CN104917414A - 逆变装置及其控制方法 - Google Patents

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CN104917414A CN201510079043.8A CN201510079043A CN104917414A CN 104917414 A CN104917414 A CN 104917414A CN 201510079043 A CN201510079043 A CN 201510079043A CN 104917414 A CN104917414 A CN 104917414A
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Abstract

本发明公开了一种逆变装置的控制方法。逆变装置包含直流转直流转换器与直流转交流转换器。直流转直流转换器的一输出侧耦接于直流转交流转换器的一输入侧。控制方法包含下列步骤：自直流转直流转换器的输出侧输出一直流电源；自直流转交流转换器的输入侧接收直流电源，并依据直流电源于直流转交流转换器的一输出侧产生一交流电源；以及检测直流电源，并依据所检测的直流电源控制直流转交流转换器的操作。本发明逆变装置的控制方法通过检测初级输出(直流母线电压)，消除/减少外在环境对逆变装置的工作效率的影响，进而提升逆变装置于轻载状态下的操作性能。

Description

逆变装置及其控制方法
技术领域
本发明涉及逆变装置，尤其涉及一种利用检测直流母线电压以控制逆变装置的方法及其相关的逆变装置。
背景技术
在传统的逆变装置之中，直流转直流转换器会接收太阳能电池板输出的直流电源，并将其进行升压以传送至直流转交流转换器，直流转交流转换器接着会将经升压后的直流电源转换成交流电源。由于太阳能电池板容易受到外在环境的影响(例如，云朵遮蔽、飞禽粪便及/或枯叶遮盖)，这会造成逆变装置由太阳能电池所接收的功率能量跟着变低，当逆变装置输出的功率过低(轻载状态)，会使逆变装置在轻载的工作效率变差。
因此，需要一种创新的逆变装置的控制方法，以解决逆变装置因为外在环境的影响而造成工作效率不佳的问题。
发明内容
本发明的一目的在于提供一种逆变装置的控制方法，该逆变装置的控制方法能够解决逆变装置因为外在环境的影响而造成工作效率不佳的问题。
本发明的另一目的在于提供一种逆变装置，该逆变装置能够解决逆变装置因为外在环境的影响而造成工作效率不佳的问题。
为了实现上述目的，本发明提供了一种逆变装置的控制方法，所述逆变装置包含一直流转直流转换器及一直流转交流转换器，所述直流转直流转换器的一输出侧耦接于所述直流转交流转换器的一输入侧，所述控制方法包含：
自所述直流转直流转换器的所述输出侧输出一直流电源；
自所述直流转交流转换器的所述输入侧接收所述直流电源，并依据所述直流电源于所述直流转交流转换器的一输出侧产生一交流电源；以及
检测所述直流电源，并依据所检测的所述直流电源控制所述直流转交流转换器的操作。
较佳地，当检测出所述直流电源的一能量准位小于或等于一下限准位时，控制所述直流转交流转换器之操作的步骤包含：
关闭所述直流转交流转换器。
较佳地，在关闭所述直流转交流转换器之后，检测所述直流电源并依据所检测的所述直流电源控制所述直流转交流转换器之操作的步骤还包含：
检测所述直流电源的所述能量准位是否大于或等于一上限准位，其中所述上限准位大于所述下限准位；以及
当检测出所述能量准位大于或等于所述上限准位时，开启所述直流转交流转换器。
较佳地，当检测出所述直流电源的一能量准位大于或等于一上限准位时，控制所述直流转交流转换器之操作的步骤包含：
开启所述直流转交流转换器。
较佳地，在开启所述直流转交流转换器之后，检测所述直流电源并依据所检测的所述直流电源控制所述直流转交流转换器之操作的步骤还包含：
检测所述直流电源的所述能量准位是否小于或等于一下限准位，其中所述下限准位小于所述上限准位；以及
当检测出所述能量准位小于或等于所述下限准位时，关闭所述直流转交流转换器。
较佳地，所述控制方法还包含：
依据所述直流转交流转换器的一额定输出能量来设定所述下限准位。
较佳地，所述能量准位为一电压准位。
