(12)发明专利申请
(10)申请公布号 CN 112421981 A(43)申请公布日 2021.02.26
(21)申请号 202110074234.0(22)申请日 2021.01.20
(71)申请人 浙江艾罗网络能源技术股份有限公
司
地址 311500 浙江省杭州市桐庐县桐庐经
济开发区石珠路288号(72)发明人 钟富华 夏田 容佳
(74)专利代理机构 杭州浙科专利事务所(普通
合伙) 33213
代理人 孙孟辉(51)Int.Cl.
H02M 7/5387(2007.01)
权利要求书1页 说明书4页 附图15页
CN 112421981 A(54)发明名称
一种可切换输出模式的裂相逆变电路(57)摘要
本发明公开了一种可切换输出模式的裂相逆变电路，包括电感La、电感Lb、电感Lc、继电器
所述开关管Q1与Q2串联、开关S1和开关管Q1‑Q8，
管Q3与Q4串联、开关管Q5与Q6串联后两两并联连接，所述电感La的一端连接至开关管Q1与Q2之间、所述电感Lc的一端连接至开关管Q5与Q6之间，所述电感Lb的一端连接继电器S1后接至开关管Q3与Q4之间，当继电器S1闭合时，所述裂相逆变电路输出裂相120/240V，当继电器S1断开时，所述裂相逆变电路输出单相240V。与现有的裂相逆变电路相比，输出单相240V时可以少2个开关管，同时逆变电感Lb也没有励磁消磁过程，减少磁芯损耗，在并网应用中，用户收益更大。
CN 112421981 A
权 利 要 求 书
1/1页
1.一种可切换输出模式的裂相逆变电路，包括电感La、电感Lb、电感Lc、继电器S1和开关管Q1-Q8，其特征在于，所述开关管Q1与Q2串联、开关管Q3与Q4串联、开关管Q5与Q6串联后两两并联连接，所述电感La的一端连接至开关管Q1与Q2之间、所述电感Lc的一端连接至开关管Q5与Q6之间，所述电感Lb的一端连接继电器S1后接至开关管Q3与Q4之间，当继电器S1闭合时，所述裂相逆变电路输出裂相120/240V，当继电器S1断开时，所述裂相逆变电路输出单相240V。
2.如权利要求1所述的一种可切换输出模式的裂相逆变电路，其特征在于，还包括输入电容Cbus、输出电容C1、输出电容C2，所述输出电容C1和输出电容C2串联连接后一端连接电感La的另一端，另一端连接电感Lc的另一端；所述电感Lb的另一端连接至输出电容C1和输出电容C2之间。
3.如权利要求1或2所述的一种可切换输出模式的裂相逆变电路，其特征在于，所述开关管Q7与Q8串联连接后一端和所述电感La的所述一端连接，另一端和所述电感Lc的所述一端连接。
4.如权利要求1所述的一种可切换输出模式的裂相逆变电路，其特征在于，当所述逆变电路输出裂相120/240V时，即同时输出120V和240V电源，所述逆变电路的调制方式包括双极性SPWM调制和单极性SPWM倍频调制。
5.如权利要求4所述的一种可切换输出模式的裂相逆变电路，其特征在于，所述双极性SPWM调制为：所述电感La、电感Lb、电感Lc的电感值相等，通过输入电容Cbus得到输入电压Vbus，输出电容C1和输出电容C2得到输出电压Vc1和Vc2，在电压正半周期内，Q1占空比为DQ1；Q3占空比为DQ3，DQ3=0.5；Q5占空比为DQ5，DQ5=1-DQ1，其中DQ1=0.5+Vc1/Vbus；在一个开关周期内，Q1与Q2驱动互补，Q3与Q4驱动互补，Q3占空比为0.5，Q5与Q6驱动互补，Q1与Q5驱动互补，Q7驱动常关，Q8驱动常关。
6.如权利要求4所述的一种可切换输出模式的裂相逆变电路，其特征在于，所述单极性SPWM倍频调制为：在一个开关周期内，Q1与Q2驱动互补，Q3与Q4驱动互补，Q5与Q6驱动互补，Q7驱动常关，Q8驱动常关。
7.如权利要求1所述的一种可切换输出模式的裂相逆变电路，其特征在于，所述裂相逆变电路输出单相240V时，在电压正半周期内，Q1与Q6驱动同步，Q1与Q8驱动互补，Q7驱动常高电平，Q2、Q3、Q4、Q5驱动常低电平；电压负半周期内，Q2与Q5驱动同步，Q2与Q7驱动互补，Q8驱动常高电平，Q1、Q3、Q4、Q6驱动常低电平。
