CN104321959A - 单开关无限级电力逆变器 - Google Patents

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Abstract

一种电功率转换器包含一种电路，该电路具有单开关晶体管，该单开关晶体管电连接到直流电源，第一电感器-电容器(LC)电路，其电连接到所述单开关晶体管，第二LC电路，其电连接到所述第一LC电路以及被配置为向负载提供输出信号。控制器可操作地连接到单开关晶体管。控制器识别该电路的输出信号与参考信号之间的误差，以及调整脉宽调制(PWM)切换信号的占空比，以使用所调整的占空比在预定频率来切断所述单开关晶体管，以减少所识别的误差。

Description

单开关无限级电力逆变器
优先权要求
本申请要求于2012年3月20日提交，名称为“单开关逆变器”，申请号为61/613,372的美国临时申请的优先权。本申请还要求于2012年6月4日提交，名称为“单相位和三相位单开关晶体管逆变器”，申请号为61/655,271的美国临时申请的优先权。本申请还要求于2012年7月25日提交，名称为“具有隔离的单开关逆变器”，申请号为61/675,618的美国临时申请的优先权。本申请还要求于2012年8月30日提交，名称为“具有和不具有隔离的同步单开关逆变器”，申请号为61/695,175的美国临时申请的优先权。本申请还要求于2012年12月28日提交，名称为“具有最大电流和功率限制器和并行操作的同步单开关逆变器”，申请号为61/746,924的美国临时申请的优先权。
技术领域
本说明书一般涉及电功率转换系统，该电功率转换系统包含将第一直流(DC)转换到第二DC以及将DC转换到期望的交流电(AC)的系统。该逆变器使用同步极性选择电路。该逆变器能够与任何源同步以及与其它电源并行操作。
背景技术
通过电流供电的许多设备使用直流(DC)功率或交流电(AC)功率进行操作。各种设备将来自电源的AC电流转换成DC电流，以及将DC电流转换成AC电流。电力逆变器是使用DC输入信号作为源来生成AC输出功率信号的设备的一个示例。在两种常见的配置中，逆变器生成具有正弦波形的AC信号，该AC信号具有约120伏的输出电压和60Hz的频率以符合美国和其它国家的电网，或具有约240伏的输出电压和50Hz的频率以符合欧洲和亚洲的电网。
在典型的逆变器设计中，以高速来切换4个晶体管以从输入DC波形生成正弦波AC波形。晶体管反复地接通和断开，以在正电压值和负电压值之间反转DC信号源，以便输出信号近似AC正弦波信号。典型地，高频开关晶体管以比AC输出信号的频率高的多的频率接通和断开。每当4个晶体管中的一个晶体管在接通状态和断开状态之间切换时，来自DC信号源的输入能量的一部分会损耗。随着AC输出信号的期望频率增加，由于开关晶体管的切换损耗也增加，因为晶体管以更高的频率切换以生成AC信号。另外，现有的逆变器典型地被配置为接受来自稳定的DC电源的功率，该DC电源基本上不随着时间变化以及向具有基本上恒定阻抗的负载提供AC功率输出。如果在操作期间，DC功率输入或负载输出阻抗变化，则现有逆变器可能变得不稳定以及产生偏离于期望的AC输出波形的输出功率信号。因此，针对更高效地操作并且提供稳定的AC功率信号的DC至AC逆变器的改进将是有益的。
发明内容
在一个实施例中，一种电力电子转换器包含电路，该电路具有单开关晶体管，该单开关晶体管电连接到具有第一电压电平的直流(DC)电源，第一电感器-电容器电路，其电连接到所述单开关晶体管的输出以及被配置为响应于所述开关晶体管被接通，接收通过所述单开关晶体管的来自所述DC电源的电功率，以及第二电感器-电容器电路，其电连接第一电感器-电容器电路以及被配置为向负载提供输出电压。所述电力转换器还包含控制器，该控制器可操作地连接到所述单开关晶体管。所述控制器被配置为识别所述电路的输出信号与参考信号之间的误差，所述参考信号的电压在不同于所述第一电压电平的第二电压电平处，以及调整脉宽调制(PWM)切换信号的占空比，以使用所调整的占空比以预定的频率来切换所述单开关晶体管，以降低所识别的误差。
在另一个实施例中，电功率调节系统包含电路，该电路具有单开关晶体管，该单开关晶体管电连接到直流(DC)电源，以及电开关设备，所述电开关设备具有电连接到所述单开关晶体管的输出的输入以及被配置为以第一预定频率进行切换以从由所述DC电源供应的DC输入生成输出信号。所述电功率调节系统还包含：参考信号生成器，其被配置为生成具有对应于针对外部AC信号生成器的预定信号的所述第一预定频率的AC参考信号波形，信号传感器，所述信号传感器被配置为测量来自所述外部AC生成器的外部AC信号和所述电路的所述输出信号的组合，所述外部AC信号包含噪声成分，以及控制器，该控制器可操作地连接到所述单开关晶体管、所述参考信号生成器以及所述信号传感器。所述控制器被配置为识别所述AC参考信号与具有所述噪声成分的所述外部AC信号和所述输出信号的组合之间的误差，以及调整脉宽调制(PWM)切换信号的占空比，以使用所调整的占空比以第二预定频率来切换所述单开关晶体管，以降低或消除所述外部AC信号和所述输出信号的组合中的所述噪声成分。
在另一个实施例中，一种电逆变器系统被配置为限制交流电(AC)输出的幅度。所述逆变器系统包含逆变器电路，该逆变器电路具有被配置为电连接到直流(DC)电源的单开关晶体管，电开关设备，该电开关设备具有电连接到所述单开关晶体管的输出的输入以及被配置为以预定频率进行切换以从由所述DC电源供应的DC输入生成交流电(AC)输出，电流传感器，所述电流传感器被配置为生成对应于AC输出的幅度的信号，旁路开关，所述旁路开关电连接到所述单开关晶体管。所述逆变器系统还包含：控制器，所述控制器可操作地连接到所述单开关晶体管、所述电流传感器以及所述旁路开关。所述控制器被配置为参考从所述电流传感器接收的信号来识别所述AC输出的电流幅度，响应于所述AC输出的所识别的电流幅度大于预定阈值，操作所述旁路开关以从第一配置改变到第二配置，在所述第二配置中的所述旁路开关被配置为向所述单开关晶体管发送控制信号以防止DC电流流过所述单开关晶体管，仅响应于所述旁路开关在所述第一配置中生成脉宽调制(PWM)切换信号以便以预定频率切换所述单开关晶体管，仅响应于所述旁路开关在所述第一配置中识别AC参考信号的电压电平和来自所述逆变器电路的输出信号的测量的电压电平之间的误差，以及仅响应于所述旁路开关在所述第一配置中设置所述PWM切换信号的占空比以降低所识别的误差。
在另一个实施例中，已经开发了一种电逆变器系统。所述系统包含：第一逆变器电路和第二逆变器电路。所述第一逆变器电路包含第一单开关晶体管，所述第一单开关晶体管被配置为电连接到第一直流(DC)电源，参考信号生成器，所述参考信号生成器被配置为生成对应于针对所述第一逆变器电路的输出AC的交流电(AC)信号，第一电开关设备，所述第一电开关设备具有电连接到所述DC电源的输入以及被配置为以第一预定频率进行切换以从由所述第一DC电源供应的DC输入生成第一交流电(AC)输出，以及第一控制器，所述第一控制器可操作地连接到所述第一单开关晶体管。所述第一控制器被配置为生成第一脉宽调制(PWM)切换信号以便以第二预定频率来切换所述第一单开关晶体管，所述第二预定频率大于所述第一预定频率，识别所述AC参考信号的电压电平和来自所述第一逆变器电路的所述第一AC输出的测量的电压电平之间的第一误差，以及设置所述第一PWM切换信号的占空比以降低第一识别的误差。所述第二逆变器电路包含第二单开关晶体管，所述第二单开关晶体管被配置为电连接到第二直流(DC)电源，第二电开关设备，所述第二电开关设备具有电连接到所述第二DC电源的输入以及被配置为以第一预定频率进行切换以从由所述第二DC电源供应的第二DC输入生成第二交流电(AC)输出，以及第二控制器，所述第二控制器可操作地连接到所述第二单开关晶体管。所述第二控制器被配置为生成第二脉宽调制(PWM)切换信号以便以第二预定频率来切换所述第二单开关晶体管，识别来自所述第一逆变器电路中的所述参考信号生成器的所述AC参考信号的电压电平和来自所述第二逆变器电路的所述第二AC输出的测量的电压电平之间的第二误差，以及设置所述第二PWM切换信号的占空比以降低第二识别的误差。
在另一个实施例中，已经开发了一种电逆变器系统。所述系统包含：第一逆变器电路和第二逆变器电路。所述第一逆变器电路包含第一单开关晶体管，所述第一单开关晶体管被配置为电连接到第一直流(DC)电源，以及第一电开关设备，所述第一电开关设备具有电连接到所述第一DC电源的输入以及被配置为以第一预定频率进行切换以从由所述第一DC电源供应的DC输入生成第一交流电(AC)输出，所述第一预定频率是从所述第一逆变器电路接收第一AC输出的电网中的第一AC信号的频率，以及第一控制器，所述第一控制器可操作地连接到所述第一单开关晶体管。所述第一控制器被配置为生成第一脉宽调制(PWM)切换信号以便以第二预定频率来切换所述第一单开关晶体管，所述第二预定频率大于所述第一预定频率，识别所述电网中的所述第一AC信号的电压电平和来自所述第一逆变器电路的所述第一AC输出的测量的电压电平之间的第一误差，以及设置所述第一PWM切换信号的占空比以降低第一识别的误差。所述第二逆变器电路包含第二单开关晶体管，所述第二单开关晶体管被配置为电连接到第二直流(DC)电源，第二电开关设备，所述第二电开关设备具有电连接到所述第二DC电源的输入以及被配置为以第一预定频率进行切换以从由所述第二DC电源供应的第二DC输入生成第二交流电(AC)输出，所述第二逆变器电路被配置为向所述电网输送所述第二AC输出，以及第二控制器，所述第二控制器可操作地连接到所述第二单开关晶体管。所述第二控制器被配置为生成第二脉宽调制(PWM)切换信号以便以所述第二预定频率来切换所述第二单开关晶体管，识别来自所述电网的第二AC信号的电压电平和来自所述第二逆变器电路的所述第二AC输出的测量的电压电平之间的第二误差，以及设置所述第二PWM切换信号的占空比以降低第二识别的误差。
在另一个实施例中，一种电逆变器系统包含：逆变器电路，所述逆变器电路具有被配置为电连接到直流(DC)电源的单开关晶体管，以及电开关设备，所述电开关设备电连接到所述单开关晶体管以及被配置为以预定的频率进行切换以从由所述DC电源供应的DC输入生成交流电(AC)输出。所述电逆变器系统还包含比较器，所述比较器被配置为参考AC输出信号的预定参考模型和测量的来自所述逆变器电路的AC输出信号之间的识别的差异来生成切换信号以接通和断开所述单开关晶体管，以及自适应控制器，所述自适应控制器被配置为参考来自切换信号的增益自适应反馈，来设置所述切换信号的占空比。
