CN111756226A - 一种逆变电路、逆变器及逆变电路的控制方法与装置 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例公开了一种逆变电路、逆变器及逆变电路的控制方法与装置，用以解决逆变电路的桥臂直通问题。所述逆变电路，包括：依次连接的逆变模块和滤波模块，逆变模块，包括：第一桥臂，包括依次串联连接的第一开关管、第一电感、第二电感和第二开关管；第二桥臂，包括串联连接的第三开关管和第一二极管，第三开关管的集电极与中性点相连，第三开关管的发射极与第一二极管的阳极相连，第一二极管的阴极与第一节点相连；第三桥臂，包括串联连接的第四开关管和第二二极管，第四开关管的发射极与中性点相连，第四开关管的集电极与第二二极管的阴极相连，第二二极管的阳极与第二节点相连；第一续流支路；第二续流支路。

Description

一种逆变电路、逆变器及逆变电路的控制方法与装置
技术领域
本发明涉及电力电子技术领域，尤其是涉及一种逆变电路、逆变器及逆变电路的控制方法与装置。
背景技术
随着电力电子技术快速发展，逆变器在不间断电源、新能源发电、变频器、电动汽车等诸多领域均得到广泛应用，其正朝着高可靠性、高功率密度以及高效率方向发展。
如图1所示，传统的逆变电路中，开关管Q1和开关管Q4组成的逆变桥臂连接在正母线与负母线之间，开关管Q2和开关管Q3组成的逆变桥臂，其一端与中性点相连，其另一端与开关管Q1和开关管Q4组成的逆变桥臂的中点相连。此种逆变电路在开关管Q1和开关管Q4同时导通、开关管Q1和开关管Q3同时导通、以及开关管Q2和开关管Q4同时导通的情况下，也即逆变桥臂直通的情况下，会损坏电源及其它设备，大大降低了逆变电路的可靠性。
鉴于此，现有技术中通常通过设置死区时间来解决逆变电路的桥臂直通问题，但是死区时间的设置一方面会增加输出电压谐波，影响输出电能质量，另一方面，即使设置了死区时间，由于某些干扰或开关管器件失效，仍然也会造成逆变电路的桥臂直通。
发明内容
本发明实施例提供一种逆变电路、逆变器及逆变电路的控制方法与装置，用以解决逆变电路的桥臂直通问题，提高逆变电路的可靠性。
第一方面，本发明实施例提供一种逆变电路，包括：依次连接的逆变模块和滤波模块，逆变模块，包括：
第一桥臂，连接于正母线与负母线之间，包括依次串联连接的第一开关管、第一电感、第二电感和第二开关管；
第二桥臂，连接于中性点与第一节点之间，包括串联连接的第三开关管和第一二极管，第三开关管的集电极与中性点相连，第三开关管的发射极与第一二极管的阳极相连，第一二极管的阴极与第一节点相连，第一节点为第一开关管与第一电感的连接点；
第三桥臂，连接于中性点与第二节点之间，包括串联连接的第四开关管和第二二极管，第四开关管的发射极与中性点相连，第四开关管的集电极与第二二极管的阴极相连，第二二极管的阳极与第二节点相连，第二节点为第二开关管与第二电感的连接点；
第一续流支路，连接于正母线与第二节点之间；
第二续流支路，连接于负母线与第一节点之间。
本发明实施例提供的逆变电路，通过在第一桥臂中的第一开关管和第二开关管之间串联连接第一电感和第二电感，在第二桥臂中与第三开关管串联连接第一二极管，在第三桥臂中与第四开关管串联连接第二二极管，使得在第一开关管、第二开关管、第三开关管、以及第四开关管中任意两个或者两个以上同时导通或者器件失效时，由第一电感、第二电感、第一二极管以及第二二极管中的部分或者全部在逆变电路中防止桥臂直通，与现有技术中的逆变电路相比，能够解决了逆变电路的桥臂直通问题，提高逆变电路的可靠性。
在一种可能的实施方式中，本发明实施例提供的电路中，第一电感与第二电感异名端相连。
本发明实施例提供的逆变电路中，通过将第一电感与第二电感的异名端相连，能够减小磁性元件(第一电感和第二电感)尺寸，提高了功率密度。
在一种可能的实施方式中，本发明实施例提供的电路中，第一开关管的集电极与正母线相连，第一开关管的发射极为第一节点，第二开关管的集电极为第二节点，第二开关管的发射极与负母线相连。
在一种可能的实施方式中，本发明实施例提供的电路中，第一开关管、第二开关管、第三开关管以及第四开关管包含反并二极管和结电容。
在一种可能的实施方式中，本发明实施例提供的电路中，第一二极管和第二二极管包含结电容。
在一种可能的实施方式中，本发明实施例提供的电路中，第一续流支路，包括第三二极管，且第三二极管包含结电容，第三二极管的阳极与第二节点相连，第三二极管的阴极与正母线相连。
在一种可能的实施方式中，本发明实施例提供的电路中，第二续流支路，包括第四二极管，且第四二极管包含结电容，第四二极管的阳极与负母线相连，第四二极管的阴极与第一节点相连。
第二方面，本发明实施例提供一种逆变器，逆变器包括本发明实施例第一方面提供的逆变电路。
第三方面，本发明实施例提供一种逆变电路的控制方法，用于控制本发明实施例第一方面提供的逆变电路，包括：
检测逆变电路的输出电压值和输出电流值；
根据输出电压值与输出电流值，控制第一开关管、第二开关管、第三开关管和第四开关管的状态。
本发明实施例提供的逆变电路的控制方法，通过检测逆变电路中第一电感和第二电感的电流，分别作为逆变器正半周和负半周逐波限流使用，控制逆变电路中第一开关管、第二开关管、第三开关管和第四开关管的状态，从而能够在电感电流不大于正常逐波限流值的情况下，检测出桥臂的直通故障，从而关断开关管，保护逆变电路。
在一种可能的实施方式中，本发明实施例提供的方法中，根据输出电压值与输出电流值，控制第一开关管、第二开关管、第三开关管和第四开关管的状态，包括：
在输出电压值大于零，且输出电流值大于零时，利用预设的脉冲宽度调制(PulseWidth Modulation，PWM)信号控制第一开关管，并控制第三开关管开通，控制第二开关管和第四开关管断开；
