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CN107534398B - 半桥逆变器单元及逆变器 - Google Patents

半桥逆变器单元及逆变器 Download PDF

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CN107534398B
CN107534398B CN201680003955.XA CN201680003955A CN107534398B CN 107534398 B CN107534398 B CN 107534398B CN 201680003955 A CN201680003955 A CN 201680003955A CN 107534398 B CN107534398 B CN 107534398B
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Abstract

一种半桥逆变器单元及逆变器。半桥逆变器单元包括逆变控制模块和电感(L1)，逆变控制模块能够响应于不同的工作模态提供不同的连接状态，从而使得相应的半桥逆变器单元可以运行在降压模式或者升压模式，满足了宽输入电压范围的要求。利用电网电压正负半周对称的特性，解决了与直流电源并联的两串联电容中点电压平衡的问题。该半桥逆变器单元采用单级结构，功耗小，成本低，效率高，稳定性高。

Description

半桥逆变器单元及逆变器
本申请要求2015年1月29日提交的美国临时专利申请US62/109,431的优先权，其公开内容整体并入于此作为参考。
技术领域
本发明涉及电力电子领域中的逆变器单元及逆变器，特别是半桥逆变器。
背景技术
随着全球能源和环境问题加剧，可再生能源发展迅速。光伏发电因其资源丰富，分布广泛，具有很好的发展前景。对于光伏发电系统来说，如何降低成本，提高效率成为光伏发电的重要课题。
在光伏发电系统中，逆变器用于将光伏阵列输出的直流电转化成交流电。并网逆变器可以分为隔离型并网逆变器和非隔离型并网逆变器两类。在隔离型并网逆变器中，变压器实现了电气隔离，确保了人身安全。但是，变压器的能量损耗和体积大，带来很多问题，比如效率低，功率密度低和成本高等。所以，非隔离型光伏并网逆变器成为主流。但在非隔离型光伏并网逆变器系统中，由于缺少了变压器的电气隔离而存在共模回路。该共模回路产生漏电流，从而危及设备和人身安全。因此，非隔离型并网逆变器中，漏电流是一个需要解决的重要问题。同时，高效率成为光伏产业的另一个目标。
由于光伏阵列的输出电压存在很大范围的波动，因此非隔离型光伏逆变器要满足宽范围输入电压的要求。然而，光伏系统中非隔离型逆变器存在正常工作最小输入电压。光伏阵列的输出电压可能小于逆变器的最小输入电压。因此，光伏逆变器系统中通常使用一个升压电路。
如图1所示，现有的光伏逆变器系统是两级电路。第一级是DC-DC单元，该DC-DC单元通常采用一个升压电路来实现。第二级是DC-AC单元。当光伏阵列输出电压小于最小输入电压时，DC-DC单元工作以升高输入电压从而使DC-AC单元正常工作；当光伏阵列输出电压大于最小输入电压时，则DC-DC单元被旁路，DC-AC单元正常工作。所述两级电路串联连接，因此，降低了系统效率，增加了成本。
参考文献“Derivation，Analysis，and Implementation of a Boost-BuckConverter-Based High-Efficiency PV Inverter”中给出了图2所示的单级全桥逆变器。然而，该单级全桥逆变器在多光伏阵列的情况下成本高。另外，当多个光伏阵列中的光伏电池数目差异很大的时候，该单级全桥逆变器效率低。由于光伏阵列之间是并联连接，所以每个光伏阵列的输出电压要求相等。为此，每个光伏阵列的输出电压被不同程度地升高。这样降低了系统效率。本领域的技术人员都知道，全桥逆变器由于自身寄生因数的缘故很难完全消除高频漏电流。而且，全桥逆变器需要两个滤波电感且他们的磁芯不共用，因此成本高。
发明内容
本发明提供了一种半桥逆变器单元及逆变器，以解决现有技术中的上述问题。
为了让电流双向流动，每个开关管反向并联一个二极管。为了叙述方便，本申请中的术语“双向开关”指电流可以双向流动但只能承受单向电压的开关，比如带有反向并联二极管的IGBT，或内置并联二极管的MOSFET。
第一方面，本发明提供一种半桥逆变器单元，包括：逆变控制模块和第一电感；并具有第一接入端、第二接入端、第三接入端、第一电压输出端和第二电压输出端以及若干控制端；
所述逆变控制模块连接第一接入端、第二接入端、第三接入端、第一电压输出端、第二电压输出端、电感的第一端和电感的第二端七个端子，并连接所述若干控制端；用于根据第一工作模态下输入到各个控制端的控制信号，针对所述七个端子，导通第一电感的第一端与第一接入端之间的连接以及第一电感的第二端与第一电压输出端之间的连接，并断开其他的端到端连接；根据第二工作模态下输入到各个控制端的控制信号，针对所述七个端子，导通第一电感的第一端与第二接入端之间的连接以及第一电感的第二端与第一电压输出端之间的连接；根据第三工作模态下输入到各个控制端的控制信号，针对所述七个端子，导通第一电感的第一端与第一接入端之间的连接以及第一电感的第二端与第二电压输出端之间的连接；根据第四工作模态下输入到各个控制端的控制信号，针对所述七个端子，导通第一电感的第一端与第二接入端之间的连接以及第一电感的第二端与第二电压输出端之间的连接。
第二方面，本发明提供一种单相半桥逆变器。
所述单相半桥逆变器包括第一方面所述的半桥逆变器单元和一个控制器；其中，所述控制器与所述半桥逆变器单元的若干个控制端相连，用于为所述半桥逆变器单元提供各个工作模态对应的控制信号。
第三方面，本发明提供一种三相半桥逆变器。
所述三相半桥逆变器，包括一个控制器和三个第一方面提供的半桥逆变器单元其中，其中，各个半桥逆变器单元的第一接入端相互连接，第二接入端相互连接，第三接入端相互连接；各个半桥逆变器单元的第一电压输出端一对一连接所述三相半桥逆变器的一个相位的交流负载接入端；
所述控制器与每一个半桥逆变器单元中的各个控制端相连，用于为该半桥逆变器单元提供各个电平模式对应的控制信号。
本发明提供的半桥逆变器单元以及相应的逆变器，可以运行在降压模式或者升压模式，因此满足了逆变器宽输入电压范围的要求。利用电网电压正负半周对称的特性，解决了与直流电源并联的两串联电容中点电压平衡的问题。该逆变器采用单级结构，功耗小，成本低，效率高，稳定性高。
本发明提供了一种半桥逆变器单元及逆变器，可以用于，但不限于，可再生能源系统，比如单相或三相并网光伏系统。
附图说明
通过参考附图会更加清楚的理解本发明的特征信息和优点，附图是示意性的而不应理解为对本发明进行任何限制，在附图中：
为了更全面地理解本发明的技术方案，对后面的实施例或现有技术描述中所需要使用的附图进行介绍如下。
