一種高效率逆變器的多模式智能控制電路的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種高效率逆變器的多模式智能控制電路，包括電網(wǎng)負(fù)載、并網(wǎng)濾波器、逆變器橋和母線電容UDC，電網(wǎng)負(fù)載為N相交變電壓源，N=1，2，3，4，……，并網(wǎng)濾波器為接在N相交變電壓源一端的電感，逆變器橋由帶阻尼的場效應(yīng)管組成。本實用新型公開了一種T型高效率逆變器的多模式控制策略與方法，控制策略具備負(fù)載自適應(yīng)特性，在重載時采用常規(guī)連續(xù)電流控制，輕載時使用低開關(guān)頻率控制，或者軟開關(guān)ZV帶阻尼的場效應(yīng)管S控制，通過上述控制策略與方法，達(dá)到提高逆變器輕載效率的目的。
【專利說明】
一種高效率逆變器的多模式智能控制電路

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種高效率逆變器的控制電路，具體是一種高效率逆變器的多模式智能控制電路。

【背景技術(shù)】
[0002]為了降低溫室氣體排放，降低大氣污染、水污染，新能源發(fā)電技術(shù)獲得了國際社會的大力扶持和推廣，作為新能源領(lǐng)域的太陽能更是以每年超過30%裝機(jī)量遞增。并網(wǎng)型三相逆變器是將太陽能電池板直流電轉(zhuǎn)換為與電網(wǎng)同頻、同相的可并網(wǎng)的交流電的核心裝置。
[0003]T型拓?fù)淙嗄孀兤饔捎诰哂兄C波含量低、發(fā)電效率高、干擾小的優(yōu)勢，在中大功率的逆變器市場獲得廣泛采用。如何進(jìn)一步提高逆變器發(fā)電效率，進(jìn)而提高光伏電站的發(fā)電量和賣電收益，是逆變器研究的熱點和重點?，F(xiàn)在，T型三相逆變器普遍使用的半導(dǎo)體開關(guān)器件具有開關(guān)損耗遠(yuǎn)大于導(dǎo)通損耗的特性。常規(guī)的硬開關(guān)技術(shù)不能解決半導(dǎo)體器件開關(guān)損耗大的問題，造成了能量的浪費。
實用新型內(nèi)容
[0004]本實用新型的目的在于提供一種電路結(jié)構(gòu)簡單、功能實用的高效率逆變器的多模式智能控制電路，以解決上述【背景技術(shù)】中提出的問題。
[0005]為實現(xiàn)上述目的，本實用新型提供如下技術(shù)方案:
[0006]一種高效率逆變器的多模式智能控制電路，包括電網(wǎng)負(fù)載、并網(wǎng)濾波器、逆變器橋和母線電容UDC，所述電網(wǎng)負(fù)載為N相交變電壓源，N=l，2，3，4，……，并網(wǎng)濾波器為接在N相交變電壓源一端的電感，逆變器橋由帶阻尼的場效應(yīng)管組成；
[0007]所述逆變器橋在每一相的連接關(guān)系為:兩個帶阻尼的場效應(yīng)管的源極相連接后所形成電路的一端接母線電容UDC中點，兩個帶阻尼的場效應(yīng)管的源極相連接后所形成電路的另一端分別連接所述電感另一端、第三個帶阻尼的場效應(yīng)管的源極和第四個帶阻尼的場效應(yīng)管的漏極，第三個帶阻尼的場效應(yīng)管的漏極連接母線電容UDC正極，第四個帶阻尼的場效應(yīng)管的源極連接母線電容UDC負(fù)極，母線電容UDC中點連接N相交變電壓源另一端。
[0008]作為本實用新型進(jìn)一步的方案:所述高效率逆變器的多模式智能控制電路包括重載CCM控制模式和輕載BCM控制模式，電網(wǎng)負(fù)載超過額定值40%時，并網(wǎng)逆變器進(jìn)入重載CCM控制模式；負(fù)載低于額定值40%并維持一段時間后，并網(wǎng)逆變器進(jìn)入輕載BCM控制模式。
