一種高頻隔離型光伏逆變器的制造方法
【專利摘要】本實用新型公開一種高頻隔離型光伏逆變器。該光伏逆變器包括前級高頻隔離CUK電路和后級全橋逆變電路，該前級高頻隔離CUK電路由電感L1、開關管Q1、電容C1、變壓器T1、電容C2、二極管D1、電感L2、電容C3組成，開關管Q1采用IGBT管，該后級全橋逆變電路由四個開關管組成，上橋臂開關管Q2、Q4采用IGBT管，下橋臂開關管Q3、Q5采用MOSFET管。本實用新型公開的一種高頻隔離光伏逆變器，具有驅動電路簡單，傳輸效率高，體積小等優(yōu)點，能夠實現太陽能電池板與電網的電氣隔離，可廣泛應用在太陽能光伏并網發(fā)電系統(tǒng)中。
【專利說明】
【技術領域】
[0001] 本實用新型屬于發(fā)電【技術領域】，涉及一種太陽能光伏并網發(fā)電設備，尤其是一種 高頻隔離型光伏逆變器。 一種高頻隔離型光伏逆變器

【背景技術】
[0002] 光伏并網發(fā)電系統(tǒng)主要由太陽能電池板、光伏逆變器和電網組成。光伏逆變器是 連接太陽能電池板和電網的核心設備。用來控制太陽能電池板運行于最大功率點和向電網 注入正弦電流的功能。
[0003] 目前的光伏逆變器采用的拓撲結構分為無變壓器隔離型和變壓器隔離型。
[0004] 無變壓器隔離型光伏逆變器具有成本低、體積小、重量輕的優(yōu)點，廣泛應用在小功 率發(fā)電系統(tǒng)的場合。但由于沒有變壓器隔離，太陽能電池板陣列和電網之間存在電氣連接， 嚴重時會危害人身安全。同時并網電流中的直流分量控制和漏電流實時監(jiān)測等技術問題是 該類逆變器需要面對的難題。
[0005] 變壓器隔離型光伏逆變器能夠實現太陽能電池板與電網的電氣隔離，容易與薄膜 電池配合使用。該類型逆變器又可分為工頻隔離型和高頻隔離型。
[0006] 工頻隔離逆變器先通過DC/AC變換，將太陽電池直流電能轉化為交流電能，然后 通過工頻變壓器和電網相連，完成升壓以及和電網的隔離。音頻噪音大、體積大且笨重，轉 換效率低，這是工頻隔離逆變器的主要缺點。
[0007] 高頻隔離逆變器先通過隔離DC/DC變換器將太陽電池的直流電升壓轉化為直流 高壓，然后通過逆變電路逆變輸出，經低通濾波器后直接和電網相連。由于高頻變壓器的隔 離作用，可以直接將逆變器的輸出通過電感直接連接電網，大大減少了其設備體積和噪聲， 且提高了控制的靈活性。具有重量輕、體積小、成本低及太陽能電池板與電網隔離的優(yōu)點。
[0008] 高頻隔離拓撲結構有正激式、反激式、推挽式、半橋式、全橋式。對于正激式、反激 式、推挽式結構中，存在變壓器單相偏磁，利用率低的問題；對于半橋式、全橋式，存在驅動 電路復雜，上、下開關管直通的問題。 實用新型內容
[0009] 本實用新型要解決的技術問題是：提供一種高頻隔離型光伏逆變器，該逆變器的 拓撲結構能夠實現太陽能電池板陣列與電網的電氣隔離，并且控制簡易，能量傳輸效率高。 [0010] 本實用新型是通過以下技術方案來實現：
[0011] 一種高頻隔離型光伏逆變器，包括前級高頻隔離CUK電路和后級全橋逆變電路， 該前級高頻隔離CUK電路包括電感L1、開關管Q1、電容C1、變壓器T1、電容C2、二極管D1、 電感L2和電容C3,電感L1 一端與輸入電壓Vpv相連，另一端與電容C1 一端相連，電容C1 另一端與變壓器T1輸入端相連，開關管Q1 -端接入電感L1與電容C1之間，另一端分別與 輸入電壓Vpv和變壓器T1輸入端相連，電容C2 -端與變壓器T1輸出端相連，一端經電感 L2后與輸出電壓Vdc相連，輸出電壓Vdc還與變壓器T1輸出端相連，二極管D1 -端接入電 容C2與電感L2之間，另一端與變壓器T1輸出端相連，電容C3 -端與輸出電壓Vdc相連， 另一端與變壓器T1輸出端相連；后級全橋逆變電路包括上橋臂開關管Q2、Q3和下橋臂開 關管Q4、Q5四個開關管以及分別對應連接在開關管Q2、Q3、Q4、Q5上的二極管D2、D3、D4、 D5,輸出電壓Vdc之間接入有串聯(lián)的開關管Q2、Q3和串聯(lián)的開關管Q4、Q5,電感L3與電容 C4串聯(lián)后，電感L3接入開關管Q2、Q3之間，電容C4接入開關管Q4、Q5之間，電容C4上連 接有交流電壓。
