專利名稱：自驅(qū)動(dòng)工頻同步換相全橋電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于光伏并網(wǎng)發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種用于光伏并網(wǎng)逆變器的自驅(qū)動(dòng)工頻同步換相全橋電路。
背景技術(shù)：
并網(wǎng)逆變器是光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中不可缺少的設(shè)備。在中小功率單相光伏并網(wǎng)逆變器中，常采用與工頻交流電網(wǎng)電壓同步的工頻換相全橋，將具有按半周期正弦規(guī)律變化 的直流單向脈動(dòng)電流轉(zhuǎn)化為正弦波交流電流注入電網(wǎng)。常規(guī)全橋電路的驅(qū)動(dòng)電路通常由多路隔離驅(qū)動(dòng)電源、光電隔離驅(qū)動(dòng)器等部分構(gòu)成，而且還需要有專門電路提供與電網(wǎng)電壓嚴(yán)格同步的驅(qū)動(dòng)脈沖，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的就是為解決上述問題，提供一種自驅(qū)動(dòng)工頻同步換相全橋電路，它簡(jiǎn)單、成本低、工作可靠、適用于并網(wǎng)逆變器。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案一種自驅(qū)動(dòng)工頻同步換相全橋電路，它包括第一功率開關(guān)、第二功率開關(guān)、第三功率開關(guān)以及第四功率開關(guān)形成的橋式電路，第一功率開關(guān)與第一驅(qū)動(dòng)單元連接，第二功率開關(guān)與第二驅(qū)動(dòng)單元連接，第三功率開關(guān)與第三驅(qū)動(dòng)單元，第四功率開關(guān)與第四驅(qū)動(dòng)單元連接；橋式電路設(shè)有對(duì)稱的連接點(diǎn)A和連接點(diǎn)B作為交流輸入端，以及對(duì)稱的連接點(diǎn)C和連接點(diǎn)D作為直流脈動(dòng)端；第一電容跨接在連接點(diǎn)C和連接點(diǎn)D之間；第一驅(qū)動(dòng)單元、第二驅(qū)動(dòng)單元還與連接點(diǎn)A連接，第三驅(qū)動(dòng)單元和第四驅(qū)動(dòng)單元還與連接點(diǎn)B連接。所述連接點(diǎn)A和B分別接單相交流電網(wǎng)的相線L與中線N,而在連接點(diǎn)C和連接點(diǎn)D之間注入直流脈動(dòng)電流；當(dāng)交流電網(wǎng)電壓處于正半周時(shí)，需要驅(qū)動(dòng)第一功率開關(guān)和第四功率開關(guān)導(dǎo)通、第二功率開關(guān)和第三功率開關(guān)截止，由連接點(diǎn)C注入的電流經(jīng)過第一功率開關(guān)后由連接點(diǎn)A注入交流電網(wǎng)，由連接點(diǎn)B返回，再經(jīng)過第四功率開關(guān)返回連接點(diǎn)D ；當(dāng)交流電網(wǎng)電壓處于負(fù)半周時(shí)，需要驅(qū)動(dòng)第二功率開關(guān)和第三功率開關(guān)導(dǎo)通、第一功率開關(guān)和第四功率開關(guān)截止，由連接點(diǎn)C注入的電流經(jīng)過第三功率開關(guān)后由連接點(diǎn)B注入交流電網(wǎng)，由連接點(diǎn)A返回，再經(jīng)過第二功率開關(guān)返回連接點(diǎn)D。所述第一驅(qū)動(dòng)單元與第三驅(qū)動(dòng)單元具有相同的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，均包括第一電阻器R1、第一二極管D1、第二電阻器R2、第一晶體管Q1、第二晶體管Q2、第三電阻器R3、第四電阻器R4、第一齊納管Z1、第二二極管D2、第二電容器C2和第五電阻器R5，其中各驅(qū)動(dòng)單元的①端與相應(yīng)的第一電阻器Rl的第一端連接；第一電阻器Rl的第二端與第一二極管Dl的陽極、第二電阻器R2的第一端以及第一晶體管Ql的基極相互連接；第一二極管Dl的陰極與第二電阻器R2的第二端、第一晶體管Ql的發(fā)射極、第三電阻器R3的第二端以及第二晶體管Q2的基極相互連接；第二晶體管Q2的集電極與第四電阻器R4的第二端、第一齊納管Zl的陰極以及相應(yīng)驅(qū)動(dòng)單元的③端相互連接；第三電阻器R3的第一端與第四電阻器R4的第一端、第二二極管D2的陰極以及第二電容器C2的第一端相互連接；第二二極管R2的陽極與第五電阻器R5的第一端連接；第五電阻器R5的第二端與相應(yīng)驅(qū)動(dòng)單元的②端連接；第一晶體管Ql的集電極與第二晶體管Q2的發(fā)射極、第一齊納管Zl的陽極、第二電容器C2的第二端以及相應(yīng)驅(qū)動(dòng)單元的④端相互連接。