[0009]作為本實用新型再進(jìn)一步的方案:所述高效率逆變器的多模式智能控制電路還包括并網(wǎng)逆變器處在不同負(fù)載下始終工作于CCM模式的控制方式，在電網(wǎng)負(fù)載低于額定值40%時，N相逆變橋的帶阻尼的場效應(yīng)管的開關(guān)頻率為fl，在電網(wǎng)負(fù)載高于額定值40%時帶阻尼的場效應(yīng)管的開關(guān)頻率上升為f2。
[0010]作為本實用新型更進(jìn)一步的方案:所述高效率逆變器的多模式智能控制電路采用軟開關(guān)工作方式，電感電流處于臨界導(dǎo)通狀態(tài)，呈現(xiàn)BCM三角波形態(tài)。
[0011]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型的有益效果是:控制策略具備負(fù)載自適應(yīng)特性，在重載時采用常規(guī)連續(xù)電流CCM控制，輕載時使用低開關(guān)頻率控制，或者軟開關(guān)ZV控制，達(dá)到提高逆變器輕載效率的目的。
[0012]常規(guī)正弦脈寬調(diào)制或空間矢量脈寬調(diào)制控制方式下，光伏逆變器的電感電流處于連續(xù)工作狀態(tài)，電流接近于正弦波，而在軟開關(guān)工作方式下，電感電流處于臨界導(dǎo)通狀態(tài)，呈現(xiàn)三角波形態(tài)BCM，因此帶阻尼的場效應(yīng)管處于ZV帶阻尼的場效應(yīng)管S軟開關(guān)模式，理論上沒有開關(guān)損耗，而且?guī)ё枘岬膱鲂?yīng)管的工作頻率不固定，在電流較小時開關(guān)頻率大，電流較大時開關(guān)頻率低。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1為高效率逆變器的多模式智能控制電路應(yīng)用于T型三相并網(wǎng)逆變器電路圖；
[0014]圖2為高效率逆變器的多模式智能控制電路應(yīng)用于T型三相并網(wǎng)逆變器波形圖；
[0015]圖3為高效率逆變器的多模式智能控制電路應(yīng)用于T型三相并網(wǎng)逆變器帶阻尼的場效應(yīng)管的頻率圖；
[0016]圖4為高效率逆變器的多模式智能控制電路單相T型逆變器等效電路圖；
[0017]圖5為圖4中Va的波形圖；
[0018]圖6為高效率逆變器的多模式智能控制電路軟開關(guān)工作時的電感電流六段工作時序圖；
[0019]圖7為高效率逆變器的多模式智能控制電路S4管工作時的電感電流、管壓降波形；
[0020]圖8為高效率逆變器的多模式智能控制電路應(yīng)用于三相交錯并聯(lián)結(jié)構(gòu)逆變器電路圖；
[0021]圖9為高效率逆變器的多模式智能控制電路應(yīng)用于三相交錯并聯(lián)結(jié)構(gòu)逆變器波形圖。

【具體實施方式】
[0022]下面將結(jié)合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本實用新型一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本實用新型中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本實用新型保護(hù)的范圍。
[0023]請參閱圖1?9，本實用新型實施例中，一種高效率逆變器的多模式智能控制電路，包括電網(wǎng)負(fù)載、并網(wǎng)濾波器、逆變器橋和母線電容UDC，電網(wǎng)負(fù)載為N相交變電壓源，N=l，2，3，4，……，并網(wǎng)濾波器為接在N相交變電壓源一端的電感，逆變器橋由帶阻尼的場效應(yīng)管組成。
[0024]逆變器橋在每一相的連接關(guān)系為:兩個帶阻尼的場效應(yīng)管的源極相連接后所形成電路的一端接母線電容UDC中點，兩個帶阻尼的場效應(yīng)管的源極相連接后所形成電路的另一端分別連接所述電感另一端、第三個帶阻尼的場效應(yīng)管的源極和第四個帶阻尼的場效應(yīng)管的漏極，第三個帶阻尼的場效應(yīng)管的漏極連接母線電容UDC正極，第四個帶阻尼的場效應(yīng)管的源極連接母線電容m)C負(fù)極，母線電容UDC中點連接N相交變電壓源另一端。