在另一个实施例中，一种电逆变器系统包含：逆变器电路，所述逆变器电路包含：单开关晶体管，其被配置为电连接到直流(DC)电源，变压器，所述变压器具有电连接到所述单开关晶体管的输出的输入，以及电开关设备，所述电开关设备具有电连接到所述变压器的输出的输入以及被配置为以预定的频率进行切换以从由所述DC电源供应的DC输入生成交流电(AC)输出。所述电逆变器系统还包含控制器，所述控制器可操作地连接到所述单开关晶体管。所述控制器被配置为生成脉宽调制(PWM)切换信号以便以预定频率来切换所述单开关晶体管，识别AC参考信号的电压电平和来自所述逆变器电路的输出信号的测量的电压电平之间的误差，以及设置所述PWM切换信号的占空比以降低所识别的误差。
在另一个实施例中，一种逆变器系统包含：具有单开关晶体管的电路，该单开关晶体管被配置为电连接到直流(DC)电源，以及电开关设备，所述电开关设备电连接到所述单开关晶体管以及被配置为以预定的频率进行切换以从由所述DC电源供应的DC输入生成交流电(AC)输出。所述逆变器还包含控制器，所述控制器可操作地连接到所述单开关晶体管。所述控制器被配置为生成脉宽调制(PWM)切换信号以便以预定频率来切换所述单开关晶体管，识别AC参考信号的电压电平和来自所述逆变器电路的输出信号的测量的电压电平之间的误差，以及设置所述PWM切换信号的占空比以降低所识别的误差。
在另一个实施例中，一种电逆变器系统包含多个逆变器电路。每个逆变器电路被配置为电连接到直流(DC)电源。每个逆变器电路包含：单开关晶体管，该单开关晶体管被配置为电连接到所述直流(DC)电源，以及电开关设备，所述电开关设备电连接到所述单开关晶体管以及被配置为以预定的频率进行切换以从由所述DC电源供应的DC输入生成对应于多相位输出信号的单相位的交流电(AC)输出。所述电逆变器还包含多个信号生成器，每个信号生成器被配置为生成对应于所述多相位输出信号的单相位的AC参考信号，以及控制器，所述控制器可操作地连接到所述多个逆变器电路中的每个逆变器电路中的所述单开关晶体管。所述控制器被配置为生成多个脉宽调制(PWM)切换信号，所述多个切换信号中的每个切换信号以预定频率来切换所述多个逆变器中的每个逆变器中的所述单开关晶体管，识别来自所述多个信号生成器中的每个信号生成器的AC参考信号的电压电平和来自所述多个逆变器电路中的对应的逆变器电路的输出信号的测量的电压电平之间的误差，以及设置所述多个PWM切换信号中的每个PWM切换信号的占空比以降低所述多个逆变器电路中的每个逆变器电路中所识别的误差。
附图说明
图1A是具有DC输出极性反转的DC-至-DC转换器的电路图。
图1B是包含单个高频开关晶体管和隔离变压器的逆变器的电路图。
图1C是包含单个高频开关晶体管和隔离变压器的另一个逆变器的电路图。
图1D是具有单个高频开关晶体管以及没有隔离变压器的另一个逆变器的电路图。
图1E是具有单个高频开关晶体管以及没有隔离变压器的另一个逆变器的电路图。
图2是用于与图1A-图1E中描绘的电路结合使用的混合比例积分(PI)和自适应控制器配置的框图。
图3是包含图1A的电路和图2的控制系统的逆变器系统的示意图。
图4是并入图1B-图1E的逆变器和图2的控制器的多相位逆变器系统的框图。
图5A是脉宽调制(PWM)控制信号的图，生成该信号以控制图1A-图1E的电路的操作。
图5B是另一个PWM控制信号的图，生成该信号以控制图1A-图1E的电路的操作。
图6A是由图3的逆变器系统生成的正弦AC波形以及所生成的AC波形与在32.9kW的负载处的参考波形之间的误差的图。
图6B是由图3的逆变器系统生成的正弦AC波形以及所生成的AC波形与在38.4kW的负载处的参考波形之间的误差的图。
图6C是由图3的逆变器系统生成的正弦AC波形以及所生成的AC波形与在46.08kW的负载处的参考波形之间的误差的图。
图6D是由图3的逆变器系统生成的正弦AC波形以及所生成的AC波形与在57.05kW的负载处的参考波形之间的误差的图。
图6E是由图3的逆变器系统生成的正弦AC波形以及所生成的AC波形与在76.8kW的负载处的参考波形之间的误差的图。
图6F是在操作期间，在至逆变器的DC电源的幅度改变时，由图3的逆变器系统生成的正弦AC波形以及所生成的AC波形与参考波形之间的误差的图。
图6G是由图3的逆变器系统生成的AC输出波形的图，该逆变器系统跟踪任意改变的参考信号。
图6H是控制输出波形的图，图3的逆变器系统生成该控制输出波形以控制DC电动机的方向和速度。
图7A是图1A的逆变器的另一个配置的电路图，该逆变器包含单个高频开关晶体管和隔离变压器。
图7B是图7A的逆变器的另一个配置的电路图，该逆变器省略了隔离变压器。
图8A是图1的逆变器的另一个配置的电路图，该逆变器包含单个高频开关晶体管和隔离变压器。
图8B是图8A的逆变器的另一个配置的电路图，该逆变器省略了隔离变压器。
图9是逆变器的电路图，该逆变器被配置为在电流限制或功率限制模式中进行操作。
图10是描绘电流限制控制器的图9的逆变器的框图。
图11是具有控制器的逆变器的框图，该逆变器被配置为在功率限制模式中进行操作。
图12是包含多个逆变器的系统的示意图，该多个逆变器被配置为生成具有与参考逆变器的AC输出同步的频率、波形和相位的AC输出信号。
图13是包含多个逆变器的系统的示意图，该多个逆变器被配置为生成具有与外部AC信号同步的频率、波形和相位的AC输出信号。
图14A是在对电感器充电以达到正峰值电压时的单开关逆变器电路的示意图。
图14B是图14A的单开关逆变器电路生成正峰值电压输出时的图14A的单开关逆变器电路的示意图。
图14C是图14A的单开关逆变器电路从正峰值电压输出转变到负峰值电压输出时的图14A的单开关逆变器电路的示意图。
图14D是图14A的单开关逆变器电路生成负峰值电压输出时的图14A的单开关逆变器电路的示意图。
图15是描绘在图14A-图14D中描绘的逆变器电路的操作期间的电容器电压和电感器电流的一组图。
图16是功率调整系统的示意图，该功率调整系统降低或消除由外部AC生成源生成的AC信号中的噪声。
图17是描绘来自外部AC生成源的有噪声的AC信号，由图16的功率调整系统生成的校正信号，以及包含有噪声的AC信号和校正信号的组合的输出正弦波的一组图。
图18是描述通过来自图16的功率调整系统的校正信号来主动消除的来自外部AC信号源的信号中的噪声的图。
具体实施方式
用于针对本文中公开的系统和方法的环境以及针对该系统和方法的细节的一般理解，参照附图。在附图中，贯穿于附图已经使用相同的标记以指代相同的元素。
图1A描绘了直流(DC)DC-至-DC转换器电路10，该转换器电路10被配置为生成具有与由DC电源104供应的电压不同的电压的DC输出信号。DC逆变器电路10包含：DC电源104、单个高频开关晶体管108、电感器112、电容器116、开关晶体管132和136、逆变器120、电容器124以及由电阻器127表示的DC输出负载。DC极性控制开关142以及非门144使开关晶体管132和136接通和断开，以改变输出DC信号的极性。电路10包含控制系统，该控制系统用于调整高频开关晶体管108的占空比以使得该电路能够生成选择的DC输出信号。该控制系统包含：DC电压参考信号生成器102、差异反馈电路208、控制器200以及锯齿脉宽调制(PWM)生成器。
单开关晶体管108的输出电连接到在LC电路配置中的电感器112和电容器116。LC电路的输出被施加到包含开关晶体管132和136的开关设备。开关晶体管132和136电连接到DC极性控制开关142和非门144以形成电路10中的电开关设备。开关晶体管132和136被反向地布置，以便当接通一个晶体管时断开晶体管中的另一个晶体管，这还被称为“同步”布置。来自电感器112和电容器116的电流流过开关晶体管132和136以及由电感器120和电容器124形成的另一个LC电路以驱动负载127。开关晶体管132和136在正极性和负极性(例如，+12伏输出或-12伏输出)之间切换DC信号的输出极性。尽管图1描绘了两个晶体管132和136，但是在其它实施例中，电开关设备包含用于反转输出信号的极性的用于交流电的三极管(TRIAC)或晶体闸流管(thyristor)。在电路10的示例中，控制开关142可操作地连接到晶体管132和136，其中来自开关142的非门144连接到晶体管132的栅极，以便在接通晶体管136时断开晶体管132，以及反之亦然。在一个实施例中，DC输出极性控制开关142是机械开关，以及人操作者使用开关142以控制DC输出信号的极性。在一个配置中，负载127是DC电动机，以及开关142使得操作者能够反转DC电动机的方向。在另一个实施例中，数字控制系统操作输出极性开关142以选择DC输出的极性。
在电路10的一个实施例中，使用数字逻辑电路来实现DC电压参考102、差分电路208、控制器200、锯齿信号生成器328和比较器224。例如，DC电压参考生成器102生成对应于驱动负载127的选择的DC输出电压电平的数字数据。在一些实施例中，参考信号生成器102是使用数字处理硬件和软件的组合实现的可重复编程的数字信号生成器。信号生成器102被配置为输出对应于宽范围的信号波形的数据，该宽范围的信号波形包含不同的DC电压电平和AC波形。差分电路208包含：一个或多个模拟至数字转换器(ADC)，其生成针对电路10的测量的输出电压的数字表示。因此，不要求DC参考生成器102生成与电路10的选择的电压输出匹配的实际的电压输出信号。另外，锯齿信号生成器328和比较器224非必须地被实现成数字硬件或软件程序，该数字硬件或软件程序执行在来自控制器200的阈值值的数字输出值与来自软件中的信号生成器328的锯齿信号之间的比较。
控制器200包含：用于实现控制过程的数字处理硬件，诸如微控制器、通用中央处理器、数字信号处理器(DSP)、现场可编程门阵列(FPGA)、专用集成电路(ASIC)。控制器200非必须地执行软件程序指令以实现一个或多个控制过程，以及能够被重新配置为在不同的操作模式期间使用不同的控制过程。例如，虽然图1A描绘了实现组合的PI和自适应控制过程的控制器200，但是在其它实施例中，控制器200实现其它闭环控制过程，该闭环控制过程使得电路10能够生成准确地跟踪参考信号的输出。例如，能够在相同的控制结构中使用任何跟踪和调控控制器以生成参考电压，任何跟踪和调控控制器包含但不限于自适应控制器、自调整的控制器、可变结构控制器、滑模控制器、最优控制器、鲁棒控制器、模型预测控制器以及它们的组合。例如，在一个实施例中，控制器200是自适应控制器，以及在另一个实施例中，控制器200是比例积分(PI)控制器而不是上述的混合自适应/PI控制器。在一个实施例中，在DC电压参考生成器102、差分电路208、控制器200、锯齿信号生成器328以及比较器224中的功能的一些或全部功能被集成在片上系统(SOC)数字逻辑组件中。