图1为一种现有的两级逆变器系统的电路原理方框图；
图2为一种现有的单级全桥逆变器系统的电路原理示意图；
图3(a)为本发明实施例提供的第一种单相半桥逆变器的电路原理部分方框图；
图3(b)为本发明实施例提供的第二种单相半桥逆变器的电路原理部分方框图；
图4(a)为本发明实施例提供的第一电路模块M1的第一种电路原理示意图；
图4(b)为本发明实施例提供的第一电路模块M1的第二种电路原理示意图；
图4(c)为本发明实施例提供的第一电路模块M1的第三种电路原理示意图；
图4(d)为本发明实施例提供的第一电路模块M1的第四种电路原理示意图；
图5(a)为本发明实施例提供的第二电路模块M2的第一种电路原理示意图；
图5(b)为本发明实施例提供的第二电路模块M2的第二种电路原理示意图；
图5(c)为本发明实施例提供的第二电路模块M2的第三种电路原理示意图；
图5(d)为本发明实施例提供的第二电路模块M2的第四种电路原理示意图；
图6为本发明实施例提供的第一种含有图4(a)中的第一电路模块M1和图5(a)中的第二电路模块M2且L1与L2共用磁芯的单相半桥逆变器电路原理示意图；
图7为本发明实施例提供的第一种含有图4(a)中的第一电路模块M1和图5(b)中的第二电路模块M2且L1与L2共用磁芯的单相半桥逆变器电路原理示意图；
图8为本发明实施例提供的第二种含有图4(a)中的第一电路模块M1和图5(a)中的第二电路模块M2且L1与L2共用磁芯的单相半桥逆变器电路原理示意图；
图9为本发明实施例提供的第二种含有图4(a)中的第一电路模块M1和图5(b)中的第二电路模块M2且L1与L2共用磁芯的单相半桥逆变器电路原理示意图；
图10为本发明实施例提供的一种含有图4(a)中的第一电路模块M1和图5(a)中的第二电路模块M2且L1与L2不共用磁芯的单相半桥逆变器电路原理示意图；
图11为本发明实施例提供的一种单相半桥逆变器的第一种工作模态示意图；
图12为本发明实施例提供的一种单相半桥逆变器的第二种工作模态示意图；
图13为本发明实施例提供的一种单相半桥逆变器的第三种工作模态示意图；
图14为本发明实施例提供的一种单相半桥逆变器的第四种工作模态示意图；
图15为本发明实施例提供的一种单相半桥逆变器的第一种调制策略示意图；
图16为本发明实施例提供的一种单相半桥逆变器的第二种调制策略示意图；
图17为本发明实施例提供的一种应用于具有多光伏阵列的光伏系统的单相半桥逆变器的电路原理示意图；
图18为本发明实施例提供的第一种应用于具有两个光伏阵列的光伏系统的单相半桥逆变器的电路原理示意图；
图19为本发明实施例提供的第二种应用于具有两个光伏阵列的光伏系统的单相半桥逆变器的电路原理示意图；
图20(a)为本发明实施例提供的第一种单相半桥逆变器的等效方框图；
图20(b)为本发明实施例提供的第二种单相半桥逆变器的等效方框图；
图21(a)为本发明实施例提供的第一种三相半桥逆变器的电路原理方框图；
图21(b)为本发明实施例提供的第二种三相半桥逆变器的电路原理方框图；
图21(c)为本发明实施例提供的第三种三相半桥逆变器的电路原理方框图；
图21(d)为本发明实施例提供的第四种三相半桥逆变器的电路原理方框图。
为了叙述方便，在各个附图中同一元器件采用相同的参考标号。同一附图中相同的符号，比如表示相互连接在一起。
具体实施方式
本发明提供了一种半桥逆变器单元及逆变器。为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案及其如何实现，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
本发明提供的半桥逆变器单元，包括：
逆变控制模块和第一电感；并具有第一接入端、第二接入端、第三接入端、第一电压输出端和第二电压输出端以及若干控制端；
所述逆变控制模块连接第一接入端、第二接入端、第三接入端、第一电压输出端、第二电压输出端、电感的第一端和电感的第二端七个端子，并连接所述若干控制端；用于根据第一工作模态下输入到各个控制端的控制信号，针对所述七个端子，导通第一电感的第一端与第一接入端之间的连接以及第一电感的第二端与第一电压输出端之间的连接，并断开其他的端到端连接；根据第二工作模态下输入到各个控制端的控制信号，针对所述七个端子，导通第一电感的第一端与第二接入端之间的连接以及第一电感的第二端与第一电压输出端之间的连接；根据第三工作模态下输入到各个控制端的控制信号，针对所述七个端子，导通第一电感的第一端与第一接入端之间的连接以及第一电感的第二端与第二电压输出端之间的连接；根据第四工作模态下输入到各个控制端的控制信号，针对所述七个端子，导通第一电感的第一端与第二接入端之间的连接以及第一电感的第二端与第二电压输出端之间的连接。
本发明提供的半桥逆变器单元，通过对其中的逆变控制模块施加对应的控制信号进行控制，可以使得包含该半桥逆变器单元的半桥逆变器运行在降压模式或者升压模式，因此满足了逆变器宽输入电压范围的要求。利用电网电压正负半周对称的特性，解决了与直流电源并联的两串联电容中点电压平衡的问题。该逆变器采用单级结构，功耗小，成本低，效率高，稳定性高。
在具体实施时，上述的逆变控制模块可以通过多种结构实施，比如一种最为直接的方式可以是，设置四个开关支路，其中第一开关支路连接在第一接入端与第一电感的第一端之间，第二开关支路连接在第二接入端与第一电感的第一端之间，第三开关支路连接在第一电感的第二端与第一电压输出端之间，第四开关支路连接在第一电感的第二端与第二电压输出端之间。下面主要结合附图对上述的逆变控制模块的一些可能的实施方式进行说明。同时为了方便说明，部分附图中还示出了除半桥逆变器单元之外的其他结构，比如用于构造直流源的电容、DC-DC变压器、光伏阵列等。
如图3所示，本发明中使用的术语“PV”表示光伏阵列(也就是直流电源)，UPV表示光伏阵列的输出电压，M1表示半桥逆变器单元中的第一电路模块，M2表示第二电路模块，C1表示第一电容(也就是第一直流电源)，C2表示第二电容(也就是第二直流电源)，C3表示第三电容，G表示交流电网。
显然，光伏阵列PV可以采用其它直流电源代替，也就是说，本发明中的直流电源不限定于PV。类似地，交流电网G可以采用其它交流负载代替，即本发明中的交流负载不限定于交流电网。
注意，二极管被用作代表单方向导通元件，但本发明中的单方向导通元件不限定于二极管。二极管的正极指阳极，负极指阴极。
开关MOSFET被用作代表本发明中的可控型(导通和关断)开关管。以N沟道MOSFET为例进行说明。N沟道MOSFET的第一端指漏极，第二端指源极，控制端指栅极。所述半桥逆变器单元中的每个开关管控制端施加一个驱动控制信号。简洁起见，后面不再赘述。
为了保证每个开关管中的电流双向流动，本发明中的每个开关管反向并联一个二极管。简洁起见，术语“双向开关”指电流可以双向流动但只能承受单向电压的开关，比如带有反向并联二极管的IGBT，或内置并联二极管的MOSFET。