[0025]參考圖1，圖1是本實用新型的PWM調(diào)制方法的第一實施例電路圖，一種高效率逆變器的多模式智能控制電路，包括電網(wǎng)負(fù)載101、并網(wǎng)濾波器102、A相逆變器橋103、B相逆變器橋104、C相逆變器橋105和母線電容UDC，電網(wǎng)負(fù)載101由交變電壓源Ua、交變電壓源Ub和交變電壓源Uc，并網(wǎng)濾波器102由電感L1、電感L2和電感L3組成，A相逆變器橋103包括帶阻尼的場效應(yīng)管S1、帶阻尼的場效應(yīng)管S2和帶阻尼的場效應(yīng)管S3，B相逆變器橋104包括帶阻尼的場效應(yīng)管S5、帶阻尼的場效應(yīng)管S6和帶阻尼的場效應(yīng)管S7，C相逆變器橋105包括帶阻尼的場效應(yīng)管S10、帶阻尼的場效應(yīng)管Sll和帶阻尼的場效應(yīng)管S12。
[0026]交變電壓源Ua連接電感LI，電感LI另一端分別連接帶阻尼的場效應(yīng)管SI源極、帶阻尼的場效應(yīng)管S2漏極和帶阻尼的場效應(yīng)管S3漏極，帶阻尼的場效應(yīng)管SI漏極分別連接帶阻尼的場效應(yīng)管S5漏極、帶阻尼的場效應(yīng)管S9漏極和母線電容UDC正極，母線電容UDC中點分別連接帶阻尼的場效應(yīng)管S4漏極、帶阻尼的場效應(yīng)管S8漏極、帶阻尼的場效應(yīng)管S12漏極、交變電壓源Ua另一端、交變電壓源Ub和交變電壓源Uc，帶阻尼的場效應(yīng)管S4源極連接帶阻尼的場效應(yīng)管S3源極，帶阻尼的場效應(yīng)管S8源極連接帶阻尼的場效應(yīng)管S7源極，帶阻尼的場效應(yīng)管S7漏極分別連接電感L2、帶阻尼的場效應(yīng)管S5源極和帶阻尼的場效應(yīng)管S6漏極，電感L2連接交變電壓源Ub另一端，帶阻尼的場效應(yīng)管S12源極連接帶阻尼的場效應(yīng)管Sll源極，帶阻尼的場效應(yīng)管Sll漏極分別連接帶阻尼的場效應(yīng)管S9源極、帶阻尼的場效應(yīng)管SlO漏極和電感L3，電感L3連接交變電壓源Uc另一端，所述母線電容UDC負(fù)極分別連接帶阻尼的場效應(yīng)管S2源極、帶阻尼的場效應(yīng)管S6源極和帶阻尼的場效應(yīng)管SlO源極。
[0027]參考圖4，電源負(fù)載Va連接電感La，電感La另一端分別連接并聯(lián)有電容Cr_Sl的帶阻尼的場效應(yīng)管SI源極、并聯(lián)有電容Cr_S2的帶阻尼的場效應(yīng)管S2漏極和帶阻尼的場效應(yīng)管S3源極，帶阻尼的場效應(yīng)管S3漏極連接并聯(lián)有電容Cr_S4的帶阻尼的場效應(yīng)管S4漏極，帶阻尼的場效應(yīng)管S4源極連接母線電容中點和電源Va另一端，母線電容正極連接帶阻尼的場效應(yīng)管SI漏極，母線電容負(fù)極連接帶阻尼的場效應(yīng)管S2源極。
[0028]圖2是重載CCM控制模式(左圖)和輕載BCM控制模式(右圖)電網(wǎng)電壓106、電感電流107、電網(wǎng)電流108波形。在負(fù)載超過額定值40%時，并網(wǎng)逆變器進(jìn)入常規(guī)的CCM模式；而當(dāng)負(fù)載低于額定值40%且維持一段時間后，并網(wǎng)逆變器進(jìn)入新型BCM控制模式，本實用新型公開的BCM控制模式具有電網(wǎng)電壓106和電網(wǎng)電流108呈正弦規(guī)律變化、電感電流107處于臨界導(dǎo)通狀態(tài)呈現(xiàn)三角波形態(tài)和電感電流107平均值呈正弦規(guī)律變化的特征。