在输出电压值大于零，且输出电流值小于零时，利用预设的脉冲宽度调制PWM信号控制第四开关管，并控制第三开关管开通，控制第一开关管和第二开关管断开；
在输出电压值小于零，且输出电流值小于零时，利用预设的脉冲宽度调制PWM信号控制第二开关管，并控制第四开关管开通，控制第一开关管和第三开关管断开；以及
在输出电压值小于零，且输出电流值大于零时，利用预设的脉冲宽度调制PWM信号控制第三开关管，并控制第四开关管开通，控制第一开关管和第二开关管断开。
在一种可能的实施方式中，本发明实施例提供的方法中，根据输出电压值与输出电流值，控制第一开关管、第二开关管、第三开关管和第四开关管的状态，包括：
在输出电压值大于零，且输出电流值大于零时，利用预设的脉冲宽度调制PWM信号控制第一开关管，并控制第三开关管开通，控制第二开关管和第四开关管断开；
在输出电压值大于零，且输出电流值小于零时，利用预设的脉冲宽度调制PWM信号控制第四开关管，控制第一开关管、第二开关管和第三开关管断开；
在输出电压值小于零，且输出电流值小于零时，利用预设的脉冲宽度调制PWM信号控制第二开关管，并控制第四开关管开通，控制第一开关管和第三开关管断开；以及
在输出电压值小于零，且输出电流值大于零时，利用预设的脉冲宽度调制PWM信号控制第三开关管，控制第一开关管、第二开关管和第四开关管断开。
第四方面，本发明实施例提供一种逆变电路的控制装置，用于控制本发明实施例第一方面提供的逆变电路，包括：
检测单元，用于检测逆变电路的输出电压值和输出电流值；
控制单元，用于根据输出电压值与输出电流值，控制第一开关管、第二开关管、第三开关管和第四开关管的状态。
在一种可能的实施方式中，本发明实施例提供的装置中，控制单元进一步用于：
在输出电压值大于零，且输出电流值大于零时，利用预设的脉冲宽度调制PWM信号控制第一开关管，并控制第三开关管开通，控制第二开关管和第四开关管断开；
在输出电压值大于零，且输出电流值小于零时，利用预设的脉冲宽度调制PWM信号控制第四开关管，并控制第三开关管开通，控制第一开关管和第二开关管断开；
在输出电压值小于零，且输出电流值小于零时，利用预设的脉冲宽度调制PWM信号控制第二开关管，并控制第四开关管开通，控制第一开关管和第三开关管断开；以及
在输出电压值小于零，且输出电流值大于零时，利用预设的脉冲宽度调制PWM信号控制第三开关管，并控制第四开关管开通，控制第一开关管和第二开关管断开。
在一种可能的实施方式中，本发明实施例提供的装置中，控制单元进一步用于：
在输出电压值大于零，且输出电流值大于零时，利用预设的脉冲宽度调制PWM信号控制第一开关管，并控制第三开关管开通，控制第二开关管和第四开关管断开；
在输出电压值大于零，且输出电流值小于零时，利用预设的脉冲宽度调制PWM信号控制第四开关管，控制第一开关管、第二开关管和第三开关管断开；
在输出电压值小于零，且输出电流值小于零时，利用预设的脉冲宽度调制PWM信号控制第二开关管，并控制第四开关管开通，控制第一开关管和第三开关管断开；以及
在输出电压值小于零，且输出电流值大于零时，利用预设的脉冲宽度调制PWM信号控制第三开关管，控制第一开关管、第二开关管和第四开关管断开。
第五方面，本申请实施例提供了一种逆变电路的控制设备，包括：至少一个处理器、至少一个存储器以及存储在存储器中的计算机程序指令，当计算机程序指令被处理器执行时实现本申请实施例第三方面提供的方法。
第六方面，本申请实施例提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序指令，当计算机程序指令被处理器执行时实现本申请实施例第三方面提供的方法。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1为现有技术中提供的一种逆变电路的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的一种逆变电路的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的一种逆变电路的工作模态1的原理示意图；
图4为本发明实施例提供的一种逆变电路的工作模态2的原理示意图；
图5为本发明实施例提供的一种逆变电路的工作模态3的原理示意图；
图6为本发明实施例提供的逆变电路的一种工作模态切换的波形示意图；
图7为本发明实施例提供的一种逆变电路的工作模态4的原理示意图；
图8为本发明实施例提供的一种逆变电路的工作模态5的原理示意图；
图9为本发明实施例提供的一种逆变电路的工作模态6的原理示意图；
图10为本发明实施例提供的一种逆变电路的工作模态7的原理示意图；
图11为本发明实施例提供的逆变电路另一工作模态切换的波形示意图；
图12为本发明实施例提供的一种逆变电路的工作模态8的原理示意图；
图13为本发明实施例提供的一种逆变电路的工作模态9的原理示意图；
图14为本发明实施例提供的一种逆变电路的工作模态10的原理示意图；
图15为本发明实施例提供的逆变电路又一工作模态切换的波形示意图；
图16为本发明实施例提供的一种逆变电路的工作模态11的原理示意图；
图17为本发明实施例提供的一种逆变电路的工作模态12的原理示意图；
图18为本发明实施例提供的一种逆变电路的工作模态13的原理示意图；
图19为本发明实施例提供的一种逆变电路的工作模态14的原理示意图；
图20为本发明实施例提供的逆变电路再一工作模态切换的波形示意图；
图21为本发明实施例提供的一种逆变电路的控制方法的示意流程图；
图22为本发明实施例提供的逆变电路的开关管的一种控制时序示意图；
图23为本发明实施例提供的逆变电路的开关管的另一控制时序示意图；
图24为本发明实施例提供的一种逆变电路的控制装置的结构示意图；