其中的第二驅(qū)動(dòng)單元與第四驅(qū)動(dòng)單元具有相同的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，均包括第六電阻器R6、第七電阻器R7、第三晶體管Q3、第四晶體管Q4、第八電阻器R8、第九電阻器R9、第二齊納管Z2、第三二極管D3、第三電容器C3和第十電阻器R10，其中所述各驅(qū)動(dòng)單元的①端與相應(yīng)的第六電阻器R6的第一端連接；第六電阻器R6的第二端與第七電阻器R7的第一端以及第三晶體管Q3的基極相互連接；第三晶體管Q3的集電極與第八電阻器R8的第二端以及第四晶體管Q4的基極相互連接；第四晶體管Q4的集電極與第九電阻器R9的第二端、第二齊納管Z2的陰極以及相應(yīng)驅(qū)動(dòng)單元的③端相互連接；第八電阻器R8的第一端與第九電阻器R9的第一端、第三二極管D3的陰極以及第三電容器C3的第一端相互連接；第三二極管D3的陽極與第十電阻器RlO的第一端連接；第十電阻器RlO的第二端與相應(yīng)驅(qū)動(dòng)單元的②端連接；第七電阻器R7的第二端與第三晶體管Q3的發(fā)射極、第四晶體管Q4的發(fā)射極、第二齊納管Z2的陽極、第三電容器C3的第二端以及相應(yīng)驅(qū)動(dòng)單元的④端相互連接。所述第一晶體管QI是PNP型晶體管，第二晶體管Q2是NPN型晶體管。所述第三晶體管Q3和第四晶體管Q4是NPN型晶體管。所述四個(gè)功率開關(guān)是半導(dǎo)體功率開關(guān)器件MOSFET或者IGBT。本實(shí)用新型的工作原理為在連接點(diǎn)A和連接點(diǎn)B之間的交流電壓作用下，由于四個(gè)半導(dǎo)體功率開關(guān)器件中所包含的反并聯(lián)二極管的單向?qū)щ娦?，各功率開關(guān)兩端均存在直流脈動(dòng)電壓。該脈動(dòng)電壓經(jīng)相應(yīng)驅(qū)動(dòng)單元的②端和④端進(jìn)入各相應(yīng)驅(qū)動(dòng)單元，經(jīng)第五電阻器R5和第二二極管D2對(duì)第二電容器C2充電(第一驅(qū)動(dòng)單元和第三驅(qū)動(dòng)單元)，或者經(jīng)第十電阻器RlO和第三二極管Q2對(duì)第三電容器C3充電(第二驅(qū)動(dòng)單元和第四驅(qū)動(dòng)單元)，在第二電容器C2和第三電容器C3上建立直流電壓。該直流電壓經(jīng)第四電阻器R4與第一齊納管Zl構(gòu)成的鉗位電路或者第九電阻器R9與第二齊納管Z2構(gòu)成的鉗位電路鉗位后，可獲得適當(dāng)?shù)挠行?qū)動(dòng)電壓，由相應(yīng)驅(qū)動(dòng)單元的③端輸出，驅(qū)動(dòng)對(duì)應(yīng)的功率開關(guān)。各驅(qū)動(dòng)電壓還要受到相應(yīng)驅(qū)動(dòng)單元①端電位的控制。對(duì)于第一驅(qū)動(dòng)單元和第三驅(qū)動(dòng)單元而言，如果①端電位充分低于④端電位，則其中的第一晶體管Ql導(dǎo)通，第二晶體管Q2截止，于是③端與④端間輸出有效驅(qū)動(dòng)電壓，驅(qū)動(dòng)對(duì)應(yīng)的功率開關(guān)導(dǎo)通；如果①端點(diǎn)電位等于或高于④端電位，則其中的第一晶體管Ql截止，第二晶體管Q2導(dǎo)通，將③端與④端間電壓鉗位至接近于零(第二晶體管Q2的飽和壓降)，對(duì)應(yīng)的功率開關(guān)截至。對(duì)于第二驅(qū)動(dòng)單元和第四驅(qū)動(dòng)單元而言，如果①端電位充分高于④端電位，則其中的第三晶體管Q3導(dǎo)通，第四晶體管Q4截止，于是③端與④端間輸出有效驅(qū)動(dòng)電壓，驅(qū)動(dòng)對(duì)應(yīng)的功率開關(guān)導(dǎo)通；如果①端點(diǎn)電位等于或低于④端電位，則其中的第三晶體管Q3截止，第四晶體管Q4導(dǎo)通，將③端 與④端間電壓鉗位至接近于零(第四晶體管Q4的飽和壓降)，對(duì)應(yīng)的功率開關(guān)截至。