[0029]為了提高并網(wǎng)逆變器輕載的負(fù)載效率，本實用新型提供另外一種智能控制方式，如圖3所示。并網(wǎng)逆變器在不同負(fù)載下始終工作于CCM模式，但不同于常規(guī)做法，本實用新型在負(fù)載值低于40%時，A相逆變橋103、B相逆變橋104、C相逆變橋105的帶阻尼的場效應(yīng)管開關(guān)頻率為fl，而當(dāng)負(fù)載高于40%時，帶阻尼的場效應(yīng)管的開關(guān)頻率上升到f2，同時插入滯環(huán)時間。通過這種控制方式，極大的降低了輕載時的帶阻尼的場效應(yīng)管的損耗，提高了整機(jī)效率。
[0030]此處對本實用新型公開的新型BCM的詳細(xì)控制策略進(jìn)行了描述。由于常規(guī)下三相電網(wǎng)頻率、幅值相同，各差120°相位角，因此僅采用A相作為說明對象，其他各相工作方式與此相同。同時，電網(wǎng)電壓正、負(fù)半周對稱，因此取A相電壓正半軸進(jìn)行軟開關(guān)工作分析，負(fù)半軸工作原理相同。
[0031]圖4是T型三電平逆變器A相正半周等效工作電路圖，定義電流流入逆變器為正向，反之為負(fù)。電網(wǎng)電壓正半周時，帶阻尼的場效應(yīng)管S2恒截止，帶阻尼的場效應(yīng)管S3保持恒導(dǎo)通，帶阻尼的場效應(yīng)管SI與帶阻尼的場效應(yīng)管S4互補導(dǎo)通(帶阻尼的場效應(yīng)管SI開通時，帶阻尼的場效應(yīng)管S4截止，反之亦然)。
[0032]如圖6所示，帶阻尼的場效應(yīng)管工作時可分為六個工作模態(tài)，分別為模態(tài)31、模態(tài)32、模態(tài)33、模態(tài)34、模態(tài)35、模態(tài)36。
[0033]工作模態(tài)31，帶阻尼的場效應(yīng)管S4導(dǎo)通，電感電流301正向上升，當(dāng)電感到達(dá)峰值電流IS時，帶阻尼的場效應(yīng)管S4關(guān)斷，由于帶阻尼的場效應(yīng)管S4寄生電容Cr_S4處在零電壓狀態(tài)，因此帶阻尼的場效應(yīng)管S4零電壓開通；
[0034]工作模態(tài)32，帶阻尼的場效應(yīng)管S4關(guān)斷后，電流通過帶阻尼的場效應(yīng)管S1、帶阻尼的場效應(yīng)管S2、帶阻尼的場效應(yīng)管S4寄生電容續(xù)流，由電感La、電容Cr_Sl、電容Cr_S2、電容Cr_S4形成LC諧振電路。電容Cr_Sl電壓由VDC/2開始放電，同時電容Cr_S2、電容Cr_S4由零電壓開始充電，當(dāng)電容Cr_Sl放電完畢時，此階段結(jié)束；
[0035]工作模態(tài)33，帶阻尼的場效應(yīng)管SI導(dǎo)通，由于在上一階段電容Cr_Sl電壓降為零，此時帶阻尼的場效應(yīng)管SI零電壓開通。電感兩端電壓VLa反向，電感電流由峰值逐漸減小到零。
[0036]工作模態(tài)34，當(dāng)電感電流301過零時，帶阻尼的場效應(yīng)管SI繼續(xù)導(dǎo)通，到達(dá)負(fù)值IR時，帶阻尼的場效應(yīng)管SI關(guān)斷。
[0037]工作模態(tài)35，SI關(guān)斷后，電感電流301通過電容Cr_Sl、電容Cr_S2、電容Cr_S4續(xù)流，由電感La、電容Cr_Sl、電容Cr_S2、電容Cr_S4形成LC諧振電路。電容Cr_Sl電壓由零電壓開始充電，同時電容Cr_S2、電容Cr_S4開始放電，帶阻尼的場效應(yīng)管S4開始重新導(dǎo)通。
[0038]工作模態(tài)36，帶阻尼的場效應(yīng)管S4導(dǎo)通后，電感兩端電壓恢復(fù)正向，而電感電流301不能突變?nèi)詾樨?fù)，但開始逐漸上升，當(dāng)電感電流301正向過零時，重新進(jìn)入工作模態(tài)301循環(huán)。
