本發(fā)明涉及逆變器領(lǐng)域，更具體地，涉及一種改進(jìn)型HERIC單相逆變器。

背景技術(shù)：

逆變器是把直流電能轉(zhuǎn)變成交流電能的裝置，廣泛應(yīng)用于工業(yè)與家電領(lǐng)域，其中較為常見的是HERIC單相逆變器。

目前，逆變器中通常使用的是高頻的開關(guān)元器件，其開關(guān)損耗占了系統(tǒng)運(yùn)行時的絕大部分。圖1為HERIC單相逆變器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖，該拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)在逆變器的濾波電路上并聯(lián)有兩個反向串聯(lián)的開關(guān)管進(jìn)行續(xù)流，以達(dá)到續(xù)流階段交流輸出端與直流電源隔離的目的，但是，該逆變器進(jìn)行調(diào)制時，需要插入死區(qū)時間，以防止直流電源被短路，從而需要額外增加了一個時序程序；同時在調(diào)制過程中，開關(guān)管在開通或關(guān)斷時，開關(guān)管和二極管都有較大電流通過，造成了逆變器在工作中存在明顯的開關(guān)管的開關(guān)損耗和二極管的反向恢復(fù)損耗。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服上述問題或者至少部分地解決上述問題，本發(fā)明提供一種改進(jìn)型HERIC單相逆變器。

本發(fā)明提供一種改進(jìn)型HERIC單相逆變器，包括：直流電源、H橋臂、濾波電路和續(xù)流回路；H橋臂的兩端分別連接至直流電源的正負(fù)極，濾波電路的兩端分別連接至H橋臂的橋臂中點(diǎn)，續(xù)流回路與濾波電路并聯(lián)；其中，續(xù)流回路包括兩個反向串聯(lián)的開關(guān)管和至少一個電感，電感與開關(guān)管串聯(lián)。

其中，H橋臂包括：IGBT管T1、IGBT管T2、IGBT管T3、IGBT管T4和四個二極管；其中，IGBT管T1、IGBT管T2、IGBT管T3和IGBT管T4分別反向并聯(lián)一個二極管，IGBT管T1和IGBT管T3的集電極連接至直流電源的正極，IGBT管T2和IGBT管T4的發(fā)射極連接至直流電源的負(fù)極，IGBT管T1的發(fā)射極連接至IGBT管T2的集電極，連接點(diǎn)構(gòu)成H橋臂的第一橋臂中點(diǎn)，IGBT管T3的發(fā)射極連接至IGBT管T4的集電極，連接點(diǎn)構(gòu)成H橋臂的第二橋臂中點(diǎn)。

其中，濾波電路包括：濾波電感L1和濾波電感L2；其中，濾波電感L1一端連接至交流輸出端，另一端連接至H橋臂的第一橋臂中點(diǎn)，濾波電感L2一端連接至交流輸出端，另一端連接至H橋臂的第二橋臂中點(diǎn)。

其中，續(xù)流回路具體包括：IGBT管T5、IGBT管T6、電感L3、電感L4和兩個二極管；其中，IGBT管T5和IGBT管T6分別反向并聯(lián)一個二極管，IGBT管T5的發(fā)射極連接至IGBT管T6的發(fā)射極，連接點(diǎn)構(gòu)成續(xù)流回路的中點(diǎn)，IGBT管T5的集電極連接至電感L3的一端，IGBT管T6的集電極連接至電感L4的一端，電感L3和電感L4的另一端分別連接至濾波回路。

其中，該改進(jìn)型HERIC單相逆變器還包括：均壓電阻R1、均壓電阻R2、均壓電容C1、均壓電容C2、IGBT管T7和一個二極管；其中，均壓電阻R1與均壓電阻R2串聯(lián)后連接至直流電源的正負(fù)極，均壓電容C1與均壓電容C2串聯(lián)后連接至直流電源的正負(fù)極，均壓電阻R1與均壓電阻R2的連接點(diǎn)和均壓電容C1與均壓電容C2的連接點(diǎn)相連接，構(gòu)成逆變器的中點(diǎn)，IGBT管T7反向并聯(lián)一個二極管，IGBT管T7的集電極連接至逆變器的中點(diǎn)，發(fā)射極連接至續(xù)流回路的中點(diǎn)。

