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1、(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201480004993.8 (22)申请日 2014.08.01 A99Z 99/00(2006.01) (71)申请人 广州市浦来能源科技有限公司 地址 510006 广东省广州市番禺区大学城 外环西路 100 号广东工业大学理学馆 514、 516 (72)发明人 冷再兴 魏天魁 (74)专利代理机构 广州市华学知识产权代理有 限公司 44245 代理人 李盛洪 (54) 发明名称 多绕组反激式 DC/AC 变换电路 (57) 摘要 一种多绕组反激式 DC/AC 变换电路， 包括直 流输入电源， 开关 S1、 S2, 多绕组反激式变。
2、压器， 由开关 S3、 S4 构成的交流换向电路， 二极管 D1、 D2 和控制器 (1)， 多绕组反激式变压器可同时实 现电气隔离、 直流升压和波形调制三个功能， 控制 器 (1) 能够检测直流输入电源的电压幅值和电流 幅值， 通过对开关 S1、 S2 的控制使直流输入电源 经过多绕组反激式变压器后输出正向交流半波和 负向交流半波， 并经开关 S3、 S4 切换后得到完整 的正弦交流输出， 以单级电路形式实现 DC/AC 的 转换， 省去了通用 DC/AC 电路中的桥式逆变电路， 简化了电路拓扑结构， 提高了电路的整体转化效 率和可靠性。 (85)PCT国际申请进入国家阶段日 2015.08。
3、.12 (86)PCT国际申请的申请数据 PCT/CN2014/083545 2014.08.01 (51)Int.Cl. (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书2页 说明书4页 附图3页 CN 105517650 A 2016.04.20 CN 105517650 A 1/2 页 2 1.一种多绕组反激式 DC/AC 变换电路， 其特征在于 ： 包括直流输入电源 Vdc， 开关 S1、 S2， 多绕组反激式变压器 T1， 交流换向电路， 二极管 D1、 D2 和控制器 (1)， 所述交流换向电路由开关S3、 S4构成， 用于将多绕组反激变压器T1输出的半波直流。
4、转 换为交流正弦输出 ； 所述多绕组反激式变压器 T1 的一次侧绕组包括互相连接的第一绕组 N1 和第二绕组 N2， 其二次侧绕组包括互相连接的第三绕组 N3 和第四绕组 N4， 所述直流输入电源 Vdc 的正 极与第一绕组 N1 和第二绕组 N2 的公共端连接， 所述第一绕组 N1 的另一端通过开关 S1 连 接在直流输入电源 Vdc 的负极， 所述第二绕组 N2 的另一端通过开关 S2 连接在直流输入电 源 Vdc 的负极， 所述第三绕组 N3 和第四绕组 N4 的公共端与开关 S3、 S4 之间的连接点连接， 所述二极管 D1 的正极与第三绕组 N3 的另一端连接， 所述二极管 D1 的。
5、负极与开关 S3 的另 一端连接， 所述二极管 D2 的正极与第四绕组 N4 的另一端连接， 所述二极管 D2 的负极与开 关 S4 的另一端连接 ； 所述控制器 (1) 用于检测直流输入电源 Vdc 的电压幅值和电流幅值， 以及通过对开关 S1、 S2 的控制使直流输入电源 Vdc 经过多绕组反激式变压器 T1 后输出正向交流半波和负 向交流半波， 并经开关 S3、 S4 切换后得到完整的正弦交流输出。 2.根据权利要求1所述的多绕组反激式DC/AC变换电路， 其特征在于 ： 所述控制器(1) 还用于当多绕组反激式变压器 T1 的输出侧并联于交流电网时， 实时检测交流电网的电压 幅值和频率，。
6、 并控制开关 S1、 S2、 S3、 S4 的控制时序， 使输出的交流电压和频率与交流电网 的电压和频率一致。 3.根据权利要求1所述的多绕组反激式DC/AC变换电路， 其特征在于 ： 所述控制器(1) 还用于当 DC/AC 变换电路工作于离网独立运行状态时， 将读取预先设定的输出电压幅值和 频率参数， 结合直流输入电源 Vdc 输出功率的检测和控制， 共同对开关 S1 和 S4 或开关 S2 和 S3 发送控制信号。 4.根据权利要求1所述的多绕组反激式DC/AC变换电路， 其特征在于 ： 所述开关S3、 S4 轮流工作于工频频率， 当 D1、 S4 工作时， 多绕组反激式变压器 T1 向交。
