CN102684525B - 逆变器电路及逆变器电路的控制方法 - Google Patents

逆变器电路及逆变器电路的控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种逆变器电路及逆变器电路的控制方法，其中的逆变器电路包括直流源、交流电路和一个以上的逆变电桥，所述逆变电桥包括第一桥臂和第二桥臂，所述第一桥臂分别连接所述直流源的正极和负极，所述第二桥臂分别连接所述直流源的正极和负极，所述第一桥臂和所述第二桥臂并联设置，第一桥臂包括串联的第一开关元件组和第二开关元件组，第二桥臂包括串联的第三开关元件组和第四开关元件组；交流电路包括并联的第一交流源和第一电容，或包括并联的第一交流负载和第一电容。本发明实施例提供的技术方案能够在逆变器电路中实现软开关。

Description

逆变器电路及逆变器电路的控制方法
技术领域
本发明涉及电力电子技术领域，尤其涉及一种逆变器电路及逆变器电路的控制方法。
背景技术
逆变器电路是一种将直流电转换成交流电的电路，也是一种将直流能量转换为交流能量的电路，其包括输出交流电压形式，如不间断电源；以及跟随外部交流电压而输出交流电流的形式，如太阳能并网逆变器，风力并网发电机等。
现有的逆变器电路，在使用过程中为实现将直流能量转换为交流能量，需要对逆变器电路中的开关元件进行高频切换。因开关元件在开通和关断的切换过程中产生的开关损耗不同，可以将开关分为软开关和硬开关，具体的，在开关开通过程中，开关两端电压下降与流过开关的电流上升在时间上出现交叠而产生的功耗为开通损耗；或在开关关断过程中，流过开关的电流下降与开关两端电压上升在时间上出现交叠而产生的功耗为关断损耗。无法避免开关损耗的开关叫做硬开关，可以避免开关损耗的开关叫做软开关。
现有技术中的逆变电路使用的开关元件为硬开关，造成在将直流电转换为交流电的过程中功耗过大，能量转换效率低。
发明内容
本发明实施例提供一种逆变器电路及逆变器电路的控制方法，用以在逆变器电路中实现软开关。
本发明实施例提供了一种逆变器电路，包括直流源、交流电路和一个以上的逆变电桥，所述逆变电桥包括第一桥臂和第二桥臂，所述第一桥臂分别连接所述直流源的正极和负极，所述第二桥臂分别连接所述直流源的正极和负极，所述第一桥臂和所述第二桥臂并联设置；
所述第一桥臂包括串联的第一开关元件组和第二开关元件组，所述第一开关元件组包括并联的第一开关管和第一二极管单元，所述第一二极管单元的负极与所述直流源的正极连接，所述第二开关元件组包括并联的第二开关管和第二二极管单元，所述第二二极管单元的负极与所述直流源的正极连接；
所述第二桥臂包括串联的第三开关元件组和第四开关元件组，所述第三开关元件组包括并联的第三开关管和第三二极管单元，所述第三二极管单元的负极与所述直流源的正极连接，所述第四开关元件组包括并联的第四开关管和第四二极管单元，所述第四二极管单元的负极与所述直流源的正极连接；
所述交流电路包括并联的第一交流源和第一电容，或包括并联的第一交流负载和第一电容，所述交流电路的一端通过第一电感连接在所述第一桥臂的第一开关元件组和第二开关元件组之间，所述交流电路的另一端通过第二电感连接在所述第二桥臂的第三开关元件组和第四开关元件组之间。
本发明实施例提供了一种针对上述逆变器电路的控制方法，对于所述逆变器电路中的任一逆变电桥，根据如下的方法进行控制：
闭合第一开关管和第四开关管，令第二开关管和第三开关管断开，以使流经第一电感和第二电感的电感电流逐渐增大，所述电感电流分为流经第一交流源或第一交流负载的电流，以及对第一电容充电的电流；
在持续设定的第一时间段使所述流经第一电感和第二电感的电感电流达到峰值后，断开所述第一开关管；
第二二极管单元处于导通状态，闭合第二开关管，实现第二开关管的低电压导通。
本发明实施例提供了另一种针对上述逆变器电路的控制方法，对于所述逆变器电路中的任一逆变电桥，根据如下的方法进行控制：
闭合第一开关管和第四开关管，令第二开关管和第三开关管断开，以使流经第一电感和第二电感的电感电流逐渐增大，所述电感电流分为流经第一交流源或第一交流负载的电流，以及对第一电容充电的电流；
在持续设定的第一时间段使流经第一电感和第二电感的电感电流达到峰值后，断开所述第一开关管和所述第四开关管；
第二二极管单元和第三二极管单元处于导通状态，闭合第二开关管和第三开关管，以实现第二开关管和第三开关管的低电压导通。
本发明实施例提供了再一种针对上述逆变器电路的控制方法，
在交流电路包括第一交流源时，对于所述逆变器电路中的任一逆变电桥，根据如下的方法进行控制：
闭合第二开关管和第四开关管，令第一开关管和第三开关管断开，第一交流源供电，以使流经第一电感和第二电感的电感电流逐渐增大；
在持续设定的第一时间段使流经第一电感和第二电感的电感电流达到峰值后，断开所述第二开关管；
第一二极管单元处于导通状态，闭合第一开关管，实现第一开关管的低电压导通。
本发明实施例提供的逆变器电路及逆变器电路的控制方法，通过在各个逆变电桥的开关元件组中设置并联的开关管和二极管单元，以及在交流电路中设置并联的电压源和第一电容，或者是并联的电容和交流负载，并通过适当的控制方法，使得开关管可以在低电压状态下关断，并在低电流状态下导通，从而使得开关管具有软开关的功能，能够有效减少在开光开断过程中的能量损耗。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例中逆变器电路的结构示意图一；
图2为本发明实施例中逆变器电路的结构示意图二；
图3为本发明实施例中逆变器电路的工作原理示意图一；
