CN102739101A - 正反激逆变器 - Google Patents
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Abstract
本发明是一种正反激逆变器，包括原边电路和副边电路，所述的原边电路包括：与电源并联的支路，由变压器原边第一绕组(Np1)、原边第二绕组（Np2)的异名端串联后再与与原边第一开关管(S1)串联构成；或由原边第三绕组(Np3)与原边第一开关管(S1)串联构成；所述的副边电路包括：与中间母线电容串联的支路，变压器副边第一绕组(Ns1)、副边第二绕组（Ns2)同名端串联后，副边第一绕组(Ns1)、副边第二绕组（Ns2)的另一端分别连接第一二极管(D1）、第二二极管（D2)的阳极；第一二极管(D1）、第二二极管（D2)的阴极输出端相连并连接至中间母线电容(C1)的一端；变压器副边第一绕组(Ns1)、副边第二绕组（Ns2)的同名端串联点连接至中间母线电容(C1)另一端。
Description
技术领域
本发明涉及单相逆变器，特别是涉及低压输入小功率逆变器，属于电力电子变换器。
背景技术
可再生能源尤其是光伏电池面板通常输出电压较低，本地交流负载所需电压及电网电压通常较高，通常需要将较低的直流电压升压并逆变为负载或电网所需电压。传统的集中式通常将光伏面板串联以升高输入电压至合适范围内，但太阳能电池面板，局部的阴影、不同的倾斜角度及面向方位、污垢、不同的老化程度、细小的裂缝以及不同光电板的不同温度等容易造成***失配导致输出效率下降的弊端，进而导致整体的输出功率大幅降低。这是传统集中式逆变器难以解决的问题。
近年来出现“微逆变器”新架构，即在每个光伏电池模块配备微型逆变电源，通过对各模块的输出功率进行优化，使得整体的输出功率最大化。即使部分电池板受到阴影、灰尘覆盖等情况的影响，逆变电源仍可以跟踪最佳的局部最大功率点，挽回相当部分损失的发电量。
美国专利US20070221267公开了一种基于反激拓扑的微逆变器架构，由反激变换器及极性反转桥构成。由于反激电路能处理功率较小，在功率输出较大时不得不采取多个反激并联工作方式以优化效率，电路控制较为复杂。且反激电路输出电流仅在开关管关断后部分时间内供给后级，输出电流纹波较大，不利于电容优化。中国专利CN100511942C及CN101692595等公开了一些正反激直直变换器电路及其软开关拓扑，结合了正激及反激电路共同优点，在直流变换方面能够获得较高效率且输出电流纹波较小。
发明内容
技术问题：本发明的目的是在研究上述技术的基础上，提出一种同时利用正激变压器及反激耦合电感传输能量，效率较高，中间电容电流纹波较小的低压输入直交逆变器电路及其软开关方案。
技术方案：本发明提出一种单级式正反激逆变器主电路拓扑，包括原边电路和副边电路，
a. 所述的原边电路包括：
与电源并联的支路，由变压器原边第一绕组、原边第二绕组的异名端串联后再与与原边第一开关管串联构成；或由原边第三绕组与原边第一开关管串联构成；
b. 所述的副边电路包括：
与中间母线电容串联的支路，变压器副边第一绕组、副边第二绕组同名端串联后，副边第一绕组、副边第二绕组的另一端分别连接第一二极管、第二二极管的阳极；第一二极管、第二二极管的阴极输出端相连并连接至中间母线电容的一端；变压器副边第一绕组、副边第二绕组的同名端串联点连接至中间母线电容另一端；
与中间母线电容并联的包括由第二开关管与第三开关管串联组成的第一支路，由第四开关管与第五开关管串联组成的第二支路，
通过第二开关管与第三开关管串联连接点引出第一根输出线，通过第四开关管与第五开关管串联连接点引出第二根输出线。
所述变压器的类型为：原边第一绕组、副边第一绕组同名端耦合构成正激变压器，由原边第二绕组、副边第二绕组异名端耦合构成反激变压器，其正激及反激变压器原边第一绕组、原边第二绕组异名端相连，副边第一绕组、副边第二绕组同名端相连。
所述变压器的类型为：原边第三绕组构成一个磁芯开气隙的正激变压器，副边第一绕组、副边第二绕组同名端相连。
有源箝位、电阻电容二极管箝位、电感电容二极管箝位及零电压转换复位等开关管电压箝位及变压器磁芯复位技术构成一族电路拓扑。
有益效果：利用正激变压器及反激耦合电感同时传输能量，变压器处理功率相比反激逆变器更大。
附图说明
图1为本发明提出的同时采用正激及反激两个变压器的正反激逆变器主电路拓扑原理图。
图2为本发明提出的采用一个正反激变压器的正反激逆变器主电路拓扑原理图。
图3为正反激逆变器的一族主电路示意图。
图4为实施方法1中微逆变器用于并网工作框图。
图5为实施方法2中微逆变器用于离网工作框图。
标号说明：原边第一绕组Np1、原边第二绕组Np2、原边第三绕组Np3，原边第一开关管S1、副边第一绕组Ns1、副边第二绕组Ns2，S1、S2、S3、S4、S5为开关管(包括晶闸管SCR、功率金属氧化物场效应管MOSFET、绝缘栅双极性晶体管IGBT、磁放大器或类似开关)，D1、D2为二极管，C1为电容，1001是输出滤波电路，1002是输入电流采样电路，1003是输入电压采样电路，1004是控制器，1005是输出电压采样电路，1006是原边开关管驱动电路，1007是副边极性反转桥开关管驱动电路，1008是电网，1009是本地负载。
