CN105119513A - 一种光耦隔离车载电源光伏逆变器的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光耦隔离车载电源光伏逆变器的控制方法，所述逆变器包括第一至第四开关电路、所述开关电路的控制端连接光耦隔离电路，首先，在输出电流的正半周，控制第三开关电路、第四开关电路、第二续流电路始终保持关断状态，第一续流电路始终保持导通状态，控制光耦隔离电路保持与开关电路的时序相同，控制信号同向或反向导通；然后，在输出电流的负半周，控制第一开关电路、第二开关电路、第一续流电路始终保持关断状态，控制第二续流电路始终保持导通状态；应用该方法控制只有两个开关器件同时进行高频开关，减小了开关损耗；能量输出时电流只流过两个器件，降低了导通损耗。

Description

一种光耦隔离车载电源光伏逆变器的控制方法

技术领域

本发明涉及一种光耦隔离车载电源光伏逆变器的控制方法，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。

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。

现有的光伏并网逆变器主要有：

1)隔离型并网逆变器，主要是通过使用隔离变压器将直流侧和交流侧进行电气绝缘，这种逆变器虽然不存在共模电流(漏电流)等带来的安全上和EMC等的问题，但是成本高，电能变换效率低。

2)非隔离并网逆变器，通过省略隔离变压器来提高电能变换效率。但是由于直流侧和交流侧没有电气绝缘，以及光伏阵列和地之间存在寄生电容，会产生共模电流，这便增加了电磁辐射和安全隐患。为此应设法抑制非隔离型光伏并网逆变器中的共模电流。

缺点：能量输出时，电流输出的正负半周均需通过3个器件S5、S1、S4或S5、S3、S2,这样增加了器件的导通损耗。另外，可能会发生开关器件故障引起的桥臂短路，而这个短路途径没有任何阻抗，会在极短的时间能产生非常大的短路电流，有引起电路损坏的危险。

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光伏逆变器的控制方法，解决了现有技术中车载电源开关发生故障容易短路的问题。

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光伏逆变器的控制方法，所述逆变器包括第一至第四开关电路、第一至第二滤波电感、一个储能电容、第一至第二续流电路，其中第一开关电路与第三开关电路分别与所述光伏逆变器输入端正极连接，第二开关电路与第四开关电路分别与所述光伏逆变器输入端负极连接，第一开关电路与第二开关电路之间连接第一续流电路，第三开关电路与第四开关电路之间连接第二续流电路，所述开关电路的控制端连接光耦隔离电路，包括如下步骤：

步骤1、在输出电流的正半周，控制第三开关电路、第四开关电路、第二续流电路始终保持关断状态，第一续流电路始终保持导通状态；控制光耦隔离电路与第一开关电路、第二开关电路处于同步导通状态，且与第三开关电路、第四开关电路的控制信号反向；

步骤2、在输出电流的负半周，控制第一开关电路、第二开关电路、第一续流电路始终保持关断状态，控制第二续流电路始终保持导通状态；控制光耦隔离电路与第三开关电路、第四开关电路处于同步导通状态，且与第一开关电路、第二开关电路的控制信号反向；

步骤3、重复执行步骤1至步骤2。

所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。

所述续流电路由续流开关器件和续流二极管串联连接，其中续流二极管为反向二极管。

所述开关电路包括开关管，所述开关管包括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、应用该方法控制只有两个开关器件同时进行高频开关，减小了开关损耗；能量输出时电流只流过两个器件，降低了导通损耗，同时同步控制光耦隔离电路的通断，有效控制了逆变器的控制信号的稳定性。

2、本发明装置续流回路在续流时与直流侧断开，抑制了共模电流，而且没有滤波电感和储能电容之间的能量交换的问题，防止了电感与电容器件中的寄生因素引起额外的损耗。

3、输入电压变化范围大。滤波电感采用耦合电感，使得能够有效抑制纹波，减少器件损坏对电路造成的冲击，避免短路。

4、拓扑简单，效率高，可靠性高。

5、在桥臂中增加反向二级管，开关器件出现故障时，不容易发生桥臂短路，增强了电路的可靠性。

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光伏逆变器的控制方法，所述逆变器包括第一至第四开关电路、第一至第二滤波电感、一个储能电容、第一至第二续流电路，其中第一开关电路与第三开关电路分别与所述光伏逆变器输入端正极连接，第二开关电路与第四开关电路分别与所述光伏逆变器输入端负极连接，第一开关电路与第二开关电路之间连接第一续流电路，第三开关电路与第四开关电路之间连接第二续流电路，所述开关电路的控制端连接光耦隔离电路，包括如下步骤：

步骤1、在输出电流的正半周，控制第三开关电路、第四开关电路、第二续流电路始终保持关断状态，第一续流电路始终保持导通状态；控制光耦隔离电路与第一开关电路、第二开关电路处于同步导通状态，且与第三开关电路、第四开关电路的控制信号反向；

