CN110518823A - 逆变器及其升压控制方法和控制装置以及前级电路和电器 - Google Patents
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Abstract
本公开提出一种逆变器及其升压控制方法和控制装置以及前级电路和电器，涉及电子电路领域。本公开通过一种设定结构的前级电路，使得单级结构的逆变器就能够实现都对电压的调节。此外，通过合理地设置逆变桥直通占比信息，使得逆变器可以实现任意倍数的升压。此外，通过前级电路结构及其储能元件的设置，使得逆变器的上下桥臂可以直通，无需插入死区时间，改善输出波形，提高输出电压质量。
Description
技术领域
本公开涉及电子电路领域，特别涉及一种逆变器及其升压控制方法和控制装置以及前级电路和电器。
背景技术
逆变器是把直流电转变成交流电的设备。其中一种电压型逆变器，若应用在输入电压范围变动较大的场合，需要在前级增加DC/DC(直流到直流)变换器，多级结构导致系统的传输效率降低，成本增加。
此外，电压型逆变器不允许上下桥臂同时导通，否则会发生短路，损坏逆变器，因此需要在上下桥臂开关信号中加入死区时间(即上下桥臂同时关断)，但死区时间的加入会引起输出波形的畸变。
发明内容
为了解决电压型逆变器存在的上述至少一个问题，本公开通过一种设定结构的前级电路，使得单级结构的逆变器就能够实现都对电压的调节。此外，通过合理地设置逆变桥直通占比信息，使得逆变器可以实现任意倍数的升压。此外，通过前级电路结构及其储能元件的设置，使得逆变器的上下桥臂可以直通，无需插入死区时间，改善输出波形，提高输出电压质量。
根据本公开的一个方面，提出一种逆变器，包括：前级电路和逆变桥；
所述前级电路包括：开关管、第一电感、第二电感、储能电容、第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管和第五二极管；
其中，第一二极管的正极连接第一电感的第一端，第一二极管的负极连接第二电感的第一端，第二二极管的正极连接第一电感的第二端，第二二极管的负极连接第二电感的第二端，第三二极管的正极连接第二二极管的正极，第三二极管的负极连接第一二极管的负极，开关管的正极连接第二二极管的负极和第四二极管的正极，开关管的负极连接第五二极管的正极，储能电容的两端分别连接第四二极管的负极和开关管的负极，第一二极管的正极连接直流输入电源的正极，第五二极管的负极连接直流输入电源的正极，第四二极管的负极和直流输入电源的负极分别连接逆变桥的两端。
在一些实施例中，当逆变桥工作在直通状态时，逆变桥短路，开关管、第一二极管和第二二极管导通，第三二极管、第四二极管和第五二极管截止，第一电感和第二电感并联并存储能量，储能电容和直流输入电源向第一电感和第二电感释放能量。
在一些实施例中，当逆变桥工作在非直通状态时，逆变桥等效为电压源，开关管、第一二极管和第二二极管截止，第三二极管、第四二极管和第五二极管导通，第一电感和第二电感串联，第一电感、第二电感和直流输入电源向储能电容和逆变桥释放能量，储能电容存储能量。
在一些实施例中，逆变桥的两端分别连接直流母线的正极和负极。
在一些实施例中，所述开关管为有源器件。
在一些实施例中，所述逆变桥为三相逆变桥。
在一些实施例中，逆变桥两端的输出电压相对于直流输入电压的升压因子为：
其中，B表示逆变桥两端的输出电压VPN相对于直流输入电压Vin的升压因子，D表示在一个开关周期内逆变桥处于直通状态的时间的占比信息，D被配置为大于0且小于1/3，以使得B大于1。
根据本公开的一个方面，提出一种前级电路，包括：
开关管、第一电感、第二电感、储能电容、第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管和第五二极管；
其中，第一二极管的正极连接第一电感的第一端，第一二极管的负极连接第二电感的第一端，第二二极管的正极连接第一电感的第二端，第二二极管的负极连接第二电感的第二端，第三二极管的正极连接第二二极管的正极，第三二极管的负极连接第一二极管的负极，开关管的正极连接第二二极管的负极和第四二极管的正极，开关管的负极连接第五二极管的正极，储能电容的两端分别连接第四二极管的负极和开关管的负极，第一二极管的正极连接直流输入电源的正极，第五二极管的负极连接直流输入电源的正极。
在一些实施例中，在第一工作状态下，开关管、第一二极管和第二二极管导通，第三二极管、第四二极管和第五二极管截止，第一电感和第二电感并联并存储能量，储能电容和直流输入电源向第一电感和第二电感释放能量。
在一些实施例中，在第二工作状态下，开关管、第一二极管和第二二极管截止，第三二极管、第四二极管和第五二极管导通，第一电感和第二电感串联，第一电感、第二电感和直流输入电源向储能电容和逆变桥释放能量，储能电容存储能量。
根据本公开的一个方面，提出一种基于逆变器的升压控制方法，包括：