图4为本发明实施例中逆变器电路的工作原理示意图二；
图5为本发明实施例中逆变器电路单极性输出的控制方法流程示意图；
图6A和图6B为本发明实施例中逆变器电路单极性调制的输出示意图；
图7为本发明实施例中逆变器电路的工作原理示意图三；
图8为本发明实施例中逆变器电路的工作原理示意图四；
图9为本发明实施例中逆变器电路双极性输出的控制方法流程示意图；
图10为本发明实施例中逆变器电路的结构示意图三；
图11为图10所述的逆变器电路的输出示意图；
图12为本发明实施例中无功补偿的电压、电流对比图；
图13为本发明实施例中无功补偿的工作原理示意图一；
图14为本发明实施例中无功补偿的工作原理示意图二；
图15为本发明实施例中无功补偿的工作原理示意图三；
图16为本发明实施例中无功补偿的工作原理示意图四；
图17为本发明实施例中无功补偿的工作原理示意图五；
图18为本发明实施例中无功补偿的工作原理示意图六；
图19为本发明实施例中无功补偿的工作原理示意图七；
图20为本发明实施例中无功补偿的工作原理示意图八。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
针对现有技术中逆变电路中的开关元件为硬开关，容易造成在将直流电转换为交流电的过程中损耗过大的问题，本发明实施例提供了一种逆变电路及逆变电路的控制方法，其能够通过对逆变电路的控制实现软开关，进而降低逆变过程中的能量损耗，提高能量转换效率。
图1为本发明实施例中逆变器电路的结构示意图一，如图1所示，该逆变器电路包括直流源DC、交流电路和一个以上的逆变电桥，所述逆变电桥包括第一桥臂和第二桥臂，其中，该直流源DC的输出电压是Udc，第一桥臂和第二桥臂并联设置，都分别连接在直流源的正极和负极之间，具体的，上述的第一桥臂包括串联的第一开关元件组11和第二开关元件组12，其中第一开关元件组11包括第一开关管Q1和第一二极管单元D1，第一二极管单元D1的负极与所述直流源DC的正极连接，第二开关元件组12包括第二开关管Q2和第二二极管单元D2，第二二极管单元D2的负极与所述直流源DC的正极连接；第二桥臂也包括串联的第三开关元件组13和第四开关元件组14，第三开关元件组13包括第三开关管Q3和第三二极管单元D3，第三二极管单元D3的负极与所述直流源DC的正极连接，第四开关元件组14包括第四开关管Q4和第四二极管单元D4，第四二极管单元D4的负极与所述直流源DC的正极连接；上述交流电路包括并联的第一交流源AC和第一电容C，或包括并联的第一交流负载AC和第一电容C，上述交流电路的一端通过第一电感连接在第一桥臂的第一开关元件组11与第二开关元件组12之间，所述交流电路的另一端通过第二电感连接在第二桥臂的第三开关元件组13与第四开关元件组14之间。
本发明上述实施例中，包括一个或多个逆变电桥，各逆变电桥包括并联设置的第一桥臂和第二桥臂，另外还包括交流电路，该交流电路的一端连接在第一桥臂的第一开关元件组与第二开关元件组之间，交流电路的另一端连接在第二桥臂的第三开关元件组与第四开关元件组之间，且该交流电路包括并联的第一电容和第一交流源；或者包括并联的第一交流负载和第一电容，上述的逆变器电路，可以通过对各个逆变电桥进行适当的控制实现软开关的功能。
例如在对上述的逆变器电路的任一逆变电桥的控制过程中，可以先闭合第一开关管和第四开关管，并令第二开关管和第三开关管断开，以使流经第一电感和第二电感的电感电流逐渐增大，上述电感电流分为流经第一交流源或第一交流负载的电流，以及对第一电容充电的电流；在持续设定的第一时间段后使所述流经第一电感和第二电感的电感电流达到峰值后，断开第一开关管；如上所述的，在第一开关管断开后，第二二极管单元先导通并处于导通状态，而第二开关管与第二二极管单元并联，此时第二二极管单元两端的电压等于二极管的正向导通压降，对于硅二极管而言，其值仅为0.3V～0.7V之间，因此可以第二开关管两端的电压降至很低，闭合第二开关管实现第二开关管的低电压导通。
进一步的，在闭合上述的第二开关管后，流经第一电感和第二电感的电感电流逐渐减小到零，被充电的第一电容放电产生流经所述第一电感和第二电感的反向电感电流并逐渐增大，在此过程中，若检测到流经第一电感和第二电感的电感电流或反向电感电流的绝对值小于第一门限时，断开所述第二开关管，上述的第一门限值可以根据实际的需要设置，例如可以设置其值为1A，也就可以实现第二开关管的低电流关断。
另外，在断开第二开关管后，使得第一二极管单元先导通，导致第一二极管单元的两端电压接近为零，此时闭合第一开关管，即可以实现第一开关管的低电压导通。
本发明上述实施例中，通过对逆变器电路的适当控制，可以实现各个开关管的低电压导通和低电流关断，从而达到软开关的效果。对于逆变器电路中的逆变电桥为两个以上时，控制不同逆变电桥上流经第一电感和第二电感的电感电流达到峰值的时间错开。
与上述技术方案中，保持第四开关管的闭合状态，高频转换第一开关管和第二开关管的状态实现软开关不同，还可以是保持第二开关管的闭合状态，高频转换第三开关管和第四开关管的状态实现软开关不同，具体的，闭合第二开关管和第三开关管，令第一开关管和第四开关管断开，以使流经第一电感和第二电感的电感电流逐渐增大，所述电感电流分为流经第一交流源或第一交流负载的电流，以及对第一电容充电的电流，在持续设定的第一时间段使所述流经第一电感和第二电感的电感电流达到峰值后，断开所述第三开关管；在断开第三开关管后，第四二极管单元首先导通，并处于导通状态，此时闭合第四开关管，能够实现第四开关管的低电压导通。