按此控制規(guī)律，根據(jù)所采用技術(shù)方案的連接關(guān)系容易分析，當(dāng)連接點(diǎn)A和連接點(diǎn)B之間的交流電壓處于正半周時(shí)，會(huì)控制第一驅(qū)動(dòng)單元和第四驅(qū)動(dòng)單元輸出有效驅(qū)動(dòng)電壓，驅(qū)動(dòng)第一功率開關(guān)和第四功率開關(guān)導(dǎo)通，而第二驅(qū)動(dòng)單元和第三驅(qū)動(dòng)單元輸出的驅(qū)動(dòng)電壓接近零，第二功率開關(guān)和第三功率開關(guān)截止；當(dāng)連接點(diǎn)A和連接點(diǎn)B之間的交流電壓處于負(fù)半周時(shí)，會(huì)控制第二驅(qū)動(dòng)單元和第三驅(qū)動(dòng)單元輸出有效驅(qū)動(dòng)電壓，驅(qū)動(dòng)第二功率開關(guān)和第三功率開關(guān)導(dǎo)通，而第一驅(qū)動(dòng)單元和第四驅(qū)動(dòng)單元輸出的驅(qū)動(dòng)電壓接近零，第一功率開關(guān)和第四功率開關(guān)截止。因此，在連接點(diǎn)A和連接點(diǎn)B之間的交流電壓作用下，四個(gè)驅(qū)動(dòng)單元可自動(dòng)實(shí)現(xiàn)所需的同步驅(qū)動(dòng)，并且各功率開關(guān)之間存在可靠的互鎖關(guān)系，不會(huì)發(fā)生直通問題，同時(shí)在交流電壓過零點(diǎn)附近，四個(gè)驅(qū)動(dòng)單元均不會(huì)驅(qū)動(dòng)功率開關(guān)，自動(dòng)生成所需的切換死區(qū)。第一電容器Cl的作用是防止換相過程的死區(qū)時(shí)間中連接點(diǎn)C和連接點(diǎn)D之間產(chǎn)生暫態(tài)高電壓。本實(shí)用新型的有益實(shí)施效果為I.能在電網(wǎng)交流電壓作用下，自動(dòng)實(shí)現(xiàn)工頻同步換相全橋所需的同步驅(qū)動(dòng)，工作
穩(wěn)定可靠；2.自動(dòng)實(shí)現(xiàn)各功率開關(guān)之間的互鎖，并在交流電壓過零點(diǎn)附近自動(dòng)生成適當(dāng)?shù)墓β书_關(guān)切換死區(qū)，保證功率開關(guān)不會(huì)發(fā)生直通現(xiàn)象；3.結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，容易實(shí)施；4.省略了常規(guī)全橋驅(qū)動(dòng)電路所需的多路隔離驅(qū)動(dòng)電源、光電隔離驅(qū)動(dòng)器、同步驅(qū)動(dòng)脈沖產(chǎn)生電路等裝置，成本顯著降低。

圖I是本實(shí)用新型第一實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本實(shí)用新型第二實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是所述第一驅(qū)動(dòng)單元和第三驅(qū)動(dòng)單元電路圖；圖4是所述第二驅(qū)動(dòng)單元和第四驅(qū)動(dòng)單元電路圖。其中1第一驅(qū)動(dòng)單元、2第一功率開關(guān)、3第二驅(qū)動(dòng)單元、4第二功率開關(guān)、5第三驅(qū)動(dòng)單元、6第三功率開關(guān)、7第四驅(qū)動(dòng)單元、8第四功率開關(guān)、9第一電容器。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖與實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明。