所述开关管也可以采用其他晶体管实现，比如，NPN型晶体管。对于NPN型晶体管，第一端指集电极，第二端指发射极，控制端指基极。显然，本发明中的开关管不限定于MOSFET或NPN型晶体管。也就是说，本发明中的开关管也可以采用其他可控型(导通和关断)开关管器件。
如图3所示，光伏阵列PV并联连接两个串联连接的电容，即第一电容C1、第二电容C2。其中，第一电容C1作为第一直流电源，第二电容C2作为第二直流电源。第一电容C1的负极连接第二电容C2的正极，第一电容C1的正极连接光伏阵列PV的正极，C2的负极连接光伏阵列PV的负极。所述半桥逆变器单元包括第一电路模块M1，第二电路模块M2和第一电感L1。
所述第一电路模块M1至少包括上输入端子I+、中间输入端子I0、下输入端子I-、输出端子A，第一开关电路支路和第二开关电路支路；其中上输入端子I+与上述的第一接入端相连，中间输入端子I0与上述的第三接入端相连、下输入端子I-与上述的第二接入端相连，输出端子A与第一电感L1的第一端(左端)相连；为了方便说明以下第一接入端也均表示为I+，同样的，第二接入端也均表示为I-，第三接入端均表示为I0。其中，第一电路模块M1的上输入端子I+连接第一电容C1的正极；中间输入端子I0连接第一电容C1与第二电容C2的公共端；下输入端子I-连接第二电容C2的负极。第一电路模块M1的第一开关电路支路设置在第一电路模块M1的上输入端子I+和输出端子A之间，第一电路模块M1的第二开关电路支路设置在第一电路模块M1的下输入端子I-和输出端子A之间，这样使得第一电路模块M1能够根据所连接的各个控制端输入接入的不同控制信号，提供至少以下两种工作状态：仅导通第一电感的第一端与第一接入端之间的连接；仅导通第一电感的第一端与第二接入端之间的连接。
在一些实施例中，所述第一电路模块M1还可以进一步包括第三开关电路支路。第一电路模块M1的第三开关电路支路设置在第一电路模块M1的中间输入端子I0和输出端子A之间。这样能够使得第一电路模块M1还能够根据所接入的控制端输入的控制信号将中间输入端子I0和输出端子A之间的连接导通或者关断。
所述第二电路模块M2包括输入端子B，第一输出端子C，第二输出端子D，第一开关支路和第二开关支路，输入端子B连接第一电感L1的第二端(第一电感L1的右端)，第一输出端子C与上述的第一电压输出端相连，第二输出端子D与上述的第二电压输出端相连。其中，第二电路模块M2的第一输出端子C连接第一电容C1与第二电容C2的公共端，或者第二电路模块M2的第二输出端子D连接第一电容C1与第二电容C2的公共端。第二电路模块M2的第一输出端子C和第二输出端子D均作为交流端子连接交流电网。第二电路模块M2的第一开关支路设置在第二电路模块M2的输入端子B和第一输出端子C之间；第二开关支路设置在第二电路模块M2的输入端子B和第二输出端子D之间，这样第二电路模块M2能够根据所连接的各个控制端输入接入的不同控制信号，提供至少以下两种工作状态：仅导通第一电感的第二端与第一电压输出端之间的连接；仅导通第一电感的第二端与第二电压输出端之间的连接。
第一电感L1连接在第一电路模块M1的输出端子A和第二电路模块M2的输入端子B之间。第一电感L1用于滤除高频谐波而得到几乎正弦波形的负载电流。
图4(a)示出了本发明实施例提供的所述第一电路模块M1的第一种电路原理示意图。所述第一电路模块M1包括第一双向开关T41a和第二双向开关T42a。
第一双向开关T41a的第一端连接第一电路模块M1的上输入端子I+，第一双向开关T41a的第二端同时连接第一电路模块M1的输出端子A和第二双向开关T42a的第一端。第二双向开关T42a的第二端连接第一电路模块M1的下输入端子I-。
第一电路模块M1的第一开关电路支路包括第一双向开关T41a，第二开关电路支路包括第二双向开关T42a。
图4(b)示出了本发明实施例提供的所述第一电路模块M1的第二种电路原理示意图。所述第一电路模块M1包括第一双向开关T41b、第二双向开关T42b、第三双向开关T43b、第四双向开关T44b、第一二极管D41b和第二二极管D42b。
第一双向开关T41b的第一端连接第一电路模块M1的上输入端子I+；第一双向开关T41b的第二端同时连接第一二极管D41b的负极和第二双向开关T42b的第一端；第二双向开关T42b的第二端同时连接第三双向开关T43b的第一端和第一电路模块M1的输出端子A；第三双向开关T43b的第二端同时连接第二二极管D42b的正极和第四双向开关T44b的第一端；第四双向开关T44b的第二端连接第一电路模块M1的下输入端子I-；第一二极管D41b的正极连接第二二极管D42b的负极；第一二极管D41b和第二二极管D42b的公共端连接第一电路模块M1的中间输入端子I0。
第一电路模块M1的第一开关电路支路包括第一双向开关T41b和第二双向开关T42b。第二开关电路支路包括第三双向开关T43b和第四双向开关T44b。第三开关电路支路包括第一二极管D41b和第二双向开关T42b，或者包括第二二极管D42b和第三双向开关T43b。
图4(c)示出了本发明实施例提供的所述第一电路模块M1的第三种电路原理示意图。所述第一电路模块M1包括第一双向开关T41c、第二双向开关T42c、第三双向开关T43c和第四双向开关T44c。
第一双向开关T41c的第一端连接第一电路模块M1的上输入端子I+；第一双向开关T41c的第二端同时连接第一电路模块M1的输出端子A和第四双向开关T44c的第一端；第四双向开关T44c的第二端连接第一电路模块M1的下输入端子I-；第二双向开关T42c的第一端连接第一电路模块M1的中间输入端子I0；第二双向开关T42c的第二端连接第三双向开关T43c的第二端；第三双向开关T43c的第一端连接第一电路模块M1的输出端子A。
第一电路模块M1的第一开关电路支路包括第一双向开关T41c。第二开关电路支路包括第四双向开关T44c。第三开关电路支路包括第二双向开关T42c和第三双向开关T43c。
图4(d)示出了本发明实施例提供的所述第一电路模块M1的第四种电路原理示意图。所述第一电路模块M1包括第一双向开关T41d、第二双向开关T42d、第三双向开关T43d、第一二极管D41d、第二二极管D42d、第三二极管D43d、第四二极管D44d。
第一双向开关T41d的第一端连接第一电路模块M1的上输入端子I+；第一双向开关T41d的第二端同时连接第一电路模块M1的输出端子A和第三双向开关T43d的第一端；第三双向开关T43d的第二端连接第一电路模块M1的下输入端子I-；第一二极管D41d的正极同时连接第二二极管D42d的负极和第一电路模块M1的中间输入端子I0；第一二极管D41d的负极同时连接第三二极管D43d的负极和第二双向开关T42d的第一端；第二二极管D42d的正极同时连接第四二极管D44d的正极和第二双向开关T42d的第二端；第三二极管D43d的正极同时连接第四二极管D44d的负极和第一电路模块M1的输出端子A。