进一步的，闭合第四开关管后，流经第一电感和第二电感的电感电流逐渐减小到零，被充电的第一电容放电产生流经所述第一电感和第二电感的反向电感电流并逐渐增大，在此过程中，对流经所述第一电感和第二电感的电感电流和反向电感电流进行检测，若检测到流经所述第一电感和第二电感的电感电流或反向电感电流的绝对值小于第一门限时，断开所述第四开关管，能够所述第四开关管的低电流关断。
另外，在断开所述第四开关管后，所述第三二极管单元处于导通状态，第三二极管单元两端的电压较小，此时闭合所述第三开关管，能够实现所述第三开关管的低电压导通。
另外，本发明上述实施例中，对于逆变器电路中的逆变电桥为两个以上时，控制不同逆变电桥上流经第一电感和第二电感的电感电流达到峰值的时间错开。
另外，如图2所示，可以进一步的设置电阻R与第一电容C串联，该电阻R能够起到抑制谐振的作用，以及设置第三电感L3和第四电感L4，在所述交流电路包括第一交流源时，所述第一电容C与所述第三电感L3、所述第一交流源和第四电感L4组成的电路并联；在所述交流电路包括第一交流负载时，所述第一电容C与所述第三电感L3、所述第一交流负载和第四电感L4组成的电路串联。
具体的，上述通过对逆变器电路的逆变电桥中开关管的状态控制，可以实现逆变器电路的单极性调制输出。该单极性调制输出的工作原理图可如图3和图4所示，其一个输出周期内的步骤流程可以如图5所示，包括如下的步骤：
步骤101、闭合第一开关管Q1和第四开关管Q4，令Q1和Q4导通，同时令第二开关管Q2和第三开关管Q3断开，此时在一个回路中，电流从直流源的正极输出，会经过Q1、L1、C、L2、Q4回到直流源的负极，并可以进一步的设置电阻R与第一电容C串联，该回路的电流会对第一电容C充电，其设置的电阻R能够起到抑制谐振的作用；另外还包括一个回路，即电流从直流源的正极输出，会经过Q1、L1、AC、L2、Q4回到直流源的负极，并可以进一步的在AC的两端分别串联上第三电感L3和第四电感L4，也能够起到抑制谐振的作用。本步骤中，在Q1和Q4闭合初期，流经L1和L2的电感电流逐渐增大，在持续第一时间段使所述流经L1和L2的电流达到峰值后，断开Q1，该第一时间段可以根据输出需要而预先设定，其电感电流的峰值与第一时间段的长短相关；
步骤102、闭合Q2，此时，电感L1和L2会起到续流作用，在关断Q1后D2会随之导通，并处于导通状态，导通后D2和Q2两端的电压很小，接近为零，此时闭合Q2，能够实现Q2的低电压导通，在此过程中，电感续流，流经L1和L2的电感电流逐渐变小到零；
步骤103、在上述步骤101和步骤102中都会对C充电，待流经L1和L2的电感电流逐渐变小到零后，电容也会放电，产生流经L1和L2的反向电感电流，此过程中可以对流经所述L1和L2的电感电流和反向电感电流进行检测，待检测到流经L1和L2的电感电流小于第一门限时断开Q2，实现Q2的零电流关断，该第一门限可以设置为1A；
步骤104、闭合Q1，由于在Q2关断后，第一电容C的放电电流流经D1，此时D1处于导通状态，D1和Q1两端的接近为零，此时闭合Q1，即可实现Q1的零电压导通，回到上述步骤101中Q1和Q4同时闭合的阶段；
在前半个逆变器电路输出周期，重复执行上述的步骤101～步骤104，可以通过控制Q1由闭合到关断的时间，即第一时间段来控制流经L1和L2的电感电流的峰值，在第一个1/4周期内，可以逐渐增大上述的第一时间段，并在第二个1/4周期内，逐渐减小上述的第一时间段，具体的，流经L1和L2的电感电流可如图6A所示，其中的锯齿波表示流经L1和L2的实际电感电流变化情况，而上述实施例中使用了第一电容C，该第一电容C能够起到平滑电感电流的作用。
在上述过程中，在A、B两点间的电压Uab在Udc和0之间高频切换，通过对Q1闭合和关断时间的控制，使得Uab电压在Q4开通的半个周期内与正弦正半波在面积上等效，Uab的高频电压脉冲经过L1和L2的滤波作用，与交流源的正弦正半波同相位，实现电压跟随。
上述前半个周期，是通过对Q1、Q2和Q4的控制实现，在后半个周期，如图4所示，可以通过对Q2、Q3和Q4的控制实现，此过程中，Q2一直保持闭合状态。具体的包括如下的步骤：
步骤105、闭合第二开关管Q2和第三开关管Q3，令第二开关管Q2和第三开关管Q3导通，并令第一开关管Q1和第四开关管Q4断开，此时在一个回路中，电流从直流源的正极输出，会经过Q3、L2、C、L1、Q2回到直流源的负极，并可以进一步的设置电阻R与第一电容C串联，该回路的电流会对第一电容C充电，其设置的电阻R能够起到抑制谐振的作用；另外还包括一个回路，即电流从直流源的正极输出，会经过Q3、L2、AC、L1、Q2回到直流源的负极，并可以进一步的在AC的两端分别串联上电感L3和L4，也能够起到抑制谐振的作用。本步骤中，在Q2和Q3闭合初期，流经第一电感和第二电感的电感电流逐渐增大，在持续第一时间段使所述流经第一电感和第二电感的电感电流达到峰值后关断Q3，该第二时间段可以根据输出需要而预先设定，其电感电流的峰值与第一时间段的长短相关；
步骤106、闭合Q4，此时，步骤105中关断Q3后，由于电感L2和L1会起到续流作用，在关断Q1后D4会随之导通，并处于导通状态，导通后D4和Q4两端的电压很小，接近为零，此时开通Q4，能够实现Q4的零电压导通，在此过程中，流经L1和L2的电流逐渐变小到零；
步骤107、在上述步骤105和步骤106中都会对C充电，待流经L2和L1的电感电流逐渐变小到零后，第一电容也会放电，产生流经L1和L2的反向电感电流，此过程中可以对流经所述L1和L2的电感电流和反向电感电流进行检测，待检测到流经L1和L2的电流小于第一门限时断开Q4，实现Q4的零电流关断；
