一种微型逆变器及其控制方法与流程

本技术涉及电力电子，尤其涉及到一种微型逆变器及其控制方法。

背景技术：

1、微型逆变器被广泛应用在光伏发电系统中，微型逆变器可以直接将光伏组件的直流电转换成交流电，并将交流电输出给电网或负载。通常，微型逆变器的驱动电路配置有取电电路。取电电路主要是利用储能元件的充放电特性为驱动电路供电。在一些微型逆变器中，取电电路设置有电压限幅电路。电压限幅电路可以在不额外设置有源电路的情况下，实现取电电路的稳定性。然而，在一些特殊场景，例如在低电压穿越或者burst场景下，如何控制取电电路以使微型逆变器正常工作仍然是待解决的技术问题。

技术实现思路

1、本技术提供了一种微型逆变器及其控制方法，以在副边电路的驱动电路的输入高电平电压较低时，控制微型逆变器切换工作状态，从而保证在需要时能够使微型逆变器正常工作状态。

2、第一方面，本技术提供了一种微型逆变器。具体的，微型逆变器包括原边电路、变压器、副边电路和控制器。其中，原边电路的输入侧与光伏组件连接，原边电路的输出侧与变压器的原边绕组连接。副边电路的输入侧与变压器的副边绕组连接，副边电路的输出侧与电网或负载连接。原边电路包括原边开关管。副边电路包括自驱动电路、第一电容和第二电容。第一电容和第二电容串联后与自驱动电路并联。自驱动电路包括副边上桥臂和副边下桥臂，副边上桥臂和副边下桥臂的连接点与变压器的副边绕组的一端连接，第一电容和第二电容的连接点与变压器的副边绕组的另一端连接。在自驱动电路中，副边上桥臂包括上桥臂开关管、上桥臂取电电路和上桥臂驱动电路。上桥臂取电电路用于从副边电路取电并向上桥臂驱动电路供电，上桥臂驱动电路用于控制上桥臂开关管的导通或关断。副边下桥臂包括下桥臂开关管、下桥臂取电电路和下桥臂驱动电路，下桥臂取电电路用于从副边电路取电并向下桥臂驱动电路供电，下桥臂驱动电路用于控制下桥臂开关管的导通或关断。原边电路和副边电路分别与控制器电连接。控制器用于：

3、当上桥臂驱动电路的输入高电平电压低于设定高电平电压阈值，并且下桥臂驱动电路的输入高电平电压低于该设定高电平电压阈值时，控制原边开关管在导通和关断之间切换，并且控制上桥臂开关管和下桥臂开关管处于关断状态。此时，微型逆变器处于第一工作模式。

4、当上桥臂驱动电路的输入高电平电压高于或等于该设定高电平电压阈值，并且下桥臂驱动电路的输入高电平电压高于或等于设定高电平电压阈值时，控制原边开关管、上桥臂开关管和下桥臂开关管在导通和关断之间切换。此时，微型逆变器处于第二工作模式。

5、在本技术的微型逆变器中，取电电路从副边电路取电并向驱动电路供电。当上桥臂驱动电路和下桥臂驱动电路的输入高电平电压低于设定高电平电压阈值时，取电电路的取电量低于向驱动电路提供的电量，因此取电电路处于耗电状态。此时，微型逆变器的原边开关管在导通和关断之间切换，使得取电电路可以持续从副边电路取电；控制副边电路的上桥臂开关管和下桥臂开关管处于关断状态，使得取电电路从副边电路获得的电能储存在取电电路内，以供驱动电路控制上桥臂开关管和下桥臂开关管，从而保证在需要时能够使微型逆变器正常工作状态。

6、本技术的微型逆变器应用于不同的场景。在一个可能的实现方式中，微型逆变器可以应用于低电压穿越场景。在该场景中，当副边电路的输出电压的幅值低于设定电压阈值时，在第一时间段内，上桥臂驱动电路的输入高电平电压低于设定高电平电压阈值，并且下桥臂驱动电路的输入高电平电压低于该设定高电平电压阈值；并且在第二时间段内，上桥臂驱动电路的输入高电平电压高于或等于该设定高电平电压阈值，并且下桥臂驱动电路的输入高电平电压高于或等于设定高电平电压阈值。其中，第一时间段与第二时间段不重叠。也就是说，在第一时间段内，取电电路处于充电状态；在第二时间段内，取电电路可以向驱动电路供电。因此，通过设计交替第一时间段和第二时间段，使微型逆变器在低电压穿越期间内在第一工作模式和第二工作模式之间切换，从而使微型逆变器仍然可以输出电压。