差分电路208识别来自信号生成器102的DC参考与在负载127处测量的电路10的DC输出电平之间的电压差异。该电压差异对应于参考DC电压电平和来自电流10的实际输出DC电压之间的误差。控制器200(其是图1A中的组合的比例积分和自适应控制器200)接收所识别的误差，以及调整锯齿信号生成器328中的脉宽调制阈值的水平以调整高频开关晶体管108的对应的占空比。比较器224将锯齿生成器328的输出与控制器200的输出进行比较，以及生成针对晶体管108的栅极的信号，以便仅当锯齿信号生成器328的输出低于来自控制器200的阈值值输出时，接通晶体管108。高频晶体管108随着变化的占空比接通和断开，以便以可选择的方式将DC电源104应用于LC电路，以将DC输出维持在一致的水平。特别地，当“接通”高频开关108时，DC电源104电连接到LC电路，以及当“断开”高频开关108时，DC电源104与LC电路断开连接。DC输出电压不同于由DC电源104供应的DC电压，以及控制器200调整锯齿信号生成器328中的切断阈值以控制高频晶体管的操作，以降低或消除来自电路10的输出DC信号和来自参考信号生成器102的参考信号之间的误差。
如图5A和图5B中描绘的，锯齿生成器328生成预定频率(诸如在2KHz至20KHz范围中的频率)的锯齿信号502，其以锯齿频率接通或断开高频开关晶体管108。针对单开关晶体管108的来自锯齿生成器328的频率基本上高于电路10的输出频率，以使得控制器200能够调整从DC源104至电路10的电功率的输送，以准确地跟踪来自参考信号生成器102的DC输出。因此，开关晶体管108还被称为“高频”开关晶体管。占空比指锯齿信号的每个循环的比例，针对该锯齿信号，高频开关晶体管108被激活以使得来自DC源104的电流能够流到电流10的其余部分，或被去激活以使DC源104与电路10的其余部分断开连接。在图5A中，控制器200设置较低的占空比阈值506，以及比较器224在时间段504期间接通晶体管108，而在锯齿信号502的每个循环的剩余部分期间断开晶体管108。在图5B中，控制器200针对较高的相应的占空比生成较高阈值510。比较器224在锯齿信号502的每个循环期间在较长时间段508内接通晶体管108。如以下更详细描述的，控制器200增加和减少输出阈值以调整高频开关晶体管108的占空比，以维持来自电路10的对应于参考信号的输出信号，以及针对DC源104的输出中的变化和负载127的特点进行调整。
图6H描绘图1A中的电路10的输出，该电路10处于电路10驱动DC电动机负载的配置中，该DC电动机负载响应于接收的不同的驱动电压以多种速度在两个不同方向中移动。在图6H中，电路10生成大约+50伏的输出，该输出跟踪如由波形成分604描绘的+50伏的参考电压值。在对应于波形成分608的时间期间，极性开关142被切换，以及电路10继续生成具有50伏的幅度的输出，但是具有负极性而不是正极性。在对应于波形成分612的时间期间，极性开关142被再次反转，以及该电路输出正极性信号。参考信号生成器还将该参考的幅度从50V增加到60V。在电路10中的控制器200对高频晶体管108的操作进行调整以跟踪较高的参考信号电压。电路10使用DC电压源生成图6H中描绘的输出电压，该DC电压源提供与输出信号不同电平的电压。例如，在一个实施例中，输入DC电源104提供100伏DC输入，以及电路10生成不同电平的DC输出。
电路10包含：处于DC输出极性控制开关142的控制下以使得能够生成具有正极性和负极性两者的DC输出信号的开关晶体管132和136。然而，在另一个实施例中，电路10仅被配置为输出正电压或负电压，而不需要在正输出和负输出之间切换。可替代的实施例省略了极性控制开关142和非门144，以及使用单个二极管来替换开关晶体管132和136，该单个二极管以与图1A中的晶体管132和136相同的方式，在电容器116/电感器120接合点和电感器112/电容器124接合点之间被电连接。为了生成正电压输出，该二极管的阴极被电连接到电容器116/电感器120接合点，以及阳极被电连接到电感器112/电容器124的接合点。为了生成负电压输出，该二极管的阳极被电连接到电容器116/电感器120接合点，以及阴极被电连接到电感器112/电容器124的接合点。
如以下更详细描述的，在从DC电功率源生成更复杂的输出信号中，能够使用电路10中的组件(包含自适应控制器200)。参考信号生成器102生成电路10中的DC参考电压，但是可替代的信号生成器配置，包含可重编程的数字信号生成器，产生宽范围的参考信号。控制器200跟踪参考信号和电路输出之间的误差，以调整锯齿信号生成器328和高频晶体管108的阈值，其调整电路10的输出信号以跟踪参考信号。开关晶体管132和136或另外的电开关设备(诸如TRIAC或晶体闸流管)在输出AC波形的预定频率处进行切换，以反转针对生成AC波形的正部分和负部分的输出的极性。输出的示例包含：在宽范围频率的正弦交流电(AC)电功率输出(包含50Hz和60Hz输出)、方波输出、三角波输出、非均匀波输出以及诸如此类。
图1B描绘了逆变器电路100，该逆变器电路100用于当与自适应逆变器系统200结合起来时，从直流(DC)输入信号生成交流电(AC)输出信号，以下将更详细地描述该自适应逆变器系统200。逆变器电路100包含：在DC-至-DC转换器电路10中使用的相同组件中的许多组件。在逆变器电路100中，参考信号生成器202生成AC参考信号，以及控制器200被配置为调整高频开关晶体管108的占空比以跟踪AC信号波形而不是恒定的DC输出波形。逆变器电路100耦合到DC电源104。单个高频开关晶体管108连接到DC电源104的输出。晶体管108的输出电连接到LC电路配置中的电感器112和电容器116。如以下更详细描述的，高频晶体管被接通和断开以选择性地将DC电源104应用于LC电路，以维持一致的AC输出信号。特别地，当高频晶体管108被“接通”时，DC电源104电连接到LC电路，以及当高频晶体管108被断开时，DC电源104与LC电路断开连接。
LC电路的输出被应用于同步开关晶体管132和136。开关晶体管132和136被反向地布置，以便当一个晶体管被接通时，晶体管中的另一个晶体管被断开。开关晶体管132和136被称为“同步”开关晶体管，因为它们都以预定的频率被切换以选择电流的极性以及生成AC输出信号波形。在以下描述的不同电路实施例中，同步开关晶体管132和136被连接成反向源极/漏极配置，以及使用同步门控制信号进行操作，以便在任何一个时间晶体管132和136中的仅一个晶体管被接通。
在图1B中，非门144和对应于参考波形的正负号的正负号生成器146使开关晶体管132和136交替，以便在一个晶体管断开时，晶体管中的另一个晶体管被接通。正负号生成器146、非门144和同步晶体管132和136形成电路100中的电开关设备，该电开关设备以预定频率的AC输出信号，诸如在电功率生成应用中的50Hz或60Hz，在正输出极性和负输出极性之间切换AC输出信号的极性。在图1C中，正负号生成器146通过市场上可以买到的驱动器电路可操作地连接到TRIAC 154的栅极，该驱动器电路设置通过TRIAC 154的电流的方向。正负号生成器146产生逻辑“低”(例如，0伏)或逻辑“高”(例如，5伏或15伏)输出信号以驱动开关晶体管132和136，其中通过非门144来驱动开关晶体管136。正负号生成器146参考来自外部参考信号生成器的参考波形的正负号(大于或小于零)来产生低或高输出，以下更详细地描述该外部参考信号生成器。例如，当参考信号是50Hz或60Hz波形时，同步开关晶体管132和136以50Hz或60Hz的期望AC输出频率以及其它期望的频率或它们的组合来接通和断开。在逆变器电路100的配置中，当同步开关晶体管132被接通时，输出电压是正的，以及当同步开关晶体管136被接通时，输出电压是负的。
在图1B和图1C中，变压器118的输入通过LC电路(包含电感器112和电容器116)电连接到晶体管108的输出。在图1B中，变压器118的输出通过另外的电容器122电连接到同步开关晶体管132和136。在图1C中，变压器118的输出通过电容器122电连接到TRIAC 154。变压器118将DC电源104与输出负载128隔离。另外，电压器能够被配置为增加或“升高”输出电压。变压器118包含：一次绕组119A和二次绕组119B，它们分别对应于变压器118的隔离的一次侧和二次侧。一次绕组119A和二次绕组119B都担当电感器。如本领域中已知的，绕组119A和绕组119B中的每个绕组中的线匝数目的比率影响变压器118的一次侧和二次侧之间的电压比率。
在逆变器电路100和150中，对在变压器118的一次侧和二次侧上的电容器和电感器组件值进行选择，以产生具有基本上等同谐振频率的两个电感器-电容器(LC)电路。因为一次绕组119A与电感器112串联连接，因此电感器的个体值被加起来以形成组合的一次回路电感LP。电感器119A和112与电容器116形成具有组合值LPCP的LC电路，其中CP是电容器116的电容值。在二次侧上，第二电感器119B与电容器122形成另一个LC电路。第二LC电路具有组合电感-电容值LsCS，其中Ls是二次绕组119B的电感以及CS是电容器122的电容。如本领域中已知的，LC电路在谐振频率处谐振。虽然在电路100的不同实施例中，在一次LC电路和二次LC电路中的特定电感和电容值能够变化，但是LPCP和LsCS的总值，以及对应的谐振频率ωP和ωS基本上相等，以便变压器118能够以高效的方式在一次侧和二次侧之间传递能量。
在图1B中，同步开关晶体管132和136的输出经由电感器120和电容器124电连接到输出负载128。输出负载128被示意性地表示为对AC输出信号呈现阻抗的电阻器，但是负载能够包含电感组件和电容组件两者，以及负载128能够随着时间而变化。另外，由于环境因素，诸如操作温度中的改变，或由于逆变器100中的组件的操作寿命，在逆变器100中的组件的特性能够随着时间而改变。如以下描述的，电路100被包括在逆变器系统300中，该逆变器系统控制高频晶体管108和同步开关晶体管132和136的操作，以针对变化的波形、输入源电压、输出负载以及逆变器100的特性中的改变，来提供一致的AC输出信号。
