專利名稱：直流電壓轉換成交流電壓的電路、方法和變換器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于電力電子領域，具體涉及一種直流電壓轉換成交流電壓的方法、電路和具有該電路的變換器。
背景技術：
目前在直流電壓轉換成交流電壓的裝置中，為了能盡可能提高轉換效率在交流端均已采用無變壓器并網的方案，隨之而來需要關注的問題是直流電源(例如太陽能電池板)對地寄生電容的存在而帶來的共模漏電流的干擾，即，開關器件的動作可能產生高頻時變電壓作用在寄生電容之上，進而導致漏電流產生并可能超出范圍。高頻漏電流會降低系統(tǒng)效率，損害輸出電能質量，增大系統(tǒng)電磁干擾，對人身造成威脅，形成安全隱患，且易導致漏電流保護裝置跳脫，影響整個系統(tǒng)可靠性。常規(guī)的全橋逆變電路如果采用雙極調制，可以得到穩(wěn)定的共模電壓，共模漏電流較小，但是轉換效率差，電感電流脈動大，需采用較大的濾波電感；全橋逆變電路如果采用單極調制，則差模特性優(yōu)良，如輸入直流電壓利用率高、濾波電感電流脈動小及效率高等受到關注，但同時產生開關頻率脈動的共模電壓，進而產生共模漏電流。增加漏電流吸收裝置雖然可以在一定程度上解決上述問題，但是又會帶來增加成本、降低能量轉換效率等問題。

發(fā)明內容
有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種避免產生開關頻率脈動的共模電壓、抑制共模漏電流、提高能量轉換效率的將直流電壓轉換成交流電壓的方法、電路和變換器。本發(fā)明提供了一種將直流電壓變換成交流電壓的電路，用于將直流電源的電壓轉換成交流電壓提供給交流負載，其包括全橋電路，所述全橋電路包括帶有第一開關器件、第二開關器件、第三開關器件和第四開關器件，所述第一開關器件和所述第二開關器件組成第一串聯(lián)支路，所述第三開關器件和所述第四開關器件組成第二串聯(lián)支路，所述第一串聯(lián)支路和所述第二串聯(lián)支路分別并聯(lián)連接在所述直流電源的正直流母線和負直流母線之間， 所述第一開關器件和所述第二開關器件的連接點與交流負載的第一端相連，所述第三開關器件和所述第四開關器件的連接點與交流負載的第二端相連；還包括交流續(xù)流電路，其并聯(lián)連接在所述交流負載的第一端和所述交流負載的第二端之間，所述交流續(xù)流電路包括以反并聯(lián)方式連接的第五開關器件和第六開關器件。優(yōu)選地，所述第一開關器件、第二開關器件、第三開關器件、第四開關器件均為帶反并聯(lián)二極管的功率開關管。優(yōu)選地，所述第五開關器件和所述第六開關器件均為能承受反壓的IGBT。優(yōu)選地，所述第一開關器件、第二開關器件、第三開關器件、第四開關器件均為帶反并聯(lián)二極管的IGBT。優(yōu)選地，所述交流續(xù)流電路的第一端與交流負載的第一端之間設置有第一輸出電感，所述交流續(xù)流電路的第二端與交流負載的第二端之間設置有第二輸出電感。第一輸出電感和第二輸出電感對稱設置在交流輸出支路中，進一步抑制漏電流， 降低變換器輸出交流電壓的諧波，改善了功率因數，提高了電能質量。本發(fā)明還提供了一種將直流電壓變換成交流電壓的變換器，用于將直流電源的電壓轉換成交流電壓提供給交流負載，包括將直流電壓變換成交流電壓的電路，該將直流電壓變換成交流電壓的電路包括全橋電路，所述全橋電路包括帶有第一開關器件、第二開關器件、第三開關器件和第四開關器件，所述第一開關器件和所述第二開關器件組成第一串聯(lián)支路，所述第三開關器件和所述第四開關器件組成第二串聯(lián)支路，所述第一串聯(lián)支路和所述第二串聯(lián)支路分別并聯(lián)連接在所述直流電源的正直流母線和負直流母線之間，所述第一開關器件和所述第二開關器件的連接點與交流負載的第一端相連，所述第三開關器件和所述第四開關器件的連接點與交流負載的第二端相連；該將直流電壓變換成交流電壓的電路還包括交流續(xù)流電路，其并聯(lián)連接在所述交流負載的第一端和所述交流負載的第二端之間，所述交流續(xù)流電路包括以反并聯(lián)方式連接的第五開關器件和第六開關器件。