与现有技术相比，本发明逆变装置的控制方法通过检测初级输出(直流母线电压)，消除/减少外在环境对逆变装置的工作效率的影响，进而提升逆变装置于轻载状态下的操作性能。
为了实现本发明的另一目的，本发明提供了一种逆变装置，包含：
一直流转直流转换器，用以输出一直流电源；
一直流转交流转换器，耦接于所述直流转直流转换器，用以接收所述直流电源，并依据所述直流电源来产生一交流电源；以及
一控制器，耦接于所述直流转交流转换器，用以检测所述直流电源，并依据所检测的所述直流电源控制所述直流转交流转换器的操作。
较佳地，当所述控制器检测出所述直流电源的一能量准位小于或等于一下限准位时，所述控制器会关闭所述直流转交流转换器。
较佳地，在所述控制器关闭所述直流转交流转换器之后，所述控制器还检测所述直流电源的所述能量准位是否大于或等于一上限准位，其中所述上限准位大于所述下限准位；以及当所述控制器检测出所述能量准位大于或等于所述上限准位时，所述控制器会开启所述直流转交流转换器。
较佳地，当所述控制器检测出所述直流电源的一能量准位大于或等于一上限准位时，所述控制器会开启所述直流转交流转换器。
较佳地，在所述控制器开启所述直流转交流转换器之后，所述控制器还检测所述直流电源的所述能量准位是否小于或等于一下限准位，其中所述下限准位小于所述上限准位；以及当所述控制器检测出所述能量准位小于或等于所述下限准位时，所述控制器会关闭所述直流转交流转换器。
较佳地，所述控制器依据所述直流转交流转换器的一额定输出能量来设定所述下限准位。
较佳地，所述能量准位为一电压准位。
与现有技术相比，本发明逆变装置通过检测初级输出(直流母线电压)，消除/减少外在环境对逆变装置的工作效率的影响，进而提升逆变装置于轻载状态下的操作性能。
附图说明
图1为本发明逆变装置的一实施例的示意图。
图2为图1所示的逆变装置的初级输出与次级输出的一波形图。
图3为本发明逆变装置的控制方法的一实施例的流程图。
图4为本发明逆变装置的控制方法的另一实施例的流程图。
【符号说明】
100：逆变装置
102：太阳能电池
110：直流转直流转换器
120：直流转交流转换器
130：控制器
302～332、402～432：步骤
PIN：输入电源
PDC：直流电源
PAC：交流电源
SDO、SAO：输出侧
SAI：输入侧
SG：脉冲宽度调变讯号
CBUS：直流母线电容
VBUS：直流母线电压
VH：上限准位
VL：下限准位
IAC：电流准位
t1、t2、t3、t4：时间点
具体实施方式
为详细说明本发明的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图详予说明。
为了提升逆变装置于轻载状态下的工作效率，本发明所提供的逆变装置的控制方法可直接检测直流母线电压(例如，直流转直流转换器所输出的直流电源)，从而依据所检测的直流母线电压决定是否要将逆变装置操作于间歇模式(burst mode)以提升工作效率。为了便于理解本发明的技术特征，以下以光伏逆变器(Photovoltaic inverter)来作为本发明所提供的逆变装置的具体范例。然而，本发明所提供的逆变装置的控制方法并不限于光伏逆变器。进一步的说明如下。
请参阅图1，其为本发明逆变装置的一实施例的示意图。逆变装置100耦接于一太阳能电池(Photovoltaic cell，PV cell)102，并可包含(但不限于)一直流转直流转换器(direct current to direct current converter，DC/DC converter)110、一直流转交流转换器(direct current to alternating current converter，DC/ACconverter)120以及一控制器130。直流转直流转换器110可接收太阳能电池102所提供的输入电源PIN，并依据输入电源PIN于输出侧SDO输出一直流电源PDC(例如，直流母线电压VBUS)。直流转直流转换器110的输出侧SDO耦接于直流转交流转换器120的输入侧SAI，用以接收直流电源PDC，并依据直流电源PDC来于输出侧SAO产生一交流电源PAC。于此实施例中(但本发明不限于此)，直流转直流转换器110可以为一LLC谐振式转换器(LLC resonant converter)，以利用其软性切换的特性而提高转换效率并且降低电磁干扰，而直流转交流转换器120也可称作直流转交流变流器(DC/AC inverter)。
