CN105978390A - 一种纯正弦波逆变器控制方法、装置和逆变电路 - Google Patents

一种纯正弦波逆变器控制方法、装置和逆变电路 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种纯正弦波逆变器控制方法、装置和逆变电路。本发明提出了一种改进的电压瞬时值控制方法，采用单极性调制，通过检测逆变输出电压峰值，与给定值比较，得到偏差值ΔE。控制程序根据ΔE实时调整调制比M，输出对应的SPWM驱动MOS管，经过LC滤波后，输出符合要求的正弦波。外围电路简洁，成本低廉。

Description

一种纯正弦波逆变器控制方法、装置和逆变电路
技术领域
本发明涉及逆变器领域，尤其涉及一种纯正弦波逆变器控制方法、装置和逆变电路。
背景技术
正弦波逆变器输出电压波形畸变率低，对负载有良好的适应性。逆变器输出波形有两个方面要求：稳态精度高和动态响应快，开环控制不能调节输出电压，无法满足这两个方面的要求。在逆变器的闭环控制方案中，输出电压有效值控制能够维持输出电压恒定，但不能保证波形质量。输出瞬时值控制可以实时调控输出电压波形，使供电质量大为提高。目前控制效果较好的瞬时值控制方案有：电压单环PI控制；电压电流双闭环控制；重复控制；无差拍控制。一些工业领域用到的逆变器，如大型UPS、储能逆变器等，对输出电能质量要求高，在控制算法上主要采用电压外环电流内环结构，通过PI调节，输出稳定的正弦波，该方案优点：负载特性好，响应速度快，波形畸变率低。缺点：电路中需要加入电流传感器和信号调理电路，电路比较复杂，增加了成本。因此，在一些要求不高的民用领域，该方案使用不多。
发明内容
基于此，有必要提供一种纯正弦波逆变器控制方法、装置和逆变电路。
一种纯正弦波逆变器控制方法，所述方法包括：
MCU根据正弦表生成SPWM；
SPWM通过专用驱动芯片，并驱动逆变桥MOSFET；
主电路SPWM开关斩波以及经过LC滤波后，输出正弦波电压；
在其中一个实施例中，所述SPWM通过专用驱动芯片，并驱动逆变桥MOSFET，以及经过LC滤波后，输出正弦波电压的步骤包括：
反馈逆变电压峰值Vf（k）以及逆变电压给定值Vr（k）；
计算偏差e（k）=Vr（k）-Vf（k）；
将所述偏差值乘以一个比例系数，并将结果和调制比M相加；
判断所述调制比M是否大于最大值或者小于最小值，若大于最大值，则取最大值作为M值，若小于最小值，则取最小值作为M值；
将M应用于公式D=M*sin（k/n）;
逆变输出电压根据占空比D而改变，稳定在给定值附近。
在其中一个实施例中，所述根据所述正弦波电压驱动MOS管，以输出稳定电压的步骤包括：
根据占空比D改变逆变输出电压，以将电压稳定在给定值附近，以输出稳定电压。
在其中一个实施例中，所述方法包括：该逆变器控制方法所使用的逆变控制环路仅采用了电压瞬时值控制。
一种纯正弦波逆变器控制装置，所述装置包括：
生成模块，MCU根据正弦表生成SPWM；
驱动模块，用于根据SPWM驱动逆变桥MOSFET；
输出模块，用于使主功率电路SPWM经过LC滤波后，输出正弦波电压；
在其中一个实施例中，所述输出模块包括：
反馈单元，用于反馈逆变电压峰值Vf（k）以及逆变电压给定值Vr（k）；
计算单元，用于计算偏差e（k）=Vr（k）-Vf（k）；
相加单元，用于将所述偏差值乘以一个比例系数，并将结果和调制比M相加；
判断单元，用于判断所述调制比M是否大于最大值或者小于最小值，若大于最大值，则取最大值作为M值，若小于最小值，则取最小值作为M值；
应用单元，用于将M应用于公式D=M*sin（k/n）;
调整单元，用于逆变输出电压根据占空比D而改变，稳定在给定值附近。
在其中一个实施例中，所述驱动模块具体用于根据占空比D改变逆变输出电压，以将电压稳定在给定值附近，以输出稳定电压。
在其中一个实施例中，所述装置使用的逆变控制环路仅采用了电压瞬时值控制。
一种逆变电路，所述逆变电路包括：
主控MCU；