第一电路模块M1的第一开关电路支路包括第一双向开关T41d。第二开关电路支路包括第三双向开关T43d。第三开关电路支路包括第一二极管D41d、第四二极管D44d和第二双向开关T42d，或者包括第二二极管D42d、第三二极管D43d和第二双向开关T42d。
图5(a)示出了本发明实施例提供的所述第二电路模块M2的第一种电路原理示意图。所述第二电路模块M2包括第一双向开关T51a、第二双向开关T52a、第一二极管D51a至第八二极管D58a。
第一二极管D51a的负极同时连接第三二极管D53a的负极和第一双向开关T51a的第一端；第一二极管D51a的正极同时连接第二二极管D52a的负极和第二电路模块M2的第一输出端子C；第二二极管D52a的正极同时连接第四二极管D54a的正极和第一双向开关T51a的第二端；第三二极管D53a的正极同时连接第四二极管D54a的负极和第二电路模块M2的输入端子B；第五二极管D55a的负极同时连接第七二极管D57a的负极和第二双向开关T52a的第一端；第五二极管D55a的正极同时连接第六二极管D56a的负极和第二电路模块M2的输入端子B；第六二极管D56a的正极同时连接第八二极管D58a的正极和第二双向开关T52a的第二端；第七二极管D57a的正极同时连接第八二极管D58a的负极和第二电路模块M2的第二输出端子D。
第二电路模块M2的第一开关支路包括第一双向开关T51a、第二二极管D52a和第三二极管D53a，或者包括第一双向开关T51a、第一二极管D51a和第四二极管D54a。第二开关支路包括第五二极管D55a、第八二极管D58a和第二双向开关T52a，或者包括第六二极管D56a、第七二极管D57a和第二双向开关T52a。
图5(b)示出了本发明实施例提供的所述第二电路模块M2的第二种电路原理示意图。所述第二电路模块M2包括第一双向开关T51b、第二双向开关T52b、第三双向开关T53b和第四双向开关T54b。
第一双向开关T51b的第一端连接第二电路模块M2的第一输出端子C；第一双向开关T51b的第二端连接第二双向开关T52b的第二端；第二双向开关T52b的第一端同时连接第三双向开关T53b的第一端和第二电路模块M2的输入端子B；第三双向开关T53b的第二端连接第四双向开关T54b的第二端；第四双向开关T54b的第一端连接第二电路模块M2的第二输出端子D。
第二电路模块M2的第一开关支路包括第一双向开关T51b和第二双向开关T52b。第二开关支路包括第三双向开关T53b和第四双向开关T54b。
图5(c)示出了本发明实施例提供的所述第二电路模块M2的第三种电路原理示意图。所述第二电路模块M2包括第一双向开关T51c，第二双向开关T52c，第三双向开关T53c、第四双向开关T54c、第一二极管D51c、第二二极管D52c、第三二极管D53c和第四二极管D54c。
第一双向开关T51c的第一端同时连接第三二极管D53c的负极和第二电路模块M2的第一输出端子C；第一双向开关T51c的第二端连接第一二极管D51c的正极；第一二极管D51c的负极同时连接第二双向开关T52c的第一端和第二电路模块M2的输入端子B；第二双向开关T52c的第二端连接第二二极管D52c的正极；第三二极管D53c的正极连接第三双向开关T53c的第二端；第三双向开关T53c的第一端同时连接第四二极管D54c的负极和第二电路模块M2的输入端子B；第四二极管D54c的正极连接第四双向开关T54c的第二端；第四双向开关T54c的第一端同时连接第二二极管D52c的负极和第二电路模块M2的第二输出端子D。
第二电路模块M2的第一开关支路包括第一双向开关T51c和第一二极管D51c，或者包括第三双向开关T53c和第三二极管D53c。第二开关支路包括第二双向开关T52c和第二二极管D52c，或者包括第四二极管D54c和第四双向开关T54c。
图5(d)示出了本发明实施例提供的所述第二电路模块M2的第四种电路原理示意图。所述第二电路模块M2包括第一逆阻型IGBT和第二逆阻型IGBT。
第一逆阻型IGBT连接在第二电路模块M2的输入端子B和第一输出端子C之间；第二逆阻型IGBT连接在第二电路模块M2的输入端子B和第二输出端子D之间。
第二电路模块M2的第一开关支路包括第一逆阻型IGBT。第二开关支路包括第二逆阻型IGBT。
图5(d)中的逆阻型IGBT被用作代表电流双向可控的开关管，因此可采用其它的电流双向可控的开关管代替。
所述半桥逆变器单元进一步包括第二电感L2。第二电感L2连接在第二输出端子D和交流电网G之间且第二电路模块M2的第一输出端子C连接第一直流电源和第二直流电源的公共端；或者，第二电感L2连接在第二电路模块M2的第一输出端子C和交流电网G之间且第二电路模块M2的第二输出端子D连接第一直流电源和第二直流电源的公共端。第二电感L2用于滤除高频谐波而得到几乎正弦波形的负载电流。
所述半桥逆变器单元进一步包括第三电容C3。第三电容C3连接在第二电路模块M2的第一输出端子C和第二输出端子D之间。第三电容C3用于滤除高频谐波而得到几乎正弦波形的负载电流。
所述半桥逆变器单元包括图4(a)至图4(d)中的任一个电路和图5(a)至图5(d)中的任一个电路以及第一电感L1的组合。所述半桥逆变器单元通常和所述第一电容C1、第二电容C2共同使用。所述半桥逆变器单元可以进一步包括第二电感L2，和/或第三电容C3。
图6，图7，图8和图9分别示出了本发明实施例提供的四种单相半桥逆变器的电路原理图。如图6，图7，图8和图9所示，第一电感L1和第二电感L2共用一个磁芯，减小了成本和体积。其中，图6所示的单相半桥逆变器包括图4(a)中的第一电路模块M1、图5(a)中的第二电路模块M2、第一电感L1、第二电感L2和第三电容C3。如图6所示，第三电容C3的下端子连接第一电容C1和第二电容C2的公共端，且第二电感L2连接在第三电容C3的上端子和交流电网之间。图7与图6的不同之处在于，图7所示的单相半桥逆变器包括图5(b)中的第二电路模块M2。图8与图6的不同之处在于，图8中的第三电容C3的上端子连接第一电容C1和第二电容C2的公共端且第二电感L2连接在第三电容C3的下端子和交流电网之间。图9与图8的不同之处在于，图9所示的单相半桥逆变器包括图5(b)中的第二电路模块M2。
本发明实施例提供的单相半桥逆变器，包括一个所述半桥逆变器单元和一个控制器。其中，所述控制器为所述半桥逆变器单元中的每一个双向开关提供驱动控制信号。以图10所示的单相半桥逆变器为例说明它的工作原理。
图10示出了本发明实施例提供的单相半桥逆变器的电路原理示意图。其中，单相半桥逆变器包括一个控制器和一个含有图4(a)电路、图5(a)电路、第一电感L1、第二电感L2和第三电容C3的半桥逆变器单元。该单相半桥逆变器和所述第一电容C1、第二电容C2共同使用。第二电感L2连接在第二电路模块M2的第一输出端子C和交流电网第一端之间且第二电路模块M2的第二输出端子D同时连接交流电网第二端和第一电容C1、第二电容C2的公共端。
