CN113270997A - 逆变器浪涌阶梯渐进式控制方法及控制电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种逆变器浪涌阶梯渐进式控制方法及控制电路，其中方法包括：逆变器上电后，PI控制器控制逆变器从第一电压阶梯型上升到第二电压，然后线性上升逆变器电压直至电压恒定；根据实时采集的逆变器输出电流，判断逆变器当前是否过流，若是，则PI控制器继续判断逆变器当前为持续过流还是瞬时过流，若为持续过流，则对逆变器进行过流停机保护；若为瞬时过流，则PI控制器控制下压逆变器的输出电压；在瞬时过流现象消失后，PI控制器延时柔性回升逆变器的输出电压直至电压恒定。本发明提升了逆变器使用的安全性、可靠性、平稳性，减少了大电流对负载、功率器件、蓄电池等的冲击，延长了蓄电池的使用寿命。

Description

逆变器浪涌阶梯渐进式控制方法及控制电路

技术领域

本发明涉及逆变器输出电压控制技术领域，具体涉及一种逆变器浪涌阶梯渐进式控制方法及控制电路。

背景技术

普通的离网逆变器，在负载出现大电流启动或者出现大电流突变时，仅有负载超限保护功能，即要不使用硬件比较器，比较到电流大于上限就停止逆变器输出，要不就通过软件对前后采样的电流进行比较，通过MCU程序识别出负载电流是否超过限定值，如果超过限定值则停止逆变器全输出。但瞬时增大的负载电流，极易造成逆变器失效和损坏，而且，离网逆变器的输入一般接的是蓄电池，大电流的拉载，蓄电池电极会加速硫化，电解液会加速析出气体，内部活性物质参加化学反应减少，导致电池容量下降，寿命缩短。

发明内容

本发明以减少大电流对负载的冲击，提升逆变器使用安全性、可靠性、平稳性，延长蓄电池使用寿命为目的，提供了一种逆变器浪涌阶梯渐进式控制方法及控制电路。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

提供一种逆变器浪涌阶梯渐进式控制方法，具体步骤包括：

1)逆变器上电后，PI控制器控制逆变器从第一电压阶梯型上升到第二电压，然后线性上升逆变器电压直至电压恒定；

2)根据实时采集的逆变器输出电流，判断所述逆变器当前是否过流，

若是，则转入步骤3)；

若否，则保持逆变器输出电压恒定；

3)所述PI控制器判断所述逆变器当前为持续过流还是瞬时过流，

若为持续过流，则对所述逆变器进行过流停机保护；

若为瞬时过流，则所述PI控制器控制下压所述逆变器的输出电压并转入步骤4)；

4)在瞬时过流现象消失后，所述PI控制器延时柔性回升所述逆变器的输出电压直至电压恒定；

5)重复步骤2)-步骤4)。

作为本发明的一种优选方案，所述步骤1)中，所述PI控制器为SPWM控制芯片。

作为本发明的一种优选方案，所述PI控制器控制所述逆变器阶梯型升压的过程为：

以持续t时间上升电压xV为一阶，所述PI控制器控制所述逆变器从上电初始的所述第一电压升压n阶后上升到所述第二电压。

作为本发明的一种优选方案，持续时间t＝2s。

作为本发明的一种优选方案，升压一阶x＝20V。

作为本发明的一种优选方案，所述第一电压为100V。

作为本发明的一种优选方案，所述第二电压为140V。

本发明还提供了一种逆变器浪涌阶梯渐进式控制电路，可实现所述的逆变器浪涌阶梯渐进式控制方法，所述控制电路包括蓄电池、前级升压电路、后级逆变桥臂电路、电感电路、电压电流检测电路以及PI控制电路，所述前级升压电路将所述蓄电池输出的直流电进行升压后输出给所述后级逆变桥臂电路；所述后级逆变桥臂电路将所述前级升压电路输出的直流电逆变为交流电输出；所述电感电路将所述后级逆变桥臂电路输出的交流电压平滑切换为正弦信号以产生电网频率的交流输出；

所述电压电流检测电路用于检测所述电感电路的输出电压和输出电流并反馈给所述PI控制电路，所述PI控制电路在所述逆变器出现瞬时过流时，根据反馈电流和反馈电压控制下压所述逆变器的输出电压并延时柔性回升所述逆变器的输出电压直至电压恒定；所述PI控制电路还用于在所述逆变器上电后，控制所述逆变器从第一电压阶梯型上升到第二电压，然后控制所述逆变器线性升压直至电压恒定。

作为本发明的一种优选方案，所述PI控制电路为SPWM控制芯片。

作为本发明的一种优选方案，所述前级升压电路包括变压器T、MOS管M1、M2、整流桥D，所述变压器T的第一进线端R1连接所述MOS管M1的漏极，第二进线端R2连接所述蓄电池的正极，第三进线端R3连接所述MOS管M2的漏极；所述MOS管M1的源极和所述MOS管M2的源极相连接；所述蓄电池的负极同时连接所述MOS管M1和所述MOS管M2的源极；所述MOS管M1的栅极连接所述SPWM控制芯片的PWM1脚，所述MOS管M2的栅极连接所述SPWM控制芯片的PWM2脚；