与所述MCU连接的驱动芯片；
逆变桥功率管MOSFET（或IGBT）Q1、Q2、Q3和Q4；
与所述逆变桥功率管连接的LC滤波电路。
在其中一个实施例中，所述逆变电路还包括：
稳定电容C1，通过直流母线与所述驱动芯片连接，以稳定输入电压。
有益效果：
本发明提出了一种改进的电压瞬时值控制方法，采用单极性调制，通过检测逆变输出电压峰值，与给定值比较，得到偏差值ΔE。控制程序根据ΔE实时调整调制比M，输出对应的SPWM驱动MOS管，经过LC滤波后，输出符合要求的正弦波。外围电路简洁，成本低廉。
附图说明
图1为一种纯正弦波逆变器控制方法的方法流程图。
图2为一种纯正弦波逆变器控制装置的模块框图。
图3为一种逆变电路的电路图。
图4为一优选实施例中的纯正弦波逆变器控制流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，一种纯正弦波逆变器控制方法，所述方法包括：
S101：MCU根据正弦表生成SPWM；
S102：SPWM经过专用驱动芯片，驱动逆变桥MOSFET（或IGBT）；
S103：主功率电路SPWM斩波经过LC滤波后，输出正弦波电压；
如图4所示，在其中一个实施例中，所述SPWM通过专用驱动芯片，并驱动逆变桥MOSFET，以及经过LC滤波后，输出正弦波电压的步骤包括：
反馈逆变电压峰值Vf（k）以及逆变电压给定值Vr（k）；
计算偏差e（k）=Vr（k）-Vf（k）；
将所述偏差值乘以一个比例系数，并将结果和调制比M相加；
判断所述调制比M是否大于最大值或者小于最小值，若大于最大值，则取最大值作为M值，若小于最小值，则取最小值作为M值；
将M应用于公式D=M*sin（k/n）;
逆变输出电压根据占空比D而改变，稳定在给定值附近。
在其中一个实施例中，所述根据所述正弦波电压驱动MOS管，以输出稳定电压的步骤包括：
根据占空比D改变逆变输出电压，以将电压稳定在给定值附近，以输出稳定电压。
在其中一个实施例中，所述方法包括：该逆变器控制方法所使用的逆变控制环路仅采用了电压瞬时值控制。
在一优选的实施例中，一种纯正弦波逆变器软件控制方法,基于以下原理实现，正弦波是单极性SPWM经过储能元件后产生的，SPWM的生成原理及波形如图2所示，由正弦波调制波（）与三角波载波（幅值为，频率为）比较获得的。采用规则采样法，进行离散化后，得到输出正弦电压的公式：
(1)
其中，是输出正弦波的瞬时电压，M是调制比，，是母线电压，k是采样点，n是采样点总数；由公式（1）可知，若、n一定，则可通过调整M来控制正弦波瞬时电压。
一种纯正弦波逆变器软件控制方法，SPWM成数字化，通过以下方法实现：，在三角波波谷时刻对正弦波采样得到D点，过D点作水平直线与三角波分别相交于A点和B点，在A点的时刻和B点时刻间输出高电平，其他时刻输出低电平。根据三角关系，可以得出：
其中是脉冲宽度，是三角波周期。
在逆变器控制设计中，调制波和载波频率一定，时刻为第k个三角波周期（），其中，n为载波比，为正弦波周期，如果一个周期内有n个矩形波，那么第k个矩形波的占空比D为：。
本发明提出了一种纯正弦波逆变器控制方法，采用单极性调制，通过检测逆变输出电压峰值，与给定值比较，得到偏差值ΔE。控制程序根据ΔE实时调整调制比M，输出对应的SPWM驱动MOS管，经过LC滤波后，输出符合要求的正弦波。外围电路简洁，成本低廉。
如图2所示，一种纯正弦波逆变器控制装置，所述装置包括：
生成模块201，用于使MCU根据正弦表生成SPWM；
驱动模块202，用于使SPWM通过专用驱动芯片，并驱动逆变桥MOSFET；
输出模块203，主功率电路SPWM斩波经过LC滤波后，输出正弦波电压；
在其中一个实施例中，所述输出模块包括：
反馈单元，用于反馈逆变电压峰值Vf（k）以及逆变电压给定值Vr（k）；
计算单元，用于计算偏差e（k）=Vr（k）-Vf（k）；
相加单元，用于将所述偏差值乘以一个比例系数，并将结果和调制比M相加；