7、上述第一时间段和第二时间段交替设置，可以是指第一时间段和第二时间段连续交替设置。或者，第一时间段和第二时间段也可以间隔设定时间设置。例如，在一个可能的实现方式中，控制器还用于在第一时间段结束并且在第二时间段开始之前，控制原边开关管、上桥臂开关管和下桥臂开关管处于关断状态。也就是说，微型逆变器在第一时间段内充电，然后停止工作，随后在第二时间段内正常工作。或者，控制器还用于在第二时间段结束并且在第一时间段开始之前，控制原边开关管、上桥臂开关管和下桥臂开关管处于关断状态。也就是说，微型逆变器在第二时间段内正常工作，然后停止工作，随后在第一时间段内充电。

8、在另一个可能的实现方式中，微型逆变器可以应用于burst场景。在该场景中，当原边电路的输入功率低于功率阈值时，在第三时间段内，上桥臂驱动电路的输入高电平电压低于设定高电平电压阈值，并且下桥臂驱动电路的输入高电平电压低于该设定高电平电压阈值；并且在第四时间段内，上桥臂驱动电路的输入高电平电压高于或等于该设定高电平电压阈值，并且下桥臂驱动电路的输入高电平电压高于或等于设定高电平电压阈值。其中，第三时间段与第四时间段不重叠。也就是说，在第三时间段内，取电电路处于充电状态；在第四时间段内，取电电路可以向驱动电路供电。因此，通过将第三时间段和第四时间段对应burst off状态和burst on状态，使微型逆变器在burst off状态下切换第一工作模式以充电，在burst on状态下切换第二工作模式以正常输出电压。

9、上述第三时间段和第四时间段交替设置，可以是指第三时间段和第四时间段连续交替设置。或者，第三时间段和第四时间段也可以间隔设定时间设置。例如，在一个可能的实现方式中，在第三时间段结束并且在第四时间段开始之前，控制原边开关管、上桥臂开关管和下桥臂开关管处于关断状态。也就是说，微型逆变器在第三时间段内充电，然后停止工作，随后在第四时间段内正常工作。或者，在第四时间段结束并且在第三时间段开始之前，控制原边开关管、上桥臂开关管和下桥臂开关管处于关断状态。也就是说，微型逆变器在第四时间段内正常工作，然后停止工作，随后在第三时间段内充电。

10、在上述微型逆变器中，设定高电平电压阈值大于或等于上桥臂开关管和下桥臂开关管的最小工作电压值，并且设定高电平电压阈值小于上桥臂开关管和下桥臂开关管的最大工作电压值，从而这样可以避免驱动电路的输入高电平电压过低而无法开启相应的开关管。

11、具体设置副边电路时，取电电路可以通过储能元件进行储能。在一个可能的实现方式中，上桥臂取电电路包括第一储能电容，下桥臂取电电路包括第二储能电容。上述控制器还用于：当原边开关管在导通和关断之间切换，并且上桥臂开关管和下桥臂开关管处于关断状态时，分别向第一储能电容和第二储能电容充电。当原边开关管、上桥臂开关管和下桥臂开关管在导通和关断之间切换时，控制第一储能电容向上桥臂驱动电路供电，并且控制第二储能电容向下桥臂驱动电路供电。