图25为本发明实施例提供的一种逆变电路的控制设备的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明实施例提供的逆变电路、逆变器及逆变电路的控制方法与装置的具体实施方式进行详细地说明。
如图2所示，本发明实施例提供的逆变电路，包括：依次连接的逆变模块21和滤波模块22。
其中，逆变模块21，包括：第一桥臂211、第二桥臂212、第三桥臂213、第一续流支路214、以及第二续流支路215。具体地：
第一桥臂211，连接于正母线与负母线之间，包括依次串联连接的第一开关管Q1、第一电感L1、第二电感L2和第二开关管Q2。
第二桥臂212，连接于中性点与第一节点A之间，包括串联连接的第三开关管Q3和第一二极管D1，第三开关管Q3的集电极与中性点相连，第三开关管Q3的发射极与第一二极管D1的阳极相连，第一二极管D1的阴极与第一节点A相连，第一节点A为第一开关管与第一电感的连接点。
第三桥臂213，连接于中性点与第二节点B之间，包括串联连接的第四开关管Q4和第二二极管D2，第四开关管Q4的发射极与中性点相连，第四开关管Q4的集电极与第二二极管D2的阴极相连，第二二极管D2的阳极与第二节点B相连，第二节点B为第二开关管Q2与第二电感L2的连接点。
第一续流支路214，连接于正母线与第二节点B之间，第二续流支路215，连接于负母线与第一节点A之间。
具体实施时，第一开关管Q1的集电极与正母线相连，第一开关管Q1的发射极与第一电感L1的一端相连，第二开关管Q2的集电极与第二电感L2的一端相连，第二开关管Q2的发射极与负母线相连。第一开关管Q1、第二开关管Q2、第三开关管Q3以及第四开关管Q4均包含反并二极管和结电容。第一二极管D1和第二二极管D2包含结电容。
具体实施时，第一续流支路，包括第三二极管D3，且第三二极管D3包含结电容，第三二极管D3的阳极与第二节点B相连，第三二极管D3的阴极与正母线相连。
具体实施时，第二续流支路，包括第四二极管D4，且第四二极管D4包含结电容，第四二极管D4的阳极与负母线相连，第四二极管D4的阴极与第一节点A相连。
具体实施时，滤波模块22包括串联连接的电感组件Lac和电容组件C，电感组件Lac和电容组件C的连接点为逆变电路的输出端。
需要说明的是，本发明实施例提供的逆变电路中，第一开关管Q1、第二开关管Q2、第三开关管Q3和第四开关管Q4，可以为金属-氧化物半导体场效应晶体管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor,MOSFET)，也可以为绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT)，本发明实施例对此不做限定。
在一种可能的实施方式中，本发明实施例提供的电路中，第一电感L1与第二电感L2的异名端相连。
以上结合图2对本发明实施例提供的逆变电路的电路结构进行了详细说明，下面结合图3-图22对本发明实施例提供的逆变电路的工作原理进行详细说明。
具体来说，在一个逆变电路的输出周期内，包括正向能量传递阶段(输出电压值大于零,输出电流值大于零)、正向能量回馈阶段(输出电压值大于零,输出电流值小于零)、负向能量传递阶段(输出电压值小于零,输出电流值小于零)和负向能量回馈阶段(输出电压值小于零,输出电流值大于零)四个阶段，每个阶段包括若干个工作模态、其中，在四个阶段中逆变桥臂的输出均为单极性调制波。
阶段一、输出电压值大于零且输出电流值大于零。
当输出电压值大于零且输出电流值大于零时，利用预设的PWM信号控制第一开关管Q1，并控制第三开关管Q3开通，控制第二开关管Q2和第四开关管Q4断开。
需要说明的是，预设的PWM信号可以采用现有技术中的方法确定，也可以预先配置，本发明实施例对此不做限定。
具体实施时，当输出电压值大于零且输出电流值大于零时，逆变电路存在三种工作模态，假设分别记为工作模态1、工作模态2和工作模态3。下面结合图3-图6对工作模态1、工作模态2和工作模态3分别进行说明。
如图3所示，在工作模态1中，第一开关管Q1和第三开关管Q3导通，第二开关管Q2、第四开关管Q4、第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4关断。此时，输入电源Ud经过第一开关管Q1、第一电感L1和滤波电感Lac给负载R供电，第一节点A的电压为+Ud，第一电感L1和滤波电感Lac的电流上升，输入电源Ud经过第一电感L1和第二电感L2对电容CQ2和电容CQ4充电，电容CD2和电容CD3放电。第一电感L1的电流iL1和第二电感L2的电流iL2谐振上升，电容CQ2和电容CQ4两端电压上升，电容CD2和电容CD3两端电压下降，直至电容CQ2电压上升至2Ud，电容CD3电压下降为零。
如图4所示，在工作模态2中，当电容CD3电压下降为零后，第三二极管D3导通续流，此时第二电感L2的电流iL2下降，直至iL2下降为零，之后第二电感L2与电容CQ2、电容CQ4、电容CD2和电容CD3谐振，由于L2<<Lac且第二电感的电流iL2很小，此时，第二电感L2中的电流值iL2可以采用如下方式计算：
Figure BDA0002010750430000101
其中，
Figure BDA0002010750430000102
Figure BDA0002010750430000103
Ud为输入电源的电压值，uo为输出电压的电压值，L1为第一电感L1的自感，L2为第二电感L2的自感，M为第一电感L1和第二电感L2的互感，Lac为滤波电感的自感，CQ2为电容CQ2的电容值，CQ4为电容CQ4的电容值，CD2为电容CD2的电容值，CD3为电容CD3的电容值，t1为模态2中第二电感的电流iL2下降到零的时刻。
如图5所示，在工作模态3中，第一开关管Q1关断，第三开关管Q3继续导通，第一二极管D1续流导通，第二开关管Q2、第四开关管Q4、第二二极管D2、第三二极管D3、以及第四二极管D4关断。此时，输入电源Ud、第三开关管Q3、第一二极管D1、第一电感L1、滤波电感Lac和负载形成续流回路。