7、流电网或负载输出正 向交流半波 ； 当 D2、 S3 工作时， 多绕组反激式变压器 T1 向交流电网或负载输出负向交流半 波。 5.根据权利要求 1 所述的多绕组反激式 DC/AC 变换电路， 其特征在于 ： 所述直流输入 电源 Vdc 为输入直流电压及电流幅值可变的直流输入电源。 6.根据权利要求 1 或 5 所述的多绕组反激式 DC/AC 变换电路， 其特征在于 ： 所述直流 输入电源 Vdc 包括蓄电池组、 太阳能电池组或整流电源。 7.根据权利要求 1 所述的多绕组反激式 DC/AC 变换电路， 其特征在于 ： 还包括直流半 波滤波电路 (2)， 所述直流半波滤波电路 (2) 具有电容。
8、 C1 和电容 C2， 所述电容 C1 并联在二 极管 D1 的负极与第三绕组 N3 和第四绕组 N4 的公共端之间， 所述电容 C2 并联在二极管 D2 的负极与第三绕组 N3 和第四绕组 N4 的公共端之间。 8.根据权利要求 1 所述的多绕组反激式 DC/AC 变换电路， 其特征在于 ： 还包括保护电 路 (3)， 所述保护电路 (3) 具有过压保护器 D3 和过压保护器 D4， 所述过压保护器 D3 的正极 连接在第三绕组 N3 和第四绕组 N4 的公共端， 所述过压保护器 D3 的负极与二极管 D1 的负 极连接， 所述过压保护器 D4 的正极连接在第三绕组 N3 和第四绕组 N4 。
9、的公共端， 所述过压 权 利 要 求 书 CN 105517650 A 2 2/2 页 3 保护器 D4 的负极与二极管 D2 的负极连接。 权 利 要 求 书 CN 105517650 A 3 1/4 页 4 多绕组反激式 DC/AC 变换电路 技术领域 0001 本发明涉及直流电源转换为交流电源的技术领域， 更具体地说， 是涉及一种多绕 组反激式 DC/AC 变换电路， 可应用于将太阳能电池组件、 蓄电池组或其他形式的直流电源 转换为交流电源的系统。 背景技术 0002 传统的 DC/AC 变换电路通常需要通过 DC/DC 和 DC/AC 两个环节， 工作时， 电路的输 入端输入恒定电压，。
10、 经过 DC/DC 环节时通过 BOOST 开关电路进行升压或降压变换， 然后通 过全桥电路 ( 如 ： H 桥 PWM 脉宽调制 ) 将 DC 转换成 AC 输出， 其输出部分通常为恒定电压幅 值。在传统的 DC/AC 变换电路中构成的开关器件多， 结构复杂， 并且两级变换影响了整个逆 变电路的转化效率， 导致转化效率较低。 发明内容 0003 本发明的目的在于克服现有技术中的上述缺陷， 提供一种能自动追踪输入直流功 率、 DC 输入与 AC 输出隔离、 简化了电路拓扑结构和提高了整体转化效率和可靠性的单级多 绕组反激式 DC/AC 变换电路。 0004 为实现上述目的， 本发明提供的技术方。
11、案如下 ： 一种多绕组反激式 DC/AC 变换电 路， 包括直流输入电源Vdc， 开关S1、 S2， 多绕组反激式变压器T1， 交流换向电路， 二极管D1、 D2 和控制器， 0005 所述交流换向电路由开关S3、 S4构成， 用于将多绕组反激变压器T1输出的半波直 流转换为交流正弦输出 ； 0006 所述多绕组反激式变压器T1的一次侧绕组包括互相连接的第一绕组N1和第二绕 组 N2， 其二次侧绕组包括互相连接的第三绕组 N3 和第四绕组 N4， 所述直流输入电源 Vdc 的 正极与第一绕组 N1 和第二绕组 N2 的公共端连接， 所述第一绕组 N1 的另一端通过开关 S1 连接在直流输入电源。
