单相逆变器电感设计

heric拓扑的优势,为什么单项光伏逆变器通常选用heric拓扑?

非隔离型单相并网逆变器在小功率光伏发电系统中广泛应用，因其体积小、效率高等特点。然而，在并网系统中，由于缺少变压器，光伏电池板与电网间存在多处分布电容，功率器件在高频开关时会导致共模电流的产生。为了保障人员和设备安全，必须对地漏电流进行有效抑制。针对此问题，常见的优化策略有两种：一是采用H桥拓扑并结合双极性PWM调制，可以有效抑制共模电流，但存在开关损耗较大及输出电压幅值跳变的问题；二是提出H5、H6等改进型拓扑，分别在效率与共模电流抑制之间寻求平衡，但它们在成本或效率上存在局限。Heribert Schmidt等学者提出了一种新颖的拓扑结构，即Heric拓扑，仅需增加两个功率器件，即可实现输出共模电压的相对稳定，同时提高整体效率，从而被广泛应用在单相并网逆变器中。

Heric电路通过增加T5/D5与T6/D6两个功率器件，滤波电感在续流过程中提供了双向电流通路，从而控制输出共模电压相对稳定。这种拓扑结构下，功率因数为1时，T5与T6在工频下进行开关操作，正半周期T1与T4进行高频开关，关断时通过T6与D5进行续流，负半周期则同理。T2、T3与T5、D6进行换流，保证逆变器AC端口的共模电压输出相对稳定，基本维持在VDC/2。

在Heric电路需要向电网注入无功电流时，T5、T6则需要在输出电压电流反向区间内分别进行高频开关，以适应输出滞后无功电流的情形。例如，当输出电压V大于0而电流I小于0（规定电流流出H桥为正）时，T1-T4均关断，T5导通，电感电流通过T5与D6进行续流，T5关断时电感电流通过D1与D4流通。同样地，当输出电压V小于0而电流I大于0时，T6、D5与D2、D3进行换流。

在单相户用光伏逆变器的应用中，追求小体积和低噪音是产品设计的关键目标之一，这不仅降低了设备的安装要求，也为用户在运行期间提供了更加宁静的环境。因此，较高的开关频率是功率半导体器件的重要需求之一，而更高的效率和更好的可靠性则是产品设计中不可或缺的特性，有助于为客户提供长期稳定的经济效益。在单相光伏应用中，电网电压通常为220/230VAC，逆变器的母线电压在350-400VDC左右，因此，适合应用高效高速的650V IGBT，以满足这些场景中的需求。

英飞凌新一代650V TRENCHSTOP™ IGBT7 H7产品采用最新的微沟槽栅技术，相比前代产品整体损耗可减少39%，同时配备新一代全电流的发射极控制EC7续流二极管，具有更好的EMI表现。此外，该器件还具备出色的防潮性能，可在恶劣环境中可靠运行，且已通过JEDEC 47/20/22的相关测试，特别是HV-H3TRB测试，符合工业应用标准，非常适合户外应用的户用单相光储逆变器。

对于5kW、8kW至10kW功率等级的Heric单相光伏逆变器，可选用相应的IKWH40N65EH7和IKWH75N65EH7产品，DC-AC级转换效率均可达到98.5%，而T5/T6、D5/D6的损耗较小。在成本优化方面，根据具体需求考虑选择合适大小的器件。此外，英飞凌还提供了一站式的解决方案，包括驱动IC（如EiceDRIVER™ X3 Compact、2EDi family双通道隔离驱动系列）、微控制器产品（如XMC™、PSoC™系列）、以及用于测量和控制的XENSIV™系列电流传感器和AIROC™系列蓝牙wifi产品，以满足不同应用需求。

干货单相半桥逆变电路讲解，工作原理：4种工作状态，秒懂

大家好，我是李工，创作不易，希望大家多多支持我。今天给大家分享的是：单相半桥逆变器。

在上一篇文章中，我已经给大家介绍了单相全桥逆变器，感兴趣的朋友可以点击下方链接查看：

干货单相全桥逆变电路讲解，工作原理+波形图+优点，一看就懂

一、单相半桥逆变器

单相半桥逆变器的结构相对简单，由2个晶闸管T1和T2以及2个反馈二极管D1、D2组成的半桥逆变电路。每个二极管和晶闸管都和三线直流电源反并联，电源端提供平衡直流电压。

