CN105048853A - 一种光耦隔离车载电源逆变器的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光耦隔离车载电源逆变器的控制方法，所述逆变器包括第一至第九开关管，首先，控制第二开关管、第四开关管为常通状态，控制第一开关管、第三开关管互补导通，第一开关管、第三开关管导通之间设置死区；然后，控制第一开关管、第三开关管为常通状态，控制第二开关管、第四开关管互补导通，第二开关管、第四开关管导通之间设置死区；最后，在一个周期内，根据预先设定的导通占空比控制第九开关管的导通，并控制光耦隔离电路的第二输入端的时序与第九开关管的时序同步，输入信号为第九开关管的控制信号的反向信号；通过该控制方式，能实现电力电子开关之间的自然换流，使得开关能够平滑切换。

Description

一种光耦隔离车载电源逆变器的控制方法

技术领域

本发明涉及一种光耦隔离车载电源逆变器的控制方法，属于直流/交流(DC/AC)电能转换装置。

背景技术

逆变器广泛应用于电机驱动，不间断供电电源，感应加热，静态无功发生器和补偿器以及有源滤波等场合。传统的逆变器电路拓扑包括电压源逆变器和电流源逆变器两类。

电压源逆变器的输出交流电压低于直流母线电压，因此电压源逆变器本质上是一个降压型逆变器，为了实现升压变换的功能，需要额外增加一级升压变换电路，导致变换器整体结构复杂。

电流源逆变器本质上是一个升压型逆变器，为了实现降压变换的功能，需要额外增加一级降压变换电路，导致变换器整体结构复杂；电流源逆变器只能实现单向功率传输，能量不能双向流动。

为了解决电压源逆变器和电流源逆变器存在的上述问题，学者提出了Z源逆变器的概念，通过引入一个Z源网络将逆变器主电路与电源耦合起来。与电压源和电流源逆变器相比，Z源逆变器能够提供升降压变换的功能，但同样不能实现能量的双向传输，同时引入了额外的由电感，电容组成的无源元件，增加了系统的体积，重量和实现成本，同时控制复杂。国内外又在此基础上陆续提出了一些改型的Z源逆变器电路，其本质都是通过引入无源元件来实现升压，都存在上述问题。

中国国家知识产权局，申请号为：201310020215.5，专利名称为“单级双向升降压逆变器”的专利文件，公开了一种输入滤波单元为单个滤波电感的单级双向升降压逆变器，该逆变器有效解决了传统逆变器采用无源元件来实现升压产生的一些问题。

但是该专利公开的单级双向升降压逆变器仍存在以下问题：

（1）升压能力有限，即升压比低，有些应用场合需要电路具有很高的升压比，而只有一个电感的电路在实现高的升压比时，需要开关管驱动信号的占空比很大，会恶化二极管反向恢复带来的问题，增加了开关损耗。

（2）过高的占空比，会加大电感的纹波，降低系统效率。

车载电源有类型，1.逆变器，是一种能够将DC12V直流电转换为和市电相同的AC220V交流电，供一般电器使用，是一种方便的电源转换器，由于常用于汽车而得名。2.DC/DC直流变换器电源,通常是把汽车电池的12VDC或24VDC转变为48VDC等直流电给汽车上的电器设备用。

车载电源不仅适用于车载系统，只要有DC12V直流电源的场合，都可使用电源逆变器，将DC12V转换为AC220V交流电，给人们的生活带来方便。车载电源充分考虑到外部的使用环境，当发生过载或短路现象时将自动保护关机。车载电源的输出电压通过本身的反馈确认可以使电压稳定，空载与额定的电压值变化小于10V。需要说明的是，车载电源的目的是输出和市电相同的电压，满足用电器的需要，但实际上车载电源输出的是模拟正弦波，而市电是真正的正弦波，两者略有不同，一般不影响使用，这是车载电源的工作原理决定的。

目前，车载电源的输出均是固定输出，这样可调节的范围小，容错率低，会造成车载电源的使用寿命降低。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种光耦隔离车载电源逆变器的控制方法，解决了现有技术中车载电源功率切换不平滑的问题。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种光耦隔离车载电源逆变器的控制方法，所述逆变器包括逆变桥、电感、开关单元、输出滤波单元；所述逆变桥包括第一桥臂、第二桥臂；所述开关单元包括第一开关单元、第二开关单元；所述开关单元包括第一至第四开关管，逆变桥包括第五至第八开关管，电源与逆变桥之间还包括第九开关管，所述开关管的控制端连接光耦隔离电路，包括如下步骤：