12、 Vdc 的负极， 所述第二绕组 N2 的另一端通过开关 S2 连接在直流输入 电源 Vdc 的负极， 所述第三绕组 N3 和第四绕组 N4 的公共端与开关 S3、 S4 之间的连接点连 接， 所述二极管 D1 的正极与第三绕组 N3 的另一端连接， 所述二极管 D1 的负极与开关 S3 的 另一端连接， 所述二极管 D2 的正极与第四绕组 N4 的另一端连接， 所述二极管 D2 的负极与 开关 S4 的另一端连接 ； 0007 所述控制器用于检测直流输入电源 Vdc 的电压幅值和电流幅值， 以及通过对开关 S1、 S2 的控制使直流输入电源 Vdc 经过多绕组反激式变压器 T1 后输出正向交。
13、流半波和负 向交流半波， 并经开关 S3、 S4 切换后得到完整的正弦交流输出。 0008 作为优选的， 在上述技术方案中， 所述控制器还用于当多绕组反激式变压器 T1 的 输出侧并联于交流电网时， 实时检测交流电网的电压幅值和频率， 并控制开关 S1、 S2、 S3、 S4 的控制时序， 使输出的交流电压和频率与交流电网的电压和频率一致。 0009 作为优选的， 在上述技术方案中， 所述控制器还用于当 DC/AC 变换电路工作于离 说 明 书 CN 105517650 A 4 2/4 页 5 网独立运行状态时， 将读取预先设定的输出电压幅值和频率参数， 结合直流输入电源 Vdc 输出功率的检。
14、测和控制， 共同对开关 S1 和 S4 或开关 S2 和 S3 发送控制信号。 0010 作为优选的， 在上述技术方案中， 所述开关 S3、 S4 轮流工作于工频频率， 当 D1、 S4 工作时， 多绕组反激式变压器T1向交流电网或负载输出正向交流半波 ； 当D2、 S3工作时， 多 绕组反激式变压器 T1 向交流电网或负载输出负向交流半波。 0011 作为优选的， 在上述技术方案中， 所述直流输入电源 Vdc 为输入直流电压及电流 幅值可变的直流输入电源。 0012 作为优选的， 在上述技术方案中， 所述直流输入电源 Vdc 包括蓄电池组、 太阳能电 池组或整流电源。 0013 作为优选的，。
15、 在上述技术方案中， 还包括直流半波滤波电路， 所述直流半波滤波电 路具有电容 C1 和电容 C2， 所述电容 C1 并联在二极管 D1 的负极与第三绕组 N3 和第四绕组 N4 的公共端之间， 所述电容 C2 并联在二极管 D2 的负极与第三绕组 N3 和第四绕组 N4 的公 共端之间。 0014 作为优选的， 在上述技术方案中， 还包括保护电路， 所述保护电路具有过压保护器 D3 和过压保护器 D4， 所述过压保护器 D3 的正极连接在第三绕组 N3 和第四绕组 N4 的公共 端， 所述过压保护器 D3 的负极与二极管 D1 的负极连接， 所述过压保护器 D4 的正极连接在 第三绕组 N3。
16、 和第四绕组 N4 的公共端， 所述过压保护器 D4 的负极与二极管 D2 的负极连接。 0015 与现有技术相比， 本发明的有益效果在于 ： 0016 本发明由直流输入电源、 开关 S1、 S2、 S3、 S4、 多绕组反激式变压器、 二极管 D1、 D2 和控制器组成， 多绕组反激式变压器可同时实现电气隔离、 直流升压和波形调制三个功能， 控制器能够检测直流输入电源的电压幅值和电流幅值， 以及通过对开关 S1、 S2 的控制使直 流输入电源Vdc经过多绕组反激式变压器T1后输出正向交流半波和负向交流半波， 并经开 关 S3、 S4 切换后得到完整的正弦交流输出， 以单级电路形式实现 DC/。
17、AC 的转换， 省去了通 用 DC/AC 电路中的桥式逆变电路， 简化了电路拓扑结构， 提高了电路的整体转化效率和可 靠性。 附图说明 0017 图 1 是多绕组反激式 DC/AC 变换电路的电路原理图 ； 0018 图 2 是交流正弦正半波输出时的电路示意图 ； 0019 图 3 是交流正弦负半波输出时的电路示意图 ； 0020 图 4 是多绕组反激式 DC/AC 变换电路中各个输出波形的波形图。 0021 下面结合附图和实施例对本发明所述的多绕组反激式 DC/AC 变换电路作进一步 说明。 具体实施方式 0022 以下是本发明所述的多绕组反激式 DC/AC 变换电路的最佳实例， 并不因此限。