在输出电压uo作用下，第一电感L1和滤波电感Lac的电流下降，电容CQ2和电容CQ4放电，电容CD2和电容CD3充电，第二电感L2的电流iL2反向谐振上升，电容CQ2和电容CQ4两端电压下降，电容CD2和电容CD3两端电压上升。随后第二电感L2与电容CQ2、电容CQ4、电容CD1和电容CD3持续谐振。由于第三二极管D3和第二开关管Q2反并联二极管的嵌位，第二节点B的电压值不超过+Ud和-Ud，且由于L2<<Lac且第二电感的电流iL2很小。此时，第二电感L2中的电流值iL2可以采用如下方式计算：
Figure BDA0002010750430000104
其中，Z和ω分别与工作模态2中的Z和ω相同，uo为输出电压的电压值，L2为第二电感L2的自感，M为第一电感L1和第二电感L2的互感，Lac为滤波电感的自感，t2为模态3中第一开关管Q1关断的时刻。
具体实施时，当输出电压值大于零且输出电流值大于零时，逆变电路在工作模态1、工作模态2和工作模态3之间切换时，第一开关管Q1的控制信号、第一电感L1中的电流的变化情况、第二电感L2中的电流的变化情况、滤波电感Lac中的电流的变化情况、以及第二节点B点的变化情况，如图6所示。
阶段二，输出电压值大于零且输出电流值小于零。
当输出电压值大于零且输出电流值小于零时，利用预设的PWM信号控制第四开关管Q4，并控制第三开关管Q3开通，控制第一开关管Q1和第二开关管Q2断开。
在本发明其它实施例中，当输出电压值大于零且输出电流值小于零时，也可以利用预设的PWM信号控制第四开关管Q4，并控制第一开关管Q1、第二开关管Q2和第三开关管Q3断开，本发明实施例对此不做限定。
具体实施时，当输出电压值大于零且输出电流值小于零时，逆变电路存在四种工作模态，假设分别记为工作模态4、工作模态5、工作模态6和工作模态7。下面结合图7-图11对工作模态4、工作模态5、工作模态6和工作模态7分别进行说明。
如图7所示，在工作模态4中，第三开关管Q3、第二二极管D2、第四开关管Q4导通，第一开关管Q1、第二开关管Q2、第一二极管D1、第三二极管D3、第四二极管D4关断。此时，输入电源Ud、第四开关管Q4、第二二极管D2、第二电感L2、滤波电感Lac和负载R形成电流回路。第二节点B的电压为零，在输出电压uo作用下，第二电感L2和滤波电感Lac的电流上升，电容CQ1充电，电容CD1和电容CD4放电。第一电感L1的电流iL1和第二电感L2的电流iL2谐振上升，电容CQ1两端电压上升，电容CD1和电容CD4两端电压下降。直至电容CQ1电压上升至Ud，电容CD4电压下降为Ud，电容CD1电压下降为零。
如图8所示，在工作模态5中，当电容CD1电压下降为零后，第三开关管Q3、第一二极管D1导通续流。此时第一电感L1的电流iL1下降，直至iL1下降为零。此后，第一电感L1与电容CQ1、电容CD1和电容CD4谐振，由于L1<<Lac，且第一电感的电流iL1很小。此时，第一电感L1中的电流值iL1可以采用如下方式计算：
Figure BDA0002010750430000121
其中，
Figure BDA0002010750430000122
Figure BDA0002010750430000123
uo为输出电压的电压值，L1为第一电感L1的自感，L2为第二电感L2的自感，M为第一电感L1和第二电感L2的互感，Lac为滤波电感的自感，CQ1为电容CQ1的电容值CD1为电容CD1的电容值，CD4为电容CD4的电容值，t3为模态5中第一电感的电流iL1下降到零的时刻。
如图9所示，在工作模态6中，第四开关管Q4关断，第三开关管Q3继续导通，第三二极管D3续流导通，第一开关管Q1、第二开关管Q2、第一二极管D1、第二二极管D2和第四二极管D4关断。此时，输入电源Ud、第三二极管D3、第二电感L2、滤波电感Lac和负载R形成续流回路。第二节点B点电压为+Ud，第二电感L2和滤波电感Lac的电流下降。电容CD1、电容CD4充电，电容CQ1放电。第一电感的电流iL1反向谐振上升，电容CD1和电容CD4两端电压上升，电容CQ1两端电压下降。直至电容CD1电压上升到Ud，电容CD4电压上升到2Ud，电容CQ1两端电压下降为零。
如图10所示，在工作模态7中，当电容CQ1电压下降为零后，第一开关管Q1的反并联二极管自然导通续流。此时，第一电感的电流iL1下降，直至第一电感的电流iL1下降为零，此后，第一电感L1与电容CQ1、电容CD1和电容CD4谐振，由于L1<<Lac，且第一电感的电流iL1很小，此时，第一电感L1中的电流值iL1可以采用如下方式计算：
Figure BDA0002010750430000124
其中，Z和ω分别与工作模态5中的Z和ω相同，L2为第二电感L2的自感，M为第一电感L1和第二电感L2的互感，Lac为滤波电感的自感，t4为工作模态7中第一电感的电流iL1下降到零的时刻。
具体实施时，当输出电压值大于零且输出电流值小于零时，逆变电路在工作模态4、工作模态5、工作模态6和工作模态7之间切换时，第四开关管Q4的控制信号、第一电感L1中的电流的变化情况、第二电感L2中的电流的变化情况、滤波电感Lac中的电流的变化情况、以及第一节点A点的变化情况，如图11所示。
阶段三，输出电压值小于零且输出电流值小于零。
当输出电压值小于零且输出电流值小于零时，利用预设的PWM信号控制第二开关管Q2，并控制第四开关管Q4开通，控制第一开关管Q1和第三开关管Q3断开。
具体实施时，当输出电压值小于零且输出电流值小于零时，逆变电路存在三种工作模态，假设分别记为工作模态8、工作模态9和工作模态10。下面结合图12-图15对工作模态8、工作模态9和工作模态10分别进行说明。