8.如权利要求1所述的一种可切换输出模式的裂相逆变电路，其特征在于，所述开关管Q1-Q8包括IGBT和MOS管。
2
CN 112421981 A
说 明 书
一种可切换输出模式的裂相逆变电路
1/4页
技术领域
[0001]本发明涉及逆变器技术领域，尤其涉及一种可切换输出模式的裂相逆变电路。背景技术
[0002]目前全球存在TN_S、TN_C、TN_C_S、TT、IT等多种电网系统。不同地区的电网系统差异较大，以美国与中国作对比，美国家用供电系统引入为120/240V单相三线，这个240V实际是相位差180°的120V单相组成，而中国的是220V单相系统。[0003]在储能应用领域，逆变器在离网运行，可直接输出120/240V裂相电源，能够满足两种电压的家庭负载使用；而在并网运行时，由于有电网的存在，用户120V负载可由电网提供能源，逆变器输出单相240V即可。如图1所示为现有的裂相输出逆变电路，可实现裂相输出120V和240V电源，能够满足离网同时输出两个电压的基本功能，可应用在类似美国裂相电网结构的系统中，但是其在并网应用中，逆变器共有三个桥臂一起工作，开关管与电感损耗大，效率低下，在光伏发电或者储能应用领域，严重影响用户投资效益。发明内容
[0004]为了解决现有技术中存在的上述技术问题，本发明提供了一种可切换输出模式的裂相逆变电路，包括电感La、电感Lb、电感Lc、继电器S1和开关管Q1-Q8，所述开关管Q1与Q2串联、开关管Q3与Q4串联、开关管Q5与Q6串联后两两并联连接，所述电感La的一端连接至开关管Q1与Q2之间、所述电感Lc的一端连接至开关管Q5与Q6之间，所述电感Lb的一端连接继电器S1后接至开关管Q3与Q4之间，当继电器S1闭合时，所述裂相逆变电路输出裂相120/240V，当继电器S1断开时，所述裂相逆变电路输出单相240V。[0005]进一步的，还包括输入电容Cbus、输出电容C1、输出电容C2，所述输出电容C1和输出电容C2串联连接后一端连接电感La的另一端，另一端连接电感Lc的另一端；所述电感Lb的另一端连接至输出电容C1和输出电容C2之间。[0006]进一步的，所述开关管Q7与Q8串联连接后一端和所述电感La的所述一端连接，另一端和所述电感Lc的所述一端连接。[0007]进一步的，当所述逆变电路输出裂相120/240V时，即同时输出120V和240V电源，所述逆变电路的调制方式包括双极性SPWM调制和单极性SPWM倍频调制。[0008]进一步的，所述双极性SPWM调制为：所述电感La、电感Lb、电感Lc的电感值相等，通过输入电容Cbus得到输入电压Vbus，输出电容C1和输出电容C2得到输出电压Vc1和Vc2，在电压正半周期内，Q1占空比为DQ1；Q3占空比为DQ3，DQ3=0.5；Q5占空比为DQ5，DQ5=1-DQ1，其中DQ1=0.5+Vc1/Vbus；在一个开关周期内，Q1与Q2驱动互补，Q3与Q4驱动互补，Q3占空比为0.5，Q5与Q6驱动互补，Q1与Q5驱动互补，Q7驱动常关，Q8驱动常关。[0009]进一步的，所述单极性SPWM倍频调制为：在一个开关周期内，Q1与Q2驱动互补，Q3与Q4驱动互补，Q5与Q6驱动互补，Q7驱动常关，Q8驱动常关。[0010]进一步的，所述裂相逆变电路输出单相240V时，在电压正半周期内，Q1与Q6驱动同
3
CN 112421981 A
说 明 书
2/4页
步，Q1与Q8驱动互补，Q7驱动常高电平，Q2、Q3、Q4、Q5驱动常低电平；电压负半周期内，Q2与Q5驱动同步，Q2与Q7驱动互补，Q8驱动常高电平，Q1、Q3、Q4、Q6驱动常低电平。[0011]进一步的，所述开关管Q1-Q8包括IGBT和MOS管。
[0012]本发明可切换输出模式的裂相逆变电路在输出单相240V电源时，与输出裂相120/240V电源时相比，可以少2个开关管，同时逆变电感Lb也没有励磁消磁过程，减少其Lb电感磁芯损耗，整个电路是单极性调制下的heric逆变电路，La、Lc电感纹波电流更小，工作的开关管以及电感损耗减小，在并网应用中，用户收益更大。附图说明
