一种H桥逆变电路[发明专利]

*CN102324866A*

(10)申请公布号 CN 102324866 A(43)申请公布日 2012.01.18

(12)发明专利申请

(21)申请号 201110302550.5(22)申请日 2011.10.09

(71)申请人郑州朗睿科技有限公司

地址450000 河南省郑州市金水区文化路

102号聚合大厦906室(72)发明人刘晓霞 赵金璞 许斌

(74)专利代理机构郑州大通专利商标代理有限

公司 41111

代理人白毅明(51)Int.Cl.

H02M 7/48(2007.01)H02M 7/5387(2007.01)

权利要求书 1 页 说明书 3 页 附图 2 页

()发明名称

一种H桥逆变电路(57)摘要

本发明涉及一种DC/AC逆变电路。一种H桥逆变电路，包括组成桥臂的功率开关元件，其中上半桥的功率开关元件采用两只IGBT管，下半桥的功率开关元件采用两只MOSFET管，上半桥的两只IGBT管的集电极接电源正极，上半桥的两只IGBT管的发射极分别接下半桥的两只MOSFET管的源极，下半桥的两只MOSFET管的漏极接电源地，上半桥的IGBT管的发射极和下半桥的MOSFET管的源极的连接节点组成H桥逆变电路的输出端。本发明相对于现有的H桥逆变电路，不论负载是在轻载还是在满载的工作情况下都具有较高的效率，具有明显的节能效果。同时，使用本发明可以减少逆变器对电网的电磁干扰和污染。本发明可广泛应用在各种逆变器中，如光伏发电逆变器，风力发电逆变器，方波逆变器，正弦波逆变器等等。

CN 102324866 ACN 102324866 ACN 102324878 A

权 利 要 求 书

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1.一种H桥逆变电路，包括组成桥臂的功率开关元件，其特征是：所述H桥逆变电路的功率开关元件同时采用了IGBT管和MOSFET管，其中上半桥的功率开关元件采用两只IGBT管，下半桥的功率开关元件采用两只MOSFET管，上半桥的两只IGBT管的集电极接电源正极（VDH），上半桥的两只IGBT管的发射极分别接下半桥的两只MOSFET管的源极，下半桥的两只MOSFET管的漏极接电源地（GND），上半桥的IGBT管的发射极和下半桥的MOSFET管的源极的连接节点组成H桥逆变电路的输出端。

2.根据权利要求1所述的H桥逆变电路，其特征是：在上半桥的两只IGBT管的集电极与发射极之间分别并联有保护二极管（D1，D4），所述保护二极管的负极接电源正极（VDH）；在下半桥的两只MOSFET管的源极与漏极之间分别并联有保护二极管（D3，D2），所述保护二极管的正极接电源地（GND）。

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CN 102324866 ACN 102324878 A

说 明 书一种H桥逆变电路

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技术领域

[0001]

本发明涉及一种DC/AC逆变电路，特别是涉及一种高效H桥路逆变电路。具体应用在各种逆变器中，如光伏发电逆变器，风力发电逆变器，方波逆变器，正弦波逆变器等等。

背景技术

[0002] 目前，在通常的H桥逆变电路的设计应用中，四个桥臂采用相同的功率开关管（采用IGBT管或MOSFET管），IGBT是最多被使用的器件。因为IGBT导通压降的非线性特性使得IGBT的导通压降并不会随着电流的增加而显著增加。从而保证了逆变器在最大负载情况下，仍然可以保持较低的损耗和较高的效率。而在高频逆变电路的设计应用中，MOSFET管则被广泛采用，虽然MOSFET管的导通压降是线性的，但它又具有非常卓越的动态特性和高频工作能力，因此在突出频率特性的高频逆变电路中，常常选用MOSFET管。[0003] 图1所示是目前常用的一种H桥逆变电路，是一种由G30T60 构成的H桥逆变电路。其逆变工作过程是：当控制电路的控制信号PWM1控制IGBT1、IGBT2导通，同时控制信号PWM2 控制IGBT3、IGBT4关断时，电流方向由直流源正VDH，经IGBT1，AC1，交流负载（或交流源），AC2，IGBT2到直流电源地。当控制电路的控制信号PWM2控制IGBT4、IGBT3导通；同时控制信号PWM1控制IGBT1、IGBT2关断时，电流方向由直流源正VDH，经IGBT4，AC2，交流负载，AC1，IGBT2到直流电源地。在一个循环周期内，交流负载上流过的电流是交流。[0004] 不论是采用IGBT组成的H桥逆变电路，或是采用MOSFET管组成的H桥逆变电路，在实际应用中都存在不理想的地方：

1、采用IGBT时，由于IGBT导通压降的非线性特性使得IGBT的导通压降并不会随着导通电流的增加而显著增加，在满负荷工作时，逆变转换效率较高；反之由于IGBT导通压降的非线性特性使得IGBT的导通压降并不会随着导通电流的减小而显著减小，在轻负荷时，逆变转换效率相对较低。另一方面是由于IGBT的开关频率低，因此由IGBT组成的H桥逆变电路的频率特性不理想。[0005] 2、采用MOSFET管时，频率特性提高了，但由于MOSFET管的导通压降是线性的，使得MOSFET的导通压降会随着导通电流的增加而显著增加，在满负荷工作时，逆变转换效率较低；反之，MOSFET的导通压降也会随着导通电流的减小而显著减小，在轻负荷时，逆变转换效率相对较高。[0006] 3、逆变效率会随前级直流源功率变化而变化。采用IGBT组成的H桥逆变电路，逆变效率会随前级直流源功率的增大而增大；采用MOSFET组成的H桥逆变电路，逆变效率会随前级直流源功率的增大而减小。在光伏发电逆变器或风能发电逆变器中，此电路的缺点显现的更突出。