本發(fā)明提供的一種改進(jìn)型HERIC單相逆變器，通過在逆變器的續(xù)流回路上增加至少一個電感，并將電感與開關(guān)管串聯(lián)，使逆變器在調(diào)制時無需插入額外的死區(qū)，以及使開關(guān)管在開通或關(guān)斷時，通過開關(guān)管和二極管的電流幾乎為零，從而明顯降低了逆變器在工作中的開關(guān)管的開關(guān)損耗和二極管的反向恢復(fù)損耗。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作一簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為現(xiàn)有技術(shù)中HERIC單相逆變器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖；

圖2為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的改進(jìn)型HERIC單相逆變器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖；

圖3為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的一個開關(guān)周期的IGBT管T1、T4、T5和T6的驅(qū)動信號時序圖以及流經(jīng)H橋臂與續(xù)流回路的電流變化圖；

圖4為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的開關(guān)周期的第I個階段的等效電路圖；

圖5為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的開關(guān)周期的第II個階段的等效電路圖；

圖6為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的開關(guān)周期的第III個階段的等效電路圖；

圖7為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的開關(guān)周期的第IV個階段的等效電路圖；

圖8為根據(jù)本發(fā)明又一實(shí)施例的改進(jìn)型HERIC單相逆變器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對本發(fā)明中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)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(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

在本發(fā)明的一個實(shí)施例中，參考圖2，提供一種改進(jìn)型HERIC單相逆變器，包括：直流電源、H橋臂、濾波電路和續(xù)流回路；H橋臂的兩端分別連接至直流電源的正負(fù)極，濾波電路的兩端分別連接至H橋臂的橋臂中點(diǎn)，續(xù)流回路與濾波電路并聯(lián)；其中，續(xù)流回路包括兩個反向串聯(lián)的開關(guān)管和至少一個電感，電感與開關(guān)管串聯(lián)。

具體的，H橋臂包括：IGBT管T1、IGBT管T2、IGBT管T3、IGBT管T4和四個二極管；其中，IGBT管T1、IGBT管T2、IGBT管T3和IGBT管T4分別反向并聯(lián)一個二極管，IGBT管T1和IGBT管T3的集電極連接至直流電源的正極，IGBT管T2和IGBT管T4的發(fā)射極連接至直流電源的負(fù)極，IGBT管T1的發(fā)射極連接至IGBT管T2的集電極，連接點(diǎn)構(gòu)成H橋臂的第一橋臂中點(diǎn)，IGBT管T3的發(fā)射極連接至IGBT管T4的集電極，連接點(diǎn)構(gòu)成H橋臂的第二橋臂中點(diǎn)。

濾波電路包括：濾波電感L1和濾波電感L2；其中，濾波電感L1一端連接至交流輸出端，另一端連接至H橋臂的第一橋臂中點(diǎn)，濾波電感L2一端連接至交流輸出端，另一端連接至H橋臂的第二橋臂中點(diǎn)。

續(xù)流回路具體包括：IGBT管T5、IGBT管T6、兩個二極管和至少一個電感；其中，IGBT管T5和IGBT管T6分別反向并聯(lián)一個二極管，IGBT管T5的發(fā)射極連接至IGBT管T6的發(fā)射極，電感與IGBT管T5和IGBT管T6串聯(lián)連接，續(xù)流回路與濾波電路并聯(lián)連接。

優(yōu)選的，續(xù)流回路中選擇使用兩個電感L3和L4，IGBT管T5的集電極連接至電感L3的一端，IGBT管T6的集電極連接至電感L4的一端，電感L3和電感L4的另一端分別連接至濾波回路，使續(xù)流回路能形成上下對稱的電路結(jié)構(gòu)，從而IGBT管T5的發(fā)射極與IGBT管T6的發(fā)射極的連接點(diǎn)構(gòu)成續(xù)流回路的中點(diǎn)。