图1C描绘了另一个逆变器电路150，其用于当与自适应逆变器系统200结合时从直流(DC)输入信号生成交流电(AC)输出信号，以下将更详细地描述该自适应逆变器系统200。图1C的逆变器电路150与图1B的逆变器电路100类似，但是使用单个用于交流电的三极管(TRIAC)154来替换图1B的同步开关晶体管132和136，也能够将单个用于交流电的三极管(TRIAC)154建模成两个晶体闸流管。TRIAC 154以与图1B中的同步开关晶体管132和136类似的方式，以期望的AC输出频率，在正极输出和负极输出之间进行切换。在一个配置中，当逆变器150被配置为产生具有比较低的输出幅度的输出信号时，TRIAC或晶体闸流管的使用使得能够更高效地操作，而在逆变器100的示例中的开关晶体管被用于较高的功率输出。图1B和图1C的逆变器是具有极性改变能力的一种形式的升降压逆变器。与图1B和图1C的配置类似的逆变器以用于改变输出电压和/或反转DC-DC转换器配置中的DC信号的输出而著称。
在逆变器电路100和150中，高频晶体管108在脉宽调制(PWM)信号的控制下，以预定频率接通和断开，该脉宽调制(PWM)信号在频率的每个循环期间选择晶体管108被接通的时间的比例。当接通开关晶体管108时，电流从DC电源104流到LC电路中，该LC电路包含电感器112和119A以及电容器116。如本领域中已知的，LC电路以电感器中的磁场以及电容器中的电场的形式存储来自DC源104的能量。当断开高频晶体管108时，DC电源04与逆变器电路断开连接，以及电流在具有电感器112和119A和电容器116的LC电路中谐振。在LC电路中的谐振电流通过变压器118传递到二次侧LC电路，以及随后传递到负载128作为AC输出波形的一部分。如以下描述的，控制器200调整应用于高频晶体管108的信号的占空比，以使得能够生成宽范围的AC信号，该宽范围的AC信号在DC源或负载阻抗变化期间保持稳定。
图1D和图1E描绘了省略了被包含在逆变器电路100和150中的隔离变压器118和电容器122的逆变器电路的实施例。图1D描绘了包含电连接到电容器116和电感器112的开关晶体管132和136的逆变器电路70。图1E描绘了包含连接到电感器112和电容器116的TRIAC 154的逆变器电路90。电路70和电路90的两个实施例使用控制器200来调整操作高频开关晶体管108的PWM信号的占空比，从DC电源104生成AC输出信号，如上所述。在电路70中，同步开关晶体管132和136针对AC波形以预定的输出频率(诸如50Hz或60Hz)反转输出AC波形的极性。在电路90中，TRIAC 154以预定的输出频率反转输出AC波形的极性。
图7A和图7B描绘了来自图1B的电路100的两种可替代配置。图7A描绘了电路160，在电路160中，电感器112连接到DC电源104的正端子以及高频晶体管108的漏极。高频晶体管108的漏极还连接到电容器116，以及高频晶体管108的源极连接到DC电源104的负端子。隔离变压器118提供改进的安全性，以及使得电路160能够生成较高功率水平的AC输出。
图7B描绘了类似的电路170，该电路170省略了变压器118和电容器122。在电路170中，电感器112连接到DC电源104的正端子和高频晶体管108的漏极。在电路170中，高频晶体管108的漏极还连接到电容器116，以及高频晶体管108的源极连接到DC电源104的负端子。在图7B中，电容器116直接连接到电感器120和同步开关晶体管132和136。在图7B中的非隔离的电路170用于生成较低功率水平的AC输出。在可替代配置中，由TRIAC或晶体闸流管来替代电路160和电路170中的同步开关晶体管132和136。
图8A和图8B描绘了来自图1B的电路100的另外两种可替代配置。图8A描绘了电路180，在电路180中，同步开关晶体管132和136在电感器120/电容器122接合点与电容器124之间串联连接。同步开关晶体管132和136保持彼此并联连接，其中晶体管132的源极连接到晶体管136的漏极，以及反之亦然。图8B描绘了省略变压器118和电容器122的类似的电路190，其中开关晶体管132和136在电感器120/电容器116接合点和电容器124之间串联连接。隔离变压器118提供改进的安全性以及使得电路160能够生成较高功率水平的AC输出。
在图8B中，电容器116直接连接到电感器120和同步开关晶体管132和136。在可替代配置中，由TRIAC或晶体闸流管来替代在电路180和190中的开关晶体管132和136。图8B中的非隔离的电路190用于生成较低功率水平的AC输出。
电路160-190的配置提供改进逆变器电路的各种方面的操作。电路160和170降低高频晶体管108上的压力，以及提供改进的逆变器性能。在电路160中，高频开关晶体管108的配置降低了在高频开关晶体管接通和断开时在变压器118中生成的噪声。如本领域中已知的，现有的升降压转换器包含与变压器中的一个绕组串联的开关。当该开关断和闭合时，瞬态噪声被引入到变压器中。电路160的配置移除了与绕组119A串联连接的高频晶体管108，以降低在电路160的操作期间当高频晶体管108接通和断开时的瞬态噪声。
在电路190中，在操作期间，电感器112和120的布置生成跨越这两个电感器的等效电压差。如果隔离变压器118被配置为具有1：1比率，则电感器112和120也具有等效电压差。在电路180和190的物理配置中，电感器112和120两者由围绕单个电感器核心的两个不同线圈形成，这降低了逆变器电路180和190的物理尺寸。
图2是控制器200的更详细的描述，控制器200控制生成针对在转换器和逆变器电路10,70,90,100,150.160,170,180和190中的任何一个中的高频晶体管108的操作的PWM占空比的值。控制器200包含PI控制器212和自适应控制器216。PI控制器212参考由差分电路208生成的来自逆变器电路的测量输出信号(VOUT)204和参考电压信号生成器(VREF)202之间的误差来生成控制信号。自适应控制器216参考来自差分电路208的误差和来自自适应参考信号生成器205的另一个参考信号来生成另一个控制信号。
如在图1A-图1E，图7B、图8A和图8B中描绘的，控制器200的输出连接到比较器224，以及比较器224参考控制器200的输出和来自锯齿信号生成器328的锯齿信号来生成输出以控制用于切换高频晶体管108的栅极的占空比。因此，控制器200调整总输出220以改变晶体管108的占空比。控制器200调整处于跟踪模式中的高频晶体管200的占空比，以控制来自DC源104的电流。控制器200调整针对高频晶体管108的占空比，以跟踪预定的AC或DC输出波形。控制器200调整阈值输出，以调整用于高频晶体管108的操作的占空比，以产生预定的输出波形以及补偿输出波形中的误差，包含在操作期间由于DC源104的输出中的变化而产生的误差。
再次参照图2，控制器200参考具有预定时间长度的时钟信号，以同步方式进行操作。时钟信号的周期短于AC输出信号的周期。例如，在一个实施例中，当生成60Hz的AC输出信号时，使用2KHz的时钟信号来操作PI控制器。时钟周期的长度足够长以使得能够将VOUT 204的测量的输出与来自VREF 202的预期的输出进行比较。控制器200接收在时钟信号的前一个循环(t-1)期间对应于参考信号VREF 204的输入数据以及来自逆变器电路的VOUT 204的测量的输出。差分电路208生成用于控制器200的对应于前一个时钟循环的误差值，作为预期的电压VREF 202和实际测量的输出电压VOUT 204之间的差异。测量的误差208是至比例积分控制器212和自适应控制器216两者的输入。
在控制器200中，PI控制器212被配置为生成控制输出信号，该控制输出信号产生用于高频晶体管108的PWM占空比，高频晶体管108生成输出具有对应于参考波形VREF 202的形状的波形的输出AC信号。PI控制器212根据以下等式生成输出fPI：fPI＝eKp+2i，其中e是最近测量的误差，∫e是在控制器200的操作期间在预定数目的先前时钟循环期间测量累积误差，Kp是比例增益控制器参数，以及Ki是积分增益参数。针对一个或多个输出AC信号波形经验地确定参数Kp和Ki，以及参数Kp和Ki在逆变器的操作期间保持恒定。
在控制器200中，自适应控制器216被配置为生成输出信号，该输出信号校正针对高频晶体管108的PWM占空比以补偿在DC源104的输出和针对负载128的阻抗的改变中的变化。自适应控制器216参考测量的误差e来更新自适应增益值。如本领域已知的，自适应控制器216实现对象(plant)和模型。该对象表示逆变器100的黑盒操作，其中唯一已知参数是来自VREF 202的参考电压、输出电压VOUT 204和误差208。模型是对象(诸如逆变器电路100、150、160、170、180或190中的一个)针对给定输入生成输出的输出的数学估计。自适应控制器216根据以下等式生成输出fAD：fAD＝krr+ke(yp-ym)+kpyp，其中kr,kp,和ke是自适应控制器增益，r是来自自适应控制器参考信号生成器205的参考信号，以及yp和ym分别表示对象和模型输出。在自适应控制器中，在操作期间基于VREF 202的值和误差208来修改控制器增益值kr,kp,和ke。根据以下等式来修改增益值：kr＝-∫P0sgn(E)r；kp＝-∫P0sgn(E)yp；kE＝-∫P0sgn(E)yE，其中P0是固定的自适应增益值，E是误差，sgn(E)是误差的正负号(数学上是+1或-1)，以及yE是来自模型的误差，其是yp-ym。因此，在自适应控制器216的操作期间，增益值kr,kp,和ke被更新。
在控制器200中，PI控制器212和自适应控制器216的输出被加起来以产生总输出220。参考PI控制器212中的Kp和Ki的选择的值以及自适应控制器216中的增益值P0，来配置在来自混合控制器200的最后输出中的PI控制器212和自适应控制器216的相对影响。在一个配置中，Kp和Ki的值大于P0，这使得PI控制器212的输出支配总输出220。在PI支配的配置中，PI控制器212形成大部分的输出控制，以及自适应控制器216施加较小的改变以校正来自DC源104的输入电流中的改变以及负载128的阻抗中的改变。在另一个配置中，增益参数P0的相对值大于Kp和Ki，以及自适应控制器216支配总输出220。