根据本实施例，假设光伏阵列(即直流电源)的直流输出电压为Upv。假定第一电容C1的电容值等于第二电容C2的电容值。显然，本发明并不限定第一电容C1的电容值与第二电容C2的电容值之间的大小关系。根据本实施例的假定，第一电容C1电压和第二电容C2电压都等于0.5UPV。定义图11电路至图14电路中的第一电感L1电流从左向右流动为正向电流，反之为负向电流。简洁起见，术语“Um”表示单相半桥逆变器的最小输入电压。根据本实施例，最小输入电压Um等于电网电压的峰峰值。
图11给出了本发明实施例提供的单相半桥逆变器的第一工作模态图。如图11所示，正向电流路径为：X→C1→P→T41a→L1→D53a→T51a→D52a→L2→G→X；负向电流路径为：X→G→L2→D51a→T51a→D54a→L1→T41a→C1→X。
图12给出了本发明实施例提供的单相半桥逆变器的第二工作模态图。如图12所示，正向电流路径为：X→C2→N→T42a→L1→D53a→T51a→D52a→L2→G→X。负向电流路径为：X→G→L2→D51a→T51a→D54a→L1→T42a→C2→X。
图13给出了本发明实施例提供的单相半桥逆变器的第三工作模态图。如图13所示，正向电流路径为：X→C1→P→T41a→L1→D55a→T52a→D58a→X。负向电流路径为：X→D57a→T52a→D56a→L1→T41a→P→C1→X。
图14给出了本发明实施例提供的单相半桥逆变器的第四工作模态图。如图14所示，正向电流路径为：X→C2→N→T42a→L1→D55a→T52a→D58a→X。负向电流路径为：X→D57a→T52a→D56a→L1→T42a→C2→X。
通过控制相应的开关管导通或关断，使单相半桥逆变器在上述的四种工作模态下交替工作，最终获得需要的逆变输出电压。简洁起见，术语“a”、“b”、“c”、“d”分别被用来表示单相半桥逆变器的上述四个工作模态。
图15给出了本发明实施例提供的单相半桥逆变器的第一种调制策略示意图。此时，直流电源电压Upv小于最小输入电压Um。
如图15所示，to-t1、t2-t4、t5-t6时间段内，电网电压绝对值小于0.5Upv。单相半桥逆变器交替工作在第一工作模态a和第二工作模态b，运行在降压模式(Buck mode)。
t1-t2时间段内，电网电压正半周，电网电压大于0.5Upv但小于0.5Um，单相半桥逆变器交替工作在第一工作模态a和第三工作模态c，运行在升压模式(Boost mode)。
t4-t5时间段内，电网电压负半周，电网电压绝对值大于0.5Upv但小于0.5Um，单相半桥逆变器交替工作在第二工作模态b和第四工作模态d，运行在升压模式(Boost mode)。
通过对上述的各个工作模态下的工作流程的分析可以看出，在具体实施时，上述的第二电感L2并不是必须设置的结构，且在实际应用中，这里的电容C3也不是必须设置的结构。第一电容C1和第二电容C2仅是为了提供直流源，在具体应用时，也不是必须设置的结构，比如在一些可替代的实施例中，可以提供其他直流源接入到上述的第一接入端、第二接入端和第三接入端的基础上以代替第一电容C1和第二电容C2。
图16给出了本发明实施例提供的单相半桥逆变器的第二种调制策略示意图。此时，直流电源电压Upv大于最小输入电压Um。单相半桥逆变器整个工作周期交替工作在第一工作模态a和第二工作模态b，运行在降压模式(Buck mode)。
从上述两种调制策略可以发现，根据具体的调制模式，所述单相半桥逆变器单元可以运行在降压模式或者升压模式，满足了逆变器宽输入电压范围的要求。因此，单相半桥逆变器可以用于多个光伏阵列串联连接的场合。所述多个光伏阵列通过一个双向DC-DC变换器连接所述半桥逆变器单元。其中，所述半桥逆变器单元并联连接两个串联连接的电容。所述多个光伏阵列中每个光伏阵列的光伏电池数目可以相等也可以不相等。因此，提高了系统效率，减小了成本。
所述双向DC-DC变换器用于实现每个光伏阵列MPPT的功能。
假定光伏阵列的数目为N。如图17所示，双向DC-DC变换器包括N个电容(即CN1，...，CNN)、N个双向开关(即TN1，...，TNN)和(N-1)个电感(即L(N-1)1，...，L(N-1)(N-1))。每个光伏阵列并联连接一个电容。第一双向开关TN1的第一端同时连接第一光伏阵列的正极和第一电容C1的正极。第一双向开关TN1第二端通过第一电感L(N-1)1连接第一光伏阵列和第二光伏阵列的公共端。同时，第一双向开关TN1的第二端连接第二双向开关TN2的第一端。第二双向开关TN2的第二端通过第二电感L(N-1)2连接第二光伏阵列和第三光伏阵列的公共端，同时还连接第三双向开关TN3的第一端。除第N个双向开关TNN之外的其它双向开关与其它器件之间的相互连接方式与上述连接方式相同。第N个双向开关TNN的第一端连接第(N-1)个双向开关TN(N-1)的第二端，同时还通过第(N-1)个电感L(N-1)(N-1)连接第(N-1)个光伏阵列和第N个光伏阵列的公共端。第N个双向开关TNN的第二端同时连接第N个光伏阵列的负极和第二电容C2的负极。
图18给出了本发明实施例提供的第一种应用于具有两个光伏阵列的光伏系统的单相半桥逆变器的电路原理示意图。
如图18所示，双向DC-DC变换器包括两个电容(即C21，C22)、一个电感L11、第一双向开关T21和第二双向开关T22。每个光伏阵列并联连接一个电容。第一双向开关T21的第一端同时连接第一光伏阵列的正极和第一电路模块M1的上输入端子I+。第一双向开关T21的第二端通过第一电感L11连接第一光伏阵列和第二光伏阵列的公共端。同时，第一双向开关T21的第二端连接第二双向开关T22的第一端。第二双向开关T22的第二端同时连接第二光伏阵列的负极和第一电路模块M1的下输入端子I-。第二电路模块M2的第一输出端子C通过第二电感L2连接交流电网，且第二输出端子D同时连接交流电网和第一电容C1与第二电容C2的公共端。
图19给出了本发明实施例提供的第二种应用于具有两个光伏阵列的光伏系统的单相半桥逆变器的电路原理示意图。其中，图19中的双向DC-DC变换器与图18中的双向DC-DC变换器电路组成和连接方式完全相同，简洁起见，不再赘述。图19与图18的不同之处在于，图19中的第二电路模块M2的第一输出端子C连接第一电容C1与第二电容C2的公共端，且第二输出端子D通过第二电感L2连接交流电网。
由本发明实施例提供的附图和上述描述可知，交流电网的一个端子和直流电源的中点连接，使得寄生电容电压为常数，从而完全消除了漏电流。
图20(a)是当第二电路模块M2的第二输出端子D连接第一电容C1和第二电容C2公共端时的单相半桥逆变器的等效方框图。图20(b)是当第二电路模块M2的第一输出端子C连接第一电容C1和第二电容C2公共端时的单相半桥逆变器的等效方框图。所述半桥逆变器单元等效为电路模块M。第一电路模块M1的上输入端子I+，中间输入端子I0和下输入端子I-分别作为电路模块M的上输入端子，中间输入端子和下输入端子。第二电路模块M2的第一输出端子C和第二输出端子D分别作为电路模块M的第一输出端子和第二输出端子。