18、定本 发明的保护范围。 0023 请参考图 1， 图中示出了一种多绕组反激式 DC/AC 变换电路， 包括直流输入电源 Vdc， 开关 S1、 S2、 S3、 S4， 多绕组反激式变压器 T1， 二极管 D1、 D2， 控制器 1， 直流半波滤波电 说 明 书 CN 105517650 A 5 3/4 页 6 路 2 和保护电路 3， 其中， 开关 S1、 S2、 S3、 S4 为单向开关， 开关 S3、 S4 构成了用于将多绕组 反激变压器 T1 输出的半波直流转换为交流正弦输出的交流换向电路， 多绕组反激式变压 器 T1 的输入端与直流输入电源 Vdc 连接， 多绕组反激式变压器 T1 的。
19、输出端与二极管 D1、 D2、 直流半波滤波电路 2、 保护电路 3 和交流换向电路连接。下面将对多绕组反激式 DC/AC 变换电路的各元器件的结构、 原理及具体连接关系作详细说明。 0024 具体而言， 直流输入电源 Vdc 为输入直流电压及电流幅值可变的直流输入电源。 在本实施中， 直流输入电源 Vdc 可以为蓄电池组、 太阳能电池组或整流电源， 当然也可以为 经过其他形式变换而得到的直流电源。 0025 多绕组反激式变压器 T1 为功率变换主要器件之一， 采用多绕组设计， 其能够同时 实现电气隔离、 直流升压和波形调制三个功能， 且转换效率高， 多绕组反激式变压器 T1 的 一次侧绕组 。
20、( 即初级绕组 ) 包括互相连接的第一绕组 N1 和第二绕组 N2， 第一绕组 N1 和第 二绕组 N2 之间具有一公共端， 其二次侧绕组 ( 即次级绕组 ) 包括互相连接的第三绕组 N3 和第四绕组 N4， 第三绕组 N3 和第四绕组 N4 的公共端之间具有一公共端。通过对多绕组反 激式变压器 T1 输入侧的开关 S1、 S2( 主功率器件 ) 的控制， 能够使得该变压器 T1 工作于反 激工作状态， 并在变压器 T1 的输出侧输出幅值和频率均可调节的过零交流半波型直流。 0026 在本实施中， 直流输入电源 Vdc 的正极与第一绕组 N1 和第二绕组 N2 的公共端连 接， 第一绕组 N1。
21、 的另一端通过开关 S1 连接在直流输入电源 Vdc 的负极， 第二绕组 N2 的另 一端通过开关 S2 连接在直流输入电源 Vdc 的负极， 第三绕组 N3 和第四绕组 N4 的公共端与 开关 S3、 S4 之间的连接点连接， 二极管 D1 的正极与第三绕组 N3 的另一端连接， 二极管 D1 的负极与开关 S3 的另一端连接， 二极管 D2 的正极与第四绕组 N4 的另一端连接， 二极管 D2 的负极与开关 S4 的另一端连接， 二极管 D1、 D2 具有单向整流作用。 0027 直流半波滤波电路2包括电容C1和电容C2， 电容C1并联在二极管D1的负极与第 三绕组 N3 和第四绕组 N4。
22、 的公共端之间， 电容 C2 并联在二极管 D2 的负极与第三绕组 N3 和 第四绕组 N4 的公共端之间。保护电路 3 包括过压保护器 D3 和过压保护器 D4， 所述过压保 护器 D3 的正极连接在第三绕组 N3 和第四绕组 N4 的公共端， 所述过压保护器 D3 的负极与 二极管 D1 的负极连接， 所述过压保护器 D4 的正极连接在第三绕组 N3 和第四绕组 N4 的公 共端， 所述过压保护器 D4 的负极与二极管 D2 的负极连接。 0028 进一步而言， 控制器1具有控制电路和检测电路， 控制器1用于检测直流输入电源 Vdc 的电压幅值和电流幅值， 以及通过对开关 S1、 S2 的。
23、控制使直流输入电源 Vdc 经过多绕 组反激式变压器T1后输出正向交流半波和负向交流半波， 并经开关S3、 S4切换后得到完整 的正弦交流输出。另外， 控制器 1 还用于当多绕组反激式变压器 T1 的输出侧并联于交流电 网时， 实时检测交流电网的电压幅值和频率， 并控制开关 S1、 S2、 S3、 S4 的控制时序， 使输出 的交流电压和频率与交流电网的电压和频率一致。 0029 控制器 1 能实时检测直流输入电源 Vdc 的电压幅值及功率输出能力， 并及时调整 开关器件的控制信号， 保证多绕组反激式变压器 T1 输出正弦半波波形幅值及频率稳定， 维 持交流侧的幅值及频率， 不对电网及负载造成。