判断单元，用于判断所述调制比M是否大于最大值或者小于最小值，若大于最大值，则取最大值作为M值，若小于最小值，则取最小值作为M值；
应用单元，用于将M应用于公式D=M*sin（k/n）;
调整单元，用于逆变输出电压根据占空比D而改变，稳定在给定值附近。
在其中一个实施例中，所述驱动模块具体用于根据占空比D改变逆变输出电压，以将电压稳定在给定值附近，以输出稳定电压。
在其中一个实施例中，所述装置使用的逆变控制环路仅采用了电压瞬时值控制。
如图3所示，一种逆变电路，所述逆变电路包括：
驱动MCU1；
与所述驱动MCU 1连接的驱动芯片 2，该驱动芯片连接逆变桥MOSFET管Q1、Q2、Q3和Q4；
与所述MOSFET连接的LC滤波电路 3。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (8)

1.一种纯正弦波逆变器控制方法，其特征在于，所述方法包括：
MCU根据正弦表生成SPWM；
SPWM通过专用驱动芯片，并驱动逆变桥MOSFET，再经过LC滤波后，输出正弦波电压。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述SPWM通过专用驱动芯片，并驱动逆变桥MOSFET，以及经过LC滤波后，输出正弦波电压的步骤包括：
反馈逆变电压峰值Vf（k）以及逆变电压给定值Vr（k）；
计算偏差e（k）=Vr（k）-Vf（k）；
将所述偏差值乘以一个比例系数，并将结果和调制比M相加；
判断所述调制比M是否大于最大值或者小于最小值，若大于最大值，则取最大值作为M值，若小于最小值，则取最小值作为M值；
将M应用于公式D=M*sin（k/n）;
逆变输出电压根据占空比D而改变，稳定在给定值附近。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述SPWM驱动MOS管，以输出稳定电压的步骤包括：
根据占空比D改变逆变输出电压，以将电压稳定在给定值附近，以输出稳定电压。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法包括：
该逆变器控制环路仅采用了电压瞬时值控制。
5.一种纯正弦波逆变器控制装置，其特征在于，所述装置包括：
生成模块，MCU根据正弦表生成SPWM；
驱动模块，用于根据SPWM驱动逆变桥MOSFET；
输出模块，用于使主功率电路SPWM经过LC滤波后，输出正弦波电压；
根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述输出模块包括：
反馈单元，用于反馈逆变电压峰值Vf（k）以及逆变电压给定值Vr（k）；
计算单元，用于计算偏差e（k）=Vr（k）-Vf（k）；
相加单元，用于将所述偏差值乘以一个比例系数，并将结果和调制比M相加；
判断单元，用于判断所述调制比M是否大于最大值或者小于最小值，若大于最大值，则取最大值作为M值，若小于最小值，则取最小值作为M值；
应用单元，用于将M应用于公式D=M*sin（k/n）;
调整单元，用于逆变输出电压根据占空比D而改变，稳定在给定值附近。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述驱动模块具体用于根据占空比D改变逆变输出电压，以将电压稳定在给定值附近，以输出稳定电压。
7.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述装置使用的逆变控制环路仅采用了电压瞬时值控制。
8.一种逆变电路，其特征在于，所述逆变电路包括：
主控MCU；
与所述MCU连接的驱动芯片；
逆变桥功率管MOSFET（或IGBT）Q1、Q2、Q3和Q4；
与所述逆变桥功率管连接的LC滤波电路；
逆变输出电压采样电阻，串接在逆变输出L线与GND之间。
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