本发明还提供了三相半桥逆变器，如图21(a)、图21(b)、21(c)和21(d)所示。
所述三相半桥逆变器包括三个电路模块M和一个控制器。其中，三个电路模块M共用第一电容C1和第二电容C2。所述控制器为所述三个电路模块M中的每一个双向开关提供驱动控制信号。如图21所示，所述三个电路模块M的所有上输入端子均连接第一电容C1的正极；所述三个电路模块M的所有中间输入端子均连接第一电容C1和第二电容C2的公共端；所述三个电路模块M的所有下输入端子均连接第二电容C2的负极；所述三个电路模块M的三个第一输出端子分别通过第二电感L2连接交流电网的三相且所述三个电路模块M的三个第二输出端子均连接第一电容C1和第二电容C2的公共端(图21(a)或21(c))；或者，所述三个电路模块M的三个第二输出端子分别通过第二电感L2连接交流电网的三相且所述三个电路模块M的三个第一输出端子均连接第一电容C1和第二电容C2的公共端(图21(b)或21(d))。
如图21(a)和图21(b)所示，交流电网的中性端连接第一电容C1和第二电容C2的公共端，从而构成三相四线系统。如图21(c)和图21(d)所示，交流电网的中性端不连接第一电容C1和第二电容C2的公共端，从而构成三相三线系统。
电网电压绝对值正负半周对称，因此，与直流电源并联的两个串联电容中点电压自动平衡。该逆变器采用单级结构，功耗小，成本低，效率高，稳定性高。
本发明提供了一种半桥逆变器单元及逆变器，可以用于，但不限于，可再生能源系统，比如单相或三相并网光伏系统。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同或相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。
需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”，“上”和“下”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个......”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备同时还存在另外的其它要素。
以上所述仅是本发明的具体实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，比如，根据本实施例中的拓扑电路利用对称特性得到的拓扑，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (25)

1.一种半桥逆变器单元，其特征在于，包括：逆变控制模块和第一电感；并具有第一接入端、第二接入端、第三接入端、第一电压输出端和第二电压输出端以及若干控制端；
所述逆变控制模块连接第一接入端、第二接入端、第三接入端、第一电压输出端、第二电压输出端、电感的第一端和电感的第二端七个端子，并连接所述若干控制端；用于根据第一工作模态下输入到各个控制端的控制信号，针对所述七个端子，导通第一电感的第一端与第一接入端之间的连接以及第一电感的第二端与第一电压输出端之间的连接，并断开其他的端到端连接；根据第二工作模态下输入到各个控制端的控制信号，针对所述七个端子，导通第一电感的第一端与第二接入端之间的连接以及第一电感的第二端与第一电压输出端之间的连接；根据第三工作模态下输入到各个控制端的控制信号，针对所述七个端子，导通第一电感的第一端与第一接入端之间的连接以及第一电感的第二端与第二电压输出端之间的连接；根据第四工作模态下输入到各个控制端的控制信号，针对所述七个端子，导通第一电感的第一端与第二接入端之间的连接以及第一电感的第二端与第二电压输出端之间的连接。
2.如权利要求1所述的半桥逆变器单元，其特征在于，所述第一电压输出端和所述第二电压输出端中的一个与所述第三接入端相连。
3.如权利要求1或2所述的半桥逆变器单元，其特征在于，所述逆变控制模块包括第一电路模块和第二电路模块；
所述第一电路模块连接第一接入端、第二接入端、第三接入端和第一电感的第一端，并连接所述若干控制端中的一部分控制端，用于根据所连接的各个控制端输入的不同控制信号，提供至少以下两种工作状态：仅导通第一电感的第一端与第一接入端之间的连接；仅导通第一电感的第一端与第二接入端之间的连接；
所述第二电路模块连接第一电压输出端、第二电压输出端和第一电感的第二端；并连接所述若干控制端中的一部分控制端，用于根据所连接的各个控制端输入的不同控制信号，提供至少以下两种工作状态：仅导通第一电感的第二端与第一电压输出端之间的连接；仅导通第一电感的第二端与第二电压输出端之间的连接。
4.如权利要求3所述的半桥逆变器单元，其特征在于，
第一电路模块至少包括一个上输入端子、一个中间输入端子、一个下输入端子、一个输出端子、第一开关电路支路和第二开关电路支路；其中上输入端子连接第一接入端，中间输入端子连接第三接入端，下输入端子连接第二接入端，输出端子连接第一电感的第一端；
第二电路模块至少包括一个输入端子、第一输出端子、第二输出端子、第一开关支路和第二开关支路；其中，输入端子连接第一电感的第二端，第一输出端子连接第一电压输出端，第二输出端子连接第二电压输出端；
第一电感连接在第一电路模块的输出端子和第二电路模块的输入端子之间；
第二电路模块的第一输出端子连接第三接入端，或者第二电路模块的第二输出端子连接第三接入端；
第一电路模块的第一开关电路支路连接在第一电路模块的上输入端子和输出端子之间；
第一电路模块的第二开关电路支路连接在第一电路模块的下输入端子和输出端子之间；
第二电路模块的第一开关支路连接在第二电路模块的输入端子和第一输出端子之间；
第二电路模块的第二开关支路连接在第二电路模块的输入端子和第二输出端子之间。
5.根据权利要求4所述的半桥逆变器单元，其特征在于，进一步包括第三电容，其中，
第三电容连接在第二电路模块的第一输出端子和第二输出端子之间。
6.根据权利要求4所述的半桥逆变器单元，其特征在于，所述第一电路模块进一步包括第三开关电路支路，其中，所述第三开关电路支路连接在第一电路模块的中间输入端子和输出端子之间。
7.根据权利要求4所述的半桥逆变器单元，其特征在于，所述第一电路模块包括第一双向开关和第二双向开关；
第一双向开关的第一端连接第一电路模块的上输入端子；
第一双向开关的第二端同时连接第一电路模块的输出端子和第二双向开关的第一端；
第二双向开关的第二端连接第一电路模块的下输入端子。
8.根据权利要求6所述的半桥逆变器单元，其特征在于，所述第一电路模块包括第一双向开关、第二双向开关、第三双向开关、第四双向开关、第一二极管和第二二极管；
第一双向开关的第一端连接第一电路模块的上输入端子；
第一双向开关的第二端同时连接第一二极管的负极和第二双向开关的第一端；
第二双向开关的第二端同时连接第三双向开关的第一端和第一电路模块的输出端子；
