DC-AC变换器及系统的制作方法

dc-ac变换器及系统
技术领域
1.本发明涉及电源变换领域，尤其涉及一种dc-ac变换器及系统。


背景技术：

2.dc-ac变换器为电源领域的常用拓扑，其可以将直流电转换为交流电。在诸多领域，例如新能源发电行业得到广泛应用，比较普遍的做法是将pv、电池或经过整流处理后的风力等直流电转换为交流电以并入电网。
3.随着新能源的不断发展，对发电效率的要求越来越高。其中，dc-ac变换器作为发电系统的核心器件，直接影响发电系统的转换效率。因此，高效的dc-ac变换器对发电系统极其关键，它决定了整个发电系统的转换效率，寻求高效的dc-ac拓扑成为行业共同努力的方向。


技术实现要素：

4.本发明提供一种dc-ac变换系统，包括：dc-ac变换器，包括：第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管、第五开关管、第六开关管、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、第一电感、第二电感、第一电容和滤波电容，其中第一开关管至第六开关管均包括第一端、第二端和控制端，第一开关管的第一端连接第二开关管的第一端和第三开关管的第一端，第二开关管的第二端连接滤波电容的第一端、第四开关管的第一端以及第一电感的第一端，第三开关管的第二端连接滤波电容的第二端、第五开关管的第一端以及第二电感的第一端，第四开关管的第二端和第五开关管的第二端连接母线电压的负端以及第一电容的第二端，第一电感的第二端和第二电感的第二端连接第一开关管的第二端以及第六开关管的第二端，第六开关管的第一端连接母线电压的正端以及第一电容的第一端，第一二极管的阴极连接第一开关管的第一端，第一二极管的阳极连接第一开关管的第二端，第二二极管的阴极连接第二开关管的第一端，第二二极管的阳极连接第二开关管的第二端，第三二极管的阴极连接第三开关管的第一端，第三二极管的阳极连接第三开关管的第二端，第四二极管的阴极连接第四开关管的第一端，第四二极管的阳极连接第四开关管的第二端，第五二极管的阴极连接第五开关管的第一端，第五二极管的阳极连接第五开关管的第二端，第六二极管的阴极连接第六开关管的第一端，第六二极管的阳极连接第六开关管的第二端；控制器，被配置为输出开关控制信号至第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管、第五开关管及第六开关管的控制端，以控制dc-ac变换器实现直流电到交流电的变换，并在dc-ac变换器工作过程的电感续流模式中仅有两个开关管工作，在dc-ac变换器工作过程的电感储能模式中，第四开关管或第五开关管以工频频率开关。
5.更进一步的，控制器控制dc-ac变换器工作在以下模式中的一者：第一工作模态的有功电感储能模式，控制器控制使得第五开关管导通，第六开关管工作，形成依次经过母线电压的正端、第六开关管、第一电感、滤波电容、第五开关管和母线电压的负端的电流路径；
第一工作模态的无功电感储能模式，形成依次经过母线电压的负端、第五二极管、滤波电容、第一电感、第六二极管和母线电压的正端的电流路径；第二工作模态的有功电感续流模式，控制器控制使得第一开关管工作，第三开关管导通，形成依次经过第一电感、滤波电容、第三二极管和第一开关管，再到第一电感的电流路径；第二工作模态的无功电感续流模式，控制器控制使得第三开关管导通，形成依次经过第一电感、第一二极管、第三开关管和滤波电容，再到第一电感的电流路径；第三工作模态的有功电感储能模式，控制器控制使得第四开关管导通，第六开关管工作，形成依次经过母线电压的正端、第六开关管、第二电感、滤波电容、第四开关管和母线电压的负端的电流路径；第三工作模态的无功电感储能模式，形成依次经过母线电压的负端、第四二极管、滤波电容、第二电感、第六二极管和母线电压的正端的电流路径；第四工作模态的有功电感续流模式，控制器控制使得第一开关管工作，第二开关管导通，形成依次经过第二电感、滤波电容、第二二极管和第一开关管，再到第一电感的电流路径；第四工作模态的无功电感续流模式，控制器控制使得第二开关管导通，形成依次经过第二电感、第一二极管、第二开关管和滤波电容，再到第一电感的电流路径。
6.更进一步的，第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管、第五开关管及第六开关管为mosfet,其中第一开关管至第六开关管的第一端为漏极，第一开关管至第六开关管的第二端为源极，第一开关管至第六开关管的第三端为栅极。
7.更进一步的，第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管、第五开关管第六开关管为igbt,其中第一开关管至第六开关管的第一端为集电极，第一开关管至第六开关管的第二端为发射极，第一开关管至第六开关管的第三端为基极。