[0012] 開關管Q1采用IGBT管，上橋臂開關管Q2、Q4采用IGBT管，下橋臂開關管Q3、Q5 采用M0SFET管。
[0013] 高頻隔離CUK電路的輸出電壓Vdc與輸入電壓Vpv的關系為Vdc = VpvXD/ n(l-D)，其中變壓器的阻比η = nl/n2(原邊/副邊），脈沖占空比D = ton/T，ton為導通 時間，T為導通周期。
[0014] 高頻隔離CUK電路的開關管Q1的驅動信號為頻率15ΚΗζ的方波信號，方波信號的 占空比D與輸入電壓Vpv的大小成反比。
[0015] 全橋逆變電路的上橋臂IGBT開關管Q2、Q4作為極性控制器，工作在工頻50Hz，下 橋臂的M0SFET開關管Q3、Q5進行高頻切換，控制逆變輸出的幅值。
[0016] 與現有技術相比，本實用新型具有以下有益的技術效果：
[0017] 本實用新型提供的高頻隔離型光伏逆變器，具有驅動電路簡單，傳輸效率高，體積 小等優(yōu)點，能夠實現太陽能電池板與電網的電氣隔離，具有體積小，重量輕的特點?？蓮V泛 應用在太陽能光伏并網發(fā)電系統(tǒng)中。且由于開關管無論在導通還是在截止期間，能量都能 通過電感和電容傳遞到輸出端，因此能量傳輸高。
[0018] 本實用新型全橋逆變電路采用IBGT、M0SFET混合電路。由于M0SFET管的導通壓 降是線性的，在輕載的情況下有更低的導通壓降，而IGBT管的導通壓降是非線性特性，在 滿載情況下具有小的導通壓降。采用IGBT管、M0SFET管混合組成逆變全橋電路，具有很高 的逆變效率，不論在輕載還是滿載情況下。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0019] 圖1是一種高頻隔離型光伏逆變器電路原理圖。
[0020] 圖2是高頻隔離型CUK電路在開關導通時的等效電路圖。
[0021] 圖3是1?頻隔尚型CUK電路在開關截止時的等效電路圖。
[0022] 圖4是逆變電路的驅動信號以及輸出電壓、逆變電流仿真圖。

【具體實施方式】
[0023] 下面結合附圖對本實用新型做進一步詳細描述：
[0024] 參見圖1，一種高頻隔離型光伏逆變器，包括前級高頻隔離CUK電路和后級全橋逆 變電路，該前級高頻隔離CUK電路包括電感L1、開關管Q1、電容C1、變壓器T1、電容C2、二極 管D1、電感L2和電容C3 ;電感L1 一端與輸入電壓Vpv相連，另一端與電容C1 一端相連，電 容C1另一端與變壓器T1輸入端相連，開關管Q1 -端接入電感L1與電容C1之間，另一端分 別與輸入電壓Vpv和變壓器T1輸入端相連，電容C2 -端與變壓器T1輸出端相連，一端經 電感L2后與輸出電壓Vdc相連，輸出電壓Vdc還與變壓器T1輸出端相連，二極管D1 -端 接入電容C2與電感L2之間，另一端與變壓器T1輸出端相連，電容C3 -端與輸出電壓Vdc 相連，另一端與變壓器T1輸出端相連；后級全橋逆變電路包括上橋臂開關管Q2、Q3和下橋 臂開關管Q4、Q5四個開關管以及分別對應連接在開關管Q2、Q3、Q4、Q5上的二極管D2、D3、 D4、D5,輸出電壓Vdc之間接入有串聯(lián)的開關管Q2、Q3和串聯(lián)的開關管Q4、Q5,電感L3與電 容C4串聯(lián)后，電感L3接入開關管Q2、Q3之間，電容C4接入開關管Q4、Q5之間，電容C4上 連接有交流電壓。其中，開關管Q1采用IGBT管，上橋臂開關管Q2、Q4采用IGBT管，下橋臂 開關管Q3、Q5采用MOSFET管。
