[發(fā)明專利]高效率三電平單相逆變器

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210466120.1
• 申請日: 2012-11-16
• 公開（公告）號: CN103178733A
• 公開（公告）日: 2013-06-26
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王子濤(彼得)
• 申請（專利權(quán)）人: 科勒公司
• 主分類號: H02M7/48
• 分類號: H02M7/48;H02M7/483
• 代理公司: 北京邦信陽專利商標(biāo)代理有限公司 11012
• 代理人: 胡冰

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電逆變器。更具體而言，涉及一種三電平（three-level）單相逆變器。所述逆變器可應(yīng)用于連網(wǎng)（grid-connected）系統(tǒng)。

背景技術(shù)

逆變器是將直流（DC）轉(zhuǎn)化為交流（AC）的設(shè)備。一類逆變器可以通過將DC源連接到變壓器的主繞組的中間抽頭而構(gòu)造。連接到DC源的開關(guān)在兩個節(jié)點（每個節(jié)點連接到主繞組的相對端）之間快速的切換以使得電流通過兩個交替通路（通過主繞組的一端然后通過另一端）流回到DC源。變壓器的主繞組中的電流方向的交替在次級繞組中產(chǎn)生了交流（AC）電，這種設(shè)計或其他設(shè)計的逆變器可以從例如太陽能板、發(fā)電機、風(fēng)力渦輪機、電池和其他源接收DC電力，將DC電力轉(zhuǎn)化為AC電力，并將AC電力輸出到本地負載或電力網(wǎng)。

這樣的逆變器和其他包括變壓器的逆變器在DC輸入和AC輸出之間設(shè)置有電流絕緣。然而，這些變壓器具有嚴(yán)重的缺點，例如重量大、高成本、低效率、非一致功率因數(shù)（特別是在低負載情況下）。帶有變壓器的高頻率逆變器可以減少重量并且具有一致功率因數(shù)，但是沒有改善電力轉(zhuǎn)化的效率。

無變壓器的逆變器不需要利用沿著DC-AC轉(zhuǎn)化通路的變壓器而將DC電力轉(zhuǎn)化為AC電力。無變壓器的逆變器不包括變壓器，而是包括電力開關(guān)元件，例如MOSFET和/或IGBT晶體管，所述電力開關(guān)元件被特別布置和控制為將接收到的DC電力轉(zhuǎn)化為AC電力以減少DC輸入和AC輸出之間的干擾。無論是何種設(shè)計，在DC電力轉(zhuǎn)化為AC電力期間，逆變器中能量都有損失。轉(zhuǎn)換中的能量損失越少，逆變器就越有效。無變壓器的逆變器盡管通常更復(fù)雜，但是比帶有變壓器的逆變器更有效率。

發(fā)明內(nèi)容

盡管通常比基于變壓器的逆變器效率更高，發(fā)明人已知悉對于某些應(yīng)用，無變壓器的逆變器的效率并不如期望的那么高。本發(fā)明的實施例包括一種具有改善的效率的無變壓器的逆變器。在一個特殊實例中，本發(fā)明提供了一種可連網(wǎng)（grid-connectable）的逆變器，其具有第一DC輸入節(jié)點和第二DC輸入節(jié)點；第一AC輸出節(jié)點和第二AC輸出節(jié)點。該逆變器還包括第一開關(guān)，第二開關(guān)，第三開關(guān)和第四開關(guān),第一二極管和第二二極管。該逆變器還包括四個通路：用于正半周期的正電流通路，用于正半周期的第一空轉(zhuǎn)（free-wheel）電流通路，用于負半周期的負電流通路，以及用于負半周期的第二空轉(zhuǎn)電流通路。所述第一空轉(zhuǎn)電流通路包括所述第一AC輸出節(jié)點、所述第一開關(guān)、所述第一二極管、所述第四開關(guān)和所述第二AC輸出節(jié)點。在所述第一空轉(zhuǎn)電流通路中，沒有額外的二極管與所述第一開關(guān)和第四開關(guān)之間的所述第一二極管串聯(lián)。所述第二空轉(zhuǎn)電流通路包括所述第二AC輸出節(jié)點、所述第二開關(guān)、所述第二二極管、所述第三開關(guān)和所述第一AC輸出節(jié)點。在所述第二空轉(zhuǎn)電流通路中，沒有額外的二極管與所述第二開關(guān)和第三開關(guān)之間的所述第二二極管串聯(lián)。

本發(fā)明的實施例還提供了一種利用可連網(wǎng)的逆變器將DC電力轉(zhuǎn)化為AC電力的方法。所述逆變器包括第一和第二DC輸入節(jié)點，第一和第二AC輸出節(jié)點，四個開關(guān)（第一、第二、第三和第四開關(guān)），第一二極管，以及第二二極管。所述方法包括在所述第一和第二DC輸入節(jié)點接收DC輸入。至少所述第一、第二、第三和第四開關(guān)被控制以產(chǎn)生用于正半周期的正電流通路。在正半周期期間，所述第一開關(guān)和第四開關(guān)被閉合以產(chǎn)生第一空轉(zhuǎn)電流通路。所述第一空轉(zhuǎn)電流通路包括所述第一AC輸出節(jié)點、所述第一開關(guān)、所述第一二極管、所述第四開關(guān)和所述第二AC輸出節(jié)點。在所述第一空轉(zhuǎn)電流通路中，沒有額外的二極管與所述第一開關(guān)和第四開關(guān)之間的所述第一二極管串聯(lián)。所述方法還包括控制所述第一、第二、第三和第四開關(guān)以產(chǎn)生用于負半周期的負電流通路。在負半周期期間，所述第二開關(guān)和所述第三開關(guān)被閉合以產(chǎn)生用于負半周期的第二空轉(zhuǎn)電流通路。所述第二空轉(zhuǎn)電流通路包括所述第二AC輸出節(jié)點、所述第二開關(guān)、所述第二二極管、所述第三開關(guān)和所述第一AC輸出節(jié)點。在所述第二空轉(zhuǎn)電流通路中，沒有額外的二極管與所述第二開關(guān)和第三開關(guān)之間的所述第二二極管串聯(lián)。

通過考慮如下說明書和附圖，本發(fā)明的其他方面將變得更加明顯。

附圖說明

圖1示出了一電力轉(zhuǎn)化系統(tǒng)。

圖2示出了現(xiàn)有技術(shù)的三電平無變壓器的逆變器。

圖3A-3D分別示出了針對現(xiàn)有技術(shù)的三電平無變壓器的逆變器的四個開關(guān)狀態(tài)。

圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例的三電平無變壓器的逆變器。

圖5A-5D分別示出了針對根據(jù)本發(fā)明的實施例的三電平無變壓器的逆變器的四個開關(guān)狀態(tài)。