CN102882402A

CN102882402A - 逆变器和不间断电源

Info

Publication number: CN102882402A
Application number: CN2012103758619A
Authority: CN
Inventors: 张维; 陈构宜; 崔兆雪
Original assignee: Huawei Technologies Co Ltd
Current assignee: Huawei Digital Power Technologies Co Ltd
Priority date: 2012-09-29
Filing date: 2012-09-29
Publication date: 2013-01-16
Anticipated expiration: 2032-09-29
Also published as: CN102882402B

Abstract

本发明公开了一种逆变器和不间断电源，涉及电力电子技术领域，能够使用较低成本对滤波电感电流进行检测，并且避免了延时以及无法检测直流分量的问题。该逆变器包括：斩波电路、连接于斩波电路的控制电路以及连接于斩波电路的滤波电感，滤波电感包括n股导线，其中n≥2，n股导线长度相同并绕在同一磁芯上，且n股导线的横截面积相同，n股导线包括p股第一导线，其中n>p≥1，逆变器还包括：用于检测p股第一导线上的总电流的霍尔传感器；连接于霍尔传感器的低通滤波器；用于检测n股导线上总电流并输出第三测量值的电流互感器；计算单元，用于根据霍尔传感器的输出信号获得反映n股导线上总电流的直流分量大小的第四测量值。

Description

逆变器和不间断电源

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和不间断电源。

背景技术

逆变器是一种将直流电转化为交流电的装置，被广泛应用。发展至今，逆变器有许多电路拓扑，以电压型逆变器为例，可以为半桥逆变器、全桥逆变器、多电平逆变器等。如图1所示，不论哪种拓扑，逆变器主要包括5部分：直流源1、斩波电路2、LC滤波电路、检测电路4和控制电路3。其中滤波电感L的电流需要被检测，一是为了使控制电路根据测量信号进行环路控制以稳定输出，二是为了逐波限流以防止斩波电路中的开关管损坏。

现有技术中检测电路4采用单独的电流互感器（Current Transformer，简称CT）或者霍尔传感器（Hall Current Transformer，简称HCT）对滤波电感电流进行检测并输出电压信号至控制电路，控制电路根据电压信号对电路进行控制。如果使用HCT对滤波电感电流进行检测，由于相同容量的HCT相对于CT价格高很多，从而增大了成本，并且，HCT的输出信号相对于实际的电流信号有几微秒的延时，从而增加了环路控制的延时并且在进行逐波限流时会使实际的限流点高于理论限流点，增大了逐波限流时的电流应力。如果使用CT对滤波电感电流进行检测，如果逆变器的负载为半波载或者在多个逆变器进行并机时，滤波电感电流中会包括直流分量，由于CT自身的特性，无法检测出直流分量，因此无法实现精确控制。

发明内容

本发明提供一种逆变器和不间断电源，能够使用较低成本对滤波电感电流进行检测，并且避免了延时以及无法检测直流分量的问题。

为解决上述技术问题，一方面，本发明提供了一种逆变器，包括：

斩波电路、连接于所述斩波电路的控制电路以及连接于所述斩波电路的滤波电感，其特征在于，所述滤波电感包括n股导线，其中为大于或等于2的自然数，所述n股导线长度相同并绕在同一磁芯上，且所述n股导线的横截面积相同，所述n股导线包括p股第一导线，其中n>p≥1，

所述逆变器还包括：与所述p股第一导线连接的霍尔传感器、与所述霍尔传感器连接的低通滤波器、与所述n股导线连接的电流互感器、与所述低通滤波器和所述电流互感器连接的计算单元；