實(shí)施例I :[0046]如圖I所示，一種自驅(qū)動(dòng)工頻同步換相全橋電路，它包括第一驅(qū)動(dòng)單元I、第一功率開關(guān)2、第二驅(qū)動(dòng)單元3、第二功率開關(guān)4、第三驅(qū)動(dòng)單元5、第三功率開關(guān)6、第四驅(qū)動(dòng)單7元、第四功率開關(guān)8和第一電容器9，其中第一功率開關(guān)2、第二功率開關(guān)4、第三功率開關(guān)6和第四功率開關(guān)8構(gòu)成橋式電路，第一功率開關(guān)2的第二端與第二功率開關(guān)4的第一端連接構(gòu)成連接點(diǎn)A，第三功率開關(guān)6的第二端與第四功率開關(guān)8的第一端連接構(gòu)成連接點(diǎn)B，第一功率開關(guān)2的第一端與第三功率開關(guān)6的第一端連接構(gòu)成連接點(diǎn)C，第二功率開關(guān)4的第二端與第四功率開關(guān)6的第二端連接構(gòu)成連接點(diǎn)D ；第一電容器9跨接在連接點(diǎn)C和連接點(diǎn)D之間；第一驅(qū)動(dòng)單元I的②端和④端分別接第一功率開關(guān)2的第一端和第二端，第一驅(qū)動(dòng)單元I的③端接第一功率開關(guān)2的控制端；第二驅(qū)動(dòng)單元3的②端和④端分別接第二功率開關(guān)4的第一端和第二端，第二驅(qū)動(dòng)單元3的③端接第二功率開關(guān)4的控制端；第三驅(qū)動(dòng)單元5的②端和④端分別接第三功率開關(guān)6的第一端和第二端，第三驅(qū)動(dòng)單元5的③端接第三功率開關(guān)6的控制端；第四驅(qū)動(dòng)單元7的②端和④端分別接第四功率開關(guān)8的第一端和第二端，第四驅(qū)動(dòng)單元7的③端接第四功率開關(guān)8的控制端；第一驅(qū)動(dòng)單元I的①端和第二驅(qū)動(dòng)單元3的①端均與連接點(diǎn)B連接；第三驅(qū)動(dòng)單元5的①端和第四驅(qū)動(dòng)單元7的①端均與連接點(diǎn)A連接。所述自驅(qū)動(dòng)工頻同步換相全橋電路，其中的第一功率開關(guān)2、第二功率開關(guān)4、第三功率開關(guān)6和第四功率開關(guān)8是半導(dǎo)體功率開關(guān)器件M0SFET，如圖I所示；所述各功率開關(guān)的第一端對(duì)應(yīng)MOSFET的漏極的集電極，所述各功率開關(guān)的第二端對(duì)應(yīng)MOSFET的源極，所述各功率開關(guān)的控制端對(duì)應(yīng)MOSFET柵極。第一驅(qū)動(dòng)單元I與第三驅(qū)動(dòng)單元5具有相同的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，如圖3所示，它包括第一電阻器R1、第一二極管D1、第二電阻器R2、第一晶體管Q1、第二晶體管Q2、第三電阻器R3、第四電阻器R4、第一齊納管Z1、第二二極管D2、第二電容器C2和第五電阻器R5，其中所述相應(yīng)驅(qū)動(dòng)單元的①端與第一電阻器Rl的第一端連接；第一電阻器Rl的第二端與第一二極管Dl的陽極、第二電阻器R2的第一端以及第一晶體管Ql的基極相互連接；第一二極管Dl的陰極與第二電阻器R2的第二端、第一晶體管Ql的發(fā)射極、第三電阻器R3的第二端以及第二晶體管Q2的基極相互連接；第二晶體管Q2的集電極與第四電阻器R4的第二端、第一齊納管Zl的陰極以及相應(yīng)驅(qū)動(dòng)單元的③端相互連接；第三電阻器R3的第一端與第四電阻器R4的第一端、第二二極管D2的陰極以及第二電容器C2的第一端相互連接；第二二極管D2的陽極與第五電阻器R5的第一端連接；第五電阻器R5的第二端與相應(yīng)驅(qū)動(dòng)單元的②端連接；第一晶體管Ql的集電極與第二晶體管Q2的發(fā)射極、第一齊納管Zl的陽極、第二電容器C2的第二端以及相應(yīng)驅(qū)動(dòng)單元的④端相互連接。[0065]第二驅(qū)動(dòng)單元3與第四驅(qū)動(dòng)單元7具有相同的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，如圖4所示，它包括第六電阻器R6、第七電阻器R7、第三晶體管Q3、第四晶體管Q4、第八電阻器R8、第九電阻器R9、第二齊納管Z2、第三二極管D3、第三電容器C3和第十電阻器R10，其中所述相應(yīng)驅(qū)動(dòng)單元的①端與第六電阻器 R6的第一端連接；第六電阻器R6的第二端與第七電阻器R7的第一端以及第三晶體管Q3的基極相互連接；第三晶體管Q3的集電極與第八電阻器R8的第二端以及第四晶體管Q4的基極相互連接；第四晶體管Q4的集電極與第九電阻器R9的第二端、第二齊納管Z2的陰極以及所述相應(yīng)驅(qū)動(dòng)單元的③端相互連接；第八電阻器R8的第一端與第九電阻器R9的第一端、第三二極管D3的陰極以及第三電容器C3的第一端相互連接；第三二極管D3的陽極與第十電阻器RlO的第一端連接；第十電阻器RlO的第二端與所述相應(yīng)驅(qū)動(dòng)單元的②端連接；第七電阻器R7的第二端與第三晶體管Q3的發(fā)射極、第四晶體管Q4的發(fā)射極、第二齊納管Z2的陽極、第三電容器C3的第二端以及所述相應(yīng)驅(qū)動(dòng)單元的④端相互連接。