步骤108、闭合Q3，在Q4关断后，第一电容C的放电电流流经D3，此时D3处于导通状态，D3和Q3两端的接近为零，此时闭合Q3，即可实现Q3的零电压导通，回到上述步骤105中Q3和Q2同时导通的阶段；
在后半个逆变器电路输出周期内，重复执行上述的步骤105～步骤108，可以通过控制Q3由闭合到关断的时间来控制流经L1和L2的电感电流的峰值，在第三个1/4周期内，可以逐渐增大Q3由闭合到关断的时间，并在第四个1/4周期内，逐渐减小Q3由闭合到关断的时间，具体的流经L1和L2的电感电流可如图6B所示。
上述在实现逆变器电路单极性输出的过程中，是通过每次单独控制一个开关管的闭合或断开实现的，另外，还可以通过同时控制两个开关管的闭合或断开的方式，实现双极性调制输出，同时也能够实现软开关的效果。具体的，首先，闭合第一开关管和第四开关管，令第二开关管和第三开关管断开，以使流经第一电感和第二电感的电感电流逐渐增大，该电感电流分为流经第一交流源或第一交流负载的电流，以及对第一电容充电的电流；
在持续设定的第一时间段使流经第一电感和第二电感的电感电流达到峰值后，断开所述第一开关管和所述第四开关管；
第二二极管单元和第三二极管单元处于导通状态，闭合第二开关管和第三开关管，以实现第二开关管和第三开关管的低电压导通。
进一步的，在闭合所述第二开关管和所述第三开关管后，流经第一电感和第二电感的电感电流逐渐减小到零，被充电的第一电容放电，以及直流源供电产生流经所述第一电感和第二电感的反向电感电流并逐渐增大，在此过程中，若检测到流经所述第一电感和第二电感的电感电流或反向电感电流的绝对值小于第一门限时断开所述第二开关管和所述第三开关管，实现所述第二开关管和所述第三开关管的低电流关断。
另外，在断开所述第二开关管和所述第三开关管后，所述第一二极管单元和所述第四二极管单元处于导通状态，其两端的电压都很低，此时闭合所述第一开关管和所述第四开关管，能够实现所述第一开关管和所述第四开关管的低电压导通。
本发明上述实施例中实现了开关管的低电压导通和低电流关断，能够实现软开关的效果，对于所述逆变器电路中的逆变电桥为两个以上时，控制不同逆变电桥上流经第一电感和第二电感的电感电流达到峰值的时间错开。
与上述实施例中先闭合第一开关管和第四开关管不同，还可以先闭合第二开关管和第三开关管，令第一开关管和第四开关管断开，以使流经第一电感和第二电感的电感电流逐渐增大，所述电感电流分为流经第一交流源或第一交流负载的电流，以及对第一电容充电的电流，在持续设定的第一时间段使流经第一电感和第二电感的电感电流达到峰值后关断所述第二开关管和所述第三开关管；
第一二极管单元和第四二极管单元处于导通状态，闭合第一开关管和第四开关管，以实现第一开关管和第四开关管的低电压导通。
进一步的，闭合所述第一开关管和所述第四开关管后，流经第一电感和第二电感的电感电流逐渐减小到零，被充电的第一电容放电，以及直流源供电产生流经所述第一电感和第二电感的反向电感电流并逐渐增大，在此过程中，对流经所述第一电感和第二电感的电感电流和反向电感电流进行检测，待检测到流经所述第一电感和第二电感的电感电流或反向电感电流的绝对值小于第一门限时断开所述第一开关管和所述第四开关管，实现所述第一开关管和所述第四开关管的低电流关断。
另外，断开所述第一开关管和所述第四开关管后，所述第二二极管单元和所述第三二极管单元处于导通状态，闭合所述第二开关管和所述第三开关管，实现所述第二开关管和所述第三开关管的低电压导通。
本发明上述实施例中实现了开关管的低电压导通和低电流关断，能够实现软开关的效果，对于所述逆变器电路中的逆变电桥为两个以上时，控制不同逆变电桥上流经第一电感和第二电感的电感电流达到峰值的时间错开。该双极性调制输出方式，其与单极性调制的不同之处在于，双极性调制会使Q1、Q4同时闭合或断开，Q3和Q2也会同时断开，具体的参考图7和图8，其调制步骤可以参考图9。
具体的，如图9所示，该双极性调制输出可以包括如下的步骤：
步骤201、闭合第一开关管Q1和第四开关管Q4，并令第二开关管Q2和第三开关管Q3断开，此时在一个回路中，电流从直流源的正极输出，会经过Q1、L1、C、R、L2、Q4回到直流源的负极，该回路的电流会对第一电容C充电，其设置的电阻R能够起到抑制谐振的作用；另外还包括一个回路，即电流从直流源的正极输出，会经过Q1、L1、L3、AC、L4、L2、Q4回到直流源的负极，其中的第三电感L3和第四电感L4，也能够起到抑制谐振的作用。本步骤中，在Q1和Q4闭合初期，流经电感L1和L2的电感电流会逐渐增大，在持续第一时间段使所述流经L1和L2的电流达到峰值后，断开Q1和Q4，该第一时间段可以根据输出需要而预先设定，其电感电流的峰值与第一时间段的长短相关；
步骤202、闭合第二开关管Q2和第三开关管Q3，此时，电感L1和L2会起到续流作用，在关断Q1后D2和D3会随之导通，并处于导通状态，导通后D2和Q2两端的电压，以及D3和Q3两端的电压会很小，接近为零，此时闭合Q2和Q3，能够实现Q2和Q3的低电压导通，在此过程中，电感续流，流经L1和L2的电感电流逐渐变小到零；
步骤203、在上述步骤201和步骤202中都会对C充电，当流经L1和L2的电流逐渐变小到零后，第一电容会放电，以及直流源DC的供电都会产生流经电感L1和L2的反向电感电流，此过程中可以控制流经L1和L2的电感电流较小，因此可以对流经L1和L2的电感电流进行测量，待检测到流经L1和L2的电流小于第一门限时断开Q2和Q3，实现Q2和Q3的低电流关断；