優(yōu)選地，所述第一開關器件、第二開關器件、第三開關器件、第四開關器件均為帶反并聯(lián)二極管的功率開關管。優(yōu)選地，所述第五開關器件和所述第六開關器件均為能承受反壓的IGBT。優(yōu)選地，所述第一開關器件、第二開關器件、第三開關器件、第四開關器件均為帶反并聯(lián)二極管的IGBT。優(yōu)選地，所述交流續(xù)流電路的第一端與交流負載的第一端之間設置有第一輸出電感，所述交流續(xù)流電路的第二端與交流負載的第二端之間設置有第二輸出電感。第一輸出電感和第二輸出電感對稱設置在交流輸出支路中，進一步抑制漏電流， 降低變換器輸出交流電壓的諧波，改善了功率因數，提高了電能質量。本發(fā)明還提供了一種用于將直流電壓變換成交流電壓的電路中將直流電壓變換成交流電壓的方法，該方法設置有第一開關條件和第二開關條件，在所述第一開關條件下， 所述第二開關器件和所述第三開關器件關斷，所述第一開關器件和所述第四開關器件由同步的高頻脈沖信號觸發(fā)動作，所述第五開關器件關斷，所述第六開關器件以工頻脈沖信號觸發(fā)動作；在所述第二開關條件下，所述第一開關器件和所述第四開關器件關斷，所述第二開關器件和所述第三開關器件由同步的高頻脈沖信號觸發(fā)動作，所述第六開關器件關斷， 所述第五開關器件以工頻脈沖信號觸發(fā)動作。優(yōu)選地，所述高頻脈沖信號為KHz范圍內的脈沖信號。優(yōu)選地，所述高頻脈沖信號為脈沖寬度調制信號。優(yōu)選地，所述工頻脈沖信號的頻率為50Hz或60Hz。本發(fā)明的有益效果為通過在常規(guī)全橋電路的基礎上加入交流續(xù)流電路，且通過設置第一開關條件和第二開關條件來控制開關器件的導通和關斷，避免了開關頻率共模電壓的產生，進而抑制了漏電流；同時保證功率傳輸階段通過的開關器件少，有效降低了導通損耗，實現了能量的高效轉換。并且通過在交流輸出支路中對稱設置的第一輸出電感和第二輸出電感，進一步抑制漏電流，降低變換器輸出交流電壓的諧波，改善了功率因數，提高了電能質量。


圖1為本發(fā)明實施例公開的變換器的電路示意圖；圖2為圖1所示電路工作于第一開關條件下第一開關器件和第四開關器件導通時的電流流向示意圖；圖3為圖1所示電路工作于第一開關條件下第一開關器件和第四開關器件關斷時的電流流向示意圖；圖4為圖1所示電路工作于第二開關條件下第二開關器件和第三開關器件導通時的電流流向示意圖；圖5為圖1所示電路工作于第二開關條件下第二開關器件和第三開關器件關斷時的電流流向示意圖；圖6為圖1所示電路交流輸出電壓波形以及對應的第一開關器件至第六開關器件的驅動波形。
具體實施例方式為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更加明顯易懂，下面結合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明作進一步詳細的說明。本發(fā)明的目的在于提供一種避免產生開關頻率脈動的共模電壓、抑制共模漏電流、提高能量轉換效率的將直流電壓轉換成交流電壓的方法、電路和變換器。參照圖1，為本發(fā)明實施例公開的變換器的電路示意圖。所述變換器用于將直流電源1輸出的直流電壓轉換成交流電壓提供給交流負載，包括儲能電容C、將直流電壓變換成交流電壓的電路，所述將直流電壓變換成交流電壓的電路包括全橋電路2和交流續(xù)流電路 3。