所述第一驅(qū)動(dòng)單元I、第二驅(qū)動(dòng)單元3、第三驅(qū)動(dòng)單元5和第四驅(qū)動(dòng)單元7，其中的第一晶體管Ql是PNP型晶體管，第二晶體管Q2、第三晶體管Q3和第四晶體管Q4是NPN型晶體管。電路應(yīng)用時(shí)，連接點(diǎn)A和B分別接單相交流電網(wǎng)的相線L與中線N，而在連接點(diǎn)C和連接點(diǎn)D之間注入直流脈動(dòng)電流。如圖I所示，在連接點(diǎn)A和連接點(diǎn)B之間的交流電壓作用下，由于2、4、6、8四個(gè)半導(dǎo)體功率開關(guān)器件中所包含的反并聯(lián)二極管的單向?qū)щ娦?，各功率開關(guān)兩端均存在直流脈動(dòng)電壓。該脈動(dòng)電壓經(jīng)1、3、5、7各驅(qū)動(dòng)單元的②端和④端進(jìn)入各驅(qū)動(dòng)單元，如圖3和圖4所示，經(jīng)第五電阻器R5和第二二極管D2對(duì)第二電容器C2充電(第一驅(qū)動(dòng)單元I和第三驅(qū)動(dòng)單元5)，或者經(jīng)第十電阻器RlO和第三二極管D3對(duì)第三電容器C3充電(第二驅(qū)動(dòng)單元3和第四驅(qū)動(dòng)單元7)，在第二電容器C2和第三電容器C3上建立直流電壓。該直流電壓經(jīng)第四電阻器R4與第一齊納管Zl構(gòu)成的鉗位電路或者第九電阻器R9與第二齊納管Z2構(gòu)成的鉗位電路鉗位后，可獲得適當(dāng)?shù)挠行?qū)動(dòng)電壓，由各驅(qū)動(dòng)單元的③端輸出，驅(qū)動(dòng)對(duì)應(yīng)的功率開關(guān)。各驅(qū)動(dòng)電壓還要受到相應(yīng)驅(qū)動(dòng)單元①端電位的控制。對(duì)于第一驅(qū)動(dòng)單元I和第三驅(qū)動(dòng)單元5而言，如果①端電位充分低于④端電位，則其中的第一晶體管Ql導(dǎo)通，第二晶體管Q2截止，于是③端與④端間輸出有效驅(qū)動(dòng)電壓，驅(qū)動(dòng)對(duì)應(yīng)的功率開關(guān)導(dǎo)通；如果①端點(diǎn)電位等于或高于④端電位，則其中的第一晶體管Ql截止，第二晶體管Q2導(dǎo)通，將③端與④端間電壓鉗位至接近于零(第二晶體管Q2的飽和壓降)，對(duì)應(yīng)的功率開關(guān)截至。對(duì)于第二驅(qū)動(dòng)單元3和第四驅(qū)動(dòng)單元7而言，如果①端電位充分高于④端電位，則其中的第三晶體管Q3導(dǎo)通，第四晶體管Q4截止，于是③端與④端間輸出有效驅(qū)動(dòng)電壓，驅(qū)動(dòng)對(duì)應(yīng)的功率開關(guān)導(dǎo)通；如果①端點(diǎn)電位等于或低于④端電位，則其中的第三晶體管Q3截止，第四晶體管Q4導(dǎo)通，將
③端與④端間電壓鉗位至接近于零(第四晶體管Q4的飽和壓降)，對(duì)應(yīng)的功率開關(guān)截至。按此控制規(guī)律，根據(jù)圖I所示連接關(guān)系容易分析，當(dāng)連接點(diǎn)A和連接點(diǎn)B之間的交流電壓處于正半周時(shí)，會(huì)控制第一驅(qū)動(dòng)單元I和第四驅(qū)動(dòng)單元7輸出有效驅(qū)動(dòng)電壓，驅(qū)動(dòng)第一功率開關(guān)2和第四功率開關(guān)8導(dǎo)通，而第二驅(qū)動(dòng)單元3和第三驅(qū)動(dòng)單元5輸出的驅(qū)動(dòng)電壓接近零，第二功率開關(guān)4和第三功率開關(guān)6截止；當(dāng)連接點(diǎn)A和連接點(diǎn)B之間的交流電壓處于負(fù)半周時(shí)，會(huì)控制第二驅(qū)動(dòng)單元3和第三驅(qū)動(dòng)單元5輸出適當(dāng)驅(qū)動(dòng)電壓，驅(qū)動(dòng)第二功率開關(guān)4和第三功率開關(guān)6導(dǎo)通，而第一驅(qū)動(dòng)單元I和第四驅(qū)動(dòng)單元7輸出的驅(qū)動(dòng)電壓接近零，第一功率開關(guān)2和第四功率開關(guān)8截止。