具体实施方式
以下结合具体实施方式并对照附图，对本发明作进一步说明。
图1中同时采用正激及反激两个变压器，图2中仅采用一个正激变压器，通过开气隙同时实现反激变压器功能，图1及图2其他部分没有区别。这里以图1为例展开说明。由图1可知，本发明的正反激逆变器主电路的组成包括：由变压器原边绕组Np1、副边绕组Ns1同名端耦合构成正激变压器T1；由另一变压器原边、副边绕组(Np2，Ns2)异名段耦合构成反激变压器T2；正激及反激变压器原边绕组异名端相连；正激及反激变压器原边绕组与开关管S1串联后并联于输入直流电源V1，两个副边绕组(Ns1，Ns2)输出经第一二极管D1、第二二极管D2整流后并联于中间母线电容C1；母线电容C1后接有开关管(S2、S3、S4、S5)构成的极性反转桥；该桥臂中间电压V2经输出滤波电路1001滤波输出供本地负载使用或并网。
本发明能利用有源箝位、电阻电容二极管RCD箝位、电感电容二极管LCD箝位及零电压转换ZVT复位等开关管电压箝位及变压器磁芯复位技术构成一族如图3所示正反激逆变器拓扑。
以下参照附图4、5对本发明的具体实施方式进行说明。
实施方式1
如图4所示，实施方式1描述的是本发明应用于并网发电一种方式，输入直流电源V1电压、电流及电网电压、并网电流分别经采样电路1002、1003、1005检测，并送给控制器1004完成最大功率跟踪、锁相、并网发电及保护监控功能，控制器1004送出驱动信号分别给驱动电路1006及1007驱动原边开关管S1完成SPWM高频调制，经副边二极管整流后，其输出高频电压包络线为低频馒头波，经副边开关管S2、S3、S4、S5完成电网频率极性反转换向，再经输出滤波器1001将完成滤波，最终完成功率从直流电源V1向电网1008传递。
实施方式2
如图5所示，实施方式2描述的是本发明应用于离网供给本地负载一种方式，输入直流电源V1电压、电流及负载电压分别经采样电路1002、1003、1005检测，并送给控制器1004完成对负载端交流供电及保护监控功能，控制器1004送出驱动信号分别给驱动电路1006及1007驱动原边开关管S1，完成SPWM高频调制，经副边二极管整流后，其输出高频电压包络线为低频馒头波，经副边开关管S2、S3、S4、S5完成电网频率极性反转换向，再经输出滤波器1001将完成滤波，最终完成功率从直流电源V1向本地负载1009传递。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本方面的具体实施只限于这些说明。对本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下做出若干等同替代或明显变形，且性能或用途相同，都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (3)
1. 一种正反激逆变器，包括原边电路和副边电路，其特征在于，
a.所述的原边电路包括：
与电源并联的支路，由变压器原边第一绕组(Np1)、原边第二绕组（Np2)的异名端串联后再与与原边第一开关管(S1)串联构成；或由原边第三绕组(Np3)与原边第一开关管(S1)串联构成；
b.所述的副边电路包括：
与中间母线电容串联的支路，变压器副边第一绕组(Ns1) 、副边第二绕组（Ns2)同名端串联后，副边第一绕组(Ns1)、副边第二绕组（Ns2)的另一端分别连接第一二极管(D1）、第二二极管（D2)的阳极；第一二极管(D1）、第二二极管（D2)的阴极输出端相连并连接至中间母线电容(C1)的一端；变压器副边第一绕组(Ns1) 、副边第二绕组（Ns2)的同名端串联点连接至中间母线电容(C1)另一端；
与中间母线电容(C1)并联的包括由第二开关管(S2)与第三开关管(S3)串联组成的第一支路，由第四开关管(S4)与第五开关管(S5)串联组成的第二支路，
通过第二开关管(S2)与第三开关管(S3)串联连接点引出第一根输出线，通过第四开关管(S4)与第五开关管(S5)串联连接点引出第二根输出线。
2. 如权利要求1所述的正反激逆变器，其特征在于，所述变压器的类型为：原边第一绕组(Np1)、副边第一绕组(Ns1)同名端耦合构成正激变压器(T1)，由原边第二绕组(Np2)、副边第二绕组(Ns2)异名端耦合构成反激变压器(T2)，其正激及反激变压器原边第一绕组(Np1）、原边第二绕组（Np2)异名端相连，副边第一绕组(Ns1)、副边第二绕组（Ns2)同名端相连。
3. 如权利要求1所述的正反激逆变器，其特征在于，所述变压器的类型为：原边第三绕组(Np3) 构成一个磁芯开气隙的正激变压器(T3)，副边第一绕组(Ns1)、副边第二绕组（Ns2)同名端相连。
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