同时向逆变器中的逆变桥和开关管分别发送第一控制信号和导通控制信号，所述第一控制信号控制逆变桥工作在直通状态，所述导通控制信号控制开关管导通，以使得第一二极管和第二二极管导通，第三二极管、第四二极管和第五二极管截止，第一电感和第二电感并联并存储能量，储能电容和直流输入电源向第一电感和第二电感释放能量；
或者，同时向逆变桥和开关管分别发送第二控制信号和截止控制信号，所述第二控制信号控制逆变桥工作在非直通状态，所述截止控制信号控制开关管截止，以使得第一二极管和第二二极管截止，第三二极管、第四二极管和第五二极管导通，第一电感和第二电感串联，第一电感、第二电感和直流输入电源向储能电容和逆变桥释放能量，储能电容存储能量。
在一些实施例中，根据在一个开关周期内逆变桥处于直通状态的时间的占比信息，确定第一控制信号和第二控制信号的发送时机；其中，所述占比信息被配置为大于0且小于1/3，以使得逆变桥两端的输出电压VPN相对于直流输入电压Vin的升压因子大于1。
根据本公开的一个方面，提出一种电器，包括：前述任一个实施例的逆变器，或者，前述任一个实施例的前级电路。
根据本公开的一个方面，提出一种基于逆变器的升压控制装置，包括：
存储器；以及
耦接至所述存储器的处理器，所述处理器被配置为基于存储在所述存储器中的指令，执行前述任一个实施例的升压控制方法。
根据本公开的一个方面，提出一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现前述任一个实施例的升压控制方法。
附图说明
下面将对实施例或相关技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。根据下面参照附图的详细描述，可以更加清楚地理解本公开，
显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本公开一些实施例中基于逆变器实现的升压系统的示意图。
图2为本公开另一些实施例中基于逆变器实现的升压系统的示意图。
图3为本公开一些实施例中逆变器工作在直通状态的原理示意图。
图4为本公开一些实施例中逆变器工作在非直通状态的原理示意图。
图5为本公开一些实施例中基于逆变器的升压控制方法的流程示意图。
图6为本公开一些实施例中基于逆变器的升压控制装置的示意图。
具体实施方式
下面将结合本公开实施例中的附图，对本公开实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
图1为本公开一些实施例中基于逆变器实现的升压系统的示意图。
图2为本公开另一些实施例中基于逆变器实现的升压系统的示意图。
如图1和图2所示，该实施例的升压系统包括：前级电路11和逆变桥12，此外，还可以包括直流输入电源13和负载(如电机负载等)14。其中，前级电路11和逆变桥12组成逆变器。
如图1和图2所示，逆变桥12例如可以由上、下桥臂组成，图中示例性地示出一种三相逆变桥，其中，S1、S3、S5均为上桥臂，S2、S4、S6均为下桥臂。
如图2所示，前级电路11包括：开关管S0、第一电感L1、第二电感L2、储能电容C1、第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管Da和第五二极管Db。
第一二极管D1的正极连接第一电感L1的第一端，第一二极管D1的负极连接第二电感L2的第一端，第二二极管D2的正极连接第一电感L1的第二端，第二二极管D2的负极连接第二电感L2的第二端，第三二极管D3的正极连接第二二极管D2的正极，第三二极管D3的负极连接第一二极管D1的负极，开关管S0的正极连接第二二极管D2的负极和第四二极管Da的正极，开关管S0的负极连接第五二极管Db的正极，储能电容C1的两端分别连接第四二极管Da的负极和开关管S0的负极，第一二极管D1的正极连接直流输入电源13的正极，第五二极管Db的负极连接直流输入电源13的正极，第四二极管Da的负极和直流输入电源13的负极分别连接逆变桥的两端。
在一些实施例中，开关管S0为有源器件。开关管例如为NPN型三极管、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)、金氧半场效晶体管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor,MOSFET)。
在一些实施例中，如图3所示，当逆变器工作在直通状态时，也即当逆变桥12工作在直通状态时(即，上桥臂和下桥臂均导通)，由于上下桥臂均导通，因此逆变桥12短路，此时前级电路处于第一工作状态，开关管S0、第一二极管D1和第二二极管D2导通，第三二极管D3、第四二极管Da和第五二极管Db截止，第一电感L1和第二电感L2并联，储能电容C1和直流输入电源13向第一电感L1和第二电感L2释放能量，第一电感L1和第二电感L2存储能量。