步骤204、闭合Q1和Q4，由于在Q2和Q3关断后，第一电容C的放电电流流经D1和D4，此时D1和D4导通，此时Q1和Q4两端的接近为零，因此可以实现Q1和Q4的低电压导通，回到上述步骤201中Q1和Q4同时导通的阶段继续执行；
在前半个交流电的输出周期，重复执行上述的步骤201～步骤204，可以通过控制Q1和Q4由闭合到断开的时间，即第一时间段来控制流经L1和L2的电感电流的峰值，在第一个1/4周期内，可以逐渐增大上述的第一时间段，即增大Q1和Q4由闭合到断开的时间，并在第二个1/4周期内，逐渐减小上述的第一时间段，即减小Q1和Q4由闭合到断开的时间。
在后半个周期，可以重复执行如下的步骤：
步骤205、闭合第二开关管Q2和第三开关管Q3，并令第一开关管Q1和第四开关管Q4断开，此时在一个回路中，电流从直流源的正极输出，会经过Q3、L2、R、C、L1、Q2回到直流源的负极，该回路的电流会对第一电容C充电，其设置的电阻R能够起到抑制谐振的作用；另外还包括一个回路，即电流从直流源的正极输出，会经过Q3、L2、L4、AC、L3、L1、Q2回到直流源的负极，其中的第三电感L3和第四电感L4，也能够起到抑制谐振的作用。本步骤中，流经电感L1和L2的电感电流会逐渐增大，在持续第一时间段后断开Q2和Q3，该第一时间段可以根据实际需要而预先设定，其电感电流的峰值与第一时间段的长短相关；
步骤206、闭合Q1和Q4，此时，步骤205中关断Q2和Q3后，由于电感L2和L1会起到续流作用，并且D1和D4会随之导通，导通后D1和D4两端的电压，以及Q1和Q4两端的电压会很小，接近为零，此时闭合Q1和Q4，能够实现Q1和Q4的低电压导通，在此过程中，电感续流，流经L2和L1的电流逐渐变小到零；
步骤207、在上述步骤205和步骤206中都会对C充电，待流经L2和L1的电流逐渐变小到零后，第一电容会放电，以及直流源DC的供电，使得产生流经电感L2和L1方向的电感电流，此过程中可以控制流经L1和L2的电感电流较小，因此可以对流经L1和L2的电感电流进行测量，待检测到流经L1和L2的电感电流小于第一门限时断开Q1和Q4，实现Q1和Q4的低电流关断；
步骤208、闭合Q2和Q3，在Q1和Q4关断后，C的放电电流流经D2和D3，D2和D3导通，此时Q2和Q3两端的接近为零，此时闭合Q2和Q3，即可实现Q2和Q3的低电压导通，回到上述步骤201中Q2和Q3同时导通的阶段继续执行；
重复执行上述的步骤205～步骤208，可以通过控制第一时间段，即Q2和Q3由闭合到断开的时间来控制流经L1和L2的电感电流的峰值，在第一个1/4周期内，可以逐渐增大Q2和Q3由闭合到断开的时间，并在第二个1/4周期内，逐渐减小Q2和Q3由闭合到断开的时间。
由以上分析可知，在前1/2个周期和后1/2个周期，其中流经L1和L2的电流方向不同，可以实现双极性输出。同时在上述的技术方案中，也实现了开关管的零电流断开和零电压导通，达到了软开关的效果。
本发明上述实施例中提供的逆变器电路，可以由直流源供电实现开关管作为软开关的效果，另外，对于交流电路中包括交流源的情况，也可以实现由交流源供电的情况下，通过对任一逆变电桥的控制，也实现软开关的效果。
具体的，可以参照图14，首先闭合第二开关管Q2和第四开关管Q4，令第一开关管Q1和第三开关管Q3断开，第一交流源AC供电，以使流经第一电感1和第二电感L2的电感电流逐渐增大，在持续设定的第一时间段使流经第一电感L1和第二电感L2的电感电流达到峰值后，断开所述第二开关管Q2；流经第一电感L1和第二电感L2的电感电流达到峰值的大小和设定的第一时间段的长短有关；
在第二开关管Q2断开后，第一二极管单元D1处于导通状态，其两端的电压很低，此时闭合第一开关管Q1，能够实现第一开关管Q1的低电压导通。
进一步，在闭合第一开关管Q1后，在流经第一电感L1和第二电感L2的电感电流逐渐减小到零，直流源DC供电产生流经所述第一电感L1和第二电感L2的反向电感电流并逐渐增大的过程中，若检测到流经所述第一电感L1和第二电感L2的电感电流或反向电感电流的绝对值小于第一门限时，断开所述第一开关管Q1，实现所述第一开关管Q1的低电流关断。
另外，在断开所述第一开关管Q1后，第二二极管单元D2处于导通状态，两端的电压很低，此时闭合第二开关管Q2，实现第二开关管Q2的低电压导通。
在执行上述步骤的过程中，可以实现开关管的软开关性能，并且进一步的可以在逆变器电路的前半个输出周期内重复执行上述的步骤，对于一个1/4周期，依次增大第一时间段的长度，对于第二个1/4周期，依次减小第一时间段的长度，使得流经L1和L2的电流的峰值先增大后减小。另外，对于所述逆变器电路中的逆变电桥为两个以上的情况，可以控制不同逆变电桥上流经第一电感和第二电感的电感电流达到峰值的时间错开。
另外，对于逆变器电路的后半个输出周期，可以按照如下的方法进行控制，参考图16，首先，闭合第二开关管Q2和第四开关管Q4，令第一开关管Q1和第三开关管Q3断开，第一交流源AC供电，流经第一电感L1和第二电感L2的电感电流逐渐增大，持续设定的第一时间段使流经第一电感L1和第二电感L2的电感电路达到峰值后断开所述第四开关管Q4；
断开第四开关管Q4后，第三二极管单元D3处于导通状态，此时闭合第三开关管Q3，实现第三开关管Q3的低电压导通。
进一步的，上述实施例中还可以闭合在第三开关管Q3后，在流经第一电感L1和第二电感L2的电感电流逐渐减小到零，直流源供电产生流经所述第一电感L1和第二电感L2的反向电感电流并逐渐增大的过程中，对流经所述第一电感L1和第二电感L2的电感电流和反向电感电流进行检测，待检测到流经所述第一电感L1和第二电感L2的电感电流或反向电感电流的绝对值小于第一门限时断开所述第三开关管Q3，实现所述第三开关管Q3的低电流关断。
