H6.5应用于单相光伏逆变器需要满足哪些条件
开关电源仿真与实用设计 2022-09-26

H6.5 VS Heric


    我想起了好些年前,去某某公司被某某领导面试,关于功率器件越少效率越高的话题我们各执一词,争执不下,最后我被......。

    阳光透过窗户,落在桌椅上,与影子形成莫名的契合。再从那个角度望去,曾经已不再是曾经。

    在这个屁股决定脑袋的时代里,我们还是要做倔强的向日葵即使风吹雨打也要迎着太阳微笑。

    好了,少啰嗦,直接开始。


PART1


H6.5应用于单相光伏逆变器


         一个好的拓扑应用于光伏逆变器,我觉得需要满足于以下条件:

一,可以解决漏电流的问题。

二,在PF=1,0电压状态时,IGBT关断,续流回路不经过母线电容,也就是说电感和母线电容之间没有发生无功交换,以提升效率。

三,滤波器上的电压波动是单极性的,从而降低电感损耗。


01

H6.5如何解决漏电流问题

        非隔离型光伏逆变器,输出不带变压器,具有效率高,体积小,成本低等特点,被各大厂商广泛应用。由于没有电气隔离,组件和大地之间存在寄生电容,当逆变器工作时,开关管的高频动作,使得寄生电容处于高频充放电状态,从而形成了漏电流。


    

定义共模电压Vcm如下:

Vcm=(Van+Vbn)/2


先看H6.5的拓扑


对比Heric,H6.5至少一只二极管


再来看H6.5的工作过程

正半周有功路径如下:

正半周零电压状态如下:

负半周有功路径如下:

半周零电压状态如下:

不同状态下的共模电压如下表:

状态 VAN VBN VAB VCM
1 0 Vdc -Vdc 0.5Vdc
2 0.5Vdc 0.5Vdc 0 0.5Vdc
3 Vdc 0 Vdc 0.5Vdc
4 Vdc 0 Vdc 0.5Vdc
5 0.5Vdc 0.5Vdc 0 0.5Vdc
6 0 Vdc -Vdc 0.5Vdc

可以看到,无论哪一种状态Vcm始终保持为0.5Vdc,因此在不考虑寄生参数的情况下可以解决漏电流问题。


02

H6.5无功交换

开撸,直接看当桥臂电压=0时,开关管的电流。下图对应Vbridge,


以下在截取一小部分来看,可以看到,

在电压正半周,当Vbridge=0时,电流流过了T5D6L

在电压负半周,当Vbridge=0时,电流流过了D5T6L

可以看到零电压状态时,电流总是经过拓扑本身的回路,再经过电感,回到电网。


03

滤波器上的电压波动

在讨论之前,先来看H4桥双极性调制下的桥臂电压变化。

直接上图,观察Vbridge电压变化:


放大后如下,

可以看到,

H4 ,Vbridge变化是+Vdc→-Vdc→+Vdc,变化是双极性的。

H6.5,Vbridge变化是0+Vdc→0→-Vdc→0,变化是单极性的,从而可以分担滤波器的压力



参考文献:

《光伏与风力发电系统并网变换器》--丹麦Remus,意大利Marco,西班牙Pedro

《高效H6桥非隔离型光伏并网逆变器研究》--梁泳全

《A New, Alternative Three-Level Topology for Highly Efficient, Single-Phase Solar Applications》--Michael Frisch, Vincotech GmbH





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