CN108964502A - 一种单相非隔离有源钳位mosfet逆变器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种单相非隔离有源钳位MOSFET逆变器，包括八个开关管、四个二极管和两个***电容，适用于光伏发电***。通过在H6拓扑逆变器加入钳位电路能够有效的抑制可能存在的谐振现象，使共模电压保持恒定，本发明电路可以有效的解决逆变环节中由于不采用变压器而造成的共模漏电流问题，同时由于续流阶段电流不流经体二极管，因此MOSFET器件可以使用，降低了由于IGBT器件关断时由于拖尾电流造成的关断损耗，且SiC二极管可以替代普通二极管，反向恢复的损耗可以得到很好的抑制。因此本发明电路能够有效的抑制共模漏电流,同时提高并网发电***的效率。

Description

一种单相非隔离有源钳位MOSFET逆变器
技术领域
本发明涉及光伏并网逆变器领域，具体涉及一种单相非隔离有源钳位MOSFET逆变器。
背景技术
太阳能清洁无污染，是非常重要的一种新能源。由于光伏太阳板的光电转化效率较低，因此提高光伏并网逆变器的效率显得尤为重要。常见的带工频变压器的并网逆变器，由于变压器的存在会使得***的效率降低，并增加逆变器的价格，同时由于工频变压器的体积较大，难于安装。而带高频变压器的并网发电***，增加了一级变换器，效率也难以提升。因此为提高***效率，通常采用无变压器的并网逆变器，由于无变压器，使得电网与逆变器存在直接的电气连接，当太阳能板和地之间存在分布电容时，全桥逆变器会产生较大的共模漏电流，对人体产生危害，并可能损坏逆变器。因此对非隔离型逆变器拓扑的研究受到了广泛的关注。德国SMA公司的H5型拓扑，能够有效地解决漏电流问题，但由于续流阶段电流流经体二极管，因此高频开关管采用IGBT，IGBT由于存在拖尾电流，因此会造成较大的关断损耗，用时由于依靠器件的寄生电容进行均压，由于器件参数及PCB板寄生参数的差异和可能存在的谐振回路会使抑制漏电流效果变差。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提出一种单相非隔离有源钳位MOSFET逆变器。
本发明的一种单相非隔离有源钳位MOSFET逆变器，具体包括一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管、第五开关管、第六开关管、第七开关管、第八开关管、第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管、第一电感、第二电感、第一电容、第二电容。
上述电路具体的连接方式为：直流母线的正极与第一电容的一端、第一开关管的漏极和第三开关管的漏极连接。第一电容的另一端与第二电容的一端、第七开关管的漏极和第八开关管的漏极连接。直流母线的负极与第二电容的另一端、第二开关管的源极和第四开关管的源极连接。第一开关管的源极与第一二极管的阴极、第五开关管的漏极和第一电感的一端连接。第一电感的另一端与电网的一端相连。第一二极管的阳极与第七开关管的源极和第三二极管的阴极连接。第三二极管的阳极与第六开关管的源极和第二开关管的漏极连接。第三开关管的源极与第二二极管的阴极、第六开关管的漏极、和第二电感的一端连接。第二二极管的阳极与第八开关管的源极和第四二极管的阴极连接。第四二极管的阳极与第五开关管的源极和第四开关管的漏极连接。第二电感的另一端与电网另一端连接。
进一步地，所述开关管均采用N沟道增强型MOSFET。
进一步地，第七开关管与第八开关管起钳位作用，第一电容和第二电容容值相等。
本发明通过在逆变器(H6拓扑)加入钳位电路能够有效的抑制可能存在的谐振现象，使共模电压保持恒定。
与现有技术相比，本发明电路具有的优势为：可以有效的解决逆变环节中由于不采用变压器而造成的共模漏电流问题，同时由于续流阶段电流不流经体二极管，因此MOSFET器件可以使用，降低了由于IGBT器件关断时由于拖尾电流造成的关断损耗，且SiC二极管可以替代普通二极管，反向恢复的损耗可以得到很好的抑制。本发明电路能够有效的抑制共模漏电流,同时提高并网发电***的效率。
附图说明
图1为一种单相有源钳位非隔离光伏并网逆变器拓扑图。
图2a～2d为电网电压正负半周内电路模态图(其中相对图1缺少的部件和连接线为关断状态)。
图3为实施例中6个开关管(S1-S6)的驱动信号波形。
具体实施方式
以下结合附图和实例对本发明的具体实施作进一步说明，但本发明的保护范围不限于此。需指出的是，以下若有未特别详细说明之过程或符号，均是本领域技术人员可参照现有技术理解或实现的。
本发明一种单相有源钳位非隔离光伏并网逆变器的基本拓扑结构如图1所示，为了分析方便，电路结构中的器件均视为理想器件。
如图1，一种单相有源钳位非隔离光伏并网逆变器，具体包括一开关管S1、第二开关管S2、第三开关管S3、第四开关管S4、第五开关管S5、第六开关管S6、第七开关管S7、第八开关管S8、第一二极管VD1、第二二极管VD2、第三二极管VD3、第四二极管VD4、第一电感L1、第二电感L2、第一电容Cdc1、第二电容Cdc2。本发明电路具体的连接方式为：直流母线的正极与第一电容Cdc1的一端、第一开关管S1的漏极和第三开关管S3的漏极连接。第一电容Cdc1的另一端与第二电容Cdc2的一端、第七开关管S7的漏极和第八开关管S8的漏极连接。直流母线的负极与第二电容Cdc2的另一端、第二开关管S2的源极和第四开关管S4的源极连接。第一开关管S1的源极与第一二极管VD1的阴极、第五开关管S5的漏极和第一电感L1的一端连接。第一电感L1的另一端与电网的一端相连。第一二极管VD1的阳极与第七开关管S7的源极和第三二极管VD3的阴极连接。第三二极管VD3的阳极与第六开关管S6的源极和第二开关管S2的漏极连接。第三开关管S3的源极与第二二极管VD2的阴极、第六开关管S6的漏极、和第二电感L2的一端连接。第二二极管VD2的阳极与第八开关管S8的源极和第四二极管VD4的阴极连接。第四二极管VD4的阳极与第五开关管S5的源极和第四开关管S4的漏极连接。第二电感L2的另一端与电网另一端连接。图中PV Cell表示光伏电池。
图2a～2d为电网电压正负半周内电路模态图，为了使得电路表示更加清晰，其中相对图1所减少的部件和连接线为关断状态。
(1)在电网电压的正半周，电路在此阶段的模态图如图2a所示，第一开关管S1和第二开关管S2同时导通，第六开关管S6导通，第七开关管S7导通，并网电流流经第一开关管S1、第一电感L1、电网、第二电感L2、第六开关管S6、第二开关管S2向电网供电，桥臂输出电压为UAB＝+UDC。桥臂输出A点对直流母线负端N的电压为UAN＝UDC，桥臂输出B点对直流母线负端N的电压为UBN＝0，所以
(2)续流阶段，电路在此阶段的模态图如图2b所示，第一开关管S1导通和第二开关管S2同时关断，第六开关管S6、第一二极管VD1和第三二极管VD3导通，第七开关管S7导通。电流流经第一电感L1、电网、第二电感L2、第六开关管S6、第一二极管VD1、第三二极管VD3续流，桥臂输出电压为UAB＝0。由于第七开关管S7导通，桥臂输出A点对直流母线负端N的电压为UAN＝0.5UDC，桥臂输出B点对直流母线负端N的电压为UBN＝0.5UDC，所以
(3)在电网电压的负半周，电路在此阶段的模态图如图2c所示，第三开关管S3和第四开关管S4同时导通，第五开关管S5导通，第八开关管S8导通，并网电流流经第三开关管S3、第二电感L2、电网、第一电感L1、第五开关管S5、第四开关管S4向电网供电，桥臂输出电压为UAB＝-UDC。桥臂输出A点对直流母线负端N的电压为UAN＝0，桥臂输出B点对直流母线负端N的电压为UBN＝UDC，所以
(4)续流阶段，电路在此阶段的模态图如图2d所示，第三开关管S3和第四开关管S4同时关断，第五开关管S5、第二二极管VD2和第四二极管VD4导通，第八开关管S8导通。电流流经第二电感L2、电网、第一电感L1、第五开关管S5、第二二极管VD2、第四二极管VD4续流，桥臂输出电压为UAB＝0。由于第七开关管S7和第八开关管S8导通，桥臂输出A点对直流母线负端N的电压为UAN＝0.5UDC，桥臂输出B点对直流母线负端N的电压为UBN＝0.5UDC，所以
由上述分析可知，共模电压Ucm＝0.5UDC保持恒定。因此，共模漏电流能够得到很好的抑制。同时由于续流阶段电流不流经体二极管，因此MOSFET器件可以使用，降低了由于IGBT器件关断时由于拖尾电流造成的关断损耗，且SiC二极管可以替代普通二极管，反向恢复的损耗可以得到很好的抑制。因此本发明电路能够有效的抑制共模漏电流,同时提高并网发电***的效率。