下面是半桥逆变器的基本配置，负载为RL负载。

在单相逆变器中，我们可以使用其他功率半导体开关器件，如IGBT、功率MOS关等，不一定非要使用晶闸管。

这里假设，每个晶闸管在其栅极信号存在期间导通，并在该信号移除时换向。晶闸管T1和晶闸管T2的门控信号分别为ig1和ig2。

负载RL连接在A点和B点之间。A点始终被视为相对于B点的+ve。如果电流沿着该方向流动，假设电流为+ve，类似地，如果电流从B流向A，则电流被视为－ve。

由于感性负载，输出电压波形与R负载相似，然而，输出电流波形与输出电压波形并不相似。

在RL负载输出的情况下，电流I0是时间的指数函数，输出电流滞后输出电压一个角度pin。

Φ = tan -1 (ωL/R)

二、单相负载半桥逆变器的工作原理（RL）

半桥逆变器的工作原理分为4种工作模式：

1、模式Ⅰ：T1开启

在这个期间，向晶闸管T1提供栅极脉冲，因此T1在时刻t1导通，电流从电源电压的上半部分流动。

电流沿着路径：Vs/2（上电源）-T1-负载-Vs/2。

在这个模式下，电感存储能量，并且输出电流作为时间的函数从0到其最大值（Imax）和电感两端的感应电压+V L以指数方式增加。

这次的输出电压也为正，因为A点相对于B点为正（+ve）。

应用KVL，Vs/2 – V0=0

输出电压的大小Vo = Vs/2。

在时刻T/2，输出电流达到最大值，由于电压和电流的极性相同，晶闸管T1在此时关断。

2、模式II (T/2 < t < t2)

在T/2时刻，电感耗散能量之后，当电感耗散能量时，会改变其极性。而我们知道，电感的特性，电感是不允许电流突然变化的。因此，电感通过D2二极管缓慢释放能量。

此时D2二极管导通，电流沿着路径：负载-电源下半部分（Vs/2）-D2-负载。

此时电感释放的能量反馈带下半部分电源。

在此模式下，输出电流为正，但由于感性负载消耗的能量，输出电流主见从Imax减小到0，输出电压为负（-Vs/2），因为B点相对于A为正。

3、模式III (t2 < t < T)

