【原创】基于 H6 桥拓扑的单相并网逆变器全面解析

闲来之作，供大家参考，本文主要介绍基于 H6 桥拓扑的单相并网逆变器的工作原理，有不对的地方请斧正。

目 录

1. H6 逆变桥工作原理，设计步骤，同时分析 H6 逆变桥的一些优点。

2. boost 电路工作原理及控制（待续）

3. GFCI 检查原理（待续）

4. DCI 校正原理（待续）

5. ISO 检测原理及实现（待续）

6. 电路图及控制代码免费分享（待续）

首先，我们先来聊一聊 H6 逆变桥工作原理，设计步骤，同时分析 H6 逆变桥的一些优点。

拓扑工作状态分析

H6 逆变拓扑工作示意图如下：

工作原理简介

❶ H6主回路工作原理

H6 逆变桥采用单极性 SPWM 调制，产生高频 20KHZ SPWM 输出波形经过 LC 滤波器，连接到市电。控制环路通过采样 BUS 电压，市电电压和电感电流，控制输出电流与市电电压相位，同时满足各法规对输出电流之要求。

主回路中6个开关管的驱动波形如图5所示，在市电正半轴 Q2,Q15 同步高频 SPWM 驱动，Q7 导通市电半周期，Q1,Q14 关断时电感电流通过 Q7,D1 续流。市电负半轴情况相同，Q1,Q14 高频 SPWM 驱动，Q8 低频导通。

❷ 驱动要求

由于 H6 桥中开关管，上管和中管驱动地非系统地，所以需要做分别做隔离电压驱动，以保证开关管正常工作，单相机中主要使用一下电路产生驱动 IC 所需电源，并产生 -6V 的关断电压，已加强 IGBT 功率管关断抗干扰能力。如下图6，图7.

H6 主回路元器件选取

主要电路参数：以 5KW 为例

高频开关频率  Fswitch=20kHZ，

低频开关频率=Fgird=50HZ,

VBUS=360~550V DC,

Vgird 额定=230VAC,

Vgrid 最小=200AC,

Pout（max）=5000W，

Iout（max）=25.0A ，

Iout(max)=POUT/Vgrid（min）=5000W/200V=25.0A(RMS)

Iout（peak）=25.0*√2*1.1=38.885A

Vds（max）=VBUS

❶ 开关管的选取

Ic（peak）=25.0*√2*1.1=38.885A

Ic(rms)=25.0A*D(avg)<25.0A

Vce（max）=VBUS

逆变开关开关管分为高频开关管和低频开关管，根据开关管的所需通过的电压电流范围，即可选取所需功率开关管（IGBT 或 MOSFET）,由于高频开关管的开关频率为 20KHZ，所以为减少损耗，为提高整机效率，应选取 EON/EOFF 较小的开关管，同时驱动电路也应相应优化，减少开关损耗，MOSFET 也应同时关注其 BODY DIODE 性能，MOSFET 反向恢复性能一般要比 IGBT 差能多，但其开关速度快，损耗小。需综合考虑选择。低频开关管工作频率为 50HZ，需要选择 VCE（sat）较小的 IGBT，以提高效率。

H6 逆变桥稳定工作条件下,高频开关管开关动作时，△Vds 范围在 1/2VBUS 左右。所以开关损耗要比普通 H4 逆变桥高频开关管的开关损耗要小。

5KW 选用的高频，低频开关管为：IKW40N60T

❷ 二极管的选取

二极管主要用于开关管关断时，电感电流续流通路，通过二极管的电流。

ID 峰值= Iout 峰值=38.885A

二极管反向电压 VR=VBUS>=550V,

选用二极管为：60A 600V 的功率管

❸ INV 滤波电感，滤波电容的选取

❹ H6 桥仿真

本次仿真采用的是 PSIM 仿真软件，纯硬件仿真，加软件仿真的我没有试过，有兴趣的可以自己在我的仿真文件基础上添加。

仿真文件如下：

❺ H6 桥共模干扰的优点

H6 拓扑的优点有共模干扰相对单极性调制的 H4 逆变桥要小

问：还有效率较 H4 高，有兴趣的可以讨论下为什么？

bake_ql　

H6 感觉有些三电平电流的模样，由于中间两颗管子和续流 diode 的存在，外侧高频开关管可实现 soft switch，推测如果控制合适，可以实现 ZVS；所以效率可以提高？中间增加的两颗管子工频周期开关，所以影响效率很小？

但这时候驱动电路复杂了，增加的都是浮地驱动；如果小功率的话成本还是会增加的，与 H4 相比较；效率增加的原因没有想到；

麦兜爱企鹅　

ZVS 是没有的；我了解的是两种说法，第一个是 H6 逆变桥稳定工作条件下,高频开关管开关动作时，△Vds 范围在 1/2VBUS 左右。所以开关损耗要比普通 H4 逆变桥高频开关管的开关损耗要小；第二种是续流时 H6 桥的功率二极管比 H4 桥的体二极管的反向恢复损耗要小很多。成本方面肯定是增加了。有其他说法的请其他大神补充下或者纠正。

追风的人

有一个疑问啊，就是上面关于 H6 功率开关管的选型的？为什么高频和低频管的选型一样？能否解释下？

gy200812

工频管半周期也会高频开通的主要作用是在功率因数不完全为1的时候。当机器启动时候或者有功率因数要求的时候会出现无功。

　麦兜爱企鹅　

可以把另一个工频管开通，怎么调节功率因数的原理讲解下不？

　gy200812　

做了一个 ppt，还有我的 psim 仿真文件一起。

■ H6 拓扑中间管的工作.pdf  

■ 2014-04-28 H6 topology.rar