步骤2、在输出电流的负半周，控制第一开关电路、第二开关电路、第一续流电路始终保持关断状态，控制第二续流电路始终保持导通状态；控制光耦隔离电路与第三开关电路、第四开关电路处于同步导通状态，且与第一开关电路、第二开关电路的控制信号反向；

步骤3、重复执行步骤1至步骤2。

假设电流从结点A流出为输出电流的正半周，电流从结点B点流出为输出电流的负半周。

i.在输出电流的正半周，开关器件S3、S4、续流器件S6始终保持关断，续流器件S5始终保持导通。当开关器件S1、S2导通时，电流从直流电源Vin流出，依次通过开关器件S1、结点C、滤波电感L1、交流侧负载Vac、结点E、开关器件S2回到直流电源Vin组成闭合回路，输出电流的正半周从交流侧负载Vac输出。当开关器件S1、S2关断时，电流经过续流开关S5，续流二极管D5、结点C、结点E为交流侧负载Vac进行续流。

ii.在输出电流的负半周，开关器件S1、S2、续流器件S5始终保持关断，续流器件S6始终保持导通。当开关器件S3、S4导通时，电流从直流电源Vin流出，通过开关器件S3、结点D、滤波电感L2、交流侧负载Vac、结点F、开关器件S4回到直流电源Vin组成闭合回路，输出电流的负半周从交流侧负载Vac输出。当开关器件S3、S4关断时，电流经过续流开关S6，续流二极管D6、结点D、结点F为交流侧负载Vac进行续流。

本发明的车载电源光伏逆变器和光耦隔离电路如图1、图2所示，所述车载电源光伏逆变器，包括第一至第四开关电路S1～S4、第一至第二滤波电感、一个储能电容C1、第一至第二续流电路D5、D6，其中第一开关电路与第三开关电路分别与所述光伏逆变器输入端正极连接，形成结点1，第二开关电路与第四开关电路分别与所述光伏逆变器输入端负极连接，形成结点2；第一开关电路与第二开关电路之间连接第一续流电路，第一续流电路的输入端与第二开关电路连接形成结点E，第一续流电路的输出端与第一开关电路连接形成结点C；第三开关电路与第四开关电路之间连接第二续流电路，第二续流电路的输入端与第四开关电路连接形成结点F，第二续流电路的输出端与第三开关电路连接形成结点D；第一滤波电感和第二滤波电感均为耦合电感，其中，第一滤波电感包括第一绕组L1和第二绕组L2，第二滤波电感包括第三绕组L3和第四绕组L4，第一绕组的一端与结点C连接，另一端分别与第二绕组的一端、结点F连接，第二绕组的另一端作为所述逆变器的一个输出端与负载Vac一端连接；第四绕组的一端与结点D连接,另一端与第三绕组的一端、结点E连接，第三绕组的另一端作为所述逆变器的另一个输出端与负载Vac另一端连接；所述储能电容跨接在光伏逆变器输入端的正负极之间；所述四个开关电路受高频信号控制，续流电路受低频信号控制。

本发明装置续流回路在续流时与直流侧断开，抑制了共模电流，而且没有滤波电感和储能电容之间的能量交换的问题，防止了电感与电容器件中的寄生因素引起额外的损耗。

所述续流电路由续流开关器件和续流二极管串联连接，其中续流二极管为反向二极管。

所述高频信号为PWM信号，低频信号为与逆变器输出相同频率的信号。

所述开关电路包括开关管，所述开关管包括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D1～D4。

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光伏逆变器的控制方法，所述逆变器包括第一至第四开关电路、第一至第二滤波电感、一个储能电容、第一至第二续流电路，其中第一开关电路与第三开关电路分别与所述光伏逆变器输入端正极连接，第二开关电路与第四开关电路分别与所述光伏逆变器输入端负极连接，第一开关电路与第二开关电路之间连接第一续流电路，第三开关电路与第四开关电路之间连接第二续流电路，所述开关电路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、在输出电流的正半周，控制第三开关电路、第四开关电路、第二续流电路始终保持关断状态，第一续流电路始终保持导通状态；控制光耦隔离电路与第一开关电路、第二开关电路处于同步导通状态，且与第三开关电路、第四开关电路的控制信号反向；

步骤2、在输出电流的负半周，控制第一开关电路、第二开关电路、第一续流电路始终保持关断状态，控制第二续流电路始终保持导通状态；控制光耦隔离电路与第三开关电路、第四开关电路处于同步导通状态，且与第一开关电路、第二开关电路的控制信号反向；

步骤3、重复执行步骤1至步骤2。

2.根据权利要求1所述的光耦隔离车载电源光伏逆变器的控制方法，其特征在于：所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光伏逆变器的控制方法，其特征在于：所述续流电路由续流开关器件和续流二极管串联连接，其中续流二极管为反向二极管。

4.根据权利要求1所述的光耦隔离车载电源光伏逆变器的控制方法，其特征在于：所述开关电路包括开关管，所述开关管包括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光伏逆变器的控制方法，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。