CN101340158B - 一种逆变电路及电源系统 - Google Patents
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Abstract
本发明适用于电源逆变技术领域，提供了一种逆变电路及电源系统，包括：整流器，其输入端接收交流电源输出的交流电压信号，经过整流变换后输出直流电压信号；以及通过直流母线与所述整流器连接的逆变器；所述逆变器的直流输入端与直流母线连接；其交流输入端与所述交流电源的输出端连接，将两路输入经过合成处理后输出交流电压信号给负载。本发明提供的逆变电路采用交流电源直接引入逆变器的方式，使得交流电源无需经过变换，直接与逆变器合成后给负载供电，提高了逆变器的效率。
Description
技术领域
本发明属于电源逆变技术领域，尤其涉及一种逆变电路及电源系统。
背景技术
随着电力电子技术的发展，电源逆变技术得到越来越广泛的应用，图1是现有技术提供的逆变电路的模块结构图，包括整流器11和逆变器12，整流器11的输入端连接至交流电源的输出端，将交流电源输出的交流电压信号进行整流变换后输出直流电压信号，通过直流母线将整流器11输出的直流电压信号输送至逆变器12的输入端，逆变器12将直流电压信号进行转换后输出交流电压信号给负载供电。这样，交流电源必须经过两次变换才能给负载供电，在变换的过程中会有损耗，从而造成了逆变器的效率低。
发明内容
本发明实施例的目的在于提供一种逆变电路，旨在解决现有的逆变电路导致逆变器效率低的问题。
本发明实施例是这样实现的，一种逆变电路，所述拓扑结构包括：
整流器，其输入端接收交流电源输出的交流电压信号，经过整流变换后输出直流电压信号；以及通过直流母线与所述整流器连接的逆变器；
所述逆变器的直流输入端与直流母线连接；其交流输入端与所述交流电源的输出端连接，将两路输入经过合成处理后，再经过滤波电路滤波后输出交流电压信号给负载。
本发明实施例的另一目的在于提供一种采用上述逆变电路实现的电源系统。
本发明实施例提供的逆变电路采用交流电源直接引入逆变器的方式，使得交流电源无需经过变换，直接与逆变器合成后给负载供电，提高了逆变器的效率。
附图说明
图1是现有技术提供的逆变电路的模块结构图；
图2是本发明实施例提供的逆变电路的模块结构图；
图3是本发明第一实施例提供的逆变器的电路图；
图4是本发明第二实施例提供的逆变器的电路图；
图5是本发明第三实施例提供的逆变器的电路图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明实施例提供的逆变电路采用交流电源直接引入逆变器的方式，使得交流电源无需经过变换，直接与逆变器合成后给负载供电，提高了逆变器的效率。
本发明实施例提供的逆变电路可以应用于UPS电源、稳压电源等电源系统中，其模块结构如图2所示，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分，详述如下。
逆变电路包括：整流器21和逆变器22，其中，整流器21的输入端接收交流电源输出的交流电压信号，经过整流变换后输出直流电压信号；逆变器22通过直流母线与整流器21连接，逆变器22的直流输入端与直流母线连接；其交流输入端与交流电源的输出端连接，将两路输入经过合成处理后输出交流电压信号给负载。
本发明第一实施例提供的逆变器的电路如图3所示，为了便于说明，仅示出了与本发明第一实施例相关的部分，详述如下。
逆变器22包括：控制器30、第一可控开关31、第二可控开关32以及第三可控开关33；其中，第一可控开关31的一端连接至直流母线的正极，其另一端与第二可控开关32连接，其控制端连接至控制器30；第二可控开关32的一端与第一可控开关31连接；其另一端连接至直流母线的负极，其控制端连接至控制器30；第三可控开关33的一端连接至交流电源的输出端，另一端连接至第一可控开关31与第二可控开关32的连接端，其控制端连接至控制器30；控制器30给出控制信号控制第一可控开关31、第二可控开关32以及第三可控开关33的通断，由第一可控开关31与第二可控开关32的连接端S输出交流电压信号。