如图12所示，在工作模态8中，第二开关管Q2、第四开关管Q4导通，第一开关管Q1、第三开关管Q3、第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4关断。此时，输入电源Ud、第二开关管Q2、第二电感L2、滤波电感Lac和负载R形成电流回路。第二节点B点电压为-Ud，第二电感L2和滤波电感Lac的电流上升。电容CQ1和电容CQ3充电，电容CD1和电容CD4放电。第一电感的电流iL1和第二电感的电流iL2谐振增加，电容CQ1和电容CQ3两端电压上升，电容CD1和电容CD4两端电压下降。直至电容CQ1电压上升至2Ud，电容CD4电压下降为零。
如图13所示，在工作模态9中，当电容CD4电压下降为零后，第四二极管D4自然导通续流，此时第一电感的电流iL1下降，直至第一电感的电流iL1下降为零。此后，第一电感L1与电容CQ1、电容CQ3、电容CD1和电容CD4谐振，由于L1<<Lac，且第一电感的电流iL1很小，此时，第一电感L1中的电流值iL1可以采用如下方式计算：
Figure BDA0002010750430000141
其中，
Figure BDA0002010750430000142
Figure BDA0002010750430000143
Ud为输入电源的电压值，uo为输出电压的电压值，L1为第一电感L1的自感，L2为第二电感L2的自感，M为第一电感L1和第二电感L2的互感，Lac为滤波电感的自感，CQ1为电容CQ1的电容值，CQ3为电容CQ3的电容值，CD1为电容CD1的电容值，CD4为电容CD4的电容值，t5为工作模态9中第一电感电流iL1下降到零的时刻。
如图14所示，在工作模态10中，第二开关管Q2关断，第四开关管Q4继续导通，第二二极管D2续流导通，第一开关管Q1、第三开关管Q3、第一二极管D1、第三二极管D3和第四二极管D4关断。输入电源Ud、第四开关管Q4、第二二极管D2、第二电感L2、滤波电感Lac和负载R形成续流回路。在输出电压uo作用下，第二电感L2和滤波电感Lac的电流下降。电容CD1和电容CD4充电，对电容CQ1和电容CQ3放电。第一电感的电流iL1反向谐振上升，电容CQ1和电容CQ3两端电压下降，电容CD1、电容CD4两端电压上升。随后第一电感L1与电容CQ1、电容CQ3、电容CD1和电容CD4持续谐振。由于第四二极管D4和第一开关管Q1反并联二极管的嵌位，第一节点A点电压值不超过+Ud和-Ud。由于L1<<Lac且第一电感L1的电流iL1很小。此时，第一电感L1中的电流值iL1可以采用如下方式计算：
Figure BDA0002010750430000144
其中，Z和ω分别与工作模态9中的Z和ω相同，uo为输出电压的电压值，L2为第二电感L2的自感，M为第一电感L1和第二电感L2的互感，Lac为滤波电感的自感，t6为工作模态10中第二开关管Q2关断的时刻。
具体实施时，当输出电压值小于零且输出电流值小于零时，逆变电路在工作模态8、工作模态9和工作模态10之间切换时，第二开关管Q2的控制信号、第一电感L1中的电流的变化情况、第二电感L2中的电流的变化情况、滤波电感Lac中的电流的变化情况、以及第一节点A点的变化情况，如图15所示。
阶段四，输出电压值小于零且输出电流值大于零。
当输出电压值小于零且输出电流值大于零时，利用预设的PWM信号控制第三开关管Q3，并控制第四开关管Q4常通，控制第一开关管Q1和第二开关管Q2断开。
在本发明其它实施例中，当输出电压值小于零且输出电流值大于零时，也可以利用预设的PWM信号控制第三开关管Q3，并控制第一开关管Q1、第二开关管Q2和第四开关管Q4断开，本发明实施例对此不做限定。
具体实施时，当输出电压值小于零且输出电流值大于零时，逆变电路存在四种工作模态，假设分别记为工作模态11、工作模态12、工作模态13和工作模态14。下面结合图16-图20对工作模态11、工作模态12、工作模态13和工作模态14分别进行说明。
如图16所示，在工作模态11中，第三开关管Q3、第四开关管Q4、第一二极管D1导通，第一开关管Q1、第二开关管Q2、第二二极管D2、第三二极管D3和第四二极管D4关断。输入电源Ud、第三开关管Q3、第一二极管D1、第一电感L1、滤波电感Lac和负载R形成电流回路。第一节点A点电压为零，在输出电压uo作用下，第一电感L1和滤波电感Lac的电流上升。电容CQ2充电，电容CD2、电容CD3放电。第一电感的电流iL1和第二电感的电流iL2谐振上升，电容CQ2两端电压上升，电容CD2和电容CD3两端电压下降。直至电容CQ2电压上升至Ud，电容CD3电压下降为Ud，电容CD2电压下降为零。
如图17所示，在工作模态12中，当电容CD2电压下降为零后，第四开关管Q4、第二二极管D2导通续流。此时第二电感的电流iL2下降，直至iL2下降为零。此后，第二电感L2与电容CQ2、电容CD3和电容CD2谐振，由于L2<<Lac且第二电感的电流iL2很小。此时第二电感L2中的电流值iL2可以采用如下方式计算：
Figure BDA0002010750430000161
其中，
Figure BDA0002010750430000162
Figure BDA0002010750430000163
Ud为输入电源的电压值，uo为输出电压的电压值，L1为第一电感L1的自感，L2为第二电感L2的自感，M为第一电感L1和第二电感L2的互感，Lac为滤波电感的自感，CQ2为电容CQ2的电容值，CD2为电容CD2的电容值，CD3为电容CD3的电容值，t7为工作模态12中第二电感的电流iL2下降到零的时刻。