因此，在連接點(diǎn)A和連接點(diǎn)B之間的交流電壓作用下，四個(gè)驅(qū)動(dòng)單元可自動(dòng)實(shí)現(xiàn)所需的同步驅(qū)動(dòng)，并且各功率開關(guān)之間存在可靠的互鎖關(guān)系，不會(huì)發(fā)生直通問題，同時(shí)在交流電壓過零點(diǎn)附近，四個(gè)驅(qū)動(dòng)單元均不會(huì)驅(qū)動(dòng)功率開關(guān)，自動(dòng)生成所需的切換死區(qū)。第一電容器9的作用是防止換相過程的死區(qū)時(shí)間中連接點(diǎn)C和連接點(diǎn)D之間產(chǎn)生暫態(tài)高電壓。實(shí)施例2 在本實(shí)施例中，第一功率開關(guān)2、第二功率開關(guān)4、第三功率開關(guān)6和第四功率開關(guān)8是IGBT，如圖2所示；所述功率開關(guān)的第一端對(duì)應(yīng)IGBT的集電極，所述功率開關(guān)的第二端 對(duì)應(yīng)IGBT的發(fā)射極，所述功率開關(guān)的控制端對(duì)應(yīng)IGBT的柵極。其余結(jié)構(gòu)與實(shí)施例I相同。在連接點(diǎn)A和連接點(diǎn)B之間的交流電壓作用下，由于2、4、6、8四個(gè)半導(dǎo)體功率開關(guān)器件中所包含的反并聯(lián)二極管的單向?qū)щ娦?，各功率開關(guān)兩端均存在直流脈動(dòng)電壓。該脈動(dòng)電壓經(jīng)1、3、5、7各驅(qū)動(dòng)單元的②端和④端進(jìn)入各驅(qū)動(dòng)單元，如圖3和圖4所示，經(jīng)第五電阻器R5和第二二極管D2對(duì)第二電容器C2充電(第一驅(qū)動(dòng)單元I和第三驅(qū)動(dòng)單元5)，或者經(jīng)第十電阻器RlO和第三二極管D3對(duì)第三電容器C3充電(第二驅(qū)動(dòng)單元3和第四驅(qū)動(dòng)單元7)，在第二電容器C2和第三電容器C3上建立直流電壓。該直流電壓經(jīng)第四電阻器R4與第一齊納管Zl構(gòu)成的鉗位電路或者第九電阻器R9與第二齊納管Z2構(gòu)成的鉗位電路鉗位后，可獲得適當(dāng)?shù)挠行?qū)動(dòng)電壓，由各驅(qū)動(dòng)單元的③端輸出，驅(qū)動(dòng)對(duì)應(yīng)的功率開關(guān)。各驅(qū)動(dòng)電壓還要受到相應(yīng)驅(qū)動(dòng)單元①端電位的控制。對(duì)于第一驅(qū)動(dòng)單元I和第三驅(qū)動(dòng)單元5而言，如果①端電位充分低于④端電位，則其中的第一晶體管Ql導(dǎo)通，第二晶體管Q2截止，于是③端與④端間輸出有效驅(qū)動(dòng)電壓，驅(qū)動(dòng)對(duì)應(yīng)的功率開關(guān)導(dǎo)通；如果①端點(diǎn)電位等于或高于④端電位，則其中的第一晶體管Ql截止，第二晶體管Q2導(dǎo)通，將③端與④端間電壓鉗位至接近于零(第二晶體管Q2的飽和壓降)，對(duì)應(yīng)的功率開關(guān)截至。對(duì)于第二驅(qū)動(dòng)單元3和第四驅(qū)動(dòng)單元7而言，如果①端電位充分高于④端電位，則其中的第三晶體管Q3導(dǎo)通，第四晶體管Q4截止，于是③端與④端間輸出有效驅(qū)動(dòng)電壓，驅(qū)動(dòng)對(duì)應(yīng)的功率開關(guān)導(dǎo)通；如果①端點(diǎn)電位等于或低于④端電位，則其中的第三晶體管Q3截止，第四晶體管Q4導(dǎo)通，將③端與