上述全橋電路2包括第一開關器件Si、第二開關器件S2、第三開關器件S3和第四開關器件S4,第一開關器件Sl、第二開關器件S2、第三開關器件S3和第四開關器件S4分別反并聯(lián)連接有第一二極管Dl、第二二極管D2、第三二極管D3、第四二極管D4，所述第一開關器件Sl和所述第二開關器件S2組成第一串聯(lián)支路，所述第三開關器件S3和所述第四開關器件S4組成第二串聯(lián)支路，所述第一串聯(lián)支路和所述第二串聯(lián)支路分別連接在所述直流電源的正直流母線和負直流母線之間，所述第一開關器件Sl和所述第二開關器件S2的連接點A與交流負載的第一端相連，所述第三開關器件S3和所述第四開關器件S4的連接點 B與交流負載的第二端相連。需要說明的是，上述第一開關器件Si、第二開關器件S2、第三開關器件S3和第四開關器件S4結構對稱、選用同一型號的開關器件，均為自帶反并聯(lián)二極管的功率開關管。 具體的，第一開關器件Si、第二開關器件S2、第三開關器件S3和第四開關器件S4可以是自帶反并聯(lián)二極管的IGBT。再次需要說明的是，上述與第一開關器件Si、第二開關器件S2、第三開關器件S3 和第四開關器件S4反并聯(lián)連接的二極管既可以是第一開關器件Si、第二開關器件S2、第三開關器件S3和第四開關器件S4自帶的反并聯(lián)二極管，也可以是獨立的二極管。上述交流續(xù)流電路3并聯(lián)連接在交流負載的第一端和交流負載的第二端之間，交流續(xù)流電路3包括以反并聯(lián)方式連接的第五開關器件S5和第六開關器件S6。
其中，上述第五開關器件S5和第六開關器件S6均為能承受反壓的IGBT。上述第五開關器件S5和第六開關器件S6結構對稱、型號相同。優(yōu)選地，在所述第一開關器件Sl和所述第二開關器件S2的連接點A與交流負載的第一端之間，設置有第一輸出電感Ll ；在所述第三開關器件S3和所述第四開關器件S4 的連接點B與交流負載的第二端之間，設置有第二輸出電感L2。第一輸出電感Ll和第二輸出電感L2對稱設置在交流輸出支路中，進一步抑制漏電流，降低變換器輸出交流電壓的諧波，改善了功率因數，提高了電能質量。需要說明的是，本發(fā)明實施例中交流負載既可以是交流耗能負載，也可以是交流電網。即，本發(fā)明實施例中的變換器既可以工作于并網運行模式，也可以工作于獨立運行模式。本發(fā)明實施例還提供了一種用于將直流電壓變換成交流電壓的電路中將直流電壓變換成交流電壓的方法，該方法設置有第一開關條件和第二開關條件，在第一開關條件下，第二開關器件S2和第三開關器件S3關斷，第一開關器件Sl和第四開關器件S4由同步的高頻脈沖信號觸發(fā)動作，所述第五開關器件S5關斷，所述第六開關器件S6以工頻脈沖信號觸發(fā)動作；在所述第二開關條件下，第一開關器件Sl和第四開關器件S4關斷，第二開關器件S2和第三開關器件S3由同步的高頻脈沖信號觸發(fā)動作，所述第六開關器件S6關斷， 所述第五開關器件S5以工頻脈沖信號觸發(fā)動作。具體地，高頻脈沖信號為KHz范圍內的脈沖信號或脈沖寬度調制信號，工頻脈沖信號的頻率為50Hz或60Hz。圖6為圖1所示電路交流輸出電壓波形以及對應的第一開關器件至第六開關器件的驅動波形。請結合圖6，可以看出，上述第一開關條件對應于交流輸出電壓Va。的正半周，第二開關條件對應于交流輸出電壓Va。的負半周。下面請結合圖2至圖5，具體分析圖1所示電路的工作過程。圖2為圖1所示電路工作于第一開關條件下第一開關器件Sl和第四開關器件S4 導通時的電流流向示意圖。請結合圖2，電流流經全橋電路2的第一開關器件Si、第一輸出電感Li、第二輸出電感L2、第四開關器件S4，直流電源1通過全橋電路2給交流負載供電。