控制器130耦接于直流转交流转换器120，用以检测直流电源PDC，并依据所检测的直流电源PDC控制直流转交流转换器120的操作。举例来说，控制器130可直接接收直流母线电容CBUS的跨压(亦即，直流母线电压VBUS)，以对直流电源VBUS进行检测。于另一实施例中，直流母线电容CBUS的跨压可经由一分压电路(未绘示于图1中)而耦接于控制器130，控制器130便可依据所接收的分压信息来检测直流电源PDC。于又一实施例中，直流转直流转换器110还可将直流电源PDC输出至控制器130，以供控制器130进行直流母线电压的检测。
当控制器130检测出直流电源PDC满足一切换准则时，控制器130便可依据直流电源PDC控制逆变装置100的操作模式。请连同图1来参阅图2，图2为图1所示的逆变装置100的初级输出(直流母线电压VBUS)与次级输出(交流电源PAC的电流准位IAC)的一波形图。于时间点t1之前，逆变装置100操作于一正常模式下。于时间点t1，因为外在环境的改变，造成逆变装置100的初级功率开始降低。举例来说，由于云朵遮蔽的关系，造成逆变装置100输出的能量大于太阳能电池102可供应的能量，因此，直流母线电压VBUS会开始下降。于此实施例中，当控制器130检测出直流母线电压VBUS下降至一下限准位VL时(时间点t2)，控制器130即关闭直流转交流转换器120以停止其切换操作，使得直流母线电压VBUS可开始回升。举例来说，控制器130可藉由减少脉冲宽度调变信号SG(用来控制直流转交流转换器120的操作)的责任周期、将脉冲宽度调变信号SG设为低准位，或停止将脉冲宽度调变信号SG提供给直流转交流转换器120，以关闭直流转交流转换器120。
在控制器130关闭直流转交流转换器120之后，控制器130可持续对直流电源PDC进行检测，以避免直流电源PDC的能量准位过高而导致电路组件损坏。于此实施例中，当控制器130检测出直流母线电压VBUS上升至一上限准位VH时(时间点t3)，控制器130开启直流转交流转换器120以启动变流操作。举例来说，控制器130可藉由增加脉冲宽度调变信号SG的责任周期或再次将脉冲宽度调变信号SG提供予直流转交流转换器120，以致能直流转交流转换器120输出交流电源PAC。当控制器130再次检测出直流母线电压VBUS下降至下限准位VL时(时间点t4)，控制器130可重复上述控制机制以提升逆变装置100于轻载状态下的工作效率。
上述逆变装置100的控制机制可简单归纳为图3所示的流程图。请连同图1与图2来参阅图3，图3为本发明逆变装置的控制方法的一实施例的流程图，其中该控制方法可应用于图1所示的逆变装置100。请注意，图3所示的步骤的次序仅供说明之需。假若所得到的结果实质上大致相同，则不一定要依照图3所示的步骤次序来执行，图3所示的控制方法可简单归纳如下。
步骤302：开始。
步骤312：检测逆变装置100的直流电源PDC的一能量准位(例如，初级输出的电压准位；直流母线电压VBUS的准位)是否小于或等于一下限准位(例如，下限准位VL)。若是，执行步骤322；反之，执行步骤326。
步骤322：关闭直流转交流转换器120。
步骤326：开启直流转交流转换器120。
步骤332：检测逆变装置100的直流电源PDC的该能量准位是否大于或等于一上限准位(例如，上限准位VH)。若是，执行步骤326；反之，执行步骤322。
于步骤302中，逆变装置100的直流转交流转换器120可处于致能状态(例如，图2所示的时间点t2之前，或时间点t3与时间点t4之间)。于步骤312中，控制器130可依据直流转交流转换器120的一额定输出能量(例如，市电的线电压)来设定该下限准位(如380伏特)，以确保逆变装置100可提供足够的能量输出。于步骤332中，控制器130可依据逆变装置100的组件电性规格(例如，耐压程度)来设定该上限准位(如410伏特)。另外，于步骤312及/或步骤332中，该能量准位并不限于直流电源PDC的电压准位。举例来说，控制器130也可以对直流电源PDC的功率准位或电流准位进行检测。由于熟习技艺者经由阅读图1与图2的相关说明之后，应可了解图3所示的流程图中每一步骤的操作细节，故进一步的说明在此便不再赘述。