8.更进一步的，第一二极管至第六二极管分别为第一开关管至第六开关管的体二极管。
9.更进一步的，第一二极管至第六二极管为分别独立于第一开关管至第六开关管的单独的二极管。
10.本技术还提供一种dc-ac变换器，由第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管、第五开关管、第六开关管、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、第一电感、第二电感、第一电容和滤波电容组成，其中第一开关管至第六开关管均包括第一端、第二端和控制端，第一开关管的第一端连接第二开关管的第一端和第三开关管的第一端，第二开关管的第二端连接滤波电容的第一端、第四开关管的第一端以及第一电感的第一端，第三开关管的第二端连接滤波电容的第二端、第五开关管的第一端以及第二电感的第一端，第四开关管的第二端和第五开关管的第二端连接母线电压的负端以及第一电容的第二端，第一电感的第二端和第二电感的第二端连接第一开关管的第二端以及第六开关管的第二端，第六开关管的第一端连接母线电压的正端以及第一电容的第一端，第一二极管的阴极连接第一开关管的第一端，第一二极管的阳极连接第一开关管的第二端，第二二极管的阴极连接第二开关管的第一端，第二二极管的阳极连接第二开关管的第二端，第三二极管的阴极连接第三开关管的第一端，第三二极管的阳极连接第三开关管的第二端，第四二极管的阴极连接第四开关管的第一端，第四二极管的阳极连接第四开关管的第二端，第五二极管的阴极连接第五开关管的第一端，第五二极管的阳极连接第五开关管的第二端，第六二极管的阴极连接第六开关管的第一端，第六二极管的阳极连接第六开关管的第二端。
11.更进一步的，第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管、第五开关管及第六开关管为mosfet,其中第一开关管至第六开关管的第一端为漏极，第一开关管至第六开关管的第二端为源极，第一开关管至第六开关管的第三端为栅极。
12.更进一步的，第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管、第五开关管第六开关管为igbt,其中第一开关管至第六开关管的第一端为集电极，第一开关管至第六开关管的第二端为发射极，第一开关管至第六开关管的第三端为基极。
13.更进一步的，第一二极管至第六二极管分别为第一开关管至第六开关管的体二极管。
附图说明
14.图1为本技术一实施例的dc-ac变换系统的电路示意图。
15.图2为本技术一实施例的dc-ac变换器的电路示意图。
具体实施方式
16.下面将结合附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，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不做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
17.本技术一实施例中，在于提供一种dc-ac变换系统，具体地，可参阅图1所示的本技术一实施例的dc-ac变换系统的电路示意图，其包括dc-ac变换器100和控制器200。
18.如图1所示，dc-ac变换器100包括第一开关管q1、第二开关管q2、第三开关管q3、第四开关管q4、第五开关管q5、第六开关管q6、第一二极管d1、第二二极管d2、第三二极管d3、第四二极管d4、第五二极管d5、第六二极管d6、第一电感l1、第二电感l2、第一电容c1和滤波电容c2，其中第一开关管至第六开关管均包括第一端、第二端和控制端，第一开关管q1的第一端连接第二开关管q2的第一端和第三开关管q3的第一端，第二开关管q2的第二端连接滤波电容c2的第一端、第四开关管q4的第一端以及第一电感l1的第一端，第三开关管q3的第二端连接滤波电容c2的第二端、第五开关管q5的第一端以及第二电感l2的第一端，第四开关管q4的第二端和第五开关管q5的第二端连接母线电压vbus的负端以及第一电容c1的第二端，第一电感l1的第二端和第二电感l2的第二端连接第一开关管q1的第二端以及第六开关管q6的第二端，第六开关管q6的第一端连接母线电压vbus的正端以及第一电容c1的第一端，第一二极管d1的阴极连接第一开关管q1的第一端，第一二极管d1的阳极连接第一开关管q1的第二端，第二二极管d2的阴极连接第二开关管q2的第一端，第二二极管d2的阳极连接第二开关管q2的第二端，第三二极管d3的阴极连接第三开关管q3的第一端，第三二极管d3的阳极连接第三开关管q3的第二端，第四二极管d4的阴极连接第四开关管q4的第一端，第四二极管d4的阳极连接第四开关管q4的第二端，第五二极管d5的阴极连接第五开关管q5的第一端，第五二极管d5的阳极连接第五开关管q5的第二端，第六二极管d6的阴极连接第六开关管q6的第一端，第六二极管d6的阳极连接第六开关管q6的第二端。
