一种功率变换器及其电网异常过零检测方法与流程

本发明涉及电力电子，尤其涉及一种功率变换器及其电网异常过零检测方法。

背景技术：

1、随着分布式光伏发电系统的蓬勃发展，微型逆变器以其模块化、效率高、配置灵活、安全性高的优点，获得了越来越广泛的关注。微型逆变器主要负责将太阳能光伏板产生的直流电转换为交流电，微型逆变器其全称是微型光伏逆变器，一般指的是光伏发电系统中功率小、具有组件级最大功率点跟踪(maximum power point tracking，mppt)功能的逆变器。微型逆变器作为组件级逆变器，避免了光伏组件的局部阴影带来的系统整体发电量降低的风险，同时由于无直流高压的问题，相较于光伏组串+关断器、光伏组串+优化器的结构具有更高的安全性。目前微型逆变器在户用的屋顶、阳台光伏场景得到了广泛的影响。

2、微型逆变器的直流侧连接光伏组件，微型逆变器的交流侧连接交流电网或交流负载。由于来自电网的扰动和控制器的采样延迟，当电网异常过零时，控制器中基于采样的电网电压极性判断机制并不能及时准确判断电网电压的极性变化及异常过零，而电网电压极性的误判容易引发微型逆变器的副边电路发生直通短路，导致副边电路中的开关管过流损坏，影响微型逆变器的运行可靠性。

技术实现思路

1、本技术提供的一种功率变换器及其电网异常过零检测方法，用以规避因电网异常过零而导致的开关管直通问题。

2、第一方面，本技术提供了一种功率变换器，包括变压器、原边电路、副边电路、异常过零检测电路和控制器。功率变换器的输入用于与直流电源连接，功率变换器的输出用于与交流电网连接，原边电路连接于功率变换器的输入与变压器之间，副边电路连接于变压器与功率变换器的输出之间；原边电路和副边电路均包括至少一个开关管。控制器用于向副边电路中各开关管发送控制信号，控制信号包括第一控制信号、第二控制信号和第三控制信号，第一控制信号为功率变换器的输出电压大于设定电压正阈值时副边电路中各开关管的控制时序，第二控制信号为功率变换器的输出电压小于设定电压负阈值时副边电路中各开关管的控制时序，第三控制信号为功率变换器的输出电压小于设定电压正阈值且大于设定电压负阈值时副边电路中各开关管的控制时序。异常过零检测电路包括：比较器、异或逻辑器、与逻辑器。比较器的第一输入端用于与交流电网连接，比较器的第二输入端用于输入零电平信号，比较器的输出端与异或逻辑器的第一输入端连接；异或逻辑器的第二输入端与控制器的输出连接，异或逻辑器的输出端与与逻辑器的第一输入端连接；与逻辑器的第二输入端与控制器的输出连接，与逻辑器的输出端与控制器的输入连接。控制器的输出用于指示控制器发送第一控制信号、第二控制信号或者第三控制信号，控制器的输入用于指示控制器切换至发送第一控制信号，或指示控制器切换至发送第二控制信号。

3、在本技术中，采用异常过零检测电路直接获取交流电网的电压与零电压进行比较，在交流电网的电压经过零电压时，判断控制器发送的控制信号与交流电网的电压是否匹配，在判断不匹配时及时指示控制器切换发送的控制信号，这样可以在开关管过流之前立刻判断出电网电压的异常过零情况，避免控制器中基于采样的电网电压极性判断机制并不能及时准确判断电网电压的极性变化及异常过零，而导致发生直通短路引起开关管过流损坏的问题。有效避免控制器因电网电压极性的误判容易引发副边电路发生直通短路的问题，规避副边电路中的开关管过流损坏，提高运行可靠性。

4、在本技术一些实施例中，异或逻辑器的第二输入端与控制器的第一输出连接，与逻辑器的第二输入端与控制器的第二输出连接；控制器的第一输出用于指示控制器是否发送第一控制信号；控制器的第二输出用于指示控制器是否发送第三控制信号。

5、本技术一些实施例中，功率变换器还可以包括感性器件，副边电路串联感性器件后与变压器的副边绕组连接。

6、本技术一些实施例中，原边电路包括并联的第一桥臂和第二桥臂，第一桥臂包括串联的第一开关管和第二开关管，第一开关管和第二开关管的连接点与变压器的原边绕组的一端连接；第二桥臂包括串联的第三开关管和第四开关管，第三开关管和第四开关管的连接点与变压器的原边绕组的另一端连接。

