CN110739876A - 一种逆变器控制方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种逆变器控制方法和装置，控制方法为根据控制周期的控制时序对各开关管进行控制；在一个控制周期开始时，首先控制超前臂的第一开关管导通，超前桥臂的第一开关管导通第一设定时间后控制滞后臂的第二开关管导通；滞后臂的第二开关管关断时控制超前臂的第二开关管导通，超前臂第二开关管导通的第一设定时间后控制滞后臂的第一开关管导通，滞后臂的第一开关管关断时本控制周期结束；同一控制周期内各开关管的导通时长相同，且各开关管的导通时长大于第一设定时间。本发明提供的技术方案，逆变器中各开关管关断时其电压和电流均为零，能够解决现有技术中在对全桥逆变器进行控制时由于出现硬开关现象而影响逆变器安全运行的问题。
Description
技术领域
本发明属于逆变器控制技术领域，具体涉及一种逆变器控制方法和装置。
背景技术
传统接触式电能传输技术因需要导线以及频繁的插拔，限制了设备移动的灵活性、安全性和使用便捷性，同时也影响了设备环境的美观性和整洁性；而无线电能传输技术因其传输便捷、传输距离远、传输效率高和受中间障碍物影响较小等优点，越来越受到人们的重视。
无线电能传输技术是基于电磁感应原理实现的，无线电能传输技术所采用的耦合机构如图1所示，包括发射部分和接收部分，两部分均设置有一个线圈结构和一个与相应线圈进行谐振的谐振电容。直流电压源Vin连接全桥逆变器直流侧，全桥逆变器的交流侧输出方波电压U，该方波电压作为发射端的LC谐振电路的输入电压，使LC谐振电路中产生交流电流I，该交流电流I通过发射线圈产生交变磁场，接收线圈在该交变磁场中产生感应电动势，并通过接收端的LC谐振电路形成电压源，输出至负载。
全桥逆变器的结构为常见的一种电力电子开关拓扑，其中电力电子器件可以为三极管、MOSFET、IGBT等，图1中全桥逆变器所采用的是开关管S1、开关管S2、开关管S3和开关管S4；负载可以为电阻、具备整流桥的DCDC等不同结构。
现有技术中对无线电传输设备发射部分全桥逆变器中各电力电子开关的控制时序如图2所示，开关管S1和开关管S2的控制时序相同，开关管S3和开关管S4的控制时序相同，每个开关管导通的占空比均在0到50％之间可调。但是根据图2中可得，这种控制方式会开关管出现硬开关现象，即当电力电子开关在开通时，其阳极与阴极之间的电压和电流均不为零。而当开关管出现硬开关现象时，将会导致开关管的温度升高，功耗增大，影响逆变器的安全运行。
发明内容
本发明的目的在于提供一种逆变器控制方法和装置，用于解决现有技术中在对全桥逆变器进行控制时由于出现硬开关现象而影响逆变器安全运行的问题。
为实现上述目的，本发明提供的技术方案是：
一种逆变器控制方法，包括如下步骤：
根据控制周期的控制时序对逆变器中的各开关管进行控制；
设逆变器的其中一个桥臂为超前臂，另一个桥臂为滞后臂；在一个控制周期开始时，首先控制超前臂的第一开关管导通，超前桥臂的第一开关管导通第一设定时间后控制滞后臂的第二开关管导通；滞后臂的第二开关管关断时控制超前臂的第二开关管导通，超前臂第二开关管导通的第一设定时间后控制滞后臂的第一开关管导通，滞后臂的第一开关管关断时本控制周期结束；
同一控制周期内逆变器的各开关管的导通时长相同，且各开关管的导通时长大于所述第一设定时间；
所述超前臂的第一开关管与滞后臂的第二开关管相应，超前臂的第二开关管与滞后臂的第一开关管相应。
本发明所提供的技术方案，逆变器中各开关管关断时其电压或电流为零，解决现有技术中在对全桥逆变器进行控制时由于出现硬开关现象而影响逆变器安全运行的问题。
作为对各开关管导通时长的进一步改进，各开关管的导通时长大于所述控制周期的四分之一且小于所述控制周期的二分之一。
作为对逆变器用于无线电能传输系统时的进一步改进，当逆变器用于无线电能传输系统时，采用相位跟踪法识别LC谐振电路电压和电流的过零点，并调整逆变器中各开关管通断的频率，直到逆变器交流侧电压的过零点与LC谐振电路电流的过零点保持一致，实现开关频率为LC谐振频率或开关频率略高于LC谐振频率的频率跟踪控制。