于一设计变化中，控制器130也可先检测直流电源PDC的能量准位是否高于一上限准位，而依据直流电源PDC控制直流转交流转换器120的操作。请连同图1与图2来参阅图4，图4为本发明逆变装置的控制方法的另一实施例的流程图，其中该控制方法可应用于图1所示的逆变装置100。请注意，图4所示的步骤的次序仅供说明之需。假若所得到的结果实质上大致相同，则不一定要依照图4所示的步骤次序来执行。图4所示的控制方法可简单归纳如下。
步骤402：开始。
步骤412：检测逆变装置100的直流电源PDC的一能量准位(例如，初级输出的电压准位；直流母线电压VBUS的准位)是否大于或等于一上限准位(例如，上限准位VH)。若否，执行步骤422；反之，执行步骤426。
步骤422：关闭直流转交流转换器120。
步骤426：开启直流转交流转换器120。
步骤432：检测逆变装置100的直流电源PDC的该能量准位是否小于或等于一下限准位(例如，下限准位VL)。若是，执行步骤422；反之，执行步骤426。
于步骤402中，逆变装置100的直流转交流转换器120可处于禁能状态(例如，图2所示的时间点t2与时间点t3之间)。相似地，该下限准位(如380伏特)可依据直流转交流转换器120的一额定输出能量(例如，市电的线电压)来设定，及/或该上限准位(如410伏特)可依据逆变装置100的组件电性规格(例如，耐压程度)来设定。另外，控制器130也可以对直流电源PDC的功率准位或电流准位进行检测。由于熟习技艺者经由阅读图1至图3的相关说明之后，应可了解图4所示的流程图中每一步骤的操作细节，故与前述相仿之处在此便不再赘述。
由上可知，本发明控制机制所采用的切换准则可以是“直流电源PDC的能量准位小于或等于一下限准位”及/或“直流电源PDC的能量准位大于或等于一上限准位”。如此一来，便可有效提升逆变装置100于轻载状态下的工作效率。值得注意的是，图1所示的控制器130也可以先判断直流转交流转换器120的操作状态，再进行直流母线电压VBUS的检测。举例来说，控制器130可先判断直流转交流转换器120的操作状态，而决定要先依据图2所示的下限准位VL来检测直流母线电压VBUS(例如，图3所示的流程)，还是先依据图2所示的上限准位VH来检测直流母线电压VBUS(例如，图4所示的流程)。
另外，本发明所提供的逆变器架构系于逆变装置的二次侧设置一控制器，不仅可提升逆变装置于轻载状态下的工作效率，还可解决传统逆变装置需要额外提供回授机制才能控制直流转直流转换器的电源输出的问题。具体来说，传统的逆变装置仅于一次侧(直流转直流转换器)设置一控制器，因此，为了要维持该直流转直流转换器的电源输出稳定在某一特定值(如400伏特)，会需要先将直流转交流转换器/负载端(二次侧)的一控制信号回授至一次侧的该控制器，该控制器再依据控制信号调整该直流转直流转换器的电源输出。
相较于传统的逆变器架构，本发明所提供的逆变器架构可于二次侧设置一控制器以控制直流转交流转换器，无需传统的回授机制即可提供稳定的一次侧电源输出。举例来说，图1所示的逆变装置100还可包含耦接于直流转直流转换器110的另一控制器(不同于控制器130；未绘示于图1中)。换言之，图1所示的逆变装置100的一次侧及二次侧均包含一控制器。由于控制器130可侦测一次侧的电源输出(亦即，直流电源PDC或直流母线电压VBUS)，因此，控制器130便可直接所得到的侦测结果来控制直流转交流转换器120是否进入间歇模式，进而控制直流转直流转换器110的电源输出。另外，由于控制器130原本就可包含侦测电压(例如，直流母线电压VBUS)的脚位，因此本发明所提供的逆变器架构并不会增加额外的电路面积与成本。
综上所述，本发明所提供的逆变装置的控制方法透过检测初级输出(直流母线电压)，消除/减少外在环境对逆变装置的工作效率的影响，进而提升逆变装置于轻载状态下的操作性能。另外，本发明所提供的逆变装置系将初级输出耦接于次级输出侧的控制器，而无需额外的电路即可有效提升轻载状态的工作效率，故可具有相当简洁的电路架构，并且几乎不会增加生产成本。