步骤1、预先设定第九开关管的导通占空比；

步骤2、判断逆变桥输出的交流电压极性，如果极性为正，执行步骤3，如果极性为负，执行步骤4；

步骤3、控制第二开关管、第四开关管为常通状态，控制第一开关管、第三开关管互补导通，第一开关管、第三开关管导通之间设置死区；

步骤4、控制第一开关管、第三开关管为常通状态，控制第二开关管、第四开关管互补导通，第二开关管、第四开关管导通之间设置死区；

步骤5、在一个周期内，根据预先设定的导通占空比控制第九开关管的导通；

步骤6、控制光耦隔离电路的第二输入端的时序与第九开关管的时序同步，输入信号为第九开关管的控制信号的反向信号；

步骤7、重复执行步骤2至步骤6。

所述光耦隔离电路包括光电耦合器、滤波电路、上拉电阻、限流电阻，所述光电耦合器包括第一输入端、第二输入端、第一输出端、第二输出端，其中，第一输入端通过限流电阻与外部直流电源连接，第二输入端与外部控制芯片的信号输出脚连接，第一输出端分为两路，一路通过上拉电阻与外部第二直流电源连接，另一路连接开关管的控制端，第二输出端接地，第二直流电源与地之间连接滤波电路，所述滤波电路包括并联连接的三个容值不相等的滤波电容，且每个滤波电容之间至少相差一个数量级。

所述第一开关单元包括第一开关管和第二开关管，其中第一开关管的输入端与耦合电感的中点连接，第一开关管的输出端与第二开关管的输出端连接，第二开关管的输入端与第二桥臂的中点连接；所述第二开关单元包括第三开关管和第四开关管，其中，第三开关管的输出端与第二绕组的第二端连接，第三开关管的输入端和第四开关管的输入端连接，第四开关管的输出端作为该逆变器的输出端。

所述开关管为MOS管、三极管或JFET。

所述MOS管、三极管或JFET的输入端和输出端之间并联一个反向二极管。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1、通过该控制方式，能实现电力电子开关之间的自然换流，使得开关能够平滑切换。

2、在电源的正极与逆变桥之间连接开关管，通过调节该开关管的占空比控制逆变桥的工作，使得输出功率可调节。

3、输入电压变化范围大。通过耦合电感匝比的合理配置可以稳定直流母线电压的大小。

4、拓扑简单，效率高，可靠性高。

附图说明

图1为本发明逆变器的电路原理图。

图2为本发明光耦隔离电路的原理图。

具体实施方式

下面对本发明的结构及工作过程作进一步说明。

本技术领域技术人员可以理解的是，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

一种光耦隔离车载电源逆变器的控制方法，所述逆变器包括逆变桥、电感、开关单元、输出滤波单元；所述逆变桥包括第一桥臂、第二桥臂；所述开关单元包括第一开关单元、第二开关单元；所述开关单元包括第一至第四开关管，逆变桥包括第五至第八开关管，电源与逆变桥之间还包括第九开关管，所述开关管的控制端连接光耦隔离电路，包括如下步骤：

步骤1、预先设定第九开关管的导通占空比；

步骤2、判断逆变桥输出的交流电压极性，如果极性为正，执行步骤3，如果极性为负，执行步骤4；

步骤3、控制第二开关管、第四开关管为常通状态，控制第一开关管、第三开关管互补导通，第一开关管、第三开关管导通之间设置死区；

步骤4、控制第一开关管、第三开关管为常通状态，控制第二开关管、第四开关管互补导通，第二开关管、第四开关管导通之间设置死区；

步骤5、在一个周期内，根据预先设定的导通占空比控制第九开关管的导通；

步骤6、控制光耦隔离电路的第二输入端的时序与第九开关管的时序同步，输入信号为第九开关管的控制信号的反向信号；

步骤7、重复执行步骤2至步骤6。

本发明的逆变器及光耦隔离电路如图1、图2所示，所述车载电源逆变器，包括逆变桥、电感、开关单元、输出滤波单元；所述逆变桥包括第一桥臂、第二桥臂；所述开关单元包括第一开关单元、第二开关单元；所述第一开关单元、第二开关单元分别包括第一端、第二端；所述输出滤波单元包括滤波电容C；所述电感为耦合电感，所述耦合电感包括第一绕组L1、第二绕组L2，所述第一绕组L1、第二绕组L2均包括第一端、第二端，其中，第一绕组L1的第一端与第二绕组L2的第一端互为同名端，第一绕组L1的第二端与第二绕组L2的第二端互为同名端，第一绕组L1的第二端与第二绕组L2的第一端连接，第一绕组L1的第一端与第一桥臂中点连接，第二绕组L2的第二端与第二开关单元的第一端连接，所述第一开关单元的第一端分别与第一绕组的第二端、第二绕组的第一端连接，第一开关单元的第二端与第二桥臂中点连接，且所述第一开关单元的第二端与所述第二开关单元的第二端之间连接滤波电容；所述电源的正极与逆变桥之间连接开关管Q9，通过调节该开关管的占空比控制逆变桥的工作。