在本发明实施例中，逆变器22进一步包括滤波电路34；滤波电路34的输入端连接至第一可控开关31与第二可控开关32的连接端S；将第一可控开关31与第二可控开关32的连接端S输出的交流电压信号滤波后输出给负载。作为本发明的一个实施例，逆变器22还包括电容C1、C2，其中电容C1与电容C2串接于直流母线正极与直流母线负极之间，且电容C1与电容C2的连接端与零线连接。
本发明第一实施例提供的逆变器的工作原理详述如下：通过控制第一可控开关31和第二可控开关32可以将直流母线输出的直流电压转换为交流电压。在控制器30的控制下，第一可控开关31、第二可控开关32以及第三可控开关33在任何时刻，只能有一个可控开关闭合。当第一可控开关31闭合时，第一可控开关31与第二可控开关32的连接端S的电压为正母线电压VP；当第二可控开关32闭合时，第一可控开关31与第二可控开关32的连接端S的电压为负母线电压VN，当第三可控开关33闭合时，第一可控开关31与第二可控开关32的连接端S的电压为交流电源的电压VI。由控制器30控制第一可控开关31、第二可控开关32以及第三可控开关33的导通时间，从而有效的控制第一可控开关31与第二可控开关32的连接端S输出的交流电压的大小。再通过滤波电路34进行滤波处理，滤掉高频信号后输出给负载供电。
现举例说明第一可控开关31与第二可控开关32的连接端S的电压与各个可控开关的导通时间之间的关系：假设在一个时间周期T内，第一可控开关31的导通时间为T1；第二可控开关32导通时间为T2；第三可控开关33导通时间为T3；则第一可控开关31与第二可控开关32的连接端S最终输出的交流电压VS＝(VP×T1+VN×T2+VI×T3)/T；即第一可控开关31与第二可控开关32的连接端S最终输出的交流电压为三个输入电压的时间加权平均值。
在本发明实施例中，三个可控开关的控制方式很灵活，如果交流电源输出的交流电压信号完全满足交流电压输出的要求，则第一可控开关31和第二可控开关32可以停止工作，只让第三可控开关33导通，则交流电源通过第三可控开关33直接给负载供电，效率大大提高。
本发明第二实施例提供的逆变器的电路如图4所示，为了便于说明，仅示出了与本发明第二实施例相关的部分，详述如下。
逆变器22包括：控制器40、第四可控开关41、第五可控开关42、第六可控开关43、第七可控开关44、第一二极管D1、第二二极管D2；其中，第四可控开关41的一端连接至直流母线的正极，其另一端与第五可控开关42连接，其控制端连接至控制器40；第五可控开关42的一端与第四可控开关41连接，同时还通过第一二极管D1连接至交流电源的输出端，其另一端与第六可控开关43连接，其控制端连接至控制器40；第六可控开关43与第五可控开关42连接，其另一端与第七可控开关44连接，同时通过第二二极管D2连接至交流电源的输出端，其控制端连接至控制器40；第七可控开关44的一端连接至第六可控开关43的另一端，其另一端连接至直流母线的负极，其控制端连接至控制器40；控制器40给出控制信号控制第四可控开关41、第五可控开关42、第六可控开关43以及第七可控开关44的通断，由第五可控开关42与第六可控开关43的连接端S输出交流电压信号。
在本发明实施例中，逆变器22进一步包括滤波电路45；滤波电路45的输入端连接至第五可控开关42与第六可控开关43的连接端S；将第五可控开关42与第六可控开关43的连接端S输出的交流电压信号滤波后输出给负载。作为本发明的一个实施例，逆变器22还包括电容C1、C2，其中电容C1与电容C2串接于直流母线正极与直流母线负极之间，且电容C1与电容C2的连接端与零线连接。