如图18所示，在工作模态13中，第三开关管Q3关断，第四Q4继续导通，第四二极管D4续流导通，第一开关管Q1、第二开关管Q2、第一二极管D1、第二二极管D2和第三二极管D3关断。输入电源Ud、第四二极管D4、第一电感L1、滤波电感Lac和负载R形成续流回路。第一节点A点电压为-Ud，第一电感L1和滤波电感Lac的电流减小。电容CD2、电容CD3充电，电容CQ2放电。第二电感的电流iL2反向谐振上升，电容CD2和电容CD3两端电压上升，电容CQ2两端电压下降。直至电容CQ2两端电压下降为零。
如图19所示，在工作模态14中，当电容CQ2电压下降为零后，第二开关管Q2的反并联二极管自然导通续流。此时第二电感的电流iL2下降，直至iL2下降为零。此后，第二电感L2与电容CQ2、电容CD2和电容CD3谐振，由于L2<<Lac且第二电感的电流iL2很小。此时，第二电感L2中的电流值iL2可以采用如下方式计算：
Figure BDA0002010750430000164
其中，Z和ω分别与模态9中的Z和ω相同。
uo为输出电压的电压值，L2为第二电感L2的自感，M为第一电感L1和第二电感L2的互感，Lac为滤波电感的自感，t8为工作模态14中第二电感的电流iL2下降到零的时刻。
具体实施时，当输出电压值小于零且输出电流值大于零时，逆变电路在工作模态11、工作模态12、工作模态13和工作模态14之间切换时，第三开关管Q3的控制信号、第一电感L1中的电流的变化情况、第二电感L2中的电流的变化情况、滤波电感Lac中的电流的变化情况、以及第二节点B点的变化情况，如图20所示。
需要说明的是，本发明实施例提供的逆变电路，由于第三开关管Q3和第四开关管Q4的反并联二极管没有大电流流过，第三开关管Q3和第四开关管Q4可采用容量小的二极管，本发明实施例对此不做限定。
需要说明的是，本发明实施例提供的逆变电路，不仅可以运用于单向逆变器，也可以运用于两相、三相、或者多相逆变器中，本发明实施例对此不做限定。
另外，本发明实施例还提供了一种逆变器，该逆变器包括本发明上述实施例提供的逆变电路。
基于本发明上述实施例提供的逆变电路，本发明实施例还提供了一种逆变电路的控制方法。
如图21所示，本发明实施例提供的逆变电路的控制方法，其可以包括如下步骤：
步骤S210，检测逆变电路的输出电压值和输出电流值。
具体实施时，检测逆变电路的输出电压值和输出电流值，可以采用现有技术中的方式进行检测，例如，检测逆变电路的输出电压值可以通过电压表进行测量，检测逆变电路的输出电流值可以通过检测滤波电感Lac中的电流进行检测。
步骤S211，根据输出电压值与输出电流值，控制第一开关管、第二开关管、第三开关管和第四开关管的状态。
在一种可能的实施方式中，根据输出电压值与输出电流值，控制第一开关管、第二开关管、第三开关管和第四开关管的状态，包括：
在输出电压值大于零，且输出电流值大于零时，利用预设的PWM信号控制第一开关管，并控制第三开关管开通，控制第二开关管和第四开关管断开；
在输出电压值大于零，且输出电流值小于零时，利用预设的PWM信号控制第四开关管，并控制第三开关管开通，控制第一开关管和第二开关管断开；
在输出电压值小于零，且输出电流值小于零时，利用预设的PWM信号控制第二开关管，并控制第四开关管开通，控制第一开关管和第三开关管断开；以及
在输出电压值小于零，且输出电流值大于零时，利用预设的PWM信号控制第三开关管，并控制第四开关管开通，控制第一开关管和第二开关管断开。
具体实施时，第一开关管Q1的控制信号、第二开关管Q2的控制信号、第三开关管Q3的控制信号、第四开关管Q4的控制信号、逆变电路输出电压uo的波形以及逆变电路输出电流iLac的波形，如图22所示。
在一种可能的实施方式中，根据输出电压值输出电流值，控制第一开关管、第二开关管、第三开关管和第四开关管的状态，包括：
在输出电压值大于零，且输出电流值大于零时，利用预设的PWM信号控制第一开关管，并控制第三开关管开通，控制第二开关管和第四开关管断开；
在输出电压值大于零，且输出电流值小于零时，利用预设的PWM信号控制第四开关管，控制第一开关管、第二开关管和第三开关管断开；
在输出电压值小于零，且输出电流值小于零时，利用预设的PWM信号控制第二开关管，并控制第四开关管开通，控制第一开关管和第三开关管断开；以及
在输出电压值小于零，且输出电流值大于零时，利用预设的PWM信号控制第三开关管，控制第一开关管、第二开关管和第四开关管断开。
具体实施时，第一开关管Q1的控制信号、第二开关管Q2的控制信号、第三开关管Q3的控制信号、第四开关管Q4的控制信号、逆变电路输出电压uo的波形以及逆变电路输出电流iLac的波形，如图23所示。
基于相同的发明构思，本发明实施例还提供一种逆变电路的控制装置。
如图24所示，本发明实施例提供的逆变电路的控制装置，包括：
检测单元241，用于检测逆变电路的输出电压值和输出电流值。
控制单元242，用于根据输出电压值与输出电流值，控制第一开关管、第二开关管、第三开关管和第四开关管的状态。
在一种可能的实施方式中，控制单元242进一步用于：
在输出电压值大于零，且输出电流值大于零时，利用预设的脉冲宽度调制PWM信号控制第一开关管，并控制第三开关管开通，控制第二开关管和第四开关管断开；
在输出电压值大于零，且输出电流值小于零时，利用预设的脉冲宽度调制PWM信号控制第四开关管，并控制第三开关管开通，控制第一开关管和第二开关管断开；
在输出电压值小于零，且输出电流值小于零时，利用预设的脉冲宽度调制PWM信号控制第二开关管，并控制第四开关管开通，控制第一开关管和第三开关管断开；以及
在输出电压值小于零，且输出电流值大于零时，利用预设的脉冲宽度调制PWM信号控制第三开关管，并控制第四开关管开通，控制第一开关管和第二开关管断开。
在一种可能的实施方式中，控制单元242进一步用于：
在输出电压值大于零，且输出电流值大于零时，利用预设的脉冲宽度调制PWM信号控制第一开关管，并控制第三开关管开通，控制第二开关管和第四开关管断开；