另外，在断开第三开关管Q3后，第四二极管单元D4处于导通状态，两端的电压很低，此时闭合第四开关管Q4，能够实现第四开关管Q4的低电压导通。
在逆变器电路的前半个输出周期内重复执行上述的步骤，其可以实现开关管的软开关性能，并且进一步的可以在第一个1/4周期内，依次增大第一时间段的长度，对于第二个1/4周期，依次减小第一时间段的长度，使得流经L1和L2的电流的峰值先增大后减小。另外，对于所述逆变器电路中的逆变电桥为两个以上的情况，可以控制不同逆变电桥上流经第一电感和第二电感的电感电流达到峰值的时间错开。
本发明上述实施例中是以一个逆变电桥为例，对如何实现软开关进行了说明，另外在逆变器电路中还可以包括两个以上的逆变电桥，如图9所示，其给出了在逆变电路中包括两个逆变电桥的电路结构示意图。
具体的，如图10所示，该逆变器电路在第一个逆变电桥的基础上，还包括另一个逆变电桥，即第三桥臂和第四桥臂，该第三桥臂分别连接所述直流源的正极和负极，所述第三桥臂和所述第一桥臂并联设置；第四桥臂分别连接所述直流源的正极和负极，所述第四桥臂和所述第二桥臂并联设置。
上述第三桥臂包括串联的第五开关元件组15和第六开关元件组16，所述第五开关元件组15包括并联的第五开关管Q12和第五二极管单元D12，所述第五二极管单元D12的负极与所述直流源的正极连接，所述第六开关元件组16包括并联的第六开关管和Q22第六极管单元D22，所述第六极管单元D22的负极与所述直流源的正极连接；
所述第四桥臂包括串联的第七开关元件组21和第八开关元件组22，所述第七开关元件组21包括并联的第七开关管Q32和第七二极管单元D32，所述第七二极管单元D32的负极与所述直流源的正极连接，所述第八开关元件组22包括并联的第八开关管Q42和第八二极管单元D42，所述第八二极管单元D42的负极与所述直流源的正极连接；
对于交流电路，其一端通过电感L5连接在第三桥臂的第五开关元件组15和第六开关元件组16之间，另一端通过电感L6连接在第四桥臂的第七开关元件组21和第八开关元件组22之间，上述的电感L5和L6的作用和连接关系与第一个逆变电桥中的第一电感L1和第二电感L2相同。
对于图10所示的逆变器电路的各个逆变电桥分别利用上述实施例提供的控制方法进行控制，且控制不同逆变电桥上流经第一电感和第二电感的电感电流达到峰值的时间错开，也就是对于图10中两个逆变电桥的技术方案中，流经L1和L2的电流，与流经L5和L6的电流达到峰值的时间错开。如图11所示，其中上半部分可以看作是流经L1和L2的电流，下半部分可以看作是流经L5和L6的电流，二者的电流叠加，并且到达峰值的时间错开。
另外，在本发明上述各个实施例中，其中每个开关元件组中的开关管和二极管单元可以是独立设置的电子元件，即并联的第一开关管Q1和第一二极管单元D1为独立设置的电子元件，所述第二开关管Q2和第二二极管单元D2为独立设置的电子元件，所述第三开关管Q3和第三二极管单元D3为独立设置的电子元件，以及所述第四开关管Q4和第四二极管单元D4为独立设置的电子元件。
并且，本发明具体实施例中，其中的第一二极管单元D1、所述第二二极管单元D2、所述第三二极管单元D3或所述第四二极管单元D4可以由如下任一方式构成：单独设置的一个二极管或串联的两个以上的二极管组成的二极管组。而上述的第一开关管Q1、第二开关管Q2、第三开关管Q3和所述第四开关管Q4可以为如下的任一开关管：MOSFET管、三极管、IGBT管或晶闸管。
另外，由于在MOSFET管中会寄生一个二极管，该MOSFET管本身就包括了开关管和二极管的功能，因此可以使用该寄生的二极管作为二极管单元，此时的第一开关元件组、所述第二开关元件组、所述第三开关元件组和所述第四开关元件组可以直接使用MOSFET管。第一开关管Q1和所述第一二极管单元D1，所述第二开关管Q2和所述第二二极管单元D2，所述第三开关管Q3和所述第三二极管单元D3，以及所述第四开关管Q4和所述第四二极管单元D4均为相应的MOSFET管中的元件。
本发明上述实施例提供的技术方案也能够实现功补偿功能，具体的无功补偿可以如图12所示，在T1和T3时间段，其中电压源AC的输出电压和电流同相；其工作同正常纯有功输出一样，仅电流的设置会稍有不同，其可以通过控制导通时间达到，而在T2和T3时间段内，可以控制使电压源AC的输出电压和电流反相，即可实现无功补偿。
具体的，针对上述提及的单极性调制输出方式，其电路可以如图13、14、15和16所示，分别对应时间段T1、T2、T3和T4，以下对其工作原理进行说明：
a)、对应图12的时间段T1，如图13所示，可以控制电流方向从L1，经第一电压源AC至L2，并且控制第一电压源AC的正极在L1一侧，第一电压源的负极在L2一侧，该工作周期内Q4一直保持导通状态，Q3一直断开，Q1作为主控开关管，使Q1和Q2高频交替工作，T1时间段内第一电压源的输出电压与电流方向同相，可以实现正常纯有功输出；
b)、对应图11中的时间段T2，如图14所示，第一电压源AC的正极在L1一侧，第一电压源的负极在L2一侧，第一电压源AC供电，电流从L2，经电压源AC至L1，可以先闭合Q2和Q4，其中一个电流回路为L3、L1、Q2、Q4(D4)、L2、L4和交流源，另一个回路由C、L1、Q2、Q4(D4)、R、C构成，当关断Q2时，L1和L2上的电流流经D1(Q1)、第一电流源DC，再到Q4(D4)形成回路。通过调节Q2的导通时间可以得到不同的输出电流。在电压过零点时，为了维持电流，可以增加Q2和Q4的导通时间。该时间段T2内，第一电流源AC的输出电压和电流反向，可以实现市电向逆变器电路灌入无功，改时间段T2内，Q4一直处于导通状态，Q1和Q2高频交替工作，Q2作为主控开关管；
