[发明专利]一种高效率逆变器拓扑

说明书

技术领域

本发明属于电力变流领域，是把直流电变换成交流电的一种拓扑结构，可以广泛应用于对转换效率或需要共模电流抑制要求高的逆变器中，比如光伏逆变器、风力发电逆变器等。

背景技术

随着工业的发展对逆变器转换效率的要求越来越高，尤其是在新能源发电、智能电网、柔性交直流输电等行业。提高逆变器的转换效率，可以节省更多的电能，同时也减少了逆变器自身的散热要求。逆变器效率的决定性因素是逆变器的拓扑结构，拓扑结构的优劣决定了逆变器的效率和成本。有许多应用场合的逆变器，例如光伏并网逆变器，常采用带变压器的隔离型输入侧和输出侧，这样两侧系统之间的电气隔离，从而提供人身保护并避免了两侧之间的漏电流。然而，由于变压器的损耗，所以降低了系统的效率，同时也增加了成本。为了克服上述有变压器的隔离型逆变器的不足，可以选择无变压器的非隔离型逆变器拓扑。无变压器逆变器拓扑的突出优点是效率高，整体成本低。但无变压器的逆变拓扑由于输入输出侧没有隔离，所以两侧之间容易出现高频共模漏电流。现存的拓扑结构能适用于无变压器逆变器的比较少，并且都有各自缺点。比如传统的H桥式逆变拓扑有双极性调制方式和单极性调制方式；如果使用双极性调制方式，虽然没有高频共模漏电流问题，但其开关损耗高，转换效率低；如果使用单极性调制方式存在共模漏电流问题。所以，设计高效率、低成本，并且无共模漏电流的拓扑就非常重要。

发明内容

本发明提出了一种逆变拓扑结构，创新的实现了高效率、低成本和无共模漏电流的电能逆变。

本发明采用的拓扑结构(参考图1和图2)和原理是：

直流电输入端正负极上各串联一个开关管(这里称这两个开关管为斩波开关，称与正极连接的斩波开关为S5，称与负极连接的斩波开关为S6)；斩波开关S5和S6后面各串一个电感(这里称这两个电感为平波电感，称与斩波开关S5连接的平波电感为L1，称与斩波开关S6连接连接的平波电感为L2)；两个平波电感与斩波开关的连接一侧之间连接有续流二极管(图1中的D1，图2中的D5和D6)，续流二极管的导通方向为从斩波开关S6与平波电感L2之间的节点到斩波开关S5与平波电感L1之间的节点；两个平波电感L1和L2的另外一侧之间连接由四个开关管组成的H型换向桥(简称这个H型换向桥为H桥，称H桥中与平波电感L1连接的两个开关管为S1和S3，称H桥中与平波电感L2连接的两个开关管为S2和S4，S1与S2组成一个桥臂，S3与S4组成一个桥臂)；为了提高性能，可以在H桥输入的两端上并联平波电容(这里称这个电容为C2)和H桥输出点(即两个桥臂中点)之间连接平波电容(这里称这个电容为C3)，平波电容C2和C3不必两个都必需要的，至少需要有其中一个，不然会有较大的电磁辐射问题；H桥的两个桥臂中点是逆变交流的输出，当然实际应用中其后级还要增加EMC滤波电路，EMC滤波电路在图1和图2中没有画，因为这不是本发明的范畴；在H桥的两个输入端或H桥的输出端与直流输入侧之间可以增加电容(这里称这两个电容为动态均压电容，图1和图2中的C4和C5)，它们的作用是对斩波开关S5和S6进行动态均压，防止在系统运行中这两个开关管的电压应力分配偏移，并且它们也有抑制直流输入侧和交流输出侧之间的共模漏干扰的作用；从理论上，如果所有的器件都是理想的，动态均压电容C4和C5是不需要的，但由于现实中用到的器件并不是绝对理想的，所以增加动态均压电容更好；当然动态均压电容C4和C5只需要一个也能达到效果，甚至在某些特殊应用中，由于逆变器输入和输出侧之间的寄生电容已经足够大，这时逆变器内的共模抑制电容可以不要，因为逆变器直流输入侧和交流输出侧之间的寄生电容起到了对斩波开关S5和S6的动态均压作用，所以这种情况从电路原理上来讲，动态均压电容还是存在的。