第三双向开关的第二端同时连接第二二极管的正极和第四双向开关的第一端；
第四双向开关的第二端连接第一电路模块的下输入端子；
第一二极管的正极连接第二二极管的负极；
第一二极管和第二二极管的公共端连接第一电路模块的中间输入端子。
9.根据权利要求6所述的半桥逆变器单元，其特征在于，所述第一电路模块包括第一双向开关、第二双向开关、第三双向开关和第四双向开关；
第一双向开关的第一端连接第一电路模块的上输入端子；
第一双向开关的第二端同时连接第一电路模块的输出端子和第四双向开关的第一端；
第四双向开关的第二端连接第一电路模块的下输入端子；
第二双向开关的第一端连接第一电路模块的中间输入端子；
第二双向开关的第二端连接第三双向开关的第二端；
第三双向开关的第一端连接第一电路模块的输出端子。
10.根据权利要求6所述的半桥逆变器单元，其特征在于，所述第一电路模块包括第一双向开关、第二双向开关、第三双向开关、第一二极管、第二二极管、第三二极管和第四二极管；
第一双向开关的第一端连接第一电路模块的上输入端子；
第一双向开关的第二端同时连接第一电路模块的输出端子和第三双向开关的第一端；
第三双向开关的第二端连接第一电路模块的下输入端子；
第一二极管的正极同时连接第二二极管的负极和第一电路模块的中间输入端子；
第一二极管的负极同时连接第三二极管的负极和第二双向开关的第一端；
第二二极管的正极同时连接第四二极管的正极和第二双向开关的第二端；
第三二极管的正极同时连接第四二极管的负极和第一电路模块的输出端子。
11.根据权利要求4或6所述的半桥逆变器单元，其特征在于，所述第二电路模块包括第一双向开关、第二双向开关、第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管、第五二极管、第六二极管、第七二极管和第八二极管；
第一二极管的负极同时连接第三二极管的负极和第一双向开关的第一端；
第一二极管的正极同时连接第二二极管的负极和第二电路模块的第一输出端子；
第二二极管的正极同时连接第四二极管的正极和第一双向开关的第二端；
第三二极管的正极同时连接第四二极管的负极和第二电路模块的输入端子；
第五二极管的负极同时连接第七二极管的负极和第二双向开关的第一端；
第五二极管的正极同时连接第六二极管的负极和第二电路模块的输入端子；
第六二极管的正极同时连接第八二极管的正极和第二双向开关的第二端；
第七二极管的正极同时连接第八二极管的负极和第二电路模块的第二输出端子。
12.根据权利要求4或6所述的半桥逆变器单元，其特征在于，所述第二电路模块包括第一双向开关、第二双向开关、第三双向开关和第四双向开关；
第一双向开关的第一端连接第二电路模块的第一输出端子；
第一双向开关的第二端连接第二双向开关的第二端；
第二双向开关的第一端同时连接第三双向开关的第一端和第二电路模块的输入端子；
第三双向开关的第二端连接第四双向开关的第二端；
第四双向开关的第一端连接第二电路模块的第二输出端子。
13.根据权利要求4或6所述的半桥逆变器单元，其特征在于，所述第二电路模块包括第一双向开关、第二双向开关、第三双向开关、第四双向开关、第一二极管、第二二极管、第三二极管和第四二极管；
第一双向开关的第一端同时连接第三二极管的负极和第二电路模块的第一输出端子；
第一双向开关的第二端连接第一二极管的正极；
第一二极管的负极同时连接第二双向开关的第一端和第二电路模块的输入端子；
第二双向开关的第二端连接第二二极管的正极；
第三二极管的正极连接第三双向开关的第二端；
第三双向开关的第一端同时连接第四二极管的负极和第二电路模块的输入端子；
第四二极管的正极连接第四双向开关的第二端；
第四双向开关的第一端同时连接第二二极管的负极和第二电路模块的第二输出端子。
14.根据权利要求4或6所述的半桥逆变器单元，其特征在于，所述第二电路模块包括第一逆阻型IGBT和第二逆阻型IGBT；
第一逆阻型IGBT连接在第二电路模块的输入端子和第一输出端子之间；
第二逆阻型IGBT连接在第二电路模块的输入端子和第二输出端子之间。
15.一种单相半桥逆变器，其特征在于，包括一个权利要求1至14中的任一项所述的半桥逆变器单元和一个控制器，其中，所述控制器与所述半桥逆变器单元的若干个控制端相连，用于为所述半桥逆变器单元提供各个工作模态对应的控制信号。
16.根据权利要求15所述的单相半桥逆变器，其特征在于，还包括第一电容和第二电容；
所述半桥逆变器单元的第一接入端连接第一电容的第一端，第二接入端连接第二电容的第二端；所述第一电容的第二端和所述第二电容的第一端连接所述第三接入端。
17.根据权利要求15所述的单相半桥逆变器，其特征在于，还包括第二电感；并具有第一交流负载接入端和第二交流负载接入端；
第二电感连接在所述半桥逆变器单元的第二电压输出端和所述单相半桥逆变器的第一交流负载接入端之间且所述半桥逆变器单元的第一电压输出端和第三接入端连接第二交流负载接入端；或者
第二电感连接在所述半桥逆变器单元的第一电压输出端和所述单相半桥逆变器的第二交流负载接入端之间且所述半桥逆变器单元的第二电压输出端和第三接入端连接第一交流负载接入端。
18.如权利要求17所述的单相半桥逆变器，其特征在于，所述第二电感与所述半桥逆变器单元中的第一电感共用磁芯。
19.根据权利要求15-18任一项所述的单相半桥逆变器，其特征在于，还包括：双向DC-DC变换器，所述双向DC-DC变换器与连接所述半桥逆变器单元的第一接入端、第二接入端和第三接入端相连，用于对接收到的直流电压进行变换后输出到所述半桥逆变器单元的第一接入端、第二接入端和第三接入端中。
20.根据权利要求19所述的单相半桥逆变器，其特征在于，所述双向DC-DC变换器包括N个电容、N-1个电感和N个双向开关；其中，所述N个电容串联连接在第一接入端和第二接入端之间，所述N个双向开关串联后连接在第一接入端和第二接入端之间；且所述N个双向开关串联得到的电路与所述N个电容串联得到的电路并联；所述N-1个电感中的第i个电感的一端连接在第i个电容与第i+1个电容之间，另一端连接在第i个双向开关与第i+1个双向开关之间；其中N大于等于2。
21.一种三相半桥逆变器，其特征在于，包括：
一个控制器和三个权利要求1至14中的任一项所述的半桥逆变器单元；
其中，各个半桥逆变器单元的第一接入端相互连接，第二接入端相互连接，第三接入端相互连接；各个半桥逆变器单元的第一电压输出端一对一连接所述三相半桥逆变器的一个相位的交流负载接入端；
所述控制器与每一个半桥逆变器单元中的各个控制端相连，用于为该半桥逆变器单元提供各个工作模态对应的控制信号。
22.根据权利要求21所述的三相半桥逆变器，其特征在于，还具有交流负载中性端；各个半桥逆变器单元的第三接入端连接所述三相半桥逆变器的交流负载中性端。
23.根据权利要求21所述的三相半桥逆变器，其特征在于，还包括第一电容和第二电容；
各个半桥逆变器单元的第一接入端连接第一电容的第一端，第二接入端连接第二电容的第二端；所述第一电容的第二端和所述第二电容的第一端连接所述第三接入端。