作为对超前臂和滞后臂设置的进一步改进，每间隔第二设定时间，将原超前臂设置为滞后臂，将原滞后臂设置为超前臂。
一种逆变器控制装置，包括处理器，处理器用于连接逆变器中各开关管的控制极；所述处理器对逆变器的控制包括如下步骤：
根据控制周期的控制时序对逆变器中的各开关管进行控制；
设逆变器的其中一个桥臂为超前臂，另一个桥臂为滞后臂；在一个控制周期开始时，首先控制超前臂的第一开关管导通，超前桥臂的第一开关管导通第一设定时间后控制滞后臂的第二开关管导通；滞后臂的第二开关管关断时控制超前臂的第二开关管导通，超前臂第二开关管导通的第一设定时间后控制滞后臂的第一开关管导通，滞后臂的第一开关管关断时本控制周期结束；
同一控制周期内逆变器的各开关管的导通时长相同，且各开关管的导通时长大于所述第一设定时间；
所述超前臂的第一开关管与滞后臂的第二开关管相应，超前臂的第二开关管与滞后臂的第一开关管相应。
作为对各开关管导通时长的进一步改进，各开关管的导通时长大于所述控制周期的四分之一且小于所述控制周期的二分之一。
作为对逆变器用于无线电能传输系统时的进一步改进，当逆变器用于无线电能传输系统时，采用相位跟踪法识别LC谐振电路电压和电流的过零点，并调整逆变器中各开关管通断的频率，直到逆变器交流侧的电压的过零点与LC谐振电路电流的过零点保持一致，实现开关频率为LC谐振频率或开关频率略高于LC谐振频率的频率跟踪控制。
作为对超前臂和滞后臂设置的进一步改进，每间隔第二设定时间，将原超前臂设置为滞后臂，将原滞后臂设置为超前臂。
附图说明
图1为现有技术中无线输电系统的结构示意图；
图2为现有技术对无线输电系统发射部分中逆变器各开关管的控制时序图；
图3为方法实施例中对无线输电系统发射部分中逆变器各开关管的控制时序图。
具体实施方式
本发明的目的在于提供一种逆变器控制方法和装置，用于解决现有技术中在对全桥逆变器进行控制时由于出现硬开关现象而影响逆变器安全运行的问题。
为实现上述目的，本发明提供的技术方案是：
一种逆变器控制方法，包括如下步骤：
根据控制周期的控制时序对逆变器的各开关管进行控制；
设逆变器的其中一个桥臂为超前臂，另一个桥臂为滞后臂；在一个控制周期开始时，首先控制超前臂的第一开关管导通，超前桥臂的第一开关管导通第一设定时间后控制滞后臂的第二开关管导通；滞后臂的第二开关管关断时控制超前臂的第二开关管导通，在超前臂第二开关管导通的第一设定时间后控制滞后臂的第一开关管导通，滞后臂的第一开关管关断时本控制周期结束；
同一控制周期内逆变器的各开关管的导通时长相同，且各开关管的导通时长大于所述第一设定时间；
所述超前臂的第一开关管与滞后臂的第二开关管相应，超前臂的第二开关管与滞后臂的第一开关管相应。
下面结合具体实施方式对本发明的技术方案作进一步说明。
方法实施例：
本实施例提供一种逆变器控制方法，用于对桥式逆变器中的开关管进行控制，实现桥式逆变器中各开关管的软开关。
本实施例中以逆变器控制方法应用于如图1所示的无线输电系统为例，用于对该无线输电系统发射部分逆变器中的开关管S1、开关管S2、开关管S3和开关管S4进行控制。
本实施例所提供的逆变器控制方法，根据控制周期的控制时序对逆变器中的各开关管进行控制，各控制周期内对逆变器中各开关管的控制时序如图3所示：
设开关管S1和开关管S3构成的桥臂为超前臂，开关管S2和开关管S4构成的桥臂为滞后臂，在逆变器中开关管S1和开关管S2相应，开关管S3和开关管S4相应；
在一个控制周期开始时，首先控制开关管S1导通，开关管S1导通第一设定时间后控制开关管S2导通；
当开关管S2关断时控制开关管S3导通，开关管S3导通的第一设定时间后控制开关管S4导通，当开关管S4关断时一个控制周期结束。
在同一控制周期内各开关管的导通时长相同，且各开关管的导通时长大于第一设定时间；
开关管S1和开关管S2同时导通时逆变器交流侧输出的电压，与开关管S3与开关管S4同时导通时逆变器交流侧输出的电压方向相反。
设当开关管S1和开关管S2同时导通时，逆变器的交流侧输出正向电压，则当开关管S3和开关管S4导通时，逆变器的交流侧输出负电压。