所述逆变桥由开关管Q5～Q8组成。

所述第一开关单元包括第一开关管Q1和第二开关管Q2，其中第一开关管Q1的输入端与耦合电感的中点连接，第一开关管Q1的输出端与第二开关管Q2的输出端连接，第二开关管Q2的输入端与第二桥臂的中点连接。

所述第二开关单元包括第三开关管Q3和第四开关管Q4，其中，第三开关管Q3的输出端与第二绕组的第二端连接，第三开关管Q4的输入端和第四开关管Q4的输入端连接，第四开关管Q4的输出端与滤波电容的一端连接。

所述光耦隔离电路包括光电耦合器Q10、滤波电路、上拉电阻R2、限流电阻R1，所述光电耦合器包括第一输入端、第二输入端、第一输出端、第二输出端，其中，第一输入端通过限流电阻R1与外部直流电源连接，第二输入端与外部控制芯片的信号输出脚连接，第一输出端分为两路，一路通过上拉电阻R2与外部第二直流电源连接，另一路连接开关管的控制端，第二输出端接地，第二直流电源与地之间连接滤波电路，所述滤波电路包括并联连接的三个容值不相等的滤波电容，分别为C1、C2、C3，且每个滤波电容之间至少相差一个数量级。

以上所述仅是本发明的部分实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种光耦隔离车载电源逆变器的控制方法，所述逆变器包括逆变桥、电感、开关单元、输出滤波单元；所述逆变桥包括第一桥臂、第二桥臂；所述开关单元包括第一开关单元、第二开关单元；所述开关单元包括第一至第四开关管，逆变桥包括第五至第八开关管，电源与逆变桥之间还包括第九开关管，所述开关管的控制端连接光耦隔离电路，其特征在于：包括如下步骤：

步骤1、预先设定第九开关管的导通占空比；

步骤2、判断逆变桥输出的交流电压极性，如果极性为正，执行步骤3，如果极性为负，执行步骤4；

步骤3、控制第二开关管、第四开关管为常通状态，控制第一开关管、第三开关管互补导通，第一开关管、第三开关管导通之间设置死区；

步骤4、控制第一开关管、第三开关管为常通状态，控制第二开关管、第四开关管互补导通，第二开关管、第四开关管导通之间设置死区；

步骤5、在一个周期内，根据预先设定的导通占空比控制第九开关管的导通；

步骤6、控制光耦隔离电路的第二输入端的时序与第九开关管的时序同步，输入信号为第九开关管的控制信号的反向信号；

步骤7、重复执行步骤2至步骤6。

2.根据权利要求1所述的光耦隔离车载电源逆变器的控制方法，其特征在于：所述光耦隔离电路包括光电耦合器、滤波电路、上拉电阻、限流电阻，所述光电耦合器包括第一输入端、第二输入端、第一输出端、第二输出端，其中，第一输入端通过限流电阻与外部直流电源连接，第二输入端与外部控制芯片的信号输出脚连接，第一输出端分为两路，一路通过上拉电阻与外部第二直流电源连接，另一路连接开关管的控制端，第二输出端接地，第二直流电源与地之间连接滤波电路，所述滤波电路包括并联连接的三个容值不相等的滤波电容，且每个滤波电容之间至少相差一个数量级。

3.根据权利要求1所述的光耦隔离车载电源逆变器的控制方法，其特征在于：所述第一开关单元包括第一开关管和第二开关管，其中第一开关管的输入端与耦合电感的中点连接，第一开关管的输出端与第二开关管的输出端连接，第二开关管的输入端与第二桥臂的中点连接；所述第二开关单元包括第三开关管和第四开关管，其中，第三开关管的输出端与第二绕组的第二端连接，第三开关管的输入端和第四开关管的输入端连接，第四开关管的输出端作为该逆变器的输出端。

4.根据权利要求2或3所述的光耦隔离车载电源逆变器的控制方法，其特征在于：所述开关管为MOS管、三极管或JFET。

5.根据权利要求4所述的光耦隔离车载电源逆变器的控制方法，其特征在于：所述MOS管、三极管或JFET的输入端和输出端之间并联一个反向二极管。