[0039]高效率逆變器的多模式智能控制電路包括重載CCM控制模式和輕載BCM控制模式，電網(wǎng)負(fù)載超過額定值40%時，并網(wǎng)逆變器進(jìn)入重載CCM控制模式；負(fù)載低于額定值40%并維持一段時間后，并網(wǎng)逆變器進(jìn)入輕載BCM控制模式。
[0040]高效率逆變器的多模式智能控制電路還包括并網(wǎng)逆變器處在不同負(fù)載下始終工作于CCM模式的控制方式，電網(wǎng)負(fù)載低于額定值40%時，N相逆變橋的帶阻尼的場效應(yīng)管的開關(guān)頻率為Π，在電網(wǎng)負(fù)載高于額定值40%時帶阻尼的場效應(yīng)管的開關(guān)頻率上升為f2。
[0041]高效率逆變器的多模式智能控制電路采用軟開關(guān)工作方式，電感電流處于臨界導(dǎo)通狀態(tài)，呈現(xiàn)BCM三角波形態(tài)。因此帶阻尼的場效應(yīng)管處于ZV帶阻尼的場效應(yīng)管S軟開關(guān)模式，理論上沒有開關(guān)損耗，而且?guī)ё枘岬膱鲂?yīng)管的工作頻率不固定，在電流較小時開關(guān)頻率大，電流較大時開關(guān)頻率低。
【權(quán)利要求】
1.一種高效率逆變器的多模式智能控制電路，包括電網(wǎng)負(fù)載、并網(wǎng)濾波器、逆變器橋和母線電容UDC，其特征在于，所述電網(wǎng)負(fù)載為N相交變電壓源，N=l，2，3，4，……，并網(wǎng)濾波器為接在N相交變電壓源一端的電感L，逆變器橋由帶阻尼的場效應(yīng)管組成； 所述逆變器橋在每一相的連接關(guān)系為:兩個帶阻尼的場效應(yīng)管的源極相連接后所形成電路的一端接母線電容UDC中點，兩個帶阻尼的場效應(yīng)管的源極相連接后所形成電路的另一端分別連接所述電感L另一端、第三個帶阻尼的場效應(yīng)管的源極和第四個帶阻尼的場效應(yīng)管的漏極，第三個帶阻尼的場效應(yīng)管的漏極連接母線電容UDC正極，第四個帶阻尼的場效應(yīng)管的源極連接母線電容UDC負(fù)極，母線電容UDC中點連接N相交變電壓源另一端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高效率逆變器的多模式智能控制電路，其特征在于，所述高效率逆變器的多模式智能控制電路包括重載CCM控制模式和輕載BCM控制模式，電網(wǎng)負(fù)載超過額定值40%時，并網(wǎng)逆變器進(jìn)入重載CCM控制模式；負(fù)載低于額定值40%并維持一段時間后，并網(wǎng)逆變器進(jìn)入輕載BCM控制模式。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高效率逆變器的多模式智能控制電路，其特征在于，所述高效率逆變器的多模式智能控制電路還包括并網(wǎng)逆變器處在不同負(fù)載下始終工作于CCM模式的控制方式，在電網(wǎng)負(fù)載低于額定值40%時，N相逆變橋的帶阻尼的場效應(yīng)管的開關(guān)頻率為Π，在電網(wǎng)負(fù)載高于額定值40%時帶阻尼的場效應(yīng)管的開關(guān)頻率上升為f2。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高效率逆變器的多模式智能控制電路，其特征在于，所述高效率逆變器的多模式智能控制電路采用軟開關(guān)工作方式，電感電流處于臨界導(dǎo)通狀態(tài)，呈現(xiàn)BCM三角波形態(tài)。
【文檔編號】H02M7/537GK204089628SQ201420501886
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2014年9月2日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月2日
【發(fā)明者】胡炎申, 秦惠, 熊偉 申請人:深圳茂碩電氣有限公司