在时刻t2，晶闸管T2导通，电流在电路的下部分流动并遵循路径：Vs/2（下电源）- 负载 - T2 - Vs/2。

因此，电流方向是反向的，因为B点相对于A为正，并且电感以相反方向存储能量，从(-Imax) 到零。

此时，负载两端的输出电压为负（-Vs/2）。

4、模式IV（0 < t < t1）

在时刻T，输出电压和输出电流具有相同的极性。因此，T2 由于感性负载而关断，D1 导通。

电流的路径为：负载 - D1 - Vs/2（上半部分）- 负载。

这里能量通过电感释放回到电源电压Vs/2的上部，该时间点A相对于点B为正。

因此输出电压为正Vs/2，输出电压为正Vs/2，输出电流从负最大值 (-Imax) 呈指数下降到零。

以上就是关于单相半桥逆变器RL负载的知识。

怎么自己做逆变器

首先，为了自制逆变器，您需要准备以下关键工具和材料：

1. 焊接工具：包括焊锡、烙铁、镊子等。

2. 电源设备：确保有足够的电源，无论是电池还是逆变器。

3. 电路板和元件：准备电阻、电容、电感、二极管、三极管等。

4. 其他材料：包括绝缘材料、导线等。

接下来是制作步骤：

1. 设计电路：根据所需功能和功率，设计电路图。务必考虑安全性和效率。

2. 准备电路板和元件：按照电路图，将元件焊接至电路板。确保元件正确定位且连接无误。

3. 制作电源：为电路板提供电源，确保电源稳定且功率充足。

4. 调试和测试：接通电源，检查逆变器功能是否正常。注意观察电流、电压等参数是否达标。

为了安全，还需采取以下保护措施：

1. 安装保护装置：如保险丝、断路器等，以防电击和短路。

在制作过程中，请注意以下事项：

1. 焊接安全：避免烫伤等意外。

2. 材料选择：使用符合安全标准的原件和材料。

3. 电源接通前：确保理解电路工作原理及潜在危险。

4. 测试调试：在确保安全的前提下进行。

最后，自制逆变器需要电子工程知识和技能。如果您缺乏相关经验，建议寻求专业帮助。同时，由于涉及高压电力设备，请确保遵守相关法律法规。

PLECS RT Box 应用示例 11 (99)：单相逆变器（Single-Phase Inverter）

此演示模型专注于单相并网逆变器在50千瓦和单位功率因数下的运行，利用PLECS电气和控制域的功率级和控制实现。电厂与控制器模型被分为两个不同的子系统，分别部署在两个RT Box上，通过虚拟原型配置的37针Sub-D电缆进行连接，交换数字PWM信号和模拟电流测量值。对于硬件在环（HIL）或快速控制原型（RCP）应用程序的实时模型开发，此配置提供了一个潜在的起点。

离散化步长和平均执行时间的参数为每个子系统提供关键信息，以确保实时执行。RT Box上的实时执行要求模型使用固定步长解算器执行，参数指定生成代码的基本采样时间，并用于离散化物理模型和控制域状态空间方程。执行时间表示在RT Box硬件上执行PLECS模型的一个离散步骤所需的实际时间。处理器负载是执行时间与离散化步长的比率。

表1展示离散化步长和平均执行时间的详细数据，为构建高效实时模型提供指导。此模型针对两个RT Boxes应用程序，一个运行Plant模型，另一个运行Controller模型，以最小化每个实时目标的执行时间。若用户仅拥有一个RT Box，可参考针对一个RT Box应用程序的相应型号进行配置。

在电源电路中，直流电压源为Vdc=750 V，H桥由两个IGBT半桥电源模块组成，通过PWM捕获块生成开关信号。滤波电感和断路器连接到电网，实现与理想交流电压源（Vrms＝220V，f＝50Hz）的连接。直流电压、电网电压和电网电流通过模拟输出组件输出，比例因子和偏移配置将模拟输出电压限制在[-4 V，+4 V]范围内。

闭环控制器用于调节线路电流与电网电压的同步，包含基于正交信号发生器的锁相环（PLL）以检测电网的电角度和频率。PLL相位角输出转换为电网电流的参考信号，比例积分（PI）或比例谐振（PR）调节器在“Controller”子系统内部切换。调节器参数Kp和Ki使用最佳幅值规则设置，谐振频率选择等于电网频率，确保系统响应的优化。

在实时操作模式下，模型既可以在计算机上以离线模式运行，也可以在PLECS RT Box上以实时模式运行。实时操作过程中，可使用PLECS示波器“电子Elec”观察控制器箱上的测量值和中间信号，如电网相位角、PLL检测到的角频率以及测量的电网电压和电流。参考电流与测量电流的比较显示了使用PR调节器时测量电流滞后稍小的特性。电网电流的参考振幅可以通过调整控制器子系统中的增益块“Ip”进行改变，通过将“断路器Breaker”常数设置回0断开逆变器与电网的连接。

此模型展示了单相并网逆变器模型的实用性，适用于离线模拟和实时操作，支持硬件在环测试和快速控制原型设计。

lc滤波单相逆变器单电流环传递函数

LC滤波单相逆变器的单电流环传递函数是一个描述系统动态响应的数学模型，它表示了系统输入与输出之间的关系，具体形式取决于滤波器的设计和逆变器的控制策略。

详细

在电力电子技术中，逆变器是将直流电能转换为交流电能的装置。为了提高输出电能的质量，逆变器通常会配备LC滤波器，以减少输出电压和电流的谐波成分。在这个过程中，传递函数是一个关键概念，它描述了系统对输入信号的动态响应。