在输出电压值大于零，且输出电流值小于零时，利用预设的脉冲宽度调制PWM信号控制第四开关管，控制第一开关管、第二开关管和第三开关管断开；
在输出电压值小于零，且输出电流值小于零时，利用预设的脉冲宽度调制PWM信号控制第二开关管，并控制第四开关管开通，控制第一开关管和第三开关管断开；以及
在输出电压值小于零，且输出电流值大于零时，利用预设的脉冲宽度调制PWM信号控制第三开关管，控制第一开关管、第二开关管和第四开关管断开。
另外，结合图21-图24所描述的本发明实施例的逆变电路的控制方法和装置可以由逆变电路的控制设备来实现。其中，逆变电路的控制设备可以是智能设备或智能设备的控制器，也可以是服务器。本发明实施例中不对逆变电路的控制设备的具体实现形式进行限定。图25示出了本发明实施例提供的逆变电路的控制设备的硬件结构示意图。
该逆变电路的控制设备可以包括处理器2501以及存储有计算机程序指令的存储器2502。
具体地，上述处理器2501可以包括中央处理器(CPU)，或者特定集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)，或者可以被配置成实施本发明实施例的一个或多个集成电路。
存储器2502可以包括用于数据或指令的大容量存储器。举例来说而非限制，存储器2502可包括硬盘驱动器(Hard Disk Drive，HDD)、软盘驱动器、闪存、光盘、磁光盘、磁带或通用串行总线(Universal Serial Bus，USB)驱动器或者两个或更多个以上这些的组合。在合适的情况下，存储器2502可包括可移除或不可移除(或固定)的介质。在合适的情况下，存储器2502可在数据处理装置的内部或外部。在特定实施例中，存储器2502是非易失性固态存储器。在特定实施例中，存储器2502包括只读存储器(ROM)。在合适的情况下，该ROM可以是掩模编程的ROM、可编程ROM(PROM)、可擦除PROM(EPROM)、电可擦除PROM(EEPROM)、电可改写ROM(EAROM)或闪存或者两个或更多个以上这些的组合。
处理器2501通过读取并执行存储器2502中存储的计算机程序指令，以实现上述实施例中的任意一种逆变电路的控制方法。
在一个示例中，该逆变电路的控制设备还可包括通信接口2503和总线2510。其中，如图25所示，处理器2501、存储器2502、通信接口2503通过总线2510连接并完成相互间的通信。
通信接口2503，主要用于实现本发明实施例中各模块、装置、单元和/或设备之间的通信。
总线2510包括硬件、软件或两者，将该逆变电路的控制设备的部件彼此耦接在一起。举例来说而非限制，总线可包括加速图形端口(AGP)或其他图形总线、增强工业标准架构(EISA)总线、前端总线(FSB)、超传输(HT)互连、工业标准架构(ISA)总线、无限带宽互连、低引脚数(LPC)总线、存储器总线、微信道架构(MCA)总线、外围组件互连(PCI)总线、PCI-Express(PCI-X)总线、串行高级技术附件(SATA)总线、视频电子标准协会局部(VLB)总线或其他合适的总线或者两个或更多个以上这些的组合。在合适的情况下，总线2510可包括一个或多个总线。尽管本发明实施例描述和示出了特定的总线，但本发明考虑任何合适的总线或互连。
该逆变电路的控制设备可以基于检测到的逆变电路的输出电压值和输出电流值，执行本发明实施例中的逆变电路的控制方法，从而实现结合图21-图24描述的逆变电路的控制方法和装置。
另外，结合上述实施例中的逆变电路的控制方法，本发明实施例可提供一种计算机可读存储介质来实现。该计算机可读存储介质上存储有计算机程序指令；该计算机程序指令被处理器执行时实现上述实施例中的任意一种逆变电路的控制方法。
应当注意，尽管在上文详细描述中提及了装置的若干单元或子单元，但是这种划分仅仅是示例性的并非强制性的。实际上，根据本申请的实施方式，上文描述的两个或更多单元的特征和功能可以在一个单元中具体化。反之，上文描述的一个单元的特征和功能可以进一步划分为由多个单元来具体化。
此外，尽管在附图中以特定顺序描述了本申请方法的操作，但是，这并非要求或者暗示必须按照该特定顺序来执行这些操作，或是必须执行全部所示的操作才能实现期望的结果。附加地或备选地，可以省略某些步骤，将多个步骤合并为一个步骤执行，和/或将一个步骤分解为多个步骤执行。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请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，本申请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可用存储介质(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。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (14)

1.一种逆变电路，包括：依次连接的逆变模块和滤波模块，其特征在于，所述逆变模块，包括：
第一桥臂，连接于正母线与负母线之间，包括依次串联连接的第一开关管、第一电感、第二电感和第二开关管；
第二桥臂，连接于中性点与第一节点之间，包括串联连接的第三开关管和第一二极管，所述第三开关管的集电极与所述中性点相连，所述第三开关管的发射极与所述第一二极管的阳极相连，所述第一二极管的阴极与所述第一节点相连，所述第一节点为所述第一开关管与所述第一电感的连接点；
第三桥臂，连接于所述中性点与第二节点之间，包括串联连接的第四开关管和第二二极管，所述第四开关管的发射极与所述中性点相连，所述第四开关管的集电极与所述第二二极管的阴极相连，所述第二二极管的阳极与所述第二节点相连，所述第二节点为所述第二开关管与所述第二电感的连接点；
第一续流支路，连接于所述正母线与所述第二节点之间；