12、在上述微型逆变器中，上桥臂取电电路还可以包括第三电容、第一二极管、第二二极管以及第一稳压二极管，第三电容用于在上桥臂开关管关断期间对上桥臂开关管的源漏电压进行分压，第一稳压二极管用于对第一储能电容稳压。其中，第三电容的正极连接上桥臂开关管的一端，第一二极管的负极连接第三电容的负极，第一二极管的正极连接上桥臂开关管的另一端。第二二极管与第一储能电容串联后与第一二极管并联，第二二极管的正极连接第一二极管的负极，第一储能电容的负极连接第一二极管的正极。第一稳压二极管与第一储能电容并联。上桥臂驱动电路与第一储能电容并联。下桥臂取电电路还可以包括第四电容、第三二极管、第四二极管以及第二稳压二极管，第四电容用于在下桥臂开关管关断期间对下桥臂开关管的源漏电压进行分压，第二稳压二极管用于对第二储能电容稳压。其中，第四电容的正极连接下桥臂开关管的一端，第三二极管的负极连接第四电容的负极，第三二极管的正极连接下桥臂开关管的另一端。第四二极管与第二储能电容串联后与第三二极管并联，第四二极管的正极连接第三二极管的负极，第二储能电容的负极连接第三二极管的正极。第二稳压二极管与第二储能电容并联。下桥臂驱动电路与第二储能电容并联。

13、在一个可能的实现方式中，当上桥臂驱动电路的输入高电平电压和下桥臂驱动电路的输入高电平电压中的一者低于设定高电平电压阈值，并且另一者高于或等于设定高电平电压阈值时，控制器还用于控制原边开关管在导通和关断之间切换，并且控制上桥臂开关管和下桥臂开关管处于关断状态。因此，当上桥臂驱动电路和下桥臂驱动电路中的任一者处于耗电状态时，控制器可以控制微型逆变器切换至第一工作状态，使得取电电路从副边电路获得的电能储存在取电电路内，以供驱动电路控制上桥臂开关管和下桥臂开关管，从而保证在需要时能够使微型逆变器正常工作状态。

14、第二方面，本技术还提供一种控制方法。该控制方法用于控制微型逆变器，具体可以包括：

15、当上桥臂驱动电路的输入高电平电压低于设定高电平电压阈值，并且下桥臂驱动电路的输入高电平电压低于设定高电平电压阈值时，控制原边开关管在导通和关断之间切换，并且控制上桥臂开关管和下桥臂开关管处于关断状态；

16、当上桥臂驱动电路的输入高电平电压高于或等于设定高电平电压阈值，并且下桥臂驱动电路的输入高电平电压高于或等于设定高电平电压阈值时，控制原边开关管、上桥臂开关管和下桥臂开关管在导通和关断之间切换。

17、其中，微型逆变器包括原边电路、变压器和副边电路。原边电路的输出侧与变压器的原边绕组连接，副边电路的输入侧与变压器的副边绕组连接。原边电路包括原边开关管。副边电路包括副边上桥臂和副边下桥臂，副边上桥臂和副边下桥臂的连接点与变压器的副边绕组的一端连接。副边上桥臂包括上桥臂开关管和上桥臂驱动电路，上桥臂驱动电路用于控制上桥臂开关管的导通或关断。副边下桥臂包括下桥臂开关管和下桥臂驱动电路，下桥臂驱动电路用于控制下桥臂开关管的导通或关断。

18、在本技术的控制方法中，当上桥臂驱动电路和下桥臂驱动电路的输入高电平电压低于设定高电平电压阈值时，副边电路处于耗电状态。此时，控制原边开关管在导通和关断之间切换，并控制上桥臂开关管和下桥臂开关管处于关断状态，可以使副边电路处于充电状态，从而保证在需要时能够使驱动电路控制上桥臂开关管和下桥臂开关管在导通和关断之间切换，进而使微型逆变器正常工作。

19、本技术的控制方法可以控制微型逆变器应用于不同的场景。在一个可能的实现方式中，微型逆变器可以应用于低电压穿越场景。在该场景中，当副边电路的输出电压的幅值低于设定电压阈值时，在第一时间段内，上桥臂驱动电路的输入高电平电压低于设定高电平电压阈值，并且下桥臂驱动电路的输入高电平电压低于该设定高电平电压阈值；并且在第二时间段内，上桥臂驱动电路的输入高电平电压高于或等于该设定高电平电压阈值，并且下桥臂驱动电路的输入高电平电压高于或等于设定高电平电压阈值。其中，第一时间段与第二时间段不重叠。也就是说，在第一时间段内，取电电路处于充电状态；在第二时间段内，取电电路可以向驱动电路供电。因此，通过设计交替第一时间段和第二时间段，使微型逆变器在低电压穿越期间内在第一工作模式和第二工作模式之间切换，从而使微型逆变器仍然可以输出电压。