能够使用数字逻辑或模拟电路来实现图2的控制器200和包含差分电路208和比较器224的另外的组件，以确定参考输出信号和测量的输出信号之间的误差，实现PI控制器212和自适应控制器216，以及从比较器224生成输出信号，该输出信号控制用于高频晶体管108的PWM信号的占空比。在一个实施例中，数字微处理器生成对应于参考信号VREF 202的数据，而在可替代实施例中，外部信号生成器产生VREF参考信号202，以及VREF信号被数字上地缩放以具有对应于VOUT 204的预期幅度的幅度。模拟至数字转换器(ADC)产生对应于VOUT 204的数字数值，以及使用处理器来实现差分电路208，该处理器执行编程的指令以确定误差。处理器还使用存储在存储器中的软件指令，来实现PI控制器212和自适应控制器216、总输出220和比较器224。处理器220生成PWM输出信号中的逻辑高或逻辑低输出以切换高频晶体管108。
图3描绘了包含逆变器电路100和混合PI和自适应控制器200的逆变器系统300。逆变器系统300的可替代配置包括：逆变器电路150,160,170,180,或190中的一个逆变器电路，而不是逆变器电路100。除了以上参照图1A和图2描述的元件之外，系统300包含：采样保持电压传感器308、峰值振幅源322、乘法器324和332以及锯齿波形生成器328。在操作期间，采样保持电压传感器308在预定时间段内对来自逆变器100的输出信号进行采样，该预定时间段典型地对应于用于操作混合控制器200的时钟信号的长度。传感器308向误差差分电路208供应对应于负载电压VLOAD 204的值，连同VREF 202的输出以向控制器200提供误差反馈值。控制器200使用对应于逆变器100和VREF 202的输出之间的误差的误差反馈在闭环模式中进行操作。在逆变器系统300中，峰值振幅源322、乘法器324和332以及锯齿波形生成器328能够被实现成编程的指令，该指令由实现控制器200的数字逻辑设备执行，或被实现成分离的模拟或数字组件。
在系统300中，锯齿信号生成器328以高频晶体管108的切换频率来生成锯齿波。例如，在VREF 202是50Hz或60Hz AC信号的实施例中，信号生成器328生成具有2KHz频率的锯齿波，以使得高频晶体管108能够以比来自逆变器100的输出信号更高的频率进行切换。能够调整信号生成器328的频率以启用针对不同的输出波形频率的连续电流操作模式。峰值振幅源322表示来自VREF 202的电压信号的峰值幅度。例如，120VAC信号具有60伏的峰值振幅值，以及在+60V峰值和-60V波谷之间的120伏的总振幅。乘法器324将正负号生成器146的输出与峰值幅度322相乘，以生成+1(正)或-1(负)输出值。在图3的配置中，乘法器324被配置为将来自正负号生成器146的逻辑低输出解释为数值-1以及将逻辑高输出解释为+1值。第二乘法器332将来自乘法器324的正或负电压幅度值与来自锯齿信号生成器328的锯齿信号相乘，以生成缩放的锯齿输出波形，该输出波形被供应给比较器224。
比较器224将控制器200的输出与来自信号生成器328和乘法器332的缩放的锯齿信号进行比较。当PI和自适应控制器200的输出水平大于或等于相乘的锯齿信号的值时，高频晶体管108被接通，以使得来自DC电源104的电流能够流到逆变器100。当锯齿波形大于控制器200的输出时，高频晶体管108被断开。如在图5A和图5B中描绘的，控制器200调整切换信号的占空比，该切换信号为晶体管108提供在图3中的DC源104和逆变器电路100之间供给的PWM控制。在图5A中，控制器200生成输出阈值信号506以在对应于方波504的时间期间接通高频晶体管108。在图5B中，控制器200生成较高输出信号510以产生具有较高占空比的方波508。在操作期间，控制器200使信号升高或降低以调整施加于高频晶体管108的输出信号的占空比，以生成对应于VREF 202的波形的输出AC信号。
如上所述，逆变器系统300被配置为生成对应于来自参考波形生成器VREF 202的参考波形的AC波形。尽管图6A-图6E的示例描绘了针对一系列的不同的负载阻抗值和功率输出水平，生成具有正弦波形的AC信号。图6A-图6E还描绘了逆变器的实际输出和参考正弦波形之间的误差。该误差保持在针对宽范围的负载的可接受的限制内，即使在示例图6A-6E中，当负载的阻抗变化时。另外，逆变器系统300在DC电源104波动期间在预定的操作范围内维持稳定的输出。例如，DC电源104可能是光伏太阳能电源阵列或在DC功率输出水平中经历波动的其他DC电源。图6F描绘了来自逆变器300的正弦输出波形，当在该图中DC电源104在0.05秒将输出从75V增加到100V时，逆变器300维持稳定的输出。因此，逆变器系统300在负载阻抗和功率水平的宽范围上，以及在从DC电源104供应的电力中的改变期间，生成具有低误差水平的稳定的输出波形
逆变器系统300通过使用VREF 202生成不同参考波形，能够生成宽范围的信号。例如，VREF 202能够生成具有50Hz频率的240V的目标电压或60Hz频率的120V的AC信号，以使该信号符合针对不同地理区域中的电网的要求。在数字实施例中，VREF 202能够被编程以生成对应于多种波形的数据，以及系统300能够生成多种波形类型而不要求重新配置逆变器电路100或控制系统200。例如，在图6G中，在几个百分之一秒的时间段期间，来自VREF 202的参考信号从简单正弦曲线改变到任意输出AC波形。逆变器系统300跟踪VREF 202的输出，以及产生紧密跟踪改变的参考信号的输出信号。在另一个配置中，逆变器系统300能够直接连接到使用交替AC信号(诸如具有各种电压电平的400Hz波形)进行操作的电动机或其它设备。逆变器系统300能够生成非正弦波形，诸如方波或三角波，以及谐波波形。例如，在机器人应用中，逆变器系统300在不同时间生成负和正DC输出，以控制DC电动机的速度和方向。在图6H中，来自VREF 202的输出信号被绑定到用于机器人(未示出)中的DC电动机的控制系统。输出信号是具有正电压输出以在一个方向中驱动该电动机以及负电压输出以在相反方向中驱动该DC电动机的DC信号。对DC输出电压的电平进行调整，以调整针对DC电动机的速率。如上所述，在电路10的配置中，该电路基于在负载中的DC电动机的操作要求，生成不同电平处的以及具有针对任意时间长度的正或负极性的DC输出信号。针对VREF 202的电压电平控制DC电动机的速度，以及极性控制DC电动机的旋转方向。逆变器300产生包含来自VREF的选择的电压电平和输出极性的图6H中的波形。
除了不同的波形形状外，VREF 202能够产生非均匀波形。例如，在负载128将噪声引入到AC信号的配置中，VREF 202能够被配置为修改参考AC波形，以及系统300生成修改的AC波形，该修改的AC波形在主动消除策略中消除噪声。传统的逆变器包含滤波器，该滤波器不但用于降低噪声，而且用于对来自输入信号的输出AC信号的期望波形进行成形，该输出AC信号通常被成形为方波。在现有逆变器中的滤波器降低噪声以及生成期望的波形形状，但是也通过吸收能够被提供给输出信号的能量，降低了逆变器的效率。相对照，逆变器系统300不要求分立的滤波器以生成期望的波形形状。反而，控制器200对AC输出信号的波形进行成形，以减少误差同时不要求滤波器电路。例如，在一个配置中，其中传统的H桥逆变器提供50％的DC至AC功率转换效率，逆变器系统300提供80％的DC至AC功率转换效率。在另一个配置中，其中传统的H桥逆变器提供80％的DC至AC功率转换效率，逆变器系统300提供超过97％的DC至AC功率转换效率。
图3描绘了用于生成具有单个相位输出的AC输出波形的逆变器系统300的配置。也就是说，AC波形包含单个时变成分，诸如单个50Hz或60Hz正弦波形。如本领域已知的，包含电动机的许多设备使用多相位的输入波形进行操作。例如，三相位和五相位电流能够用于驱动适当配置的电动机。图4描绘了逆变器400的示意图，该逆变器400被配置为从单个DC电源404生成多相位AC信号。
在图4中，在多相位逆变器400中，一连串的参考信号生成器202A-202N生成组合的多相位位输出信号的N个个体相位。例如，在三相位实施例中，三个VREF信号生成器产生三个正弦信号，它们中的每个由120相位角偏移。分别与使用控制器200A-200N的控制器的实例以及逆变器电路100A-100N或150A-150N中的一个逆变器电路相关联，来生成N个相位中的每个相位。多相位逆变器400的可替代配置包含图4中描绘的配置中的逆变器电路160、170、180和190。控制器200A-200N中的每个控制器分别接收来自输出电压传感器308A-308N的反馈。因此，使用类似于单相位逆变器系统300的配置中的单个参考信号，来生成多相位信号中的每个相位。在一个实施例中，使用由单个数字处理设备执行的编程指令，来实现多个VREF生成器202A-202N和控制器200A-200N。多相位逆变器400包括使用例如逆变器电路100或逆变器电路150的N个实例的N个分离的逆变器电路。多相位逆变器系统400能够被配置为生成最多N个相位的信号，其中能够基于逆变器系统400的硬件和软件配置来配置N。例如，在多相位逆变器系统400的一个配置中，多相位逆变器系统400被配置为生成具有5个相位的输出波形，也能够生成具有1至4个相位的AC信号。
图9和图10描绘了逆变器900，逆变器900被配置为在电流受限模式中进行操作。逆变器900包含类似于图3的逆变器的电路元件，包含控制器902、单开关晶体管108以及同步开关晶体管132和136、负载128、参考信号生成器202和正负号生成器146、以及采样保持电压传感器308，其向控制器902提供反馈。出于说明的目的，在非隔离配置中来描绘图9中的逆变器实施例，但是可替代的配置包含隔离变压器，诸如变压器118，在图3中描绘了变压器118。在电流受限模式中，控制器902接收来自电流监测器904(诸如电流计)的信号。被传递给负载128的AC输出随着时间而变化。在一个实施例中，电流监测器904识别在预定时间段(诸如10毫秒)上被传递给负载128的均方根(RMS)电流幅度的幅度。电流监测器904不断地识别RMS电流幅度中的变化以针对宽范围的AC波形识别被传递给负载128的电流的幅度。
在操作期间，如果电流的水平超过预定阈值，则控制器902切断单开关晶体管108直到传递给负载128的电流水平下降低于预定水平。例如，如果逆变器900被配置为向负载128传递10安培交流电的最大振幅，则控制器902在至负载128的测量的电流超过10安培的情况下，切断开关晶体管108，以及当测量的电流下降低于10安培时，控制器902将高频开关晶体管108的控制返回到上述控制方法，诸如图2中描绘的组合的PI和自适应控制器200。电流限制功能确保负载128不接收在操作期间能够对负载128中的一个或多个组件造成损害的电流水平。