c)、对应图11的时间段T3，如图15所示，可以控制电流方向从L2，经电压源AC至L1，并且控制电压源AC的正极在L2一侧，电压源的负极在L1一侧，使得电压源的输出电压与电流同相，可以实现正常纯有功输出，该时间段T3内，Q2一直处于导通状态，Q3和Q4进行高频交替工作，Q3作为主控开关管使用；
d)、对应图11中的时间段T4，如图16所示，电压源的正极在L2一侧，电压源的负极在L1一侧，电流从L1，经电压源至L2，可以先闭合Q2和Q4，其中一个电流回路为L4、L2、Q4、Q2(D2)、L2、L3和交流源，另一个回路由C、R、L2、Q4(D4)、L1、C构成，该时间段T4内，电流源的输出电压和电流反相，可以实现市电向逆变电路灌入无功，期间Q2一直处于导通状态，Q3和Q4高频交替工作，Q4作为主控管。
另外，对于双极性调制方案，也可以实现无功补偿，具体的可如图17、图18、图19和图20所示。
如图17所示，在T1时间段内，首先闭合Q1和Q4，令Q3和Q2关断，电流从L1，经第一电压源AC至L2，第一电压源的正极位于L1一侧，第一电压源的负极位于L2一侧，在之后的控制过程中，重复同时断开Q1和Q4，以及同时闭合Q3和Q3，使得在T1时间段内，输出电压和电流同相，可以实现纯有功输出；
如图18所示，在T2时间段内，首先闭合Q2和Q3，令Q1和Q4关断，电流从L2，经第一电压源AC至L1，第一电压源的正极位于L1一侧，第一电压源的负极位于L2一侧，在之后的控制过程中，重复同时断开Q2和Q3，以及同时闭合Q1和Q4，使得在T2时间段内，输出电压和电流反相，可以实现市电向逆变电路灌入无功。
如图19所示，在T3时间段内，首先闭合Q1和Q4，令Q3和Q2关断，电流从L1，经第一电压源AC至L2，第一电压源的正极位于L1一侧，第一电压源的负极位于L2一侧，在之后的控制过程中，重复同时断开Q1和Q4，以及同时闭合Q3和Q3，使得在T3时间段内，输出电压和电流同相，可以实现纯有功输出；
如图20所示，在T4时间段内，首先闭合Q2和Q3，令Q1和Q4关断，电流从L2，经第一电压源AC至L1，第一电压源的正极位于L1一侧，第一电压源的负极位于L2一侧，在之后的控制过程中，重复同时断开Q2和Q3，以及同时闭合Q1和Q4，使得在T4时间段内，输出电压和电流反相，可以实现市电向逆变电路灌入无功。
本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (11)

1.一种逆变器电路的控制方法，其特征在于，
所述逆变器电路包括：直流源、交流电路和一个以上的逆变电桥，所述逆变电桥包括第一桥臂和第二桥臂，所述第一桥臂和所述第二桥臂并联设置；
所述第一桥臂包括串联的第一开关元件组和第二开关元件组，所述第一开关元件组包括并联的第一开关管和第一二极管单元，所述第一二极管单元的负极与所述直流源的正极连接，所述第二开关元件组包括并联的第二开关管和第二二极管单元，所述第二二极管单元的正极与所述直流源的负极连接；
所述第二桥臂包括串联的第三开关元件组和第四开关元件组，所述第三开关元件组包括并联的第三开关管和第三二极管单元，所述第三二极管单元的负极与所述直流源的正极连接，所述第四开关元件组包括并联的第四开关管和第四二极管单元，所述第四二极管单元的正极与所述直流源的负极连接；
所述交流电路包括并联的第一交流源和第一电容，或包括并联的第一交流负载和第一电容，所述交流电路的一端通过第一电感连接在所述第一桥臂的第一开关元件组和第二开关元件组之间，所述交流电路的另一端通过第二电感连接在所述第二桥臂的第三开关元件组和第四开关元件组之间；
对于所述逆变器电路中的任一逆变电桥，根据如下的方法进行控制：
闭合第一开关管和第四开关管，令第二开关管和第三开关管断开，以使流经第一电感和第二电感的电感电流逐渐增大，所述电感电流分为流经第一交流源或第一交流负载的电流，以及对第一电容充电的电流；
在持续设定的第一时间段使流经所述第一电感和所述第二电感的电感电流达到峰值后，断开所述第一开关管；
第二二极管单元处于导通状态，闭合所述第二开关管，实现所述第二开关管的低电压导通；
在所述闭合第二开关管后，所述方法还包括：
在流经所述第一电感和所述第二电感的电感电流逐渐减小到零，被充电的所述第一电容放电产生流经所述第一电感和所述第二电感的反向电感电流并逐渐增大的过程中，若检测到流经所述第一电感和所述第二电感的电感电流或反向电感电流的绝对值小于第一门限时，断开所述第二开关管，实现所述第二开关管的低电流关断。
2.根据权利要求1所述的逆变器电路的控制方法，其特征在于，所述所述第一开关元件组还包括与第一开关管并联的第一二极管单元，所述第一二极管单元的负极与所述直流源的正极连接，则在所述断开第二开关管后，所述方法还包括：
第一二极管单元处于导通状态，闭合所述第一开关管，实现所述第一开关管的低电压导通。
3.根据权利要求1或2所述的逆变器电路的控制方法，其特征在于，在所述逆变器电路中的逆变电桥为两个以上时，控制不同逆变电桥上流经所述第一电感和所述第二电感的电感电流达到峰值的时间错开。
4.一种逆变器电路的控制方法，其特征在于，
所述逆变器电路包括：直流源、交流电路和一个以上的逆变电桥，所述逆变电桥包括第一桥臂和第二桥臂，所述第一桥臂分别连接所述直流源的正极和负极，所述第二桥臂分别连接所述直流源的正极和负极，所述第一桥臂和所述第二桥臂并联设置；