20、上述第一时间段和第二时间段交替设置，可以是指第一时间段和第二时间段连续交替设置。或者，第一时间段和第二时间段也可以间隔设定时间设置。例如，在一个可能的实现方式中，控制方法还可以包括在第一时间段结束并且在第二时间段开始之前，控制原边开关管、上桥臂开关管和下桥臂开关管处于关断状态。也就是说，微型逆变器在第一时间段内充电，然后停止工作，随后在第二时间段内正常工作。或者，控制方法还可以包括在第二时间段结束并且在第一时间段开始之前，控制方法控制原边开关管、上桥臂开关管和下桥臂开关管处于关断状态。也就是说，微型逆变器在第二时间段内正常工作，然后停止工作，随后在第一时间段内充电。

21、在另一个可能的实现方式中，微型逆变器可以应用于burst场景。在该场景中，当原边电路的输入功率低于功率阈值时，在第三时间段内，上桥臂驱动电路的输入高电平电压低于设定高电平电压阈值，并且下桥臂驱动电路的输入高电平电压低于该设定高电平电压阈值；并且在第四时间段内，上桥臂驱动电路的输入高电平电压高于或等于该设定高电平电压阈值，并且下桥臂驱动电路的输入高电平电压高于或等于设定高电平电压阈值。其中，第三时间段与第四时间段不重叠。也就是说，在第三时间段内，取电电路处于充电状态；在第四时间段内，取电电路可以向驱动电路供电。因此，通过将第三时间段和第四时间段对应burst off状态和burst on状态，使微型逆变器在burst off状态下切换第一工作模式以充电，在burst on状态下切换第二工作模式以正常输出电压。

22、上述第三时间段和第四时间段交替设置，可以是指第三时间段和第四时间段连续交替设置。或者，第三时间段和第四时间段也可以间隔设定时间设置。例如，在一个可能的实现方式中，控制方法还可以包括在第三时间段结束并且在第四时间段开始之前，控制方法控制原边开关管、上桥臂开关管和下桥臂开关管处于关断状态。也就是说，微型逆变器在第三时间段内充电，然后停止工作，随后在第四时间段内正常工作。或者，控制方法还可以包括在第四时间段结束并且在第三时间段开始之前，控制原边开关管、上桥臂开关管和下桥臂开关管处于关断状态。也就是说，微型逆变器在第四时间段内正常工作，然后停止工作，随后在第三时间段内充电。

23、在一个可能的实现方式中，副边上桥臂还包括上桥臂取电电路，上桥臂取电电路用于从副边电路取电并向上桥臂驱动电路供电，副边下桥臂还包括下桥臂取电电路，下桥臂取电电路用于从副边电路取电并向下桥臂驱动电路供电。取电电路可以通过储能元件进行储能。具体的，上桥臂取电电路包括第一储能电容，下桥臂取电电路包括第二储能电容。控制方法还可以包括：

24、当原边开关管在导通和关断之间切换，并且上桥臂开关管和下桥臂开关管处于关断状态时，分别向第一储能电容和第二储能电容充电；

25、当原边开关管、上桥臂开关管和下桥臂开关管在导通和关断之间切换时，控制第一储能电容向上桥臂驱动电路供电，并且控制第二储能电容向下桥臂驱动电路供电。

26、在一个可能的实现方式中，控制方法还包括：

27、当上桥臂驱动电路的输入高电平电压和下桥臂驱动电路的输入高电平电压中的一者低于设定高电平电压阈值，并且另一者高于或等于设定高电平电压阈值时，控制原边开关管在导通和关断之间切换，并且控制上桥臂开关管和下桥臂开关管处于关断状态。因此，当上桥臂驱动电路和下桥臂驱动电路中的任一者处于耗电状态时，可以控制微型逆变器切换至第一工作状态，使得取电电路从副边电路获得的电能储存在取电电路内，以供驱动电路控制上桥臂开关管和下桥臂开关管，从而保证在需要时能够使微型逆变器正常工作状态。