所述霍尔传感器用于检测所述p股第一导线上的总电流，并输出第一测量值至所述低通滤波器；

所述低通滤波器用于滤除所述第一测量值中的交流分量以得到第二测量值，并输出所述第二测量值至所述计算单元；

所述电流互感器用于检测所述n股导线上总电流，并输出第三测量值至所述计算单元；

所述计算单元用于根据所述第二测量值获得所述n股导线上总电流的直流分量的第四测量值，并输出所述第四测量值与所述第三测量值之和至所述控制电路；

所述控制电路用于根据所述第四测量值与所述第三测量值之和对斩波电路进行环路控制和逐波限流。

进一步地，还包括：连接于所述斩波电路的直流源和连接于所述直流源的滤波电容；

所述n股导线中每股导线的一端连接于所述斩波电路；

所述n股导线还包括n-p股第二导线，其中所述p股第一导线的另一端连接于第一节点，所述n-p股第二导线的另一端连接于第二节点

所述第一节点连接于所述第二节点，所述第二节点连接于所述滤波电容的一端，所述滤波电容的另一端连接于所述直流源；

所述霍尔传感器的输入端连接于所述第一节点和第二节点之间，其输出端连接于所述低通滤波器的输入端；

所述电流互感器的输入端连接于所述第二节点与所述滤波电容之间；

计算单元的输入端连接于所述低通滤波器的输出端和所述电流互感器的输出端，其输出端连接于所述控制电路。

具体地，其中U2为所述第二测量值，U4为所述第四测量值。

另一方面，本发明还提供了一种不间断电源，包括：

上述的逆变器；

用于给所述逆变器提供直流电的电池；

用于给所述逆变器提供直流电和给所述电池充电的整流器。

具体地，所述逆变器为半桥逆变器、全桥逆变器或多电平逆变器。

本发明提供的逆变器，由于可以使用较低容量等级的霍尔传感器，因此成本更低，且由于同时使用了电流互感器进行电感电流检测，减少了延时和逐波限流时的电流应力。与现有技术中单独使用电流互感器进行电感电流检测相比，能够同时对电感电流直流分量进行检测，使得环路控制更加精确。

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简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术中一种逆变器的示意图；

图2为本发明实施例中一种逆变器的示意图。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅仅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。

如图2所示，本发明实施例提供了一种逆变器，包括：

直流源1，与直流源1连接的斩波电路2，与斩波电路2连接的控制电路3，连接于直流源1和斩波电路2的滤波电路，滤波电路包括滤波电感和滤波电容C，滤波电容C并联于负载两端，为输出滤波电容；需要说明的是，若逆变器为电压型逆变器，则直流源1为电压源，若逆变器为电流型逆变器，则直流源1为电流源。

滤波电感包括n股导线，其中n为大于或等于2的自然数；n股导线长度相同并绕在同一磁芯上，且上述n股导线的横截面积相同；其中，每股导线的一端连接于斩波电路2；n股导线包括p股第一导线e1，其中n>p≥1，

逆变器还包括：与p股第一导线e1连接的霍尔传感器HCT、与霍尔传感器HCT连接的低通滤波器4、与n股导线连接的电流互感器CT、与低通滤波器4和电流互感器CT连接的计算单元5；

霍尔传感器HCT用于检测p股第一导线e1上的总电流，并输出第一测量值U1至所述低通滤波器4，第一测量值U1为能够反映p股第一导线e1上的总电流大小的电压信号；

低通滤波器4用于滤除第一测量值U1中的交流分量以得到第二测量值U2，并输出第二测量值U2至计算单元5，第二测量值U2为能够反映p股第一导线e1上总电流中直流分量大小的电压信号；

电流互感器CT用于检测n股导线上总电流，并输出第三测量值U3至计算单元5，第三测量值U3为能够反映n股导线上总电流中交流分量大小的电压信号；

计算单元5用于根据第二测量值U2获得n股导线上总电流的直流分量的第四测量值U4，并输出第四测量值U4与第三测量值U3之和至控制电路3，第四测量值U4为能够反映n股导线上总电流中直流分量大小的电压信号，第三测量值U3与第四测量值U4之和为能够反映n股导线上包括直流分量和交流分量的实际总电流大小的电压信号；

控制电路3用于根据第四测量值U4与第三测量值U3之和对斩波电路2进行环路控制和逐波限流。

具体的滤波电感电流检测方法为：使用较低容量等级的霍尔传感器HCT检测电感中部分导线上的总电流，得到第一测量值，低通滤波器滤除第一测量值中的交流分量以得到只含有直流分量的第二测量值，由于电感中每股导线长度和横截面积相同并绕在同一磁芯上，因此流过每股导线电流的直流分量大小相等，计算单元根据第二测量值计算能够反映流过所有导线上电流中直流分量大小的第四测量值；使用电流互感器CT检测电感中所有导线上的总电流，得到能够反映流过所有导线上电流中交流分量大小的第三测量值；将第三测量值与第四测量值之和输出至控制电路。

本发明实施例中的逆变器，由于可以使用较低容量等级的霍尔传感器，因此成本更低，且由于同时使用了电流互感器进行电感电流检测，减少了延时和逐波限流时的电流应力。与现有技术中单独使用电流互感器进行电感电流检测相比，能够同时对电感电流直流分量进行检测，使得环路控制更加精确。

进一步地，上述n股导线中每股导线的一端连接于斩波电路2，n股导线还包括n-p股第二导线e2，其中p股第一导线e1的另一端连接于第一节点A，n-p股第二导线e2的另一端连接于第二节点B；

