[发明专利]一种单级式光伏离网逆变器及其控制方法

摘要

本发明属于电学技术领域，涉及一种单级式光伏离网逆变器及其控制方法，隔离变压器原边用一个开关管实现变压器双向励磁，并且开关管既可以实现零电压开通又可以实现零电压关断，开通和关断期间均可向变压器副边传输能量；变压器副边采用两套高频全波整流电路，通过控制让其按工频输出、然后反向并联，结合变压器原边高频开关管的调制形成按正弦调制规律变化的脉冲序列，经滤波后变成工频220V交流电；其电路结构简单，体积小，成本低，效率高，容易控制，可靠性高，除可专门用于光伏离网小型逆变器外，也可推广应用到其他小型离网逆变器、车载逆变器、UPS电源、变频器、隔离升压DC‑AC变换器中。

主权项

1.一种单级式光伏离网逆变器，其特征在于主体结构包括反向截止二极管、电容、谐振电容、第一开关管、续流二极管、高频变压器、第一高频全波整流电路、第二高频全波整流电路、第二开关管、第三开关管、滤波电容、滤波电感、第一电压采样电路、第一电流采样电路、第二电压采样电路、第二电流采样电路、输出电压采样电路、反激电源、控制单片机、第一驱动电路、第二驱动电路和第三驱动电路；输入电压经过反向截止二极管并由电容滤波之后作为后面电路的输入，其中，输入电压为太阳能电池板组件的输出电压，反向截止二极管用于防止反向电流流向太阳能电池板组件，电容用于吸收高频变压器原边电感回馈的能量，同时起到滤波作用；高频变压器的原边电感、谐振电容、第一开关管、续流二极管电连接组成单管谐振电路，用于将滤波后的直流电逆变成高频交流电；高频变压器由原边电感、磁芯、第一副边电感、第二副边电感、第三副边电感、第四副边电感连接组成，其中，磁芯为带有气隙的磁芯，原边电感与第一副边电感、原边电感与第二副边电感、原边电感与第三副边电感、原边电感与第四副边电感的耦合系数均为0.5‑0.9，第一副边电感与第三副边电感的绕制完全相同，第二副边电感与第四副边电感的绕制完全相同，高频交流电施加在高频变压器原边电感两端，在高频变压器副边感应出正负幅值不对称的高频交流电压；单管谐振电路和高频变压器用于将能量从原边传递到副边；第一高频全波整流电路由第一副边电感、第二副边电感、第一高频整流二极管、第二高频整流二极管电连接组成，用于对变压器副边的高频交流电进行整流；第二高频全波整流电路由第三副边电感、第四副边电感、第三高频整流二极管、第四高频整流二极管电连接组成，用于对变压器副边的高频交流电进行整流；第二开关管和第三开关管交替导通，用于实现工频逆变，其中第二开关管在工频正半周期内导通，第三开关管在工频负半周期内导通；滤波电容和滤波电感电连接组成滤波电路，用于对第二开关管和第三开关管工频逆变后的高频交流电进行滤波，滤除高频谐波获得工频220V交流电；第一电压采样电路采集太阳能电池板组件的输出电压信号并送至控制单片机，第一电流采样电路采集太阳能电池板组件的输出电流信号送至控制单片机，控制单片机接收到采集来的太阳能电池板组件的输出电压和电流信号进行MPPT控制；第二电压采样电路采集第一开关管漏源极间的电压信号并送至控制单片机，在第一开关管当前驱动信号上升沿到来之前，检测第一开关管漏源极间的电压是否为零来判断当前第一开关管是否实现零电压开通；第二电流采样电路采集逆变器的输出电流信号并送至控制单片机，输出电压采样电路采集逆变器的输出电压信号并送至控制单片机，控制单片机接收到采集来的逆变器的输出电流和输出电压信号进行电压电流反馈控制；反激电源将太阳能电池板组件的输出电压降至三路相互隔离的+12V输出和一路+5V输出，第一路+12V输出的负极与太阳能电池板组件的负极电连接，为第一驱动电路驱动侧供电；第二路+12V输出的负极与第二开关管源极电连接，为第二驱动电路驱动侧供电；第三路+12V输出的负极与第三开关管源极电连接，为第三驱动电路驱动侧供电；+5V输出的负极与太阳能电池板组件的负极电连接，为控制单片机、输出电压采样电路输出侧、输出电压采样电路直流偏置、第一驱动电路控制信号侧、第二驱动电路控制信号侧、第三驱动电路控制信号侧供电；控制单片机接收到第一电压采样电路、第一电流采样电路、第二电压采样电路、第二电流采样电路、输出电压采样电路采集的电压电流信号，经由MPPT控制程序、软开关判断程序、电压电流反馈控制程序和PWM+PFM控制程序共同生成第一开关管、第二开关管、第三开关管的控制信号，控制信号分别送至第一驱动电路、第二驱动电路、第三驱动电路；第一驱动电路接收到控制单片机发来的第一开关管控制信号后经放大驱动第一开关管；第二驱动电路接收到控制单片机发来的第二开关管控制信号后经放大驱动第二开关管；第三驱动电路接收到控制单片机发来的第三开关管控制信号后经放大驱动第三开关管。