7、本技术一些实施例中，副边电路包括第三桥臂，第三桥臂包括上半桥臂和下半桥臂，上半桥臂包括续流方向相反的第五开关管和第六开关管，下半桥臂包括续流方向相反的第七开关管和第八开关管，上半桥臂和下半桥臂的连接点通过感性器件与变压器的副边绕组的一端连接，或上半桥臂和下半桥臂的连接点与变压器的副边绕组的一端连接。

8、本技术一些实施例中，副边电路还包括第一电容和第二电容，第一电容和第二电容串联后与第三桥臂并联设置，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。或者，本技术另一些实施例中，副边电路还包括谐振电容，谐振电容连接于上半桥臂或下半桥臂与变压器的副边绕组另一端之间。

9、第二方面，本技术还提供了一种功率变换器的电网异常过零检测方法，其中功率变换器为第一方面中任一可能设计提供的功率变换器。该异常过零检测方法具体可以包括：检测功率变换器的输出电压即交流电网的电压。获取功率变换器的副边电路中各开关的控制信号。控制信号包括第一控制信号、第二控制信号和第三控制信号，第一控制信号为功率变换器的输出电压大于设定电压正阈值时副边电路中各开关管的控制时序，第二控制信号为功率变换器的输出电压小于设定电压负阈值时副边电路中各开关管的控制时序，第三控制信号为功率变换器的输出电压小于设定电压正阈值且大于设定电压负阈值时副边电路中各开关管的控制时序。当功率变换器的输出电压大于零电压且控制信号为第二控制信号，将控制信号切换至第一控制信号。当功率变换器的输出电压小于等于零电压且控制信号为第一控制信号，将控制信号切换至第二控制信号。

10、本技术一些实施例中，当功率变换器的输出电压大于零电压，判断控制信号是否为第一控制信号。当控制信号为第一控制信号，则不动作。当控制信号不为第一控制信号，判断控制信号是否为第三控制信号。当控制信号为第三控制信号，则不动作。当控制信号不为第三控制信号，将控制信号切换至第一控制信号。

11、本技术一些实施例中，当功率变换器的输出电压小于等于零电压，判断控制信号是否为第二控制信号。当控制信号为第二控制信号，则不动作。当控制信号不为第二控制信号，判断控制信号是否为第三控制信号。当控制信号为第三控制信号，则不动作。当控制信号不为第三控制信号，将控制信号切换至第二控制信号。

12、本技术一些实施例中，功率变换器包括：变压器、原边电路和副边电路。功率变换器的输入用于与直流电源连接，功率变换器的输出用于与交流电网连接，原边电路连接于功率变换器的输入与变压器之间，副边电路连接于变压器与功率变换器的输出之间；原边电路和副边电路均包括至少一个开关管。

13、本技术一些实施例中，功率变换器还包括感性器件，副边电路串联感性器件后与变压器的副边绕组连接。

14、本技术一些实施例中，原边电路包括并联的第一桥臂和第二桥臂，第一桥臂包括串联的第一开关管和第二开关管，第一开关管和第二开关管的连接点与变压器的原边绕组的一端连接；第二桥臂包括串联的第三开关管和第四开关管，第三开关管和第四开关管的连接点与变压器的原边绕组的另一端连接。

15、本技术一些实施例中，副边电路包括第三桥臂，第三桥臂包括上半桥臂和下半桥臂，上半桥臂包括续流方向相反的第五开关管和第六开关管，下半桥臂包括续流方向相反的第七开关管和第八开关管，上半桥臂和下半桥臂的连接点通过感性器件与变压器的副边绕组的一端连接，或上半桥臂和下半桥臂的连接点与变压器的副边绕组的一端连接。副边电路还包括第一电容和第二电容，第一电容和第二电容串联后与第三桥臂并联设置，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；或者，副边电路还包括谐振电容，谐振电容连接于上半桥臂或下半桥臂与变压器的副边绕组的另一端之间。

16、第二方面中的任一可能设计可以达到的技术效果，请参照上述第一方面中的任一可能设计可以达到的技术效果，这里不再重复赘述。本技术的这些方面或其它方面在以下实施例的描述中会更加简明易懂。