发明内容

[0007] 本发明针对现有技术不足，提出一种更高效率的H桥逆变电路，不论负载是在轻载工作还是在满载的工作情况下，都有较高的效率。

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CN 102324866 ACN 102324878 A[0008]

说 明 书

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本发明所采用的技术方案：

一种H桥逆变电路，包括组成桥臂的功率开关元件，所述H桥逆变电路的功率开关元件同时采用了IGBT管和MOSFET管，其中上半桥的功率开关元件采用两只IGBT管，下半桥的功率开关元件采用两只MOSFET管，其中上半桥的两只IGBT管的集电极接电源正极（VDH），两只IGBT管的发射极分别接下半桥的两只MOSFET管的源极，下半桥的两只MOSFET管的漏极接电源地（GND），上半桥的IGBT管的发射极和下半桥的MOSFET管的源极的连接节点组成H桥逆变电路的输出端。

[0009] 所述的H桥逆变电路，在上半桥的两只IGBT管的集电极与发射极之间分别并联有保护二极管（D1，D4），所述保护二极管的负极接电源正极（VDH）；在下半桥的两只MOSFET管的源极与漏极之间分别并联有保护二极管（D3，D2），所述保护二极管的正极接电源地（GND）。

[0010] 本发明的有益积极效果：

1、本发明相对于现有的H桥逆变电路，不论负载是在轻载工作还是在满载的工作情况下，都有较高的效率，具有明显的节能效果。

[0011] 使用本发明可使逆变桥路的逆变效率比现有技术提高2-4%点。如应用在一台3.6kw的光伏发电逆变器上每小时可多发电72w-144w。[0012] 本发明能够提高逆变效率的理论依据是，由于上半桥的IGBT管只作为电流极性控制器件，其开关频率只有50Hz，充分利用了IGBT的大电流低导通压降的特性，避开了IGBT管子高频特性差的弱点，从而降低总损耗和逆变器的输出电磁干扰。由下半桥的MOSFET管控制逆变电路输出的正弦交流电的幅值，其开关频率工作在30KHz左右,充分利用了MOSFET管的高频特性和导通压降是线性的特性，以适应交流负载的变化及前级直流源功率的变化。[0013] 2、使用本发明，可以减少逆变器对电网的电磁干扰和污染。原有的逆变电路中，上、下对臂的功率开关管（图1中IGBT1和IGBT2是对臂，IGBT3和IGBT4是对臂）工作在同一频率，而本发明中上臂的IGBT管只工作在50Hz，同现有技术相比大大降低了管子的开关频率，因此减少了逆变器对电网的电磁干扰和污染。附图说明

[0014] 图1：现有技术H桥逆变电路原理图；

图2：本发明H桥逆变电路原理图。

具体实施方式

[0015] 实施例一：参见图2，为本发明由IGBT和MOSFET构成的H桥逆变电路，其与现有技术不同的是：所述H桥路逆变电路同时采用了IGBT管和MOSFET管，上半桥的开关管采用了二只IGBT管，下半桥的开关管采用了二只MOSFET管。[0016] 本发明的H桥逆变电路的逆变工作过程是：当控制电路的一路控制信号PWM控制IGBT1导通、IGBT4关断，同时控制电路的另一路控制信号SPWM控制MOSFET2导通、MOSFET3关断时，电流方向由直流源正VDH，经IGBT1，AC1，交流负载（或交流源），AC2，MOSFET2到直流电源地；当控制电路的控制信号PWM控制IGBT4导通、IGBT1关断；同时控制信号SPWM控

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CN 102324866 ACN 102324878 A

说 明 书

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制MOSFET3导通、MOSFET2关断时，电流方向由直流源正VDH，经IGBT4，AC2，交流负载，AC1，MOSFET3到直流电源地；在一个循环周期内，交流负载上流过的电流是交流。逆变出的交流电的幅值由控制信号SPWM的频率和占空比决定。[0017] 图1原有的逆变电路中，上下对臂管子（IGBT1和IGBT2是对臂，IGBT3和IGBT4是对臂）工作在同一频率，而本发明中上臂的IGBT管只工作在50Hz，同现有技术相比大大降低了管子的开关频率，因此减少了逆变器对电网的电磁干扰和污染。[0018] 从图1和图2对比看出，本发明H桥路逆变电路与现有技术的区别在于：上半桥的开关管采用了二只IGBT管，下半桥的开关管采用了二只MOSFET管。在工作控制方式上，本发明的H桥路逆变电路采用双频率（一路高频和一路低频）控制方式。上半桥的IGBT管只作为电流极性控制器件，由PWM控制信号控制逆变出的正弦交流电的极性，工作在工频50Hz；下半桥的MOSFET管进行SPWM高频切换，由SPWM控制信号控制逆变电路输出的正弦交流电的幅值，其工作频率在20kHz-40KHz。

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说 明 书 附 图

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图1

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说 明 书 附 图

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图2

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