本发明第二实施例提供的逆变器的工作原理与上述第一实施例提供的逆变器的工作原理类似，在此不再赘述。区别在于，交流电源的输出端通过第一二极管D1和第二二极管D2分别连接至第四可控开关41与第五可控开关42的连接端S1以及第六可控开关43与第七可控开关44的连接端S2；第一二极管D1和第二二极管D2反向并联，同一时刻，一个二极管导通，另一个二极管处于截止状态；那么二极管的的正反向压降就会被钳制在二极管正向导通压降0.5-0.7V以下，从而达到保护电路的目的。
控制器40控制四个可控开关的通断，在第五可控开关42与第六可控开关43的连接端S的电压只有三种状态，当第四可控开关41和第五可控开关42导通，第六可控开关43和第七可控开关44断开时，第五可控开关42与第六可控开关43的连接端S的电压为正母线电压VP；当第六可控开关43和第七可控开关44导通，第四可控开关41和第五可控开关42断开时，第五可控开关42与第六可控开关43的连接端S的电压为负母线电压VN；当第四可控开关41和第七可控开关44断开，第五可控开关42和第六可控开关43交替导通时，第五可控开关42与第六可控开关43的连接端S的电压为交流电源的电压VI，与第一实施例提供的逆变器类似，第五可控开关42与第六可控开关43的连接端S最终输出的交流电压为三个输入电压的时间加权平均值。
同样，四个可控开关的的导通有很多种组合方式，如果交流电源输出的交流电压信号完全满足交流电源输出的要求，则交流电源通过第五可控开关42和第六可控开关43直接给负载供电，效率大大提高。
本发明第三实施例提供的逆变器的电路如图5所示，为了便于说明，仅示出了与本发明第三实施例相关的部分，详述如下。
逆变器22包括：控制器50、第八可控开关51、第九可控开关52、第十可控开关53、第十一可控开关54、第十二可控开关55；其中，第八可控开关51的一端连接至直流母线的正极，其另一端与第九可控开关52连接，其控制端连接至控制器50；第九可控开关52的一端与第八可控开关51连接，其另一端连接至直流母线的负极，其控制端连接至控制器50；第八可控开关51和第九可控开关52的连接端S1连接至零线。第十可控开关53的一端连接至直流母线的正极，其另一端与第十一可控开关54连接，其控制端连接至控制器50；第十一可控开关54的一端与第十可控开关53连接，其另一端连接至直流母线的负极，其控制端连接至控制器50；第十二可控开关55的一端连接至交流电源的输出端，其另一端连接至第十可控开关53与第十一可控开关54的连接端S，其控制端连接至控制器50。控制器50给出控制信号控制第八可控开关51、第九可控开关52、第十可控开关53、第十一可控开关54以及第十二可控开关55的通断，由第十可控开关53与第十一可控开关54的连接端S输出交流电压信号给负载供电。
作为本发明的一个实施例，逆变器22还包括电容C，电容C连接至直流母线正极与直流母线负极之间。
本发明第三实施例提供的逆变器的工作原理与上述第一实施例提供的逆变器的工作原理类似，在此不再赘述。
作为本发明的一个实施例，文中提到的所有可控开关均可以为三极管、MOS管、IGBT、IGCT、SCR等半导体开关或者其并联或串联的形式。
在本发明实施例中，可以将逆变器22并联使用，从而实现单相、两相、三相以及多相逆变器。
本发明实施例提供的逆变电路采用交流电源直接引入逆变器的方式，使得交流电源无需经过变换，直接与逆变器合成后给负载供电，提高了逆变器的效率。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种逆变电路，其特征在于，所述逆变电路包括：
整流器，其输入端接收交流电源输出的交流电压信号，经过整流变换后输出直流电压信号；以及
通过直流母线与所述整流器连接的逆变器；
所述逆变器的直流输入端与直流母线连接；其交流输入端与所述交流电源的输出端连接，将两路输入经过合成处理后，再经过滤波电路滤波后输出交流电压信号给负载。