对于LC滤波单相逆变器，其单电流环传递函数是用于分析和设计控制系统的重要工具。该函数通常表示为G，其中s是复频率变量。传递函数的具体形式取决于LC滤波器的参数以及逆变器的控制策略。例如，如果采用比例-积分控制器来调节逆变器输出电流，那么传递函数将包含控制器的增益和积分时间常数等参数。

在实际应用中，为了得到满意的系统性能，工程师们会通过调整LC滤波器的参数和控制器的设置来优化传递函数。这样做可以确保逆变器在面对负载变化或电网扰动时能够快速稳定地响应。此外，传递函数还用于预测系统的稳定性、快速性和阻尼特性，从而在设计阶段避免潜在的问题。

举个例子，假设一个LC滤波单相逆变器，其电感L为1mH，电容C为10μF，采用PI控制器进行调节，比例增益Kp为1，积分时间常数Ki为100。在这种情况下，可以通过建立数学模型来推导传递函数，进而分析系统的频率响应、相位裕量和幅值裕量等关键指标。这些分析有助于指导逆变器的设计和调试过程，以确保其在实际运行中的性能和稳定性。

单相小功率逆变器拓扑

逆变器技术在光伏并网系统中的应用日益广泛，尤其在低压电网指令和无功调节方面面临挑战。常见拓扑结构在抑制漏电流和共模电流方面存在局限性，因此高效抑制漏电流的拓扑架构和共模电流抑制成为关键。本文将详细介绍逆变器拓扑在这些问题上的解决方案和改进。

传统小功率逆变器主要使用H4单相全桥拓扑，但由于存在漏电流问题，需要通过改变调制策略或增加RC吸收电路、输出隔离变压器等方式解决，这些措施会导致效率下降、体积增大和成本增加。德国SMA公司推出的H5结构从根本上解决了漏电流问题，随后出现了一系列解决漏电流的拓扑，如H6、双Buck拓扑等，这些拓扑在提高效率方面表现出色。

抑制共模电流是提升逆变器性能的关键之一。共模电流影响系统安全，降低效率，并引入谐波。逆变器中寄生电容的存在导致共模电压变化，进而产生共模电流。抑制共模电流的方法主要是降低共模电压的频率或维持共模电压不变。在实际应用中，选择合适的拓扑结构对于抑制共模电流至关重要。

H4和H6拓扑在抑制共模电流方面的性能分析表明，H6拓扑相对H4拓扑在共模电流抑制上具有优势。H6逆变拓扑采用单极性SPWM调制，产生高频SPWM输出波形，通过LC滤波器连接市电。控制环路通过采样BUS电压、市电电压和电感电流，实现输出电流与市电电压相位的同步，同时满足各法规对输出电流的要求。在工作原理中，H6逆变桥采用6个开关管驱动波形，实现高频和低频开关管的优化配置，以减少损耗和提高效率。

在H6拓扑中，开关管的选取考虑了开关频率和电流峰值等因素，以确保在稳定工作条件下，高频开关管开关动作时的△Vds范围较小，从而减少开关损耗。此外，通过合理配置二极管、滤波电感和滤波电容，实现逆变器的高效运行和良好的电流输出波形。

为了进一步优化逆变器的性能，设计了差分采样电路和抬升电路，以满足DSP28335的ADC输入电压范围需求。逆变器的输出滤波器采用LC或LCL结构，选择合适的滤波器结构以满足不同应用场合的需求，从而实现对高频谐波的有效衰减。

最后，通过双极性和单极性SPWM控制方式的比较，双极性SPWM虽然在损耗和电感电流纹波方面相对较高，但不存在共模漏电流问题，且不容易产生过零点畸变。因此，在设计逆变器控制策略时，需要综合考虑效率、损耗和系统稳定性等因素。

综上所述，高效抑制漏电流的拓扑架构和共模电流抑制策略是小功率逆变器面临的技术难题。通过采用先进的拓扑结构、优化控制策略和合理配置电路组件，可以显著提升逆变器的性能和可靠性，满足低压电网指令和无功调节的需求。

湖北仙童科技有限公司 高端电力电源全面方案供应商 江生 13997866467