Claims (4)

1.一种单相非隔离有源钳位MOSFET逆变器，其特征在于包括一开关管（S1）、第二开关管（S2）、第三开关管（S3）、第四开关管（S4）、第五开关管（S5）、第六开关管（S6）、第七开关管（S7）、第八开关管（S8）、第一二极管（VD1）、第二二极管（VD2）、第三二极管（VD3）、第四二极管（VD4）、第一电感（L1）、第二电感（L2）、第一电容（Cdc1）、第二电容（Cdc2）。
2.根据权利要求1所述一种单相非隔离有源钳位MOSFET逆变器，其特征在于：直流母线的正极与第一电容（Cdc1）的一端、第一开关管（S1）的漏极和第三开关管（S3）的漏极连接；第一电容（Cdc1）的另一端与第二电容（Cdc2）的一端、第七开关管（S7）的漏极和第八开关管（S8）的漏极连接；直流母线的负极与第二电容（Cdc2）的另一端、第二开关管（S2）的源极和第四开关管（S4）的源极连接；第一开关管（S1）的源极与第一二极管（VD1）的阴极、第五开关管（S5）的漏极和第一电感（L1）的一端连接；第一电感（L1）的另一端与电网的一端相连；第一二极管（VD1）的阳极与第七开关管（S7）的源极和第三二极管（VD3）的阴极连接；第三二极管（VD3）的阳极与第六开关管（S6）的源极和第二开关管（S2）的漏极连接；第三开关管（S3）的源极与第二二极管（VD2）的阴极、第六开关管（S6）的漏极、和第二电感（L2）的一端连接；第二二极管（VD2）的阳极与第八开关管（S8）的源极和第四二极管（VD4）的阴极连接；第四二极管（VD4）的阳极与第五开关管（S5）的源极和第四开关管（S4）的漏极连接；第二电感（L2）的另一端与电网另一端连接。
3.根据权利要求2所述的一种单相非隔离有源钳位MOSFET逆变器，其特征在于：所述开关管均采用N沟道增强型MOSFET。
4.根据权利要求2所述的一种单相非隔离有源钳位MOSFET逆变器，其特征在于：第七开关管与第八开关管起钳位作用，第一电容（Cdc1）和第二电容（Cdc2）容值相等。
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