[0025] 其中，高頻隔離CUK電路的輸出電壓Vdc與輸入電壓Vpv的關系為Vdc = VpvXD/ n(l-D)，其中變壓器的阻比η = nl/n2 (原邊/副邊），脈沖占空比D = ton/T，ton為導通時 間，T為導通周期。高頻隔離CUK電路的開關管Q1的驅動信號為頻率15KHz的方波信號， 方波信號的占空比D與輸入電壓Vpv的大小成反比。
[0026] 同時，全橋逆變電路采用單極性雙邊調制方式。全橋逆變電路的上橋臂IGBT開關 管Q2、Q4作為極性控制器，工作在工頻50Hz，下橋臂的MOSFET開關管Q3、Q5進行高頻切換， 控制逆變輸出的幅值。
[0027] 圖1是本實用新型的硬件電路基礎。包括1?頻隔尚CUK電路和后級逆變全橋電路。
[0028] 如果輸入電壓Vpv小于Vdc (設置為400V)，CUK電路增大占空比，升壓為Vdc后輸 出，為后級逆變全橋電路提供足夠的母線電壓，將直流電逆變?yōu)榻涣麟娮⑷腚娋W。
[0029] 如果輸入電壓Vpv大于Vdc，CUK電路減小占空比，降壓為Vdc后輸出，為后級逆變 全橋電路提供足夠的母線電壓，將直流電逆變?yōu)榻涣麟娮⑷腚娋W。
[0030] 如果輸入電壓Vpv等于Vdc，CUK電路調整占空比，保持Vdc后隔離輸出，為后級逆 變全橋電路提供足夠的母線電壓，將直流電逆變?yōu)榻涣麟娮⑷腚娋W。
[0031] CUK電路的輸出電壓Vdc與輸入電壓Vpv的關系為Vdc = VpvXD/n(l-D)，其中變 壓器的阻比n = nl/n2(原邊/副邊），脈沖占空比D = ton/T, ton為導通時間，T為導通 周期。
[0032] 電容C3采用多個450V/1000UF鋁電解電容并聯(lián)的方式來達到設計目標的耐壓值、 容量值，實現功率解耦功能。
[0033] 后級逆變全橋電路由四個開關管組成。采用單極性雙邊調制方式。全橋電路的上 橋臂IGBT開關管Q2、Q4作為電流極性控制器，控制逆變輸出的正弦交流電的極性，工作在 工頻50Hz。下橋臂的MOSFET開關管Q3、Q5進行高頻切換，控制逆變輸出的正弦交流電流 的幅值。
[0034] 后級逆變電路的工作過程是：電網電壓正半周時，開關管Q2導通，開關管Q5高頻 開通關斷，開關管Q3、Q4關斷；開關管Q5導通時，逆變電流經開關管Q2、電感L3、交流電網、 開關管Q5向電網供電。開關管Q5關斷時，并網電流經過開關管Q2、、電感L3、交流電網、二 極管D4構成續(xù)流回路續(xù)流。
[0035] 類似地，電網電壓負半周時，開關管Q4導通，開關管Q3高頻開通關斷，開關管Q2、 Q5關斷；開關管Q3導通時，電流經開關管Q3、電感L3、交流電網、開關管Q4向電網供電。開 關管Q3關斷時，并網電流經過開關管Q3、電感L3、交流電網、二極管D5構成續(xù)流回路續(xù)流。
[0036] 圖2是高頻隔離型CUK電路在開關導通時的等效電路圖。其工作過程是：在開關 管Q1導通期間，輸入電壓Vpv直接加載到電感L1上對電感L1充電，C1上的電壓直接加載 到變壓器T1的原邊，Cl放電，變壓器T1的副邊感應出的電流對負載供電，這時C1、C2都處 于放電狀態(tài)。C2的放電電流對負載供電并供電感L2儲能，續(xù)流二極管因反偏二截止。
[0037] 圖3是高頻隔離型CUK電路在開關截止時的等效電路圖。其工作過程是：在開關 管Q1截止期間，電感L1釋放能量，電容C1充電儲能，充電電流通過變壓器T1感應到副邊 對C2充電，負載電流從續(xù)流二極管流過，電感L2將儲能釋放給負載供電。
