)的兩極間。
5.根據(jù)權利要求2所述的高頻隔離并網(wǎng)逆變電路，其特征在于所述高頻SPWM調制單 元可以選自半橋電路、全橋電路、或推挽電路。
6.根據(jù)權利要求2所述的高頻隔離并網(wǎng)逆變電路，其特征在于所述高頻SPWM調制單 元包括由開關管S1、開關管S2、開關管S3、開關管S4構成的全橋電路。
7.根據(jù)權利要求6所述的高頻隔離并網(wǎng)逆變電路，其特征在于所述開關管S1、開關管 S2、開關管S3、開關管S4的驅動部分可以采用有限雙極性調制雙脈沖對分，或采用直接雙 脈沖對分驅動對角橋臂開關管。
8.根據(jù)權利要求2所述的高頻隔離并網(wǎng)逆變電路，其特征在于所述二極管整流單元 包括由二極管D1、二極管D2、二極管D3、二極管D4構成的全波整流橋式二極管單元。
9.根據(jù)權利要求1所述的高頻隔離并網(wǎng)逆變電路，其特征在于所述周波逆變器單元 (2)包括由開關管S5、開關管S6、開關管S7、開關管S8構成的全橋電路。
10.根據(jù)權利要求3所述的高頻隔離并網(wǎng)逆變電路，其特征在于所述高頻SPWM調制 單元包括由開關管S1、開關管S2、開關管S3、開關管S4構成的全橋電路；所述二極管整流 單元包括由二極管D1、二極管D2、二極管D3、二極管D4構成的全波整流橋式二極管單元； 所述周波逆變器單元(2)包括由開關管S5、開關管S6、開關管S7、開關管S8構成的全橋電 路；電感電容濾波單元(3)為電感L1 ；所述高頻SPWM調制單元工作時，變壓器TX1的原邊側 電壓分為脈沖一、脈沖二；脈沖一作用時的電流回路，原邊電流通過開關管S1、變壓器TX1、 開關管S4流回負端，同時能量通過變壓器TX1傳遞到副邊，副邊則通過二極管D1、開關管 S5、交流電輸出端Vac、電感L1，開關管S8、二極管D4流回變壓器的負端，此時能量由前級的 DC向后極供應；當脈沖一結束后，原邊變壓器TX1端電壓為零，副邊通過開關管S5、交流電 輸出端Vac、電感L1、開關管S7并聯(lián)二極管續(xù)流，另外一條續(xù)流回路是開關管S8、開關管S6 并聯(lián)二極管，交流電輸出端Vac、電感L1續(xù)流；脈沖二出現(xiàn)的時候的電流回路，原邊電流通 過開關管S3、變壓器TX1、開關管S2流回負端，同時能量通過變壓器TX1傳遞到副邊，副邊 則通過二極管D3、開關管S5、交流電輸出端Vac、電感L1，開關管S8、二極管D2流回變壓器 的負端，此時能量由前級的DC向后極供應；當脈沖二結束后，原邊變壓器TX1端電壓為零， 副邊通過開關管S5、交流電輸出端Vac、電感L1、開關管S7并聯(lián)二極管續(xù)流，另外一條續(xù)流 回路是開關管S8、開關管S6并聯(lián)二極管，交流電輸出端Vac、電感L1續(xù)流。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種高頻隔離并網(wǎng)逆變電路，它包括帶隔離的高頻調制單元(1)、負責分切交流電正負半周期的周波逆變器單元(2)、電感電容濾波單元(3)，所述帶隔離的高頻調制單元(1)依次連接周波逆變器單元(2)、電感電容濾波單元(3)。所述帶隔離的高頻調制單元(1)包括依次連接的對輸入的直流進行正弦調制使其產(chǎn)生基于正弦的高頻SPWM調制單元、高頻變壓器、二極管整流單元。本發(fā)明的高頻隔離并網(wǎng)逆變電路，結構簡單、性能穩(wěn)定，整體轉換效率高，高頻隔離變壓器利用率高、開關損耗少，體積小、重量輕。
文檔編號H02M1/12GK101917134SQ20101026826
公開日2010年12月15日 申請日期2010年8月31日 優(yōu)先權日2010年8月31日
發(fā)明者李曉鋒 申請人:江蘇艾索新能源股份有限公司