④端間電壓鉗位至接近于零(第四晶體管Q4的飽和壓降)，對(duì)應(yīng)的功率開關(guān)截至。按此控制規(guī)律，根據(jù)圖2所示連接關(guān)系容易分析，當(dāng)連接點(diǎn)A和連接點(diǎn)B之間的交流電壓處于正半周時(shí)，會(huì)控制第一驅(qū)動(dòng)單元I和第四驅(qū)動(dòng)單元7輸出有效驅(qū)動(dòng)電壓，驅(qū)動(dòng)第一功率開關(guān)2和第四功率開關(guān)8導(dǎo)通，而第二驅(qū)動(dòng)單元3和第三驅(qū)動(dòng)單元5輸出的驅(qū)動(dòng)電壓接近零，第二功率開關(guān)4和第三功率開關(guān)6截止；當(dāng)連接點(diǎn)A和連接點(diǎn)B之間的交流電壓處于負(fù)半周時(shí)，會(huì)控制第二驅(qū)動(dòng)單元3和第三驅(qū)動(dòng)單元5輸出適當(dāng)驅(qū)動(dòng)電壓，驅(qū)動(dòng)第二功率開關(guān)4和第三功率開關(guān)6導(dǎo)通，而第一驅(qū)動(dòng)單元I和第四驅(qū)動(dòng)單元7輸出的驅(qū)動(dòng)電壓接近零，第一功率開關(guān)2和第四功率開關(guān)8截止。因此，在連接點(diǎn)A和連接點(diǎn)B之間的交流電壓作用下，四個(gè)驅(qū)動(dòng)單元可自動(dòng)實(shí)現(xiàn)所需的同步驅(qū)動(dòng)，并且各功率開關(guān)之間存在可靠的互鎖關(guān)系，不會(huì)發(fā)生直通問題，同時(shí) 在交流電壓過零點(diǎn)附近，四個(gè)驅(qū)動(dòng)單元均不會(huì)驅(qū)動(dòng)功率開關(guān)，自動(dòng)生成所需的切換死區(qū)。第一電容器9的作用是防止換相過程的死區(qū)時(shí)間中連接點(diǎn)C和連接點(diǎn)D之間產(chǎn)生暫態(tài)高電壓。
權(quán)利要求1.一種自驅(qū)動(dòng)工頻同步換相全橋電路，其特征是，它包括第一功率開關(guān)、第二功率開關(guān)、第三功率開關(guān)以及第四功率開關(guān)形成的橋式電路，第一功率開關(guān)與第一驅(qū)動(dòng)單元連接，第二功率開關(guān)與第二驅(qū)動(dòng)單元連接，第三功率開關(guān)與第三驅(qū)動(dòng)單元，第四功率開關(guān)與第四驅(qū)動(dòng)單元連接； 橋式電路設(shè)有對(duì)稱的連接點(diǎn)A和連接點(diǎn)B作為交流輸入端，以及對(duì)稱的連接點(diǎn)C和連接點(diǎn)D作為直流脈動(dòng)端； 第一電容跨接在連接點(diǎn)C和連接點(diǎn)D之間； 第一驅(qū)動(dòng)單元、第二驅(qū)動(dòng)單元還與連接點(diǎn)A連接，第三驅(qū)動(dòng)單元和第四驅(qū)動(dòng)單元還與連接點(diǎn)B連接。
2.如權(quán)利要求I所述的自驅(qū)動(dòng)工頻同步換相全橋電路，其特征是，所述連接點(diǎn)A和B分別接單相交流電網(wǎng)的相線L與中線N,而在連接點(diǎn)C和連接點(diǎn)D之間注入直流脈動(dòng)電流；當(dāng)交流電網(wǎng)電壓處于正半周時(shí)，需要驅(qū)動(dòng)第一功率開關(guān)和第四功率開關(guān)導(dǎo)通、第二功率開關(guān) 和第三功率開關(guān)截止，由連接點(diǎn)C注入的電流經(jīng)過第一功率開關(guān)后由連接點(diǎn)A注入交流電 網(wǎng)，由連接點(diǎn)B返回，再經(jīng)過第四功率開關(guān)返回連接點(diǎn)D ;當(dāng)交流電網(wǎng)電壓處于負(fù)半周時(shí)，需要驅(qū)動(dòng)第二功率開關(guān)和第三功率開關(guān)導(dǎo)通、第一功率開關(guān)和第四功率開關(guān)截止，由連接點(diǎn)C注入的電流經(jīng)過第三功率開關(guān)后由連接點(diǎn)B注入交流電網(wǎng)，由連接點(diǎn)A返回，再經(jīng)過第二功率開關(guān)返回連接點(diǎn)D。