如在图10中描绘的，控制器920包含：PI/自适应控制器200或另外适合的控制器，其操作高频开关晶体管108以从DC源生成对应于参考信号的输出信号。在控制器920中，模块1020包含：对应于被传递给负载128的预定最大电流的硬件或软件电流限制1004。在一个实施例中，在逆变器的制造期间，负载电流限制1004被存储在与控制器920相关联的存储器中，而在另一个实施例中，从针对逆变器的不同应用的预定电流范围选择电流限制1004。在操作期间，比较器1012将电流限制1004与所识别的负载电流1008的绝对值进行比较。如果比较器1012识别到负载电流1008的绝对值超过负载电流限制1004，则模块1020操作旁路开关1016以生成输出控制信号，该输出控制信号被标记为Q Off 1018，以断开高频开关晶体管108。当应用于负载的所识别的电流超过电流负载限制值1004时，模块1020重写控制器200的输出。在一个实施例中，旁路开关1016是由控制器920中生成的控制信号操作的物理继电器或其他机电式开关。在另一个实施例中，旁路开关1016被实现成固态电路或控制器920中的软件组件，以在来自控制器200的输出或去激活信号1018之间进行选择，以用于操作高频开关晶体管108。
图11描绘了逆变器中的控制器920的另一个配置。在图11中，模块1120包含：模块1104，其指定应当从逆变器提供给负载128的最大功率水平。如本领域已知的，AC输出信号的电功率被确定为电压乘以电流的乘积。模块1120使用最大功率阈值1104作为参考，以及通过将总功率阈值1104除以所确定的AC电压1108以确定针对所确定的AC输出电压电平被传递给负载的最大电流水平，以确定是否超过总功率。在逆变器中的电压传感器生成对应于正在驱动负载128的AC信号的电压的电压输出1108。除法器1112将最大功率1104除以所确定的电压1108以生成最大电流限制水平值，其中最大电流水平能够基于负载128的电压中的改变而变化。模块1120接着将来自除法器1112的最大电流与所确定的负载电流1008进行比较，以及比较器1012操作旁路开关1016以断开高频开关晶体管108。当传递给负载128的功率超过预定最大功率限制时，模块1120重写控制器200的输出，以及模块1120在被传递给负载128的所确定的功率水平降低到低于预定最大功率水平的水平后启用控制器200。
图12描绘了多个逆变器的布置，每个逆变器产生流过公共AC输出母线的AC输出。在一个配置中，图12中描绘的逆变器中的每个逆变器连接到分离的DC电源，诸如一个或多个太阳能面板，以及逆变器生成AC输出，该AC输出组合由太阳能阵列中的所有太阳能面板产生的电能量。在图12中，单个参考电压波形生成器1204向逆变器1208、1212和1216中的每个逆变器提供参考AC信号。在可替代配置中，图12的逆变器系统包含两个或更多逆变器。逆变器1208-1216中的每个逆变器被配置为具有以上所述的逆变器电路和控制器实施例中的一个。在图12中，逆变器1208被配置为担当主逆变器，其从参考电压波形1204生成AC输出。参考电压生成器1204的输出还连接到逆变器1212和1216，在主逆变器1208被激活时，其不包含独立的参考信号生成器或使参考信号生成器去激活。
在操作期间，逆变器中的每个逆变器基于来自参考波形生成器1204的单个参考信号，生成适应的输出。虽然逆变器1208-1216中的每个逆变器能够接收来自独立的DC电源的不同的DC输入信号，但是逆变器中的每个逆变器向AC母线1220输出具有与主逆变器1208相同频率和相位的单个AC波形。在电流限制的实施例中，一部分逆变器向AC母线1220提供具有预定电流限制的AC输出，虽然其他逆变器被去激活，直到在AC母线1220上的电流的总幅度下降低于预定阈值。因此，逆变器1208-1216以动态的方式激活和去激活，以确保AC母线1120传递一致的AC功率信号。在一些实施例中，如果主逆变器1208被去激活或变成无功能，则逆变器中的另一个逆变器激活参考信号生成器以及承担主逆变器的作用。因此，在图12中描述的逆变器的配置从多个并联的DC电源向单个AC电力母线1120提供AC输出，同时如果主逆变器1208被去激活或故障，则提供容错。
图13描绘了多个逆变器的另一个布置，其中每个逆变器产生被供应给电网的AC输出。图13包含：逆变器1304、1308和1312，其中每个逆变器向电网1316供应AC输出信号。在一个实施例中，逆变器1304-1316是来自电厂(诸如太阳能电厂)的输出，该逆变器将来自电厂的DC电源转换成与电网兼容的AC输出。电网1316承载AC功率信号，诸如单相位或多相位AC信号，以及逆变器1304-1312向电网1316供应另外的电能，该电网1316用于向连接到该电网1316的电力设备进行配电。在图13的实施例中，多个逆变器并联地提供针对单相位或多相位的并行发电。如果逆变器中的一些逆变器被去激活或故障，则生成与AC电网中的一个或多个相位同步的AC输出信号的逆变器的冗余集合也提供容错。
在图13中，逆变器1304-1312中的每个逆变器接收对应于由电网1316已经承载的AC信号的参考信号。因此，逆变器1304-1312中的每个逆变器向电网1316传递具有符合通过电网1316传递的AC信号的AC波形、频率和相位的AC输出信号。逆变器1304-1312基于从连接到逆变器中的每个逆变器的DC电源传递的DC功率的总数，以及基于来自电网1316对另外的AC功率的需求，向电网1316传递不同的AC输出信号。在一个配置中，AC电网1316传递三个相位中的AC功率信号。逆变器1304-1312中的每个逆变器接收对应于该相位中的仅一个相位的参考信号，以及逆变器1304-1312向AC电网1316传递三相功率。
图14A-14D描绘了在逆变器的不同操作模式中以上在图1B-图1E中已经描述的电路元件。在图14A中，输出信号到达正峰值，其中高频晶体管108被接通以对电感器112充电，开关晶体管132被接通，以及开关晶体管136被断开。在图14A中，电容器116被完全充电，以及电流1408流过电感器112而不是流过晶体管132。电流1404还流过图14A中的电感器120。图14B描绘了在正峰值电压的输出期间的电路，其中高频晶体管108被断开，开关晶体管132被断开以及开关晶体管136被接通。在图14B中，电感器112释放电流1408，而电流1404流过电感器120。
图14描绘了在从正峰值电压向负峰值电压转变期间的电路。在图14C中，高频开关晶体管108被断开，开关晶体管132被接通，以及开关晶体管136被断开。在图14C中，电感器112释放电流1408，以及电流1412流过电感器120。电流1412在与图14A-图14B中描绘的电流1404相反的方向中流动，因为该电路正在向负输出而不是图14A-图14B中描绘的正输出转变。图14D描绘了处于负电压峰值的电路，其中高频晶体管108被接通，晶体管132被断开以及晶体管136被接通。在图14D中，DC电源104对电感器112充电，以及电流1408流过电感器112。电流1412流过电感器120。晶体管136被接通，但是负电流1412的方向有效地防止了通过晶体管132和136中的任何一个的电流的流动。
在配置14A-14D中的每一个配置中，电源104对具有电感器112和电容器116的LC电路进行充电，其中电流在方向1408中流动，或者电感器112和电容器116在方向1408中释放电流。通过电感器120的电流1404和电流1412的方向影响装填到电容器124的电荷以及随后的输出电压。例如，电流1404产生来自电容器124的正电荷以及正电压输出，电流1412产生来自电容器124的负电荷以及负电压输出。
图15描绘了在针对AC信号的输出的正和负循环期间，电容器116和124以及电感器112和120的充电循环。图1504描绘了在正和负输出循环期间，在电容器116和124中电压充电。针对输出电容器124的充电水平对应于被传递给负载128的针对电路的输出电压。图1508描绘了通过电感器112和120的电流流动。电感器112接收来自DC源104的电流，以及电感器120传递电流以将正或负电荷应用于电容器124。
如上所述，逆变器电路和控制系统被配置为：给定DC电源，生成输出电信号。控制器跟踪参考信号以调整输出以对应于参考信号波形，同时最小化系统中的噪声的影响或DC源的输出中的变化。在另一个配置中，单开关逆变器系统被并入到更大的发电系统中，其中另一个生成源产生AC电信号。例如，发电机或另一个DC至AC逆变器生成AC信号。来自外部源的AC信号常常包含噪声以及针对AC信号波形的其它畸变。上述逆变器系统调节来自有噪声的外部AC源的输出信号以生成组合的输出AC信号，其中在组合波形中降低或消除了噪声。
图16描绘了有噪声的外部AC信号源1604、电力线1632以及负载1644。在图16中，一种功率调节系统1600包含DC电源104、控制器200、AC参考信号生成器202、差分电路208、比较器224、锯齿信号生成器328、单开关逆变器电路1628以及电压测量电路1640，其测量单开关逆变器电路1628和外部AC信号噪声源1604的组合输出。外部AC信号源1604包含一个或多个发电机、AC至DC逆变器或针对AC信号的任何其他源。参考信号生成器202生成对应于没有噪声的外部AC信号源1604的预期输出的预定波形。单开关逆变器电路1628包含：具有以上在图1B-1E、图3、图7A-7B、图8A-图8B以及图9-图11的电路中描述的电路配置的电路。
在系统1600的操作期间，电力线1632承载有噪声的AC信号，以及系统1600的输出电连接到电线1632。电压传感器1640生成对应于来自外部信号源1604的有噪声的AC信号和系统1600的输出的组合的电压读数。因此，电压传感器1640的输出记录在电线1632上的组合的AC信号中的误差，包含来自外部源1604的噪声和来自系统1600内的潜在噪声。差分电路208识别有噪声的信号之间的差异，以及控制器200将噪声识别为误差。控制器200调整针对比较器224的阈值输出，以校正来自外部AC源1604的信号中的噪声。
在一个配置中，系统1600生成来自单开关逆变器电路1628的输出信号，该单开关逆变器电路使用相干干涉或相消干涉主动地来消除来自外部AC信号源1604的AC信号中的噪声，以生成具有对应于参考信号的波形的组合的AC信号。因此，系统1600可以发出不直接对应于来自参考信号生成器202的参考信号波形的信号波形，但是来自外部AC信号源1604的有噪声信号和系统1600的输出的组合符合AC参考信号波形。如果来自外部AC源1604的信号中的噪声的幅度或类型随着时间改变，则系统1600将新的噪声成分识别为误差，以及生成修改的校正信号以校正外部AC信号中的不同误差。