[0013]图1为现有技术的裂相输出逆变电路原理示意图；
图2为本发明的一种可切换输出模式的逆变电路原理示意图；图3 为本发明的逆变电路输出裂相时双极性调制驱动波形示意图；图4 为本发明的逆变电路输出裂相时单极性倍频调制驱动波形示意图；图5为本发明的逆变电路输出单相时驱动波形示意图；图6为本发明的输出裂相双极性调制时某一周期内，电感La、 Lb、 Lc励磁状态回路示意图；
图7为本发明的输出裂相双极性调制时某一周期内，电感La励磁、电感Lb和 Lc消磁状态回路示意图；
图8为本发明的输出裂相双极性调制时某一周期内，电感La、Lb消磁，电感Lc励磁状态回路示意图；
图9为本发明的输出裂相单极性调制时某一周期内，电感La、Lb、Lc励磁状态回路示意图；
图10为本发明的输出裂相单极性调制时某一周期内，电感La、Lb、Lc消磁状态回路示意图；
图11为本发明的输出裂相单极性调制时某一周期内，电感La、Lb、Lc励磁状态回路示意图；
图12为本发明的输出裂相单极性调制时某一周期内，电感La、Lb、Lc消磁状态回路示意图；
图13为本发明的输出裂相单极性调制时某一周期内，电感La、Lb、Lc励磁状态回路示意图；
图14为本发明的输出裂相单极性调制时某一周期内，电感La、Lb、Lc消磁状态回路示意图；
图15为本发明的输出单相时某一周期内，电感La、Lc励磁状态回路示意图；图16为本发明的输出单相时某一周期内，电感La、Lc消磁状态回路示意图。具体实施方式
[0014]为了使本发明的目的、技术方案和技术效果更加清楚明白，以下结合说明书附图和实施例，对本发明作进一步详细说明。[0015]如图2所示，本发明的可切换输出模式的裂相逆变电路，该电路包括输入电容
4
CN 112421981 A
说 明 书
3/4页
Cbus、输出电容C1、输出电容C2、电感La、电感Lb、电感Lc、继电器S1和若干开关管Q1- Q8，所述开关管Q1- Q8均对应设置连接有体二极管D1-D8。
[0016]所述开关管Q1与Q2串联、Q3与Q4串联、Q5与Q6串联后两两并联连接至输入电容Cbus的两端；所述输出电容C1和输出电容C2串联连接后一端连接电感La的一端，另一端连接电感Lc的一端；所述电感La的另一端连接至Q1与Q2间节点；所述电感Lc的另一端连接至Q5与Q6间节点；所述电感Lb一端通过继电器S1连接至Q3与Q4间节点，另一端连接至输出电容C1和输出电容C2间节点；所述Q7与Q8串联连接后一端连接电感La的所述另一端，另一端连接电感Lc的所述另一端。[0017]所述开关管Q1- Q8包括IGBT和MOS管。
[0018]当该可切换输出模式的裂相逆变电路的输出裂相为 120/240V，可同时输出120V和240V电源，调制方式为双极性SPWM调制，即：继电器S1闭合，在一个开关周期内，Q1与Q2驱动互补，Q3与Q4驱动互补，Q3占空比为0.5，Q5与Q6驱动互补，Q1与Q5驱动互补，Q7驱动常关，Q8驱动常关时，构成如图1所示的裂相逆变电路，如图3所示为该工作模式下的输出裂相时双极性调制驱动波形。[0019]具体的，所述逆变电路的La=Lb=Lc，通过输入电容Cbus得到输入电压Vbus，输出电容C1和输出电容C2得到输出电压Vc1和Vc2，推导得到在电压正半周期内，Q1占空比为DQ1；Q3占空比为DQ3，DQ3=0.5；Q5占空比为DQ5，DQ5=1-DQ1，DQ1=0.5+Vc1/Vbus，在一个开关周期内，电感La、电感Lb、电感Lc的励磁消磁状态如下：
