新拓朴逆变器研究



新拓朴逆变器研究

该2KW不间断电源的原理分析如下：

1. 设计原理

需求分析：该UPS需要支持4872V的宽范围输入电压，具备电池供电功能，在市电存在时使用市电供电，市电断电时立即转换为逆变器工作，并在有市电时给电池充电。

2. 拓扑结构设计

电池降压：48V到72V的电池电压首先经过同步BUCK降压电路降至48V。升压至直流母线：降压后的电压通过LLC谐振软开关技术升压至350V直流母线电压VBUS。逆变：350V直流母线电压再通过SPWM技术进行逆变，输出交流电。充电部分：采用FLYBUCK电路进行恒流充电，功率为200W，输出电压范围为48V80V。

3. 电路原理

同步BUCK降压电路：包括防反接电路、大容量电容并联、同步BUCK降压、限流电阻及过流保护，确保电池电压稳定降压。LLC谐振电路：采用EG1611芯片，发出固定频率的PWM信号，通过调节电阻实现与后级谐振腔频率一致，实现软开关技术，提高效率。逆变电路：由EG8010小板和四个IGBT组成，将直流母线电压逆变为交流电。充电电路：包括交流输入浪涌保护、电容限流保护、反激芯片OB2269、NMOS管及电压恒压保护和恒流充电电路，确保电池安全、高效充电。

4. 开源说明

该项目由湖南科技大学新能源应用实验室雷超林设计，并全开源供学习者参考。但严禁商业用途，转载需附原文链接及声明。

综上所述，该2KW不间断电源通过精心设计的拓扑结构和电路原理，实现了宽范围输入电压的支持、高效逆变及安全充电功能，为学习者提供了宝贵的参考。

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。

Heric拓扑的优势，为什么单项光伏逆变器通常选用Heric拓扑？

1. Heric拓扑为何在单项光伏逆变器设计中备受青睐？

2. 美国UL标准如何影响光伏逆变器的全球市场？

3. UL 62109-1的实施为逆变器制造商带来了哪些新机遇？

4. 欧洲市场对光伏逆变器有哪些更为严格的标准和要求？

5. 不同国家如何根据自身需求采纳和制定相关标准？

6. Heric拓扑在光伏逆变器中的应用有哪些显著优势？

7. 为何采用Heric拓扑的光伏逆变器能一次认证，多国通用？

8. ATS全测检测如何帮助制造商简化全球认证流程？

9. 为何选择ATS全测检测作为逆变器认证的服务提供商？

10. 如何获取关于Heric拓扑和全球认证的更多信息和帮助？

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。

光伏漫谈4- 逆变器拓扑结构

光伏逆变器作为光伏发电核心设备，其设计与应用根据不同功率需求与场景，采用的电路拓扑结构存在显著差异。主要拓扑结构包括工频隔离、高频隔离、非隔离以及特殊的组串式逆变器NPC拓扑等。

工频隔离逆变器采用工频50Hz变压器实现功率传输，结构相对简单，由整流桥、滤波和工频变压器组成，但受限于体积较大的变压器，实际应用中较少使用。

高频隔离逆变器在微型逆变器中较为常见，为了保障人体安全，需要在交流与直流侧隔离。此拓扑结构采用高频隔离，可显著减小体积。三种常用拓扑结构包括昱能的250W微型逆变器、禾迈MI-700的交错反激拓扑以及不含直流母线串联谐振的拓扑。前两种拓扑在高压电容使用、控制复杂度和效率上有所差异，后者则无需高压电容，但需要增加低压大电容，控制简单，适合小功率应用。

非隔离逆变器通过直接将光伏输入升压至工频信号，进而实现组串式逆变，相比隔离型，此类逆变器效率更高、成本更低，但存在零点偏移、直流分量等问题。为解决此类问题，可以采用交流或直流旁路方式隔断DC分量。专利H5技术通过5个开关管实现了直流旁路逆变器，通过交替控制实现完整的正弦输出。

组串式逆变器中，NPC三电平逆变器因其效率高、谐波小而广受青睐。I型NPC结构正负半周期由不同的IGBT承担开关损耗，ANPC结构则通过在每个IGBT旁并联IGBT来平衡内（Q2和Q3）外（Q1和前）管之间的损耗。T型三电平拓扑则通过减少开关损耗，提高效率，但需要IGBT耐压达到母线电压的两倍，适用于低压系统或高压功率管应用。