图17描绘了来自外部AC信号源1604、功率调节系统1600以及两个信号的组合的示例性波形。在图17中，图1704描绘了由外部AC信号源1604生成的AC信号1708。由于噪声，信号1708不是均匀的正弦波形，而是包含破坏AC波形的形状的噪声成分1712。在系统1600中，电压传感器1640检测信号1708，以及差分电路确定来自AC参考信号生成器202的均匀正弦信号和包含噪声成分1712的信号1708的部分之间的误差。控制器200调整供应给比较器224的阈值水平，以生成图1724中描绘的校正信号。校正信号1728包含对应于噪声成分1712的信号波形。
在图17的示例中，噪声成分1712是在正弦波1708的正峰值处的洼地。校正信号是建设性地消除洼地1712的窄峰值以形成组合的平滑的正弦输出信号。在另一种情况中，当噪声导致在外部AC信号中的信号水平比在参考信号波形中的出现的更高时，系统1600生成破坏性地消除外部AC信号中的噪声成分的校正波形。在图17中，图1744描绘了从有噪声的信号1708和校正信号1728的组合生成的平滑的正弦信号1748。图18描绘了信号1708、1728和1748的叠加。在图18中，来自系统1600的校正信号1728消除噪声成分1712以生成平滑的正弦信号1748。
虽然在附图和上述描述中已经详细地说明和描述了实施例，但是同样的实施例应当被认为是说明性的而不是在特征中的限制。应当理解的是，已经呈现了仅优选实施例，以及也要求保护落入本发明的精神内的所有改变、修改和另外的应用。

Claims (53)

1.一种电力转换器，包括：
一种电路，该电路包括：
单开关晶体管，其电连接到具有第一电压电平的直流(DC)电源；
第一电感器-电容器电路，其电连接到所述单开关晶体管的输出以及被配置为响应于所述开关晶体管被接通，接收通过所述单开关晶体管的来自所述DC电源的电功率；以及
第二电感器-电容器电路，其电连接第一电感器-电容器电路以及被配置为向负载提供输出信号；以及
控制器，其可操作地连接到所述单开关晶体管，所述控制器被配置为：
识别所述电路的输出信号与参考信号之间的误差，所述参考信号的电压在不同于所述第一电压电平的第二电压电平处；以及
调整脉宽调制(PWM)切换信号的占空比，以使用所调整的占空比以预定的频率来切换所述单开关晶体管，以降低所识别的误差。
2.根据权利要求1所述的电力转换器，还包括：
差分电路，其被配置为生成对应于所述电路的所述输出信号和所述参考信号之间的差异的误差信号；
信号生成器，其被配置为生成预定频率处的周期信号；
比较器，其被配置为接收来自所述信号生成器的所述周期信号以及来自所述控制器的控制信号以生成脉宽调制(PWM)信号，以使用对应于所述周期信号的一部分的所述PWM信号的占空比在所述预定频率处切换所述单开关晶体管，所述周期信号的一部分低于来自所述控制器的控制信号的水平；以及
所述控制器可操作地连接到所述差分电路以及所述比较器，所述控制器还被配置为：
生成在来自信号生成器的所述周期信号的最小水平和最大水平之间的水平处的所述控制信号，以参考来自所述差分电路的所述误差信号来调整所述PWM信号的占空比。
3.根据权利要求2所述的电力转换器，其中所述信号生成器被配置为生成在所述预定频率处的锯齿周期信号以用于切换所述单开关晶体管。
4.根据权利要求2所述的电力转换器，所述控制器还包括：
比例积分(PI)控制器，其被配置为参考所识别的误差来生成PI控制信号；
自适应控制器，其被配置为参考所识别的误差和所述AC参考信号来生成自适应的控制信号；以及
所述控制器还被配置为参考所述PI控制信号和所述自适应控制信号的和，来生成所述控制信号。
5.根据权利要求1所述的电力转换器，所述参考信号是DC信号。
6.根据权利要求1所述的电力转换器，所述参考信号是交流电(AC)参考信号，以及所述电路还包括：
电开关设备，其具有电连接到所述单开关晶体管的输出的输入，以及被配置为在对应于所述AC参考信号的频率的另一个预定频率处进行切换，以从所述DC电源生成AC输出。
7.根据权利要求6所述的电力转换器，其中所述电开关设备基本上包括两个晶体管。
8.根据权利要求6所述的电力转换器，其中所述电开关设备基本上包括单个用于交流电的三极管(TRIAC)。
9.根据权利要求1所述的电力转换器，所述参考信号是直流(DC)参考信号，以及所述电路还包括：
电开关设备，其具有电连接到所述单开关晶体管的输出的输入，所述电路被配置为响应于所述电开关设备处于第一配置中生成正输出，以及响应于所述开关设备处于第二配置中生成负输出。
10.根据权利要求1所述的电力转换器，所述控制器是比例积分控制器。
11.根据权利要求1所述的电力转换器，所述控制器是自适应控制器。
12.一种电功率调节系统，包括：
一种电路，该电路包括：
单开关晶体管，其被配置为电连接到直流(DC)电源；以及
电开关设备，其具有电连接到所述单开关晶体管的输出的输入，以及被配置为在第一预定频率处进行切换，以从由所述DC电源供应的DC输入生成输出信号；
参考信号生成器，其被配置为生成具有对应于针对外部AC信号生成器的预定信号的所述第一预定频率的AC参考信号波形；
信号传感器，其被配置为测量来自所述外部AC生成器的外部AC信号和所述电路的所述输出信号的组合，所述外部AC信号包含噪声成分，以及
控制器，所述控制器可操作地连接到所述单开关晶体管、所述参考信号生成器以及所述信号传感器，所述控制器被配置为：
识别所述AC参考信号与具有所述噪声成分的所述外部AC信号和所述输出信号的组合之间的误差；以及
调整脉宽调制(PWM)切换信号的占空比，以使用所调整的占空比以第二预定频率来切换所述单开关晶体管，以降低或消除所述外部AC信号和所述输出信号的组合中的所述噪声成分。
13.根据权利要求12所述的系统，还包括：
差分电路，其被配置为生成对应于所述参考信号与来自所述信号传感器的所述外部AC信号和所述电路的所述输出信号的组合之间的差异的误差信号；
信号生成器，其被配置为生成第二预定频率处的周期信号；
比较器，其被配置为接收来自所述信号生成器的所述周期信号以及来自所述控制器的控制信号以生成脉宽调制(PWM)信号，以使用对应于所述周期信号的一部分的所述PWM信号的占空比以所述第二预定频率切换所述单开关晶体管，其中所述周期信号的一部分低于来自所述控制器的控制信号的水平；以及
所述控制器，其可操作地连接到所述差分电路以及所述比较器，所述控制器还被配置为：
生成在来自所述信号生成器的所述周期信号的最小电平和最大电平水平处的所述控制信号，以参考来自差分电路的所述误差信号来调整所述PWM信号的占空比。
14.根据权利要求13所述的系统，所述控制器还包括：
比例积分(PI)控制器，其被配置为参考所识别的误差来生成PI控制信号；
自适应控制器，其被配置为参考所识别的误差和所述AC参考信号来生成自适应的控制信号；以及
所述控制器还被配置为参考所述PI控制信号和所述自适应控制信号的和，来生成所述控制信号。
15.根据权利要求12所述的系统，其中所述电开关设备基本上包括两个晶体管。
16.根据权利要求12所述的系统，其中所述电开关设备基本上包括单个用于交流电的三极管(TRIAC)
17.根据权利要求12所述的系统，所述控制器是比例积分控制器。
18.根据权利要求12所述的系统，所述控制器是自适应控制器。
19.一种电逆变器系统，包括：
逆变器电路，所述逆变器电路包括：
单开关晶体管，其被配置为电连接到直流(DC)电源；
电开关设备，其具有电连接到所述单开关晶体管的输出的输入，以及被配置为以预定的频率进行切换以从由所述DC电源供应的DC输入生成交流电(AC)输出；
电流传感器，其被配置为生成对应于所述AC输出的幅度的信号；以及
旁路开关，其电连接到所述单开关晶体管；以及
控制器，所述控制器可操作地连接到所述单开关晶体管、所述电流传感器以及所述旁路开关，所述控制器被配置为：
参考从所述电流传感器接收的信号来识别所述AC输出的电流幅度；
响应于所述AC输出的所识别的电流幅度大于预定阈值，操作所述旁路开关以从第一配置改变到第二配置，在所述第二配置中的所述旁路开关被配置为向所述单开关晶体管发送控制信号以防止DC电流流过所述单开关晶体管；
仅响应于所述旁路开关在所述第一配置中，生成脉宽调制(PWM)切换信号以便以预定频率切换所述单开关晶体管；
仅响应于所述旁路开关在所述第一配置中识别AC参考信号的电压电平和来自所述逆变器电路的所述AC输出的测量的电压电平之间的误差；以及
仅响应于所述旁路开关在所述第一配置中设置所述PWM切换信号的占空比以降低所识别的误差。
20.根据权利要求19所述的系统，所述控制器还被配置为：
响应于所述AC输出的所识别的幅度小于所述预定阈值，操作所述旁路开关以从所述第二配置改变到所述第一配置。
21.根据权利要求19所述的系统，还包括：
电压传感器，其被配置为生成对应于所述AC输出的电压的信号；以及
所述控制器可操作地连接到所述电压传感器以及还被配置为：
参考从所述电压传感器接收的所述信号，识别所述AC输出的电压的幅度；
参考所述电压的所识别的幅度和所述电流的所识别的幅度，识别所述AC输出的功率；
响应于所述AC输出的所识别的功率大于另一个预定阈值，操作所述旁路开关以从所述第一配置改变到所述第二配置。
22.根据权利要求21所述的系统，所述控制器还被配置为：
响应于所述AC输出的所识别的功率小于所述预定阈值，操作所述旁路开关以从所述第二配置改变到所述第一配置。
23.一种电逆变器系统，包括：
第一逆变器电路，所述第一逆变器电路包括：
第一单开关晶体管，其被配置为电连接到第一直流(DC)电源；
参考信号生成器，其被配置为生成对应于针对所述第一逆变器电路的输出AC的交流电(AC)信号；
第一电开关设备，其具有电连接到所述DC电源的输入以及被配置为以第一预定频率进行切换以从由所述第一DC电源供应的DC输入生成第一交流电(AC)输出；以及
第一控制器，其可操作地连接到所述第一单开关晶体管，所述第一控制器被配置为：
生成第一脉宽调制(PWM)切换信号以便以第二预定频率来切换所述第一单开关晶体管，所述第二预定频率大于所述第一预定频率；
识别所述AC参考信号的电压电平和来自所述第一逆变器电路的所述第一AC输出的测量的电压电平之间的第一误差；以及
设置所述第一PWM切换信号的占空比以降低所述第一识别的误差；以及
第二逆变器电路，包括：
第二单开关晶体管，其被配置为电连接到第二直流(DC)电源；
第二电开关设备，其具有电连接到所述第二DC电源的输入以及被配置为以第一预定频率进行切换以从由所述第二DC电源供应的第二DC输入生成第二交流电(AC)输出；以及