[0038] 圖4是逆變電路的驅動信號以及輸出電壓、逆變電流仿真圖。從上到下依次為開 關管Q5、Q4、Q3、Q2驅動波形、濾波前電壓波形、輸出并網電流波形。
[0039] 本實用新型提供的全橋逆變電路采用IBGT、M0SFET混合電路。由于M0SFET管的 導通壓降是線性的，在輕載的情況下有更低的導通壓降，而IGBT管的導通壓降是非線性特 性，在滿載情況下具有小的導通壓降。采用IGBT管、M0SFET管混合組成逆變全橋電路，具 有很高的逆變效率，不論在輕載還是滿載情況下。
[0040] 以上顯示和描述了本實用新型的基本原理和主要特征和本實用新型的優(yōu)點。本行 業(yè)的技術人員應該了解，本實用新型不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述 的只是說明本實用新型的原理，在不脫離本實用新型精神和范圍的前提下，本實用新型還 會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本實用新型范圍內。本實用新型 要求保護范圍由所附的權利要求書及其等效物界定。
【權利要求】
1. 一種高頻隔離型光伏逆變器，其特征在于，包括前級高頻隔離CUK電路和后級全橋 逆變電路，該前級高頻隔離CUK電路包括電感L1、開關管Q1、電容C1、變壓器T1、電容C2、 二極管D1、電感L2和電容C3 ;電感L1 一端與輸入電壓Vpv相連，另一端與電容C1 一端相 連，電容C1另一端與變壓器T1輸入端相連，開關管Q1 -端接入電感L1與電容C1之間，另 一端分別與輸入電壓Vpv和變壓器T1輸入端相連，電容C2 -端與變壓器T1輸出端相連， 一端經電感L2后與輸出電壓Vdc相連，輸出電壓Vdc還與變壓器T1輸出端相連，二極管D1 一端接入電容C2與電感L2之間，另一端與變壓器T1輸出端相連，電容C3 -端與輸出電壓 Vdc相連，另一端與變壓器T1輸出端相連；后級全橋逆變電路包括上橋臂開關管Q2、Q3和 下橋臂開關管Q4、Q5四個開關管以及分別對應連接在開關管Q2、Q3、Q4、Q5上的二極管D2、 D3、D4、D5,輸出電壓Vdc之間接入有串聯(lián)的開關管Q2、Q3和串聯(lián)的開關管Q4、Q5,電感L3 與電容C4串聯(lián)后，電感L3接入開關管Q2、Q3之間，電容C4接入開關管Q4、Q5之間，電容 C4上連接有交流電壓。
2. 根據權利要求1所述的高頻隔離型光伏逆變器，其特征在于，開關管Q1采用IGBT 管，上橋臂開關管Q2、Q4采用IGBT管，下橋臂開關管Q3、Q5采用MOSFET管。
3. 根據權利要求1所述的高頻隔離型光伏逆變器，其特征在于，高頻隔離CUK電路的 輸出電壓Vdc與輸入電壓Vpv的關系為Vdc = VpvXD/n(l-D)，其中變壓器的匝比n = nl/ n2(原邊/副邊），脈沖占空比D = ton/T，ton為導通時間，T為導通周期。
4. 根據權利要求1所述的高頻隔離型光伏逆變器，其特征在于，高頻隔離CUK電路的開 關管Q1的驅動信號為頻率15ΚΗζ的方波信號，方波信號的占空比D與輸入電壓Vpv的大小 成反比。
5. 根據權利要求2所述的高頻隔離型光伏逆變器，其特征在于，全橋逆變電路的上橋 臂IGBT開關管Q2、Q4作為極性控制器，工作在工頻50Hz，下橋臂的MOSFET開關管Q3、Q5 進行高頻切換，控制逆變輸出的幅值。
【文檔編號】H02J3/38GK203911800SQ201420346740
【公開日】2014年10月29日 申請日期:2014年6月26日 優(yōu)先權日:2014年6月26日
【發(fā)明者】杜建軍, 嚴舒安, 黨舒煜 申請人:陜西光伏產業(yè)有限公司