根据图3可知，逆变器中各开关管关断时其两端的电压和电流过零点，因此能够避免各开关管出现硬开关的现象，提高逆变器运行安全性。
另外，由于发射线圈与接收线圈之间存在耦合，因此会导致产生耦合电感，影响LC谐振参数，并且在发射线圈和接收线圈位置、距离等产生变化时，谐振频率也会产生变化。为了实现开关管S1～S4的开关频率始终与谐振频率保持一致，还需在控制过程中进行频率跟踪；该系统中的频率跟踪技术采用相位跟踪法识别LC谐振电路电压和电流的过零点，并通过调整逆变器中各开关管通断的频率，使逆变器交流侧电压和电流的过零点与LC谐振电路在逆变器交流侧电压激励下所产生的电流的过零点始终保持一致，即逆变器中各开关管的通断频率与谐振频率一致。
由于超前臂中后导通的开关管和滞后臂中后导通的开关管不是软开关，因此为了防止温差过大，当各开关管之间的温差过大时，或者每间隔设定的时长，将原超前臂设置为滞后臂，将原滞后臂设置为超前臂。
装置实施例：
本实施例提供一种逆变器控制装置，包括处理器，处理器用于连接逆变器中各开关管的控制极，根据上述方法实施例中的逆变器控制方法对逆变器中的各开关管进行控制。
Claims (8)
1.一种逆变器控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
根据控制周期的控制时序对逆变器中的各开关管进行控制；
设逆变器的其中一个桥臂为超前臂，另一个桥臂为滞后臂；在一个控制周期开始时，首先控制超前臂的第一开关管导通，超前桥臂的第一开关管导通第一设定时间后控制滞后臂的第二开关管导通；滞后臂的第二开关管关断时控制超前臂的第二开关管导通，在超前臂第二开关管导通的第一设定时间后控制滞后臂的第一开关管导通，滞后臂的第一开关管关断时本控制周期结束；
同一控制周期内逆变器的各开关管的导通时长相同，且各开关管的导通时长大于所述第一设定时间；
所述超前臂的第一开关管与滞后臂的第二开关管相应，超前臂的第二开关管与滞后臂的第一开关管相应。
2.根据权利要求1所述的一种逆变器控制方法，其特征在于，各开关管的导通时长大于所述控制周期的四分之一且小于所述控制周期的二分之一。
3.根据权利要求1所述的一种逆变器控制方法，其特征在于，当逆变器用于无线电能传输系统时，采用相位跟踪法识别LC谐振电路电压和电流的过零点，并调整逆变器中各开关管通断的频率，直到逆变器交流侧电压的过零点与LC谐振电路电流的过零点保持一致。
4.根据权利要求1所述的一种逆变器控制方法，其特征在于，每间隔第二设定时间，将原超前臂设置为滞后臂，将原滞后臂设置为超前臂。
5.一种逆变器控制装置，包括处理器，处理器用于连接逆变器中各开关管的控制极；其特征在于，所述处理器对逆变器的控制包括如下步骤：
根据控制周期的控制时序对逆变器中的各开关管进行控制；
设逆变器的其中一个桥臂为超前臂，另一个桥臂为滞后臂；在一个控制周期开始时，首先控制超前臂的第一开关管导通，超前桥臂的第一开关管导通第一设定时间后控制滞后臂的第二开关管导通；滞后臂的第二开关管关断时控制超前臂的第二开关管导通，在超前臂第二开关管导通的第一设定时间后控制滞后臂的第一开关管导通，滞后臂的第一开关管关断时本控制周期结束；
同一控制周期内逆变器的各开关管的导通时长相同，且各开关管的导通时长大于所述第一设定时间；
所述超前臂的第一开关管与滞后臂的第二开关管相应，超前臂的第二开关管与滞后臂的第一开关管相应。
6.根据权利要求5所述的一种逆变器控制装置，其特征在于，各开关管的导通时长大于所述控制周期的四分之一且小于所述控制周期的二分之一。
7.根据权利要求5所述的一种逆变器控制装置，其特征在于，当逆变器用于无线电能传输系统时，采用相位跟踪法识别LC谐振电路电压和电流的过零点，并调整逆变器中各开关管通断的频率，直到逆变器交流侧电压的过零点与LC谐振电路电流的过零点保持一致。
8.根据权利要求5所述的一种逆变器控制装置，其特征在于，每间隔第二设定时间，将原超前臂设置为滞后臂，将原滞后臂设置为超前臂。
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