逆變器中通常通過脈沖寬度調(diào)制(Pulse Width Modulation，簡稱為PWM)來控制開關(guān)管的開通與關(guān)斷，達(dá)到將直流電轉(zhuǎn)換為交流電的目的。本實(shí)施例采用SPWM(Sinusoidal PWM)法來控制逆變器中IGBT管T1、T2、T3、T4、T5和T6的開通與關(guān)斷。由于本實(shí)施例中的逆變器采用單極性調(diào)制，其正負(fù)半周對稱工作，同時調(diào)制的交流電壓頻率遠(yuǎn)小于SPWM的開關(guān)頻率，可近似的認(rèn)為濾波電路中的電流恒定不變，因此以下僅以正半周調(diào)制時其中一個開關(guān)周期的調(diào)制流程為例來說明逆變器的工作原理。

在正半周調(diào)制時，IGBT管T2和IGBT管T3保持關(guān)斷狀態(tài)，SPWM控制IGBT管T1、T4、T5和T6的開通與關(guān)斷，圖3為正半周調(diào)制時其中一個開關(guān)周期的IGBT管T1、T4、T5和T6的驅(qū)動信號時序圖以及流經(jīng)H橋臂與續(xù)流回路的電流變化圖。

假定在t0時刻，IGBT管T1、T4開通，IGBT管T5、T6關(guān)斷，為該開關(guān)周期的第I個階段，該階段的等效電路圖如圖4所示，流經(jīng)H橋臂中IGBT管T1、T4的電流i_s與流經(jīng)濾波電路中濾波電感L1和濾波電感L2的電流i_L相等，流經(jīng)續(xù)流回路IGBT管T5和T6的電流i_r為0。

在t1時刻，IGBT管T1、T4從開通變?yōu)殛P(guān)斷，IGBT管T5、T6從關(guān)斷變?yōu)殚_通，此時進(jìn)入該開關(guān)周期的第II個階段，該階段的等效電路圖如圖5所示，該電路中，i_s流經(jīng)IGBT管T2和T3分別反向并聯(lián)的二極管，i_r流經(jīng)IGBT管T6和IGBT管T5反向并聯(lián)的二極管，由于續(xù)流回路上存在電感，電流i_r會逐漸從0升高到為i_L，電流i_r上升的斜率由如下公式計(jì)算獲得：

其中，L為續(xù)流回路的總電感值。

同時，由于電流i_r與電流i_s之和為i_L，電流i_s會逐漸從i_L降低到0。

普通的HERIC單相逆變器由于續(xù)流回路中不存在電感，當(dāng)IGBT管T1、T4從開通狀態(tài)切換到關(guān)斷狀態(tài)時，續(xù)流通道不能立即開通，需要插入一個死區(qū)，防止H橋臂上的IGBT管和續(xù)流回路上的IGBT管同時導(dǎo)通而導(dǎo)致直流電源被短路。所謂的死區(qū)就是強(qiáng)制逆變器中所有的IGBT管關(guān)斷。而改進(jìn)型HERIC單相逆變器在續(xù)流回路中加入電感，使續(xù)流回路的電流不能突變，從而直流電源就不存在被續(xù)流回路短路的情況，因此，當(dāng)IGBT管T1、T4關(guān)斷，同時開通IGBT管T5、T6時，無需插入死區(qū)。

同時，普通的HERIC單相逆變器插入死區(qū)時，所有IGBT關(guān)斷，逆變器電路通過IGBT管T2、T3并聯(lián)的二極管續(xù)流，當(dāng)續(xù)流回路開通時，再強(qiáng)迫關(guān)斷二極管，此時會有二極管反向恢復(fù)損耗。IGBT管開關(guān)損耗計(jì)算公式如下：

其中，f_s是開關(guān)頻率，E_on是單次開關(guān)動作的開通損耗，E_off是單次開關(guān)動作的關(guān)斷損耗，U_ac是實(shí)際工作電壓，I_ac是實(shí)際工作電流，U_ref是標(biāo)準(zhǔn)工作電壓，I_ref是標(biāo)準(zhǔn)工作電流。