19.其中，控制器200，被配置为输出开关控制信号至第一开关管q1、第二开关管q2、第三开关管q3、第四开关管q4、第五开关管q5及第六开关管q6的控制端，以控制dc-ac变换器
实现直流电到交流电的变换，并在dc-ac变换器工作过程的电感续流模式中仅有两个开关管工作，在dc-ac变换器工作过程的电感储能模式中，第四开关管q4或第五开关管q5以工频频率开关。
20.具体的，在本技术一实施例中，控制器200控制dc-ac变换器100工作在以下模式中的一者：
21.第一工作模态的有功电感储能模式，控制器200控制使得第五开关管q5导通，第六开关管q6工作，形成依次经过母线电压vbus的正端、第六开关管q6、第一电感l1、滤波电容c2、第五开关管q5和母线电压vbus的负端的电流路径；
22.第一工作模态的无功电感储能模式，形成依次经过母线电压vbus的负端、第五二极管d5、滤波电容c2、第一电感l1、第六二极管d6和母线电压vbus的正端的电流路径；
23.第二工作模态的有功电感续流模式，控制器200控制使得第一开关管q1工作，第三开关管q3导通，形成依次经过第一电感l1、滤波电容c2、第三二极管d3和第一开关管q1，再到第一电感l1的电流路径；
24.第二工作模态的无功电感续流模式，控制器200控制使得第三开关管q3导通，形成依次经过第一电感l1、第一二极管d1、第三开关管q3和滤波电容c2，再到第一电感l1的电流路径；
25.第三工作模态的有功电感储能模式，控制器200控制使得第四开关管q4导通，第六开关管q6工作，形成依次经过母线电压vbus的正端、第六开关管q6、第二电感l2、滤波电容c2、第四开关管q4和母线电压vbus的负端的电流路径；
26.第三工作模态的无功电感储能模式，形成依次经过母线电压vbus的负端、第四二极管d4、滤波电容c2、第二电感l2、第六二极管d6和母线电压vbus的正端的电流路径；
27.第四工作模态的有功电感续流模式，控制器200控制使得第一开关管q1工作，第二开关管q2导通，形成依次经过第二电感l2、滤波电容c2、第二二极管d2和第一开关管q1，再到第一电感l1的电流路径；
28.第四工作模态的无功电感续流模式，控制器200控制使得第二开关管q2导通，形成依次经过第二电感l2、第一二极管d1、第二开关管q2和滤波电容c2，再到第一电感l1的电流路径。
29.如此，可实现从直流电到交流电的变换，且电感续流模式中仅有两个开关管工作，如此可减小开关管的开关损耗；电感储能模式中，第四开关管q4或第五开关管q5以工频频率开关，如此可进一步减小开关管的开关损耗，且实际应用中第四开关管q4和第五开关管q5可以选择导通损耗更低的慢速开关管，进一步降低损耗。这与电源变换器的高效率的趋势相符。其中电感储能模式包括有功电感储能模式和无功电感储能模式。
30.其中上述的控制使得开关管工作为控制使得开关管以高频频率切换。这里的高频为相对于工频而言，指开关管的导通关断的切换频率大于工频频率。上述的工频频率开关为开关管以工频频率切换。
31.在本技术一实施例中，第一开关管q1、第二开关管q2、第三开关管q3、第四开关管q4、第五开关管q5及第六开关管q6为mosfet,其中第一开关管q1、第二开关管q2、第三开关管q3、第四开关管q4、第五开关管q5及第六开关管q6的第一端为漏极，第一开关管q1、第二开关管q2、第三开关管q3、第四开关管q4、第五开关管q5及第六开关管q6的第二端为源极，
第一开关管q1、第二开关管q2、第三开关管q3、第四开关管q4、第五开关管q5及第六开关管q6的第三端为栅极。在本技术一实施例中，第一二极管d1为第一开关管q1的体二极管，第二二极管d2为第二开关管q2的体二极管，第三二极管d3为第三开关管q3的体二极管，第四二极管d4为第四开关管q4的体二极管，第五二极管d5为第五开关管q5的体二极管，第六二极管d6为第六开关管q6的体二极管。
32.在本技术一实施例中，第一开关管q1、第二开关管q2、第三开关管q3、第四开关管q4、第五开关管q5及第六开关管q6为igbt,其中第一开关管q1、第二开关管q2、第三开关管q3、第四开关管q4、第五开关管q5及第六开关管q6的第一端为集电极，第一开关管q1、第二开关管q2、第三开关管q3、第四开关管q4、第五开关管q5及第六开关管q6的第二端为发射极，第一开关管q1、第二开关管q2、第三开关管q3、第四开关管q4、第五开关管q5及第六开关管q6的第三端为基极。在本技术一实施例中，第一二极管d1为第一开关管q1的体二极管，第二二极管d2为第二开关管q2的体二极管，第三二极管d3为第三开关管q3的体二极管，第四二极管d4为第四开关管q4的体二极管，第五二极管d5为第五开关管q5的体二极管，第六二极管d6为第六开关管q6的体二极管。