所述第一桥臂包括串联的第一开关元件组和第二开关元件组，所述第一开关元件组包括并联的第一开关管和第一二极管单元，所述第一二极管单元的负极与所述直流源的正极连接，所述第二开关元件组包括并联的第二开关管和第二二极管单元，所述第二二极管单元的正极与所述直流源的负极连接；
所述第二桥臂包括串联的第三开关元件组和第四开关元件组，所述第三开关元件组包括并联的第三开关管和第三二极管单元，所述第三二极管单元的负极与所述直流源的正极连接，所述第四开关元件组包括并联的第四开关管和第四二极管单元，所述第四二极管单元的正极与所述直流源的负极连接；
所述交流电路包括并联的第一交流源和第一电容，或包括并联的第一交流负载和第一电容，所述交流电路的一端通过第一电感连接在所述第一桥臂的第一开关元件组和第二开关元件组之间，所述交流电路的另一端通过第二电感连接在所述第二桥臂的第三开关元件组和第四开关元件组之间；
对于所述逆变器电路中的任一逆变电桥，根据如下的方法进行控制：
闭合第一开关管和第四开关管，令第二开关管和第三开关管断开，以使流经第一电感和第二电感的电感电流逐渐增大，所述电感电流分为流经第一交流源或第一交流负载的电流，以及对第一电容充电的电流；
在持续设定的第一时间段使流经所述第一电感和所述第二电感的电感电流达到峰值后，断开所述第一开关管和所述第四开关管；
第二二极管单元和第三二极管单元处于导通状态，闭合所述第二开关管和所述第三开关管，以实现所述第二开关管和所述第三开关管的低电压导通。
5.根据权利要求4所述的逆变器电路的控制方法，其特征在于，在所述闭合第二开关管和第三开关管后，所述方法还包括：
在流经所述第一电感和所述第二电感的电感电流逐渐减小到零，被充电的第一电容放电，以及直流源供电产生流经所述第一电感和所述第二电感的反向电感电流并逐渐增大的过程中，若检测到流经所述第一电感和所述第二电感的电感电流或反向电感电流的绝对值小于第一门限时，断开所述第二开关管和所述第三开关管，实现所述第二开关管和所述第三开关管的低电流关断。
6.根据权利要求5所述的逆变器电路的控制方法，其特征在于，所述第一开关元件组还包括与第一开关管并联的第一二极管单元，所述第一二极管单元的负极与所述直流源的正极连接，所述第四开关元件组还包括与第四开关管并联的第四二极管单元，所述第四二极管单元的正极与所述直流源的负极连接，则在所述断开第二开关管和所述第三开关管后，所述方法还包括：
第一二极管单元和第四二极管单元处于导通状态，闭合所述第一开关管和所述第四开关管，实现所述第一开关管和所述第四开关管的低电压导通。
7.根据权利要求4-6任一所述的逆变器电路的控制方法，其特征在于，在所述逆变器电路中的逆变电桥为两个以上时，控制不同逆变电桥上流经所述第一电感和所述第二电感的电感电流达到峰值的时间错开。
8.一种逆变器电路的控制方法，其特征在于，
所述逆变器电路包括：直流源、交流电路和一个以上的逆变电桥，所述逆变电桥包括第一桥臂和第二桥臂，所述第一桥臂分别连接所述直流源的正极和负极，所述第二桥臂分别连接所述直流源的正极和负极，所述第一桥臂和所述第二桥臂并联设置；
所述第一桥臂包括串联的第一开关元件组和第二开关元件组，所述第一开关元件组包括并联的第一开关管和第一二极管单元，所述第一二极管单元的负极与所述直流源的正极连接，所述第二开关元件组包括并联的第二开关管和第二二极管单元，所述第二二极管单元的正极与所述直流源的负极连接；
所述第二桥臂包括串联的第三开关元件组和第四开关元件组，所述第三开关元件组包括并联的第三开关管和第三二极管单元，所述第三二极管单元的负极与所述直流源的正极连接，所述第四开关元件组包括并联的第四开关管和第四二极管单元，所述第四二极管单元的正极与所述直流源的负极连接；
所述交流电路包括并联的第一交流源，所述交流电路的一端通过第一电感连接在所述第一桥臂的第一开关元件组和第二开关元件组之间，所述交流电路的另一端通过第二电感连接在所述第二桥臂的第三开关元件组和第四开关元件组之间；
在交流电路包括第一交流源时，对于所述逆变器电路中的任一逆变电桥，根据如下的方法进行控制：
闭合第二开关管和第四开关管，令第一开关管和第三开关管断开，第一交流源供电，以使流经第一电感和第二电感的电感电流逐渐增大；
在持续设定的第一时间段使流经所述第一电感和所述第二电感的电感电流达到峰值后，断开所述第二开关管；
第一二极管单元处于导通状态，闭合所述第一开关管，实现所述第一开关管的低电压导通。
9.根据权利要求8所述的逆变器电路的控制方法，其特征在于，在所述闭合第一开关管后，所述方法还包括：
在流经所述第一电感和所述第二电感的电感电流逐渐减小到零，直流源供电产生流经所述第一电感和所述第二电感的反向电感电流并逐渐增大的过程中，若检测到流经所述第一电感和所述第二电感的电感电流或反向电感电流的绝对值小于第一门限时，断开所述第一开关管，实现所述第一开关管的低电流关断。
10.根据权利要求9所述的逆变器电路的控制方法，其特征在于，所述第二开关元件组还包括与第二开关管并联的第二二极管单元，所述第二二极管单元的正极与所述直流源的负极连接，则在所述断开第一开关管后，所述方法还包括：
第二二极管单元处于导通状态，闭合所述第二开关管，实现所述第二开关管的低电压导通。
11.根据权利要求8-10任一所述的逆变器电路的控制方法，其特征在于，在所述逆变器电路中的逆变电桥为两个以上时，控制不同逆变电桥上流经所述第一电感和所述第二电感的电感电流达到峰值的时间错开。
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