以上所揭露的仅为本发明的优选实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明申请专利范围所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (14)

1.一种逆变装置的控制方法，其特征在于，所述逆变装置包含一直流转直流转换器及一直流转交流转换器，所述直流转直流转换器的一输出侧耦接于所述直流转交流转换器的一输入侧，所述控制方法包含：
自所述直流转直流转换器的所述输出侧输出一直流电源；
自所述直流转交流转换器的所述输入侧接收所述直流电源，并依据所述直流电源于所述直流转交流转换器的一输出侧产生一交流电源；以及
检测所述直流电源，并依据所检测的所述直流电源控制所述直流转交流转换器的操作。
2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，当检测出所述直流电源的一能量准位小于或等于一下限准位时，控制所述直流转交流转换器之操作的步骤包含：
关闭所述直流转交流转换器。
3.根据权利要求2所述的控制方法，其特征在于，在关闭所述直流转交流转换器之后，检测所述直流电源并依据所检测的所述直流电源控制所述直流转交流转换器之操作的步骤还包含：
检测所述直流电源的所述能量准位是否大于或等于一上限准位，其中所述上限准位大于所述下限准位；以及
当检测出所述能量准位大于或等于所述上限准位时，开启所述直流转交流转换器。
4.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，当检测出所述直流电源的一能量准位大于或等于一上限准位时，控制所述直流转交流转换器之操作的步骤包含：
开启所述直流转交流转换器。
5.根据权利要求4所述的控制方法，其特征在于，在开启所述直流转交流转换器之后，检测所述直流电源并依据所检测的所述直流电源控制所述直流转交流转换器之操作的步骤还包含：
检测所述直流电源的所述能量准位是否小于或等于一下限准位，其中所述下限准位小于所述上限准位；以及
当检测出所述能量准位小于或等于所述下限准位时，关闭所述直流转交流转换器。
6.根据权利要求2或5所述的控制方法，其特征在于，还包含：
依据所述直流转交流转换器的一额定输出能量来设定所述下限准位。
7.根据权利要求2或4所述的控制方法，其特征在于，所述能量准位为一电压准位。
8.一种逆变装置，其特征在于，包含：
一直流转直流转换器，用以输出一直流电源；
一直流转交流转换器，耦接于所述直流转直流转换器，用以接收所述直流电源，并依据所述直流电源来产生一交流电源；以及
一控制器，耦接于所述直流转交流转换器，用以检测所述直流电源，并依据所检测的所述直流电源控制所述直流转交流转换器的操作。
9.根据权利要求8所述的逆变装置，其特征在于，当所述控制器检测出所述直流电源的一能量准位小于或等于一下限准位时，所述控制器会关闭所述直流转交流转换器。
10.根据权利要求9所述的逆变装置，其特征在于，在所述控制器关闭所述直流转交流转换器之后，所述控制器还检测所述直流电源的所述能量准位是否大于或等于一上限准位，其中所述上限准位大于所述下限准位；以及当所述控制器检测出所述能量准位大于或等于所述上限准位时，所述控制器会开启所述直流转交流转换器。
11.根据权利要求8所述的逆变装置，其特征在于，当所述控制器检测出所述直流电源的一能量准位大于或等于一上限准位时，所述控制器会开启所述直流转交流转换器。
12.根据权利要求11所述的逆变装置，其特征在于，在所述控制器开启所述直流转交流转换器之后，所述控制器还检测所述直流电源的所述能量准位是否小于或等于一下限准位，其中所述下限准位小于所述上限准位；以及当所述控制器检测出所述能量准位小于或等于所述下限准位时，所述控制器会关闭所述直流转交流转换器。
13.根据权利要求9或12所述的逆变装置，其特征在于，所述控制器依据所述直流转交流转换器的一额定输出能量来设定所述下限准位。
14.根据权利要求9或11所述的逆变装置，其特征在于，所述能量准位为一电压准位。
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