如图6所示，开关模态为：Q1导通，Q2关闭，Q3导通，Q4关闭，Q5关闭，Q6导通，Q7关闭，Q8关闭时电感La励磁，电感Lb励磁，电感Lc励磁。[0020]如图7所示，开关模态为：Q1导通，Q2关闭，Q3关闭，Q4导通，Q5关闭，Q6导通，Q7关闭，Q8关闭时，电感La励磁，电感Lb消磁，电感Lc消磁。[0021]如图8所示，开关模态为：Q1关闭，Q2导通，Q3关闭，Q4导通，Q5导通，Q6关闭，Q7关闭，Q8关闭时，电感La消磁，电感Lb消磁，电感Lc励磁。[0022]当调制方式为单极性SPWM倍频调制，即：继电器S1闭合，在一个开关周期内，Q1与Q2驱动互补，Q3与Q4驱动互补，Q5与Q6驱动互补，Q7驱动常关，Q8驱动常关时，构成如图1所示的逆变电路，如图4所示为该工作模式下的输出裂相时单极性倍频调制驱动波形示意图。[0023]具体的，单极性SPWM倍频调制时的在一个开关周期内，电感La、电感Lb、电感Lc的励磁消磁状态如下：
如图9所示，开关模态为：Q1导通，Q2关闭，Q3导通，Q4关闭，Q5关闭，Q6导通，Q7关闭，Q8关闭时，电感La励磁，电感Lb励磁，电感Lc励磁。[0024]如图10所示，开关模态为：Q1导通，Q2关闭，Q3导通，Q4关闭，Q5导通，Q6关闭，Q7关闭，Q8关闭时，电感La消磁，电感Lb消磁，电感Lc消磁。[0025]如图11所示，开关模态为：Q1导通，Q2关闭，Q3关闭，Q4导通，Q5导通，Q6关闭，Q7关闭，Q8关闭时，电感La励磁，电感Lb励磁，电感Lc励磁。[0026]如图12所示，开关模态为：Q1关闭，Q2导通，Q3关闭，Q4导通，Q5导通，Q6关闭，Q7关闭，Q8关闭时，电感La消磁，电感Lb消磁，电感Lc励磁。[0027]如图13所示，开关模态为：Q1导通，Q2关闭，Q3关闭，Q4导通，Q5导通，Q6关闭，Q7关闭，Q8关闭时，电感La励磁，电感Lb励磁，电感Lc励磁。
5
CN 112421981 A[0028]
说 明 书
4/4页
如图14所示，开关模态为：Q1导通，Q2关闭，Q3导通，Q4关闭，Q5导通，Q6关闭，Q7关
闭，Q8关闭时，电感La消磁，电感Lb消磁，电感Lc消磁。[0029]该可切换输出模式的裂相逆变电路，输出单相240V时：
继电器S1断开，在电压正半周期内，Q1与Q6驱动同步，Q1与Q8驱动互补，Q7驱动常高电平，Q2、Q3、Q4、Q5驱动常低电平；而在电压负半周期内，Q2与Q5驱动同步，Q2与Q7驱动互补，Q8驱动常高电平，Q1、Q3、Q4、Q6驱动常低电平。所有开关管Q1-Q6按照上述SPWM方式调制，驱动波形如图5所示。[0030]具体的，在逆变输出电压正半周内，电感La、电感Lc的励磁消磁状态如下：
如图15所示，开关模态为：Q1导通，Q2关闭，Q3关闭，Q4关闭，Q5关闭，Q6导通，Q7导通，Q8关闭时，电感La、电感Lc励磁。[0031]如图16所示，开关模态为：Q1关闭，Q2关闭，Q3关闭，Q4关闭，Q5关闭，Q6关闭，Q7导通，Q8导通时，电感La、电感Lc消磁。
6
CN 112421981 A
说 明 书 附 图
1/15页
图1
图2
7
CN 112421981 A
说 明 书 附 图
2/15页
图3
8
CN 112421981 A
说 明 书 附 图
3/15页
图4
9
CN 112421981 A
说 明 书 附 图
4/15页
图5
10
CN 112421981 A
说 明 书 附 图
5/15页
图6
11
CN 112421981 A
说 明 书 附 图
6/15页
图7
12
CN 112421981 A
说 明 书 附 图
7/15页
图8
13
CN 112421981 A
说 明 书 附 图
8/15页
图9
14
CN 112421981 A
说 明 书 附 图
9/15页
图10
15
CN 112421981 A
说 明 书 附 图
10/15页
图11
16
CN 112421981 A
说 明 书 附 图
11/15页
图12
17
CN 112421981 A
说 明 书 附 图
12/15页
图13
18
CN 112421981 A
说 明 书 附 图
13/15页
图14
19
CN 112421981 A
说 明 书 附 图
14/15页
图15
20
CN 112421981 A
说 明 书 附 图
15/15页
图16
21
因篇幅问题不能全部显示，请点此查看更多更全内容