[发明专利]半桥逆变器单元及逆变器

说明书

一种半桥逆变器单元及逆变器。半桥逆变器单元包括逆变控制模块和电感(L₁)，逆变控制模块能够响应于不同的工作模态提供不同的连接状态，从而使得相应的半桥逆变器单元可以运行在降压模式或者升压模式，满足了宽输入电压范围的要求。利用电网电压正负半周对称的特性，解决了与直流电源并联的两串联电容中点电压平衡的问题。该半桥逆变器单元采用单级结构，功耗小，成本低，效率高，稳定性高。

本申请要求2015年1月29日提交的美国临时专利申请US62/109,431的优先权，其公开内容整体并入于此作为参考。

技术领域

本发明涉及电力电子领域中的逆变器单元及逆变器，特别是半桥逆变器。

背景技术

随着全球能源和环境问题加剧，可再生能源发展迅速。光伏发电因其资源丰富，分布广泛，具有很好的发展前景。对于光伏发电系统来说，如何降低成本，提高效率成为光伏发电的重要课题。

在光伏发电系统中，逆变器用于将光伏阵列输出的直流电转化成交流电。并网逆变器可以分为隔离型并网逆变器和非隔离型并网逆变器两类。在隔离型并网逆变器中，变压器实现了电气隔离，确保了人身安全。但是，变压器的能量损耗和体积大，带来很多问题，比如效率低，功率密度低和成本高等。所以，非隔离型光伏并网逆变器成为主流。但在非隔离型光伏并网逆变器系统中，由于缺少了变压器的电气隔离而存在共模回路。该共模回路产生漏电流，从而危及设备和人身安全。因此，非隔离型并网逆变器中，漏电流是一个需要解决的重要问题。同时，高效率成为光伏产业的另一个目标。

由于光伏阵列的输出电压存在很大范围的波动，因此非隔离型光伏逆变器要满足宽范围输入电压的要求。然而，光伏系统中非隔离型逆变器存在正常工作最小输入电压。光伏阵列的输出电压可能小于逆变器的最小输入电压。因此，光伏逆变器系统中通常使用一个升压电路。

如图1所示，现有的光伏逆变器系统是两级电路。第一级是DC-DC单元，该DC-DC单元通常采用一个升压电路来实现。第二级是DC-AC单元。当光伏阵列输出电压小于最小输入电压时，DC-DC单元工作以升高输入电压从而使DC-AC单元正常工作；当光伏阵列输出电压大于最小输入电压时，则DC-DC单元被旁路，DC-AC单元正常工作。所述两级电路串联连接，因此，降低了系统效率，增加了成本。

参考文献“Derivation，Analysis，and Implementation of a Boost-BuckConverter-Based High-Efficiency PV Inverter”中给出了图2所示的单级全桥逆变器。然而，该单级全桥逆变器在多光伏阵列的情况下成本高。另外，当多个光伏阵列中的光伏电池数目差异很大的时候，该单级全桥逆变器效率低。由于光伏阵列之间是并联连接，所以每个光伏阵列的输出电压要求相等。为此，每个光伏阵列的输出电压被不同程度地升高。这样降低了系统效率。本领域的技术人员都知道，全桥逆变器由于自身寄生因数的缘故很难完全消除高频漏电流。而且，全桥逆变器需要两个滤波电感且他们的磁芯不共用，因此成本高。

发明内容

本发明提供了一种半桥逆变器单元及逆变器，以解决现有技术中的上述问题。

为了让电流双向流动，每个开关管反向并联一个二极管。为了叙述方便，本申请中的术语“双向开关”指电流可以双向流动但只能承受单向电压的开关，比如带有反向并联二极管的IGBT，或内置并联二极管的MOSFET。

第一方面，本发明提供一种半桥逆变器单元，包括：逆变控制模块和第一电感；并具有第一接入端、第二接入端、第三接入端、第一电压输出端和第二电压输出端以及若干控制端；