随着功率器件特性和耐压的提升，某些拓扑结构的竞争力增强。同时，学术研究的深入与功率器件的变化将催生更多逆变器拓扑，进一步提升应用效率，降低体积和成本。技术发展将持续推动逆变器拓扑的创新与优化。

新拓扑集成电机控制器的详解；

电机控制器集成详解

电机控制器基本功能是通过逆变桥调制输出正弦波驱动电机。多合一控制器包含配电回路，为集成控制器各部分提供电源，包括TM接触器、熔断器、电空调回路、电除霜回路等供电。

控制器分为单主驱、辅件三合一、辅件五合一、乘用车、物流车三合一、物流车五合一等类型，集成不同功能控制器。

电控/电驱是电机和电池的纽带，面临三大挑战：EMI和轴承电流、电机调速范围受限、电池充电依赖额外装置。

集成电机控制器的思路在于实现电机-控制器的融合，解决上述挑战。

一、集成电机控制器

采用陶瓷和薄膜电容、GaN器件的自然散热、双模块载波移相技术，实现电机控制器的空间集成。

集成带来控制自由度的提升，实现电机和控制器的有机组合。

现有电驱系统性能接近上限，面临共模电压、调速范围和电池接入电网的挑战。

二、针对共模抑制：双三相逆变器

研究双三相逆变器以解决共模电磁干扰问题，采用并联电压矢量合成零共模PWM技术，实现零共模电压输出。

提出并联零共模技术，通过并联逆变器实现零共模效果，降低共模电流与EMI。

三、针对调速范围：开绕组全桥逆变器

采用开绕组全桥逆变器提高调速范围，实现直流电压下近两倍的输出电压峰值，同时面临电力电子器件数量倍增的代价。

介绍串联绕组电机控制器（SWMD）拓扑，实现简单的电路结构，每个绕组由全桥驱动，增加交流电压和调速范围。

四、针对充电：集成电驱-充电技术

研究集成电驱-充电技术以解决并网充电过程中保持电机零转矩的难题。

总结电机控制技术的集成化趋势，提出新的拓扑结构和集成方案，解决EMI、调速范围、电池充电依赖等问题。

不间断电源

三相不间断电源的新进展，在未来一段时间内，市电电网供电不足、电压波动大、干扰严重的问题依旧存在。各行业对供电质量要求的提高，促使科研人员对UPS系统进行了大量研究，提出多种电路拓扑与控制策略。

整流和功率因数校正电路是UPS的重要组成部分。传统三相相控式整流电路和电压型单管整流电路虽然存在一些问题，但电流型三相桥式整流电路因其简单反馈控制和较低的直流侧电压而成为研究热点。

逆变电路是UPS的核心，三相半桥式逆变电路和H桥逆变器因其性能好、功率密度高而广泛应用。近年来，三相四桥臂变换技术因其灵活的控制方法成为研究热点。

整机电路结构方面，传统的三相UPS电路结构体积大，高频链式三相UPS虽然成本低，但输入输出没有隔离，存在高频链式UPS的缺点。新的在线互动式UPS和输入输出隔离的高频链UPS则在成本和效率上有所改善。

控制技术方面，数字PID控制、预测控制、无差拍控制等方法因其适应性强、鲁棒性好而受到青睐，但也有各自的局限性。多种控制方法结合形成的复合控制方案在实践中取得了较好的效果。

UPS设计和应用中面临的问题包括生命成本周期、系统可适应性和扩展性、提高可用性、对供电系统的可管理性及可服务性等问题。最新发展动向包括多机并联冗余化、数字化、高频化、智能化和网络化。

多机并联技术可以灵活扩大电源系统容量，提高可靠性，具有容错功能。数字化、高频化使得UPS设计更加灵活，性能提升。智能化、网络化则使UPS成为计算机网络的一部分，具有实时监控、自诊断、人机对话控制和远程控制功能。

随着网络的广泛化和全球化，UPS在各种网络平台上的监控需求日益增加，保护范围也从关键设备扩展到整个网络路径，提高了网络的可用性。

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