33.在一实施例中，第一二极管d1、第二二极管d2、第三二极管d3、第四二极管d4、第五二极管d5和第六二极管d6为分别独立于第一开关管q1、第二开关管q2、第三开关管q3、第四开关管q4、第五开关管q5和第六开关管q6的单独的二极管。
34.在本技术一实施例中，还提供一种dc-ac变换器，请参阅图2所示的本技术一实施例的dc-ac变换器的电路示意图。其中，图2所示dc-ac变换器与图1中的dc-ac变换器100相同，在此不再赘述
35.在本技术一实施例中，还提供一种dc-ac变换器，请参阅图2所示的本技术一实施例的dc-ac变换器的电路示意图。dc-ac变换器100由第一开关管q1、第二开关管q2、第三开关管q3、第四开关管q4、第五开关管q5、第六开关管q6、第一二极管d1、第二二极管d2、第三二极管d3、第四二极管d4、第五二极管d5、第六二极管d6、第一电感l1、第二电感l2、第一电容c1和滤波电容c2组成，其中第一开关管至第六开关管均包括第一端、第二端和控制端，第一开关管q1的第一端连接第二开关管q2的第一端和第三开关管q3的第一端，第二开关管q2的第二端连接滤波电容c2的第一端、第四开关管q4的第一端以及第一电感l1的第一端，第三开关管q3的第二端连接滤波电容c2的第二端、第五开关管q5的第一端以及第二电感l2的第一端，第四开关管q4的第二端和第五开关管q5的第二端连接母线电压vbus的负端以及第一电容c1的第二端，第一电感l1的第二端和第二电感l2的第二端连接第一开关管q1的第二端以及第六开关管q6的第二端，第六开关管q6的第一端连接母线电压vbus的正端以及第一电容c1的第一端，第一二极管d1的阴极连接第一开关管q1的第一端，第一二极管d1的阳极连接第一开关管q1的第二端，第二二极管d2的阴极连接第二开关管q2的第一端，第二二极管d2的阳极连接第二开关管q2的第二端，第三二极管d3的阴极连接第三开关管q3的第一端，第三二极管d3的阳极连接第三开关管q3的第二端，第四二极管d4的阴极连接第四开关管q4的第一端，第四二极管d4的阳极连接第四开关管q4的第二端，第五二极管d5的阴极连接第五开关管q5的第一端，第五二极管d5的阳极连接第五开关管q5的第二端，第六二极管d6的阴极连接第六开关管q6的第一端，第六二极管d6的阳极连接第六开关管q6的第二端。
36.在本技术一实施例中，第一开关管q1、第二开关管q2、第三开关管q3、第四开关管
q4、第五开关管q5及第六开关管q6为mosfet,其中第一开关管q1、第二开关管q2、第三开关管q3、第四开关管q4、第五开关管q5及第六开关管q6的第一端为漏极，第一开关管q1、第二开关管q2、第三开关管q3、第四开关管q4、第五开关管q5及第六开关管q6的第二端为源极，第一开关管q1、第二开关管q2、第三开关管q3、第四开关管q4、第五开关管q5及第六开关管q6的第三端为栅极。在本技术一实施例中，第一二极管d1为第一开关管q1的体二极管，第二二极管d2为第二开关管q2的体二极管，第三二极管d3为第三开关管q3的体二极管，第四二极管d4为第四开关管q4的体二极管，第五二极管d5为第五开关管q5的体二极管，第六二极管d6为第六开关管q6的体二极管。
37.在本技术一实施例中，第一开关管q1、第二开关管q2、第三开关管q3、第四开关管q4、第五开关管q5及第六开关管q6为igbt,其中第一开关管q1、第二开关管q2、第三开关管q3、第四开关管q4、第五开关管q5及第六开关管q6的第一端为集电极，第一开关管q1、第二开关管q2、第三开关管q3、第四开关管q4、第五开关管q5及第六开关管q6的第二端为发射极，第一开关管q1、第二开关管q2、第三开关管q3、第四开关管q4、第五开关管q5及第六开关管q6的第三端为基极。在本技术一实施例中，第一二极管d1为第一开关管q1的体二极管，第二二极管d2为第二开关管q2的体二极管，第三二极管d3为第三开关管q3的体二极管，第四二极管d4为第四开关管q4的体二极管，第五二极管d5为第五开关管q5的体二极管，第六二极管d6为第六开关管q6的体二极管。
38.在一实施例中，第一二极管d1、第二二极管d2、第三二极管d3、第四二极管d4、第五二极管d5和第六二极管d6为独立于第一开关管q1、第二开关管q2、第三开关管q3、第四开关管q4、第五开关管q5和第六开关管q6的单独的二极管。
39.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。