圖3為圖1所示電路工作于第一開關條件下第一開關器件Sl和第四開關器件S4 關斷時的電流流向示意圖。請結合圖3，電流流經交流續(xù)流電路3的第六開關管S6、第一輸出電感Li、第二輸出電感L2，其中第一輸出電感Li、第二輸出電感L2續(xù)流給交流負載供電。圖4為圖1所示電路工作于第二開關條件下第二開關器件S2和第三開關器件S 3 導通時的電流流向示意圖；請結合圖4，電流流經全橋電路2的第三開關器件S3、第一輸出電感Li、第二輸出電感L2、第二開關器件S2，直流電源1通過全橋電路2給交流負載供電。圖5為圖1所示電路工作于第二開關條件下第二開關器件S2和第三開關器件S3 關斷時的電流流向示意圖；請結合圖5，電流流經交流續(xù)流電路3的第五開關管S5、第一輸出電感Li、第二輸出電感L2，其中第一輸出電感Li、第二輸出電感L2續(xù)流給交流負載供電。從以上圖1所示電路的工作過程分析可知，功率傳輸階段通過的開關器件較少， 有效降低了導通損耗，提高了轉換效率。下面具體分析在上述工作過程中如何抑制共模漏電流，提高轉換效率。請再次結合圖1，0點為直流電源1的負極，定義Vdc為直流電源1的輸出電壓，Vm 為A點與0點的電壓，Vbo為B點與0點的電壓，Vcffl為共模電壓，iCffl為共模漏電流，Ccffl為直流電源1對地寄生電容的容值，即共模電容容值。根據共模電壓的定義可知，Vcm = (VA0+VB0) /2。先結合第一開關條件下的工作過程具體分析(1)在第一開關器件Si、第四開關器件S4導通期間，請結合圖2，Vao = VDC, Vbo = 0，可以得知，共模電壓Vcm = Vdc/2 ；(2)在第一開關器件Si、第四開關器件S4關斷期間，請結合圖3，由于第一開關器件Si、第四開關器件S4結構對稱、型號相同，所以，Vm = Vdc/2, Vbo = VDC/2，可以得知，共模電壓 V。m = Vdc/2。由上述推導可知共模電壓V。m在第一開關條件下的工作過程中始終恒定不變， 由共模電壓Vem與共模漏電流i。m之間的關系(i。m = C。mdV。m/dt)可知，共模漏電流i。m為零。再結合第二開關條件下的工作過程具體分析(1)在第二開關器件S2、第三開關器件S3導通期間，請結合圖4，Vao = 0，Vbo = VDC，可以得知，共模電壓Vcm = Vdc/2 ；(2)在第二開關器件S2、第三開關器件S3關斷期間，請結合圖5，由于第二開關器件S2、第三開關器件S3結構對稱、型號相同，所以，Vaq = Vdc/2, Vbo = VDC/2，可以得知，共模電壓 V。m = Vdc/2。由上述推導可知共模電壓V。m在第二開關條件下的工作過程中始終恒定不變，由共模電壓v。m與共模漏電流i。m之間的關系(i。m = C。mdV。m/dt)可知，共模漏電流i。m為零。綜上所述，共模電壓V。m在第一開關條件和第二開關條件即整個工作過程中始終恒定不變，共模漏電流為零，從而，避免了漏電流吸收裝置的使用，降低了系統(tǒng)成本、提高了能量轉換效率。本發(fā)明實施例的有益效果為通過在常規(guī)全橋電路的基礎上加入交流續(xù)流電路， 且通過設置第一開關條件和第二開關條件來控制開關器件的導通和關斷，避免了開關頻率共模電壓的產生，進而抑制了漏電流；同時保證功率傳輸階段通過的開關器件少，有效降低了導通損耗，實現了能量的高效轉換。并且通過在交流輸出支路中對稱設置的第一輸出電感Ll和第二輸出電感L2，進一步抑制漏電流，降低變換器輸出交流電壓的諧波，改善了功率因數，提高了電能質量。顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。
權利要求