在開通續(xù)流回路時，續(xù)流回路中的IGBT管會有較大電流流過，即IGBT管開關(guān)損耗計(jì)算公式中I_ac值較大，因此會有較大的開關(guān)損耗；而改進(jìn)型HERIC單相逆變器在續(xù)流回路中加入電感，IGBT管T6開通時，由于電感電流不能突變，理想狀態(tài)下，流經(jīng)續(xù)流回路的電流i_r為0，即IGBT管開關(guān)損耗計(jì)算公式中I_ac＝0，因此IGBT管開關(guān)損耗為零。同時，二極管的反向恢復(fù)損耗計(jì)算公式如下：

其中，V_r是反向電壓，I_rr是反向恢復(fù)電流，t_rr為反向恢復(fù)時間，f為關(guān)斷頻率。

流經(jīng)IGBT管T2和IGBT管T3反向并聯(lián)的二極管的電流逐漸降低至0，二極管自然關(guān)斷，即二極管的反向恢復(fù)損耗計(jì)算公式中反向恢復(fù)電流I_rr為0，因此其二極管反向恢復(fù)損耗為零。

在t2時刻，電流i_r＝i_L，電流i_s＝0，IGBT管T1、T4保持為關(guān)斷，IGBT管T5、T6保持為開通，此時為該開關(guān)周期的第III個階段，該階段的等效電路圖如圖6所示。

在t3時刻，IGBT管T1、T4從關(guān)斷變?yōu)殚_通，IGBT管T5、T6保持為開通，此時進(jìn)入該開關(guān)周期的第IV個階段，該階段的等效電路圖如圖7所示，電流i_s會逐漸從0上升到i_L，電流i_r會逐漸從i_L降低到為0，與第II階段中的道理相同，開通IGBT管T1、T4時，由于電流i_s為0，因此沒有電流流過IGBT管T1、T4，其開關(guān)損耗為0。

在t4時刻，電流i_r＝0，電流i_s＝i_L，IGBT管T1、T4保持為開通，IGBT管T5、T6從開通變?yōu)殛P(guān)斷，由于電流i_r為0，續(xù)流回路沒有電流流過，因此IGBT管T6開關(guān)損耗為0，IGBT管T5反向并聯(lián)的二極管反向恢復(fù)損耗為0，然后逆變器進(jìn)入下一個開關(guān)周期。

本實(shí)施例通過在逆變器的續(xù)流回路上增加至少一個電感，并將電感與開關(guān)管串聯(lián)，使逆變器在調(diào)制時無需插入額外的死區(qū)，以及使開關(guān)管在開通或關(guān)斷時，通過開關(guān)管和二極管的電流幾乎為零，從而明顯降低了逆變器在工作中的開關(guān)管的開關(guān)損耗和二極管的反向恢復(fù)損耗。

在以上實(shí)施例的基礎(chǔ)上，見圖8，該改進(jìn)型HERIC單相逆變器還包括：均壓電阻R1、均壓電阻R2、均壓電容C1、均壓電容C2、IGBT管T7和一個二極管；其中，均壓電阻R1與均壓電阻R2串聯(lián)后連接至直流電源的正負(fù)極，均壓電容C1與均壓電容C2串聯(lián)后連接至直流電源的正負(fù)極，均壓電阻R1與均壓電阻R2的連接點(diǎn)和均壓電容C1與均壓電容C2的連接點(diǎn)相連接，構(gòu)成逆變器的中點(diǎn)，IGBT管T7反向并聯(lián)一個二極管，IGBT管T7的集電極連接至逆變器的中點(diǎn)，發(fā)射極連接至續(xù)流回路的中點(diǎn)。

本實(shí)施例通過在續(xù)流回路的中點(diǎn)與逆變器的中點(diǎn)連接一開關(guān)管，將共模電壓鉗位到直流母線電壓的一半，使得逆變器在整個調(diào)制過程中共模電壓保持不變，從而抑制了漏電流。

最后說明的是：以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對其限制；盡管參照前述實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：其依然可以對前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實(shí)施例技術(shù)方案的精神和范圍。