在一些实施例中，如图4所示，当逆变器工作在非直通状态时，也即当逆变桥12工作在非直通状态时(即，上桥臂和下桥臂中的一个导通，另一个关断)，逆变桥12等效为电压源，此时前级电路处于第二工作状态，开关管S0、第一二极管D1和第二二极管D2截止，第三二极管D3、第四二极管Da和第五二极管Db导通，第一电感L1和第二电感L2串联，第一电感L1、第二电感L2和直流输入电源13向储能电容C1和逆变桥12释放能量，储能电容C1存储能量。
在图3-4中，Vin表示直流输入电源13的电压(简称直流输入电压)，VPN表示逆变桥两端的输出电压，如果逆变桥的两端分别连接直流母线的正极和负极，则VPN亦表示直流母线电压，VC1和ic表示储能电容C1的电压和电流，VL1和iL1表示第一电感L1的电压和电流，VL2和iL2表示第二电感L2的电压和电流。
设在一个开关周期T内，逆变桥处于直通状态的时间为T1，则直通占空比D＝T1/T。
根据伏秒平衡原理，并结合图3-4，可以得出：
从而，得到：该电容电压比较小，有利于提高器件的可靠性。
根据基尔霍夫电压定律(KVL)，并结合图3-4，可以得出：
VPN＝VC1+Vin
由上述公式得出：
其中，B表示逆变桥两端的输出电压VPN相对于直流输入电压Vin的升压因子，D表示在一个开关周期内逆变桥处于直通状态的时间的占比信息。在升压应用中，当D被配置为大于0且小于1/3时，B大于1，即理论上可以实现任意倍数的升压。例如，当D＝1/4时，B＝3，实现3倍升压。
在一些实施例中，一种电器包括：前述任一个实施例的逆变器，或者，前述任一个实施例的用于逆变器的前级电路。该电器例如为空调等，但不限于所举示例。
图5为本公开一些实施例中基于逆变器的升压控制方法的流程示意图。该方法例如可以由升压控制装置执行。
如图5所示，该实施例的升压控制方法，在每个开关周期包括：
步骤S51，同时向逆变器中的逆变桥和开关管分别发送第一控制信号和导通控制信号，所述第一控制信号控制逆变桥工作在直通状态，所述导通控制信号控制开关管导通，以使得第一二极管和第二二极管导通，第三二极管、第四二极管和第五二极管截止，第一电感和第二电感并联并存储能量，储能电容和直流输入电源向第一电感和第二电感释放能量。
步骤S52，同时向逆变桥和开关管分别发送第二控制信号和截止控制信号，所述第二控制信号控制逆变桥工作在非直通状态，所述截止控制信号控制开关管截止，以使得第一二极管和第二二极管截止，第三二极管、第四二极管和第五二极管导通，第一电感和第二电感串联，第一电感、第二电感和直流输入电源向储能电容和逆变桥释放能量，储能电容存储能量。
在一些实施例中，根据在一个开关周期内逆变桥处于直通状态的时间的占比信息，确定第一控制信号和第二控制信号的发送时机。例如，若逆变桥的直通占空比D被配置为1/4，则在一个开关周期开始时，发送第一控制信号和导通控制信号，在一个开关周期的1/4时，发送第二控制信号和截止控制信号。
在升压应用中，所述占比信息被配置为大于0且小于1/3，以使得升压因子大于1，从而实现任意倍数的升压。
图6为本公开一些实施例中基于逆变器的升压控制装置的示意图。
如图6所示，该实施例的升压控制装置包括：
存储器61；以及
耦接至所述存储器的处理器62，所述处理器62被配置为基于存储在所述存储器61中的指令，执行前述任一个实施例的升压控制方法。
其中，存储器61例如可以包括系统存储器、固定非易失性存储介质等。系统存储器例如存储有操作系统、应用程序、引导装载程序(Boot Loader)以及其他程序等。
本公开实施例通过一种设定结构的前级电路，使得单级结构的逆变器就能够实现都对电压的调节。此外，通过合理地设置逆变桥直通占比信息，使得逆变器可以实现任意倍数的升压。此外，通过前级电路结构及其储能元件的设置，使得逆变器的上下桥臂可以直通，无需插入死区时间，改善输出波形，提高输出电压质量。
本领域内的技术人员应当明白，本公开的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本公开可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本公开可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机非瞬时性存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
以上所述仅为本公开的较佳实施例，并不用以限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。
Claims (13)
1.一种逆变器，其特征在于，包括：前级电路和逆变桥；
所述前级电路包括：开关管、第一电感、第二电感、储能电容、第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管和第五二极管；
其中，第一二极管的正极连接第一电感的第一端，第一二极管的负极连接第二电感的第一端，第二二极管的正极连接第一电感的第二端，第二二极管的负极连接第二电感的第二端，第三二极管的正极连接第二二极管的正极，第三二极管的负极连接第一二极管的负极，开关管的正极连接第二二极管的负极和第四二极管的正极，开关管的负极连接第五二极管的正极，储能电容的两端分别连接第四二极管的负极和开关管的负极，第一二极管的正极连接直流输入电源的正极，第五二极管的负极连接直流输入电源的正极，第四二极管的负极和直流输入电源的负极分别连接逆变桥的两端。