3.如權(quán)利要求I所述的自驅(qū)動(dòng)工頻同步換相全橋電路，其特征是，所述第一驅(qū)動(dòng)單元與第三驅(qū)動(dòng)單元具有相同的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，均包括第一電阻器R1、第一二極管D1、第二電阻器R2、第一晶體管Q1、第二晶體管Q2、第三電阻器R3、第四電阻器R4、第一齊納管Z1、第二二極管D2、第二電容器C2和第五電阻器R5，其中 各驅(qū)動(dòng)單元的①端與相應(yīng)的第一電阻器Rl的第一端連接； 第一電阻器Rl的第二端與第一二極管Dl的陽極、第二電阻器R2的第一端以及第一晶體管Ql的基極相互連接； 第一二極管Dl的陰極與第二電阻器R2的第二端、第一晶體管Ql的發(fā)射極、第三電阻器R3的第二端以及第二晶體管Q2的基極相互連接； 第二晶體管Q2的集電極與第四電阻器R4的第二端、第一齊納管Zl的陰極以及相應(yīng)驅(qū)動(dòng)單元的③端相互連接； 第三電阻器R3的第一端與第四電阻器R4的第一端、第二二極管D2的陰極以及第二電容器C2的第一端相互連接； 第二二極管R2的陽極與第五電阻器R5的第一端連接； 第五電阻器R5的第二端與相應(yīng)驅(qū)動(dòng)單元的②端連接； 第一晶體管Ql的集電極與第二晶體管Q2的發(fā)射極、第一齊納管Zl的陽極、第二電容器C2的第二端以及相應(yīng)驅(qū)動(dòng)單元的④端相互連接。
4.如權(quán)利要求I所述的自驅(qū)動(dòng)工頻同步換相全橋電路，其特征是，其中的第二驅(qū)動(dòng)單元與第四驅(qū)動(dòng)單元具有相同的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，均包括第六電阻器R6、第七電阻器R7、第三晶體管Q3、第四晶體管Q4、第八電阻器R8、第九電阻器R9、第二齊納管Z2、第三二極管D3、第三電容器C3和第十電阻器R10，其中 所述各驅(qū)動(dòng)單元的①端與相應(yīng)的第六電阻器R6的第一端連接；第六電阻器R6的第二端與第七電阻器R7的第一端以及第三晶體管Q3的基極相互連接； 第三晶體管Q3的集電極與第八電阻器R8的第二端以及第四晶體管Q4的基極相互連接； 第四晶體管Q4的集電極與第九電阻器R9的第二端、第二齊納管Z2的陰極以及相應(yīng)驅(qū)動(dòng)單元的③端相互連接； 第八電阻器R8的第一端與第九電阻器R9的第一端、第三二極管D3的陰極以及第三電容器C3的第一端相互連接；第三二極管D3的陽極與第十電阻器RlO的第一端連接； 第十電阻器RlO的第二端與相應(yīng)驅(qū)動(dòng)單元的②端連接； 第七電阻器R7的第二端與第三晶體管Q3的發(fā)射極、第四晶體管Q4的發(fā)射極、第二齊納管Z2的陽極、第三電容器C3的第二端以及相應(yīng)驅(qū)動(dòng)單元的④端相互連接。
5.如權(quán)利要求3所述的自驅(qū)動(dòng)工頻同步換相全橋電路，其特征是，所述第一晶體管Ql是PNP型晶體管，第二晶體管Q2是NPN型晶體管。
6.如權(quán)利要求4所述的自驅(qū)動(dòng)工頻同步換相全橋電路，其特征是，所述第三晶體管Q3和第四晶體管Q4是NPN型晶體管。
7.如權(quán)利要求I所述的自驅(qū)動(dòng)工頻同步換相全橋電路，其特征是，所述四個(gè)功率開關(guān)是半導(dǎo)體功率開關(guān)器件MOSFET或者IGBT。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種自驅(qū)動(dòng)工頻同步換相全橋電路，它簡(jiǎn)單、成本低、工作可靠、適用于并網(wǎng)逆變器。它包括第一功率開關(guān)、第二功率開關(guān)、第三功率開關(guān)以及第四功率開關(guān)形成的橋式電路，第一功率開關(guān)與第一驅(qū)動(dòng)單元連接，第二功率開關(guān)與第二驅(qū)動(dòng)單元連接，第三功率開關(guān)與第三驅(qū)動(dòng)單元，第四功率開關(guān)與第四驅(qū)動(dòng)單元連接；橋式電路設(shè)有對(duì)稱的連接點(diǎn)A和連接點(diǎn)B作為交流輸入端，以及對(duì)稱的連接點(diǎn)C和連接點(diǎn)D作為直流脈動(dòng)端；第一電容跨接在連接點(diǎn)C和連接點(diǎn)D之間；第一驅(qū)動(dòng)單元、第二驅(qū)動(dòng)單元還與連接點(diǎn)A連接，第三驅(qū)動(dòng)單元和第四驅(qū)動(dòng)單元還與連接點(diǎn)B連接。
文檔編號(hào)H02M7/5387GK202550916SQ20122021198
公開日2012年11月21日 申請(qǐng)日期2012年5月11日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月11日
發(fā)明者李建明, 田中林 申請(qǐng)人:德州三和電器有限公司