1.一種將直流電壓變換成交流電壓的電路，用于將直流電源的電壓轉換成交流電壓提供給交流負載，其包括全橋電路，所述全橋電路包括帶有第一開關器件、第二開關器件、第三開關器件和第四開關器件，所述第一開關器件和所述第二開關器件組成第一串聯(lián)支路， 所述第三開關器件和所述第四開關器件組成第二串聯(lián)支路，所述第一串聯(lián)支路和所述第二串聯(lián)支路分別并聯(lián)連接在所述直流電源的正直流母線和負直流母線之間，所述第一開關器件和所述第二開關器件的連接點與交流負載的第一端相連，所述第三開關器件和所述第四開關器件的連接點與交流負載的第二端相連；其特征在于該將直流電壓變換成交流電壓的電路還包括交流續(xù)流電路，其并聯(lián)連接在所述交流負載的第一端和所述交流負載的第二端之間，所述交流續(xù)流電路包括以反并聯(lián)方式連接的第五開關器件和第六開關器件。
2.根據權利要求1所述的電路，其特征在于所述第一開關器件、第二開關器件、第三開關器件、第四開關器件均為帶反并聯(lián)二極管的功率開關管。
3.根據權利要求1所述的電路，其特征在于所述第五開關器件和所述第六開關器件均為能承受反壓的IGBT。
4.根據權利要求2所述的電路，其特征在于所述第一開關器件、第二開關器件、第三開關器件、第四開關器件均為帶反并聯(lián)二極管的IGBT。
5.根據權利要求1所述的電路，其特征在于所述交流續(xù)流電路的第一端與交流負載的第一端之間設置有第一輸出電感，所述交流續(xù)流電路的第二端與交流負載的第二端之間設置有第二輸出電感。
6.一種將直流電壓變換成交流電壓的變換器，其特征在于包括權利要求1至5中任意一項所述的將直流電壓變換成交流電壓的電路。
7.一種用于權利要求1至5中任意一項所述電路的將直流電壓變換成交流電壓的方法，其特征在于設置有第一開關條件和第二開關條件，在所述第一開關條件下，所述第二開關器件、所述第三開關器件和所述第五開關器件關斷，所述第一開關器件和所述第四開關器件由同步的高頻脈沖信號觸發(fā)動作，所述第六開關器件以工頻脈沖信號觸發(fā)動作；在所述第二開關條件下，所述第一開關器件、所述第四開關器件和所述第六開關器件關斷，所述第二開關器件和所述第三開關器件由同步的高頻脈沖信號觸發(fā)動作，所述第五開關器件以工頻脈沖信號觸發(fā)動作。
8.根據權利要求7所述的方法，其特征在于所述高頻脈沖信號為KHz范圍內的脈沖信號。
9.根據權利要求7所述的方法，其特征在于所述高頻脈沖信號為脈沖寬度調制信號。
10.根據權利要求7所述的方法，其特征在于所述工頻脈沖信號的頻率為50Hz或 60Hz。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種將直流電壓變換成交流電壓的電路，包括全橋電路和交流續(xù)流電路，全橋電路包括第一開關器件、第二開關器件、第三開關器件和第四開關器件，由第一開關器件和第二開關器件組成的第一串聯(lián)支路、由第三開關器件和第四開關器件組成的第二串聯(lián)支路分別并聯(lián)連接在直流電源的正直流母線和負直流母線之間，第一開關器件和第二開關器件的連接點與交流負載的第一端相連，第三開關器件和第四開關器件的連接點與交流負載的第二端相連；交流續(xù)流電路并聯(lián)連接在交流負載的兩端，包括以反并聯(lián)方式連接的第五開關器件和第六開關器件。本發(fā)明還公開了一種具有該電路的變換器以及用于該電路的電壓轉換方法，有效抑制了漏電流、提高了能量轉換效率。
文檔編號H02M5/293GK102263520SQ20111019157
公開日2011年11月30日 申請日期2011年7月8日 優(yōu)先權日2011年7月8日
發(fā)明者倪華, 曹仁賢, 梅曉東, 耿后來, 胡兵, 趙為 申請人:陽光電源股份有限公司