24、任何冲击。 0030 当输出交流正半波时， 控制器1将检测直流输入电源Vdc的电压幅值和输出电流， 逐步增大直流输入电源Vdc的输出电流给定值， 增大直流输入电源Vdc的输出功率， 并使直 流输入电源 Vdc 稳定工作在 DC/AC 变换电路所能输出的最大功率或直流输入电源 Vdc 所能 说 明 书 CN 105517650 A 6 4/4 页 7 提供的最大功率点， 为负载或所并联电网提供最大功率输出。多绕组反激式变压器 T1 的二 次侧输出电压波形如图 4 Vdc_P 所示。 0031 当 DC/AC 变换电路并联于交流电网运行时， 控制器 1 将检测所并联电网的电压幅 值和频率， 结合直。
25、流输入电源 Vdc 输出功率的检测和控制， 共同对开关 S1 和 S4 发送控制信 号。 0032 当 DC/AC 变换电路工作于离网独立运行状态时， 控制器 1 将读取预先设定的输出 电压幅值和频率参数， 结合直流输入电源 Vdc 输出功率的检测和控制， 共同对开关 S1 和 S4 发送控制信号。 0033 其中， 开关S1的控制信号为占空比和频率可调的触发脉冲， 通过对开关S1的驱动 脉冲幅值和占空比的控制， 调节多绕组反激式变压器 T1 输出侧的电压波形和输出功率。在 调节开关S1的控制信号时接通开关S4， 直到整个正半波输出全部完成才断开开关S4， 开关 S4 的工作频率为输出交流的频。
26、率。如图 2 所示， 输出正弦正向半波时， 其电流 IoP 流经途 径为 ： 二极管 D1、 负载或电网 AC、 开关 S4、 多绕组反激式变压器 T1 的二次侧绕组， 输出电压 Uo 为交流正弦正半波， 其波形如图 4 Uo_P 所示。 0034 当输出交流负半波时， 控制器1将检测直流输入电源Vdc的电压幅值和输出电流， 逐步增大直流输入电源Vdc的输出电流给定值， 增大直流输入电源Vdc的输出功率， 并使直 流输入电源 Vdc 稳定工作在 DC/AC 变换电路所能输出的最大功率或直流输入电源 Vdc 所能 提供的最大功率点， 为负载或所并联电网提供最大功率输出。多绕组反激式变压器 T1 。
27、的二 次侧输出电压波形如图 4Vdc_N 所示。 0035 当 DC/AC 变换电路并联于交流电网运行时， 控制器 1 将检测所并联电网的电压幅 值和频率， 结合直流电源输出功率的检测和控制， 共同对开关 S2 和 S3 发送控制信号。 0036 当 DC/AC 变换电路工作于离网独立运行状态时， 控制器将读取预先设定的输出电 压幅值和频率参数， 结合直流电源输出功率的检测和控制， 共同对开关S2和S3发送控制信 号。 0037 开关 S2 的控制信号为占空比和频率可调的触发脉冲， 通过对开关 S2 的驱动脉冲 幅值和占空比的控制， 调节多绕组反激式变压器 T1 输出侧的电压波形和输出功率。在。
28、调节 开关 S2 的控制信号时接通开关 S3， 直到整个正半波输出全部完成才断开开关 S3， 开关 S3 的工作频率为输出交流的频率。 如图3所示， 输出正弦负向半波时， 其电流IoN流经途径为 ： 二极管 D2、 负载或电网 AC、 开关 S3、 多绕组反激式变压器 T1 的二次侧绕组， 输出电压 Uo 为 交流正弦负半波， 其波形如图 4Uo_N 所示。 0038 完成一个周波控制后， 完整的交流输出波形如图 4Uo 所示。因此， 通过该 DC/AC 变 换电路， 能实现简化电路拓扑结构的同时， 实现整体的 DC/AC 变换电路的高效运行。 0039 上述实施例为本发明较佳的实施方式， 但本发明的实施方式并不受上述实施例的 限制， 其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、 修饰、 替代、 组合、 简化， 均应为等效的置换方式， 都包含在本发明的保护范围之内。 说 明 书 CN 105517650 A 7 1/3 页 8 图 1 说 明 书 附 图 CN 105517650 A 8 2/3 页 9 图 2 图 3 说 明 书 附 图 CN 105517650 A 9 3/3 页 10 图 4 说 明 书 附 图 CN 105517650 A 10 。