2.根据权利要求1所述的逆变器，其特征在于，
当逆变桥工作在直通状态时，逆变桥短路，开关管、第一二极管和第二二极管导通，第三二极管、第四二极管和第五二极管截止，第一电感和第二电感并联并存储能量，储能电容和直流输入电源向第一电感和第二电感释放能量。
3.根据权利要求1所述的逆变器，其特征在于，
当逆变桥工作在非直通状态时，逆变桥等效为电压源，开关管、第一二极管和第二二极管截止，第三二极管、第四二极管和第五二极管导通，第一电感和第二电感串联，第一电感、第二电感和直流输入电源向储能电容和逆变桥释放能量，储能电容存储能量。
4.根据权利要求1所述的逆变器，其特征在于，逆变桥的两端分别连接直流母线的正极和负极。
5.根据权利要求1-4任一项所述的逆变器，其特征在于，
所述开关管为有源器件；
或者，所述逆变桥为三相逆变桥。
6.根据权利要求1-4任一项所述的逆变器，其特征在于，
逆变桥两端的输出电压相对于直流输入电压的升压因子为：
其中，B表示逆变桥两端的输出电压VPN相对于直流输入电压Vin的升压因子，D表示在一个开关周期内逆变桥处于直通状态的时间的占比信息，D被配置为大于0且小于1/3，以使得B大于1。
7.一种前级电路，其特征在于，包括：
开关管、第一电感、第二电感、储能电容、第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管和第五二极管；
其中，第一二极管的正极连接第一电感的第一端，第一二极管的负极连接第二电感的第一端，第二二极管的正极连接第一电感的第二端，第二二极管的负极连接第二电感的第二端，第三二极管的正极连接第二二极管的正极，第三二极管的负极连接第一二极管的负极，开关管的正极连接第二二极管的负极和第四二极管的正极，开关管的负极连接第五二极管的正极，储能电容的两端分别连接第四二极管的负极和开关管的负极，第一二极管的正极连接直流输入电源的正极，第五二极管的负极连接直流输入电源的正极。
8.根据权利要求7所述的前级电路，其特征在于，
在第一工作状态下，开关管、第一二极管和第二二极管导通，第三二极管、第四二极管和第五二极管截止，第一电感和第二电感并联并存储能量，储能电容和直流输入电源向第一电感和第二电感释放能量；
或者，在第二工作状态下，开关管、第一二极管和第二二极管截止，第三二极管、第四二极管和第五二极管导通，第一电感和第二电感串联，第一电感、第二电感和直流输入电源向储能电容释放能量，储能电容存储能量。
9.一种基于权利要求1-6任一项所述逆变器的升压控制方法，其特征在于，包括：
同时向逆变器中的逆变桥和开关管分别发送第一控制信号和导通控制信号，所述第一控制信号控制逆变桥工作在直通状态，所述导通控制信号控制开关管导通，以使得第一二极管和第二二极管导通，第三二极管、第四二极管和第五二极管截止，第一电感和第二电感并联并存储能量，储能电容和直流输入电源向第一电感和第二电感释放能量；
或者，同时向逆变桥和开关管分别发送第二控制信号和截止控制信号，所述第二控制信号控制逆变桥工作在非直通状态，所述截止控制信号控制开关管截止，以使得第一二极管和第二二极管截止，第三二极管、第四二极管和第五二极管导通，第一电感和第二电感串联，第一电感、第二电感和直流输入电源向储能电容和逆变桥释放能量，储能电容存储能量。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，
根据在一个开关周期内逆变桥处于直通状态的时间的占比信息，确定第一控制信号和第二控制信号的发送时机；
其中，所述占比信息被配置为大于0且小于1/3，以使得逆变桥两端的输出电压VPN相对于直流输入电压Vin的升压因子大于1。
11.一种电器，其特征在于，包括：权利要求1-6任一项所述的逆变器，或者，权利要求7-8任一项所述的前级电路。
12.一种基于逆变器的升压控制装置，包括：
存储器；以及
耦接至所述存储器的处理器，所述处理器被配置为基于存储在所述存储器中的指令，执行权利要求9或10所述的升压控制方法。
13.一种非瞬时性计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现权利要求9或10所述的升压控制方法。
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2019
- 2019-10-08 CN CN201910948693.XA patent/CN110518823A/zh active Pending
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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