24.根据权利要求21所述的三相半桥逆变器，其特征在于，还包括三个相位的交流负载接入端和三个第二电感；三个第二电感与三个半桥逆变器单元一一对应，并与三个相位的交流负载接入端一一对应；
其中，每一个第二电感连接在对应的半桥逆变器单元的第二电压输出端和对应的相位的交流负载接入端之间且对应的半桥逆变器单元的第一电压输出端和第三接入端连接所述三相半桥逆变器单元的交流负载中性端；或者，
每一个第二电感连接在对应的半桥逆变器单元的第一电压输出端和对应的相位的交流负载接入端之间且对应的半桥逆变器单元的第二电压输出端和第三接入端连接所述三相半桥逆变器单元的交流负载中性端。
25.如权利要求24所述的三相半桥逆变器，其特征在于，每一个半桥逆变器单元中的第一电感与其对应的第二电感共用一个磁芯。
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Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10483763B2 (en) * 2016-08-25 2019-11-19 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Photovoltaic device and operating point control circuit device for photovoltaic cells or other power supply elements connected in series
CN112271909A (zh) * 2020-10-29 2021-01-26 科华恒盛股份有限公司 母线平衡桥均压控制方法及装置
US12255550B2 (en) * 2021-03-12 2025-03-18 Wisconsin Alumni Research Foundation Current source inverter using bidirectional switches with bidirectional power flow capability
CN113364314B (zh) * 2021-04-26 2024-02-06 湖南大学 单级式三相3mppt型光伏逆变器及其控制策略
US11777414B2 (en) * 2021-07-02 2023-10-03 Schneider Electric It Corporation Interleaved power conversion systems and methods
CN113922669B (zh) * 2021-09-10 2024-06-14 漳州科华技术有限责任公司 一种变换电路、装置和取力发电系统
CN114499254B (zh) * 2022-01-10 2024-12-20 三峡大学 一种非隔离型两级逆变系统及其漏电流抑制方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2008024529A2 (en) * 2006-08-25 2008-02-28 Lawson Labs, Inc. Bi-polar bi-directional energy-balancing power-conversion engine
JP2008178284A (ja) * 2006-12-22 2008-07-31 Tokyo Electric Power Co Inc:The 電力変換器

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6166513A (en) * 1999-04-09 2000-12-26 Robicon Corporation Four-quadrant AC-AC drive and method
US6330170B1 (en) * 1999-08-27 2001-12-11 Virginia Tech Intellectual Properties, Inc. Soft-switched quasi-single-stage (QSS) bi-directional inverter/charger
US7327113B2 (en) * 2004-11-15 2008-02-05 General Electric Company Electric starter generator system employing bidirectional buck-boost power converters, and methods therefor
US8853888B2 (en) * 2008-12-17 2014-10-07 Illinois Institute Of Technology Multiple-input DC-DC converter
CA2767628A1 (en) * 2009-07-09 2011-01-13 Enphase Energy, Inc. Method and apparatus for single-path control and monitoring of an h-bridge
US9570938B2 (en) * 2011-04-06 2017-02-14 Power Offer Electronics Ltd. System, apparatus and method for uninterruptible power supply
CN102624266B (zh) * 2012-03-16 2015-04-08 华为技术有限公司 三电平逆变电路
US20150015072A1 (en) * 2013-07-12 2015-01-15 Infineon Technologies Austria Ag Power Converter Circuit and Method
US9960687B2 (en) * 2016-06-06 2018-05-01 General Electric Company System and method for a DC/DC converter

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2008024529A2 (en) * 2006-08-25 2008-02-28 Lawson Labs, Inc. Bi-polar bi-directional energy-balancing power-conversion engine
JP2008178284A (ja) * 2006-12-22 2008-07-31 Tokyo Electric Power Co Inc:The 電力変換器

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