2.如权利要求1所述的逆变电路，其特征在于，所述逆变器包括：
控制器、第一可控开关、第二可控开关以及第三可控开关；
所述第一可控开关的一端连接至所述直流母线的正极，其另一端与所述第二可控开关连接，其控制端连接至所述控制器；
所述第二可控开关的一端与所述第一可控开关连接；其另一端连接至所述直流母线的负极，其控制端连接至所述控制器；
所述第三可控开关的一端连接至所述交流电源的输出端，另一端连接至所述第一可控开关与所述第二可控开关的连接端，其控制端连接至所述控制器；
所述控制器给出控制信号控制所述第一可控开关、第二可控开关以及第三可控开关的通断，由所述第一可控开关与所述第二可控开关的连接端输出交流电压信号。
3.如权利要求2所述的逆变电路，其特征在于，所述滤波电路的输入端连接至所述第一可控开关与所述第二可控开关的连接端，将所述第一可控开关与所述第二可控开关的连接端输出的交流电压信号滤波后输出给负载。
4.如权利要求2所述的逆变电路，其特征在于，所述第一可控开关、第二可控开关或第三可控开关为半导体开关或半导体开关并联或串联而成的开关。
5.如权利要求1所述的逆变电路，其特征在于，所述逆变器包括：
控制器、第四可控开关、第五可控开关、第六可控开关、第七可控开关、第一二极管、第二二极管；
所述第四可控开关的一端连接至所述直流母线的正极，其另一端与所述第五可控开关连接，其控制端连接至所述控制器；
所述第五可控开关的一端与所述第四可控开关连接，同时还通过所述第一二极管连接至所述交流电源的输出端，其另一端与所述第六可控开关连接，其控制端连接至所述控制器；
所述第六可控开关的一端与所述第五可控开关连接，其另一端与所述第七可控开关连接，同时通过所述第二二极管连接至所述交流电源的输出端，其控制端连接至所述控制器；
所述第七可控开关的一端与所述第六可控开关连接，其另一端连接至所述直流母线的负极，其控制端连接至所述控制器；
所述控制器给出控制信号控制所述第四可控开关、第五可控开关、第六可控开关以及第七可控开关的通断，由所述第五可控开关与所述第六可控开关的连接端输出交流电压信号。
6.如权利要求5所述的逆变电路，其特征在于，所述滤波电路的输入端连接至所述第五可控开关与所述第六可控开关的连接端，将所述第五可控开关与所述第六可控开关的连接端输出的交流电压信号滤波后输出给负载。
7.如权利要求5所述的逆变电路，其特征在于，所述第四可控开关、第五可控开关、第六可控开关或第七可控开关为半导体开关或半导体开关并联或串联而成的开关。
8.如权利要求1所述的逆变电路，其特征在于，所述逆变器包括：
控制器、第八可控开关、第九可控开关、第十可控开关、第十一可控开关、第十二可控开关；
所述第八可控开关的一端连接至直流母线的正极，其另一端与所述第九可控开关连接，其控制端连接至所述控制器；
所述第九可控开关的一端与所述第八可控开关连接，其另一端连接至直流母线的负极，其控制端连接至所述控制器；所述第八可控开关与所述第九可控开关的连接端连接至零线；
所述第十可控开关的一端连接至直流母线的正极，其另一端与所述第十一可控开关连接，其控制端连接至所述控制器；
所述第十一可控开关的一端与所述第十可控开关连接，其另一端连接至直流母线的负极，其控制端连接至所述控制器；
所述第十二可控开关的一端连接至所述交流电源的输出端，其另一端连接至所述第十可控开关与所述第十一可控开关的连接端，其控制端连接至所述控制器；
所述控制器给出控制信号控制所述第八可控开关、第九可控开关、第十可控开关、第十一可控开关以及第十二可控开关的通断，由所述第十可控开关与所述第十一可控开关的连接端输出交流电压信号。
9.如权利要求8所述的逆变电路，其特征在于，所述逆变器还包括一连接至直流母线的正极与直流母线负极之间的电容。
10.一种采用权利要求1的逆变电路实现的电源系统。
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