第二续流支路，连接于所述负母线与所述第一节点之间。
2.根据权利要求1所述的逆变电路，其特征在于，所述第一电感与所述第二电感异名端相连。
3.根据权利要求1所述的逆变电路，其特征在于，所述第一开关管的集电极与所述正母线相连，所述第一开关管的发射极为所述第一节点，所述第二开关管的集电极为所述第二节点，所述第二开关管的发射极与所述负母线相连。
4.根据权利要求1所述的逆变电路，其特征在于，所述第一开关管、所述第二开关管、所述第三开关管以及所述第四开关管包含反并二极管和结电容。
5.根据权利要求1所述的逆变电路，其特征在于，所述第一二极管和所述第二二极管包含结电容。
6.根据权利要求1所述的逆变电路，其特征在于，所述第一续流支路，包括第三二极管，且所述第三二极管包含结电容，所述第三二极管的阳极与所述第二节点相连，所述第三二极管的阴极与所述正母线相连。
7.根据权利要求1所述的逆变电路，其特征在于，所述第二续流支路，包括第四二极管，且所述第四二极管包含结电容，所述第四二极管的阳极与所述负母线相连，所述第四二极管的阴极与所述第一节点相连。
8.一种逆变器，其特征在于，所述逆变器包括权利要求1-7中任一项所述的逆变电路。
9.一种逆变电路的控制方法，用于控制如权利要求1-7中任一项所述的逆变电路，其特征在于，包括：
检测所述逆变电路的输出电压值和输出电流值；
根据所述输出电压值与输出电流值，控制所述第一开关管、所述第二开关管、所述第三开关管和所述第四开关管的状态。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述根据所述输出电压值与输出电流值，控制所述第一开关管、所述第二开关管、所述第三开关管和所述第四开关管的状态，包括：
在所述输出电压值大于零，且所述输出电流值大于零时，利用预设的脉冲宽度调制PWM信号控制所述第一开关管，并控制所述第三开关管开通，控制所述第二开关管和所述第四开关管断开；
在所述输出电压值大于零，且所述输出电流值小于零时，利用预设的脉冲宽度调制PWM信号控制所述第四开关管，并控制所述第三开关管开通，控制所述第一开关管和所述第二开关管断开；
在所述输出电压值小于零，且所述输出电流值小于零时，利用预设的脉冲宽度调制PWM信号控制所述第二开关管，并控制所述第四开关管开通，控制所述第一开关管和所述第三开关管断开；以及
在所述输出电压值小于零，且所述输出电流值大于零时，利用预设的脉冲宽度调制PWM信号控制所述第三开关管，并控制所述第四开关管开通，控制所述第一开关管和所述第二开关管断开。
11.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述根据所述输出电压值与输出电流值，控制所述第一开关管、所述第二开关管、所述第三开关管和所述第四开关管的状态，包括：
在所述输出电压值大于零，且所述输出电流值大于零时，利用预设的脉冲宽度调制PWM信号控制所述第一开关管，并控制所述第三开关管开通，控制所述第二开关管和所述第四开关管断开；
在所述输出电压值大于零，且所述输出电流值小于零时，利用预设的脉冲宽度调制PWM信号控制所述第四开关管，控制所述第一开关管、所述第二开关管和所述第三开关管断开；
在所述输出电压值小于零，且所述输出电流值小于零时，利用预设的脉冲宽度调制PWM信号控制所述第二开关管，并控制所述第四开关管开通，控制所述第一开关管和所述第三开关管断开；以及
在所述输出电压值小于零，且所述输出电流值大于零时，利用预设的脉冲宽度调制PWM信号控制所述第三开关管，控制所述第一开关管、所述第二开关管和所述第四开关管断开。
12.一种逆变电路的控制装置，用于控制如权利要求1-7中任一项所述的逆变电路，其特征在于，包括：
检测单元，用于检测所述逆变电路的输出电压值和输出电流值；
控制单元，用于根据所述输出电压值与输出电流值，控制所述第一开关管、所述第二开关管、所述第三开关管和所述第四开关管的状态。
13.根据权利要求12所述的装置，其特征在于，所述控制单元进一步用于：
在所述输出电压值大于零，且所述输出电流值大于零时，利用预设的脉冲宽度调制PWM信号控制所述第一开关管，并控制所述第三开关管开通，控制所述第二开关管和所述第四开关管断开；
在所述输出电压值大于零，且所述输出电流值小于零时，利用预设的脉冲宽度调制PWM信号控制所述第四开关管，并控制所述第三开关管开通，控制所述第一开关管和所述第二开关管断开；
在所述输出电压值小于零，且所述输出电流值小于零时，利用预设的脉冲宽度调制PWM信号控制所述第二开关管，并控制所述第四开关管开通，控制所述第一开关管和所述第三开关管断开；以及
在所述输出电压值小于零，且所述输出电流值大于零时，利用预设的脉冲宽度调制PWM信号控制所述第三开关管，并控制所述第四开关管开通，控制所述第一开关管和所述第二开关管断开。
14.根据权利要求12所述的装置，其特征在于，所述控制单元进一步用于：
在所述输出电压值大于零，且所述输出电流值大于零时，利用预设的脉冲宽度调制PWM信号控制所述第一开关管，并控制所述第三开关管开通，并控制所述第二开关管和所述第四开关管断开；
在所述输出电压值大于零，且所述输出电流值小于零时，利用预设的脉冲宽度调制PWM信号控制所述第四开关管，控制所述第一开关管、所述第二开关管和所述第三开关管断开；
在所述输出电压值小于零，且所述输出电流值小于零时，利用预设的脉冲宽度调制PWM信号控制所述第二开关管，并控制所述第四开关管开通，控制所述第一开关管和所述第三开关管断开；以及
在所述输出电压值小于零，且所述输出电流值大于零时，利用预设的脉冲宽度调制PWM信号控制所述第三开关管，控制所述第一开关管、所述第二开关管和所述第四开关管断开。
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