第一节点A连接于第二节点B，第二节点B连接于滤波电容C的一端，滤波电容C的另一端连接于直流源1；

霍尔传感器HCT的输入端连接于第一节点A和第二节点之间B，其输出端连接于低通滤波器4的输入端

电流互感器CT的输入端连接于第二节点B与滤波电容C之间；

计算单元5的输入端连接于低通滤波器4的输出端和电流互感器CT的输出端，其输出端连接于直流源1；

具体地，

其中U2为第二测量值，U4为第四测量值。

以下通过对电感电流的检测原理和方法来进一步说明本实施例中的逆变器。

霍尔传感器HCT根据霍尔效应对电流进行检测，即当电流通过一个位于磁场中的导体时，磁场会对导体中的电子产生一个横向的作用力，从而在导体两端产生电压差，这个电压差与电流大小成线性比例关系。滤波电感L由n股导线并绕在同一磁芯上，由于流过电感的直流电流与其感量无关，仅与导线的直流电阻有关，因此保证每股导线的绕线长度相同且横截面积相同，那么流过每股导线的直流电流分量大小相等。假设对所有的n股导线的总电流进行检测需要M安培等级的HCT，那么在本实施例中对其中p股第一导线e1的总电流进行检测则只需要

安培等级的HCT，得到能够反映p股第一导线e1上的总电流大小的电压信号，即第一测量值U1；由于HCT输出的第一测量值U1包括直流分量和交流分量，因此用低通滤波器对HCT输出的第一测量值U1进行低通滤波，以滤除第一测量值U1中的交流分量以得到只含有直流分量的第二测量值U2，由于电感中每股导线长度相同并绕在同一磁芯上，且每股导线的横截面积相同，因此流过每股导线电流的直流分量大小相等，计算单元根据第二测量值U1计算能够反映流过所有导线上的总电流中直流分量大小的电压信号，即第四测量值U4，

电流互感器CT根据电磁感应原理，原边流过一个变化的电流时会在副边感应出一个根匝数比例相关的电流，而对于恒定的直流电流则不会在副边感应出电流，感应出的电流流过检测电阻后会产生一个电压信号，这个电压信号与电流大小成线性比例关系。在本实施例中即使用M安培等级的CT对所有n股导线上总电流进行检测，由于CT无法检测电流中的直流分量，因此CT输出能够反映n股导线上总电流中交流分量大小的电压信号，即第三测量值U3。

通过计算单元输出第四测量值U4与第三测量值U3之和至控制电路，即输出能够反映n股导线上包括直流分量和交流分量的实际总电流大小的电压信号至控制电路，控制电路可以根据该电压信号来进行环路控制和逐波限流，当该电压信号大于基准信号时，控制电路会将斩波电路中的开关管的驱动信号锁死，以防止开关管因为过流而损坏。

需要说明的是，本发明实施例中的逆变器只对现有的滤波电路和检测电路进行了改进，对逆变器其他部分的拓扑无具体要求，上述的逆变器可以是半桥逆变器、全桥逆变器、多电平逆变器或光伏逆变器等等。

本发明实施例还提供一种不间断电源（Uninterrupted Power Supply，UPS），包括：

上述的逆变器；用于给逆变器提供直流电的电池；用于给逆变器提供直流电和给电池充电的整流器。

具体地，上述逆变器可以为半桥逆变器、全桥逆变器或多电平逆变器。

当市电输入正常时，整流器将市电输入提供给逆变器后输出负载，当市电中断时，电池给逆变器供电以输出负载，从而实现了不间断供电。在UPS中，通常还包括旁路系统，用于在其他装置无法正常使用时通过旁路系统为负载供电。

逆变器的具体结构、原理以及电感电流检测方法与上述实施例相同，在此不再赘述。

本发明实施例中的UPS，由于在逆变器中可以使用较低容量等级的霍尔传感器，因此成本更低，且由于同时使用了电流互感器进行电感电流检测，减少了延时和逐波限流时的电流应力。与现有技术中单独使用电流互感器进行电感电流检测相比，能够同时对电感电流直流分量进行检测，使得环路控制更加精确。

通过以上的实施方式的描述，所属领域的技术人员可以清楚地了解到本发明可借助软件加必需的通用硬件的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在可读取的存储介质中，如计算机的软盘，硬盘或光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等）执行本发明各个实施例所述的方法。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims

1.一种逆变器，包括：斩波电路、连接于所述斩波电路的控制电路以及连接于所述斩波电路的滤波电感，其特征在于，所述滤波电感包括n股导线，其中n为大于或等于2的自然数，所述n股导线长度相同并绕在同一磁芯上，且所述n股导线的横截面积相同，所述n股导线包括p股第一导线，其中n>p≥1，

2.根据权利要求1所述的逆变器，其特征在于，还包括：连接于所述斩波电路的直流源和连接于所述直流源的滤波电容；

所述n股导线中每股导线的一端连接于所述斩波电路；

3.根据权利要求1或2所述的逆变器，其特征在于，

其中U2为所述第二测量值，U4为所述第四测量值。

4.一种不间断电源，其特征在于，包括：

如权利要求1至3所述的逆变器；

用于给所述逆变器提供直流电的电池；

用于给所述逆变器提供直流电和给所述电池充电的整流器。

5.根据权利要求4所述的不间断电源，其特征在于，

所述逆变器为半桥逆变器、全桥逆变器或多电平逆变器。