第二控制器，其可操作地连接到所述第二单开关晶体管，所述第二控制器被配置为：
生成第二脉宽调制(PWM)切换信号以便以第二预定频率来切换所述第二单开关晶体管；
识别来自所述第一逆变器电路中的所述参考信号生成器的所述AC参考信号的电压电平和来自所述第二逆变器电路的所述第二AC输出的测量的电压电平之间的第二误差；以及
设置所述第二PWM切换信号的占空比以降低所述第二识别的误差。
24.根据权利要求23所述的系统，所述第二逆变器电路还包括：
另一个参考信号生成器，其被配置为仅响应于所述第一逆变器电路中的所述参考信号生成器的去激活，生成对应于针对所述第二逆变器电路的输出AC的交流电(AC)信号；以及
所述第二控制器还被配置为：
响应于在所述第一逆变器电路中的所述参考信号生成器的去激活，识别来自在所述第二逆变器电路中的其它参考信号生成器的所述AC参考信号的电压电平和来自所述第二逆变器电路的所述第二AC输出的测量的电压电平之间的第二误差。
25.根据权利要求23所述的系统，所述第二逆变器电路还包括：
旁路开关，其电连接到所述第二单开关晶体管；以及
所述第二控制器还被配置为：
响应于来自所述第二逆变器电路的所述第二AC输出和来自所述第一逆变器电路的所述第一AC输出的所识别的电流幅度大于预定阈值，操作所述旁路开关以从第一配置改变到第二配置，在所述第二配置中的所述旁路开关被配置为向所述第二单开关晶体管发送控制信号以防止DC电流流过所述第二单开关晶体管。
26.一种电逆变器系统，包括：
第一逆变器电路，包括：
第一单开关晶体管，其被配置为电连接到第一直流(DC)电源；以及
第一电开关设备，其具有电连接到所述第一DC电源的输入以及被配置为以第一预定频率进行切换以从由所述第一DC电源供应的DC输入来生成第一交流电(AC)输出，所述第一预定频率是接收来自所述第一逆变器电路的第一AC输出的电网中的第一AC信号的频率；以及
第一控制器，其可操作地连接到所述第一单开关晶体管，所述第一控制器被配置为：
生成第一脉宽调制(PWM)切换信号以便以第二预定频率来切换所述第一单开关晶体管，所述第二预定频率大于所述第一预定频率；
识别所述电网中的所述第一AC信号的电压电平和来自所述第一逆变器电路的所述第一AC输出的测量的电压电平之间的第一误差；以及
设置所述第一PWM切换信号的占空比以降低所述第一识别的误差；以及
第二逆变器电路，包括：
第二单开关晶体管，其被配置为电连接到第二直流(DC)电源；
第二电开关设备，其具有电连接到所述第二DC电源的输入以及被配置为以第一预定频率进行切换以从由所述第二DC电源供应的第二DC输入来生成第二交流电(AC)输出，所述第二逆变器电路被配置为向所述电网输送所述第二AC输出；以及
第二控制器，其可操作地连接到所述第二单开关晶体管，所述第二控制器被配置为：
生成第二脉宽调制(PWM)切换信号以便以第二预定频率来切换所述第二单开关晶体管；
识别来自所述电网的第二AC信号的电压电平和来自所述第二逆变器电路的所述第二AC输出的测量的电压电平之间的第二误差；以及
设置所述第二PWM切换信号的占空比以降低所述第二识别的误差。
27.根据权利要求26所述的系统，其中来自所述第一逆变器电路的所述第一AC输出具有对应于来自所述电网的所述第一AC信号的相位的第一相位，以及来自所述第二逆变器电路的所述第二AC输出具有对应于来自所述电网的所述第二AC信号的相位的第二相位，所述第一相位不同于所述第二相位。
28.一种电逆变器系统，包括：
逆变器电路，包括：
单开关晶体管，其被配置为电连接到直流(DC)电源；以及
电开关设备，其电连接到所述单开关晶体管以及被配置为以预定的频率进行切换以从由所述DC电源供应的DC输入生成交流电(AC)输出；
比较器，所述比较器被配置为参考AC输出信号的预定参考模型和测量的来自所述逆变器电路的AC输出信号之间的识别的差异来生成切换信号，以接通和断开所述单开关晶体管；以及
自适应控制器，所述自适应控制器被配置为参考来自所述切换信号的增益自适应反馈，来设置所述切换信号的占空比。
29.根据权利要求28所述的电逆变器系统，参考输入AC参考信号来生成所述AC输出信号的预定参考模型。
30.根据权利要求29所述的电逆变器系统，所述自适应控制器还被配置为参考所述输入AC参考信号来设置所述切换信号的占空比。
31.根据权利要求28所述的电逆变器系统，其中响应于所述切换信号，所述单开关晶体管以比所述电开关设备的预定频率更高的频率进行切换。
32.根据权利要求28所述的电逆变器系统，其中所述电开关设备基本上包括两个晶体管。
33.根据权利要求29所述的电逆变器系统，其中所述电开关设备基本上包括单个用于交流电的三极管(TRIAC)。
34.一种电逆变器系统，包括：
逆变器电路，包括：
单开关晶体管，其被配置为电连接到直流(DC)电源；
变压器，所述变压器具有电连接到所述单开关晶体管的输出的输入；以及
电开关设备，所述电开关设备具有电连接到所述变压器的输出的输入以及被配置为以预定的频率进行切换以从由所述DC电源供应的DC输入生成交流电(AC)输出；以及
控制器，所述控制器可操作地连接到所述单开关晶体管，所述控制器被配置为：
生成脉宽调制(PWM)切换信号以便以预定频率来切换所述单开关晶体管；
识别AC参考信号的电压电平和来自所述逆变器电路的输出信号的测量的电压电平之间的误差；以及
设置所述PWM切换信号的占空比以降低所识别的误差。
35.根据权利要求34所述的系统，所述控制器还包括：
比例积分(PI)控制器，其被配置为参考所识别的误差来生成第一控制输出信号；
自适应控制器，其被配置为参考所识别的误差和所述AC参考信号来生成第二控制输出信号；以及
所述控制器还被配置为参考所述第一控制输出信号和所述第二控制输出信号的和，来设置所述切换信号的占空比。
36.根据权利要求35所述的系统，在所述PI控制器中的比例参数和积分参数的和大于在所述自适应控制器中的增益参数。
37.根据权利要求34所述的系统，其中响应于所述切换信号，所述单开关晶体管以比所述电开关设备的所述预定频率更高的频率进行切换。
38.根据权利要求34所述的系统，所述电开关设备还包括：两个晶体管。
39.根据权利要求34所述的系统，其中所述电开关设备还包括：单个用于交流电的三极管(TRIAC)。
40.根据权利要求34所述的系统，还包括：
电感器电容器(LC)电路，其具有电连接到所述单开关晶体管的输出的输入，以及电连接到所述变压器的输入的输出。
41.根据权利要求34所述的系统，还包括：
电容器，其电连接到所述变压器的输出以及所述电开关设备的输入。
42.一种电逆变器系统，包括：
逆变器电路，包括：
单开关晶体管，所述单开关晶体管被配置为电连接到直流(DC)电源；以及
电开关设备，所述电开关设备电连接到所述单开关晶体管以及被配置为以预定的频率进行切换以从由所述DC电源供应的DC输入生成交流电(AC)输出；以及
控制器，所述控制器可操作地连接到所述单开关晶体管，所述控制器被配置为：
生成脉宽调制(PWM)切换信号以便以预定频率来切换所述单开关晶体管；
识别AC参考信号的电压电平和来自所述逆变器电路的输出信号的测量的电压电平之间的误差；以及
设置所述PWM切换信号的占空比以降低所识别的误差。
43.根据权利要求42所述的系统，还包括：
比例积分(PI)控制器，其被配置为参考所述误差来生成第一控制输出信号；
自适应控制器，其被配置为参考所述误差和所述AC参考信号来生成第二输出控制信号；以及
所述控制器还被配置为参考所述第一控制输出信号和所述第二控制输出信号的和，来设置所述切换信号的占空比。
44.根据权利要求43所述的系统，在所述PI控制器中的比例参数和积分参数的和大于在所述自适应控制器中的增益参数。
45.根据权利要求42所述的系统，其中响应于所述切换信号，所述单开关晶体管以比所述电开关设备的所述预定频率更高的频率进行切换。
46.根据权利要求42所述的系统，其中所述电开关设备还包括：两个晶体管。
47.根据权利要求42所述的系统，其中所述电开关设备还包括：单个用于交流电的三极管(TRIAC)。
48.一种电逆变器系统，包括：
多个逆变器电路，每个逆变器电路被配置为电连接到直流(DC)电源，每个逆变器电路包括：
单开关晶体管，所述单开关晶体管被配置为电连接到所述直流(DC)电源；以及
电开关设备，所述电开关设备电连接到所述单开关晶体管以及被配置为以预定的频率进行切换以从由所述DC电源供应的DC输入生成对应于多相位输出信号的单相位的交流电(AC)输出；
多个信号生成器，每个信号生成器被配置为生成对应于所述多相位输出信号的单相位的AC参考信号；以及
控制器，所述控制器可操作地连接到所述多个逆变器电路中的每个逆变器电路中的所述单开关晶体管，所述控制器被配置为：
生成多个脉宽调制(PWM)切换信号，所述多个切换信号中的每个切换信号以预定频率来切换所述多个逆变器中的每个逆变器中的所述单开关晶体管；
识别来自所述多个信号生成器中的每个信号生成器的所述AC参考信号的电压电平和来自所述多个逆变器电路中的对应的逆变器电路的输出信号的测量的电压电平之间的误差；以及
设置所述多个PWM切换信号中的每个PWM切换信号的占空比以降低所述多个逆变器电路中的每个逆变器电路中的所识别的误差。
49.根据权利要求48所述的系统，在所述多个控制器中的每个控制器还包括：
比例积分(PI)控制器，其被配置为参考与所述控制器相关联的所述逆变器电路中的所述误差来生成第一控制输出信号；
自适应控制器，其被配置为参考与所述控制器相关联的所述逆变器电路中的所述误差和与所述控制器相关联的所述AC参考信号来生成第二输出控制信号；以及
每个控制器还被配置为参考所述第一控制输出信号和所述第二控制输出信号的和，来设置针对与所述控制器相关联的所述单开关晶体管的所述切换信号的占空比。
50.根据权利要求49所述的系统，在每个PI控制器中的比例参数和积分参数的和大于在所述多个控制器中的相应的自适应控制器中的增益参数。
51.根据权利要求48所述的系统，其中响应于所述切换信号，在所述多个逆变器电路中的每个逆变器中的所述单开关晶体管以比在所述多个逆变器中的每个逆变器中的所述电开关设备的所述预定频率更高的频率进行切换。
52.根据权利要求48所述的系统，其中在所述多个逆变器中的每个逆变器中的所述电开关设备还包括：
两个晶体管。
53.根据权利要求48所述的系统，其中在所述多个逆变器中的每个逆变器中的所述电开关设备还包括：
单个用于交流电的三极管(TRIAC)。
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