所述变压器T的第一出线端C1连接所述整流桥D的第一输入端A1，第二出线端C2连接所述整流桥D的第二输入端A2；所述整流桥D的第一输出端B1和第二输出端B2作为所述前级升压电路的输出端连接所述后级逆变桥臂电路的输入端；

所述后级逆变桥臂电路包括晶体管J1、J2、J3、J4，所述晶体管J1的第一端J11和所述晶体管J3的第一端J31连接所述整流桥D的第二输出端B2；所述晶体管J2的第三端J23和所述晶体管J4的第三端J43连接所述整流桥D的第一输出端B1；所述晶体管J1、J2、J3、J4的第二端J12、J22、J32、J42分别连接在所述SPWM控制芯片的对应指定引脚上；所述晶体管J1的第三端J13与所述晶体管J2的第一端J21连接后作为所述后级逆变桥臂电路的第一输出端；所述晶体管J3的第三端J31与所述晶体管J4的第一端J41连接后作为所述后级逆变桥臂电路的第二输出端；

所述电感电路包括电感L1和电感L2，所述电感L1的一端连接所述后级逆变桥臂电路的所述第一输出端，另一端与负载线路连接；所述电感L2的一端连接所述后级逆变桥臂电路的所述第二输出端，另一端与所述负载线路连接；

所述电压电流检测电路包括两个电压检测点和一电流检测点，一所述电压检测点设置在所述电感L1的输出线路上，另一所述电压检测点设置在所述电感L2的输出线路上；所述电流检测点设置在所述电感L2的输出线路上；

所述晶体管J1、J2、J3、J4为IGBT绝缘栅双极型晶体管或MOSFET场效应晶体管。

本发明的有益效果：

1、对于大电流启动的负载，逆变器阶梯型输出电压供给负载，输出电压有一个阶段性的抬升过程，既可以启动负载，却不需要大电流输出，减少了逆变器功率输出的压力。另外由于避免了对蓄电池的大电流拉载，降低了对蓄电池寿命和容量的损害，提升了逆变器的使用安全性和可靠性。

2、PI控制器实现了对负载是否出现大电流突变的微秒级精准识别。当负载出现大电流突变时，PI控制器及时控制下压逆变器的输出电压，然后延时柔性回升逆变器输出电压直至电压恒定，极大提升了逆变器的兼容性和稳定性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明一实施例提供的逆变器浪涌阶梯渐进式控制方法的实现步骤图；

图2是本发明一实施例提供的逆变器浪涌阶梯渐进式控制电路的电路结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本专利的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若出现术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，若出现术语“连接”等指示部件之间的连接关系，该术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个部件内部的连通或两个部件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明实施例提供的逆变器浪涌阶梯渐进式控制方法，如图1所示，包括：

步骤1)逆变器上电后，PI控制器(优选采用SPWM控制芯片)控制逆变器从第一电压(优选为100V)阶梯型上升到第二电压(优选为140V)，然后线型上升逆变器电压直至电压恒定；PI控制器控制逆变器阶梯型升压的过程为：

以持续t时间(持续时间优选为2s)上升电压xV(优选为20V)为一阶，PI控制器控制逆变器从上电初始的第一电压升压n阶(优选地，n＝2)后上升到第二电压；

步骤2)根据实时采集的逆变器输出电流，判断逆变器当前是否过流(判断方法为，将实时采集的逆变器输出电流与预设的过流阈值进行数值比对，若实时采集的电流大于过流阈值，则判定逆变器当前过流，否则未过流)，

若是，则转入步骤3)；

若否，则保持逆变器输出电压恒定；

步骤3)PI控制器判断逆变器当前为持续过流还是瞬时过流(判断方法为：若一持续时间内逆变器的输出电流始终超过过流阈值，则判定逆变器为持续过流，如果当前时间逆变器为过流，而过了预设的间隔时间后检测到逆变器未过流，则判定逆变器为瞬时过流)，

若为持续过流，则对逆变器进行过流停机保护；

若为瞬时过流，则PI控制器控制下压逆变器的输出电压并转入步骤4)；下压逆变器输出电压可通过压缩逆变器的PWM占空比实现(逆变器由PWM调制方式控制输出交流电，所以可通过调节占空比来调节逆变器的输出电压)；

步骤4)在瞬时过流现象消失后，PI控制器延时柔性回升逆变器的输出电压直至电压恒定；延时柔性回升逆变器输出电压可通过恢复逆变器的PWM占空比实现；

步骤5)重复步骤2)-步骤4)。

本发明还提供了一种逆变器浪涌阶梯渐进式控制电路，可实现上述的逆变器浪涌阶梯渐进式控制方法，如图2所示，该控制电路包括蓄电池100、前级升压电路200(负责将蓄电池的直流输入升压到逆变桥臂的母线，以便逆变器能够高效地产生110V/230V，60Hz/50Hz交流正弦波传输给电网)、后级逆变桥臂电路300(转换提升或降低输入的母线电压，调整其输出以达到直流转交流的最大效率)、电感电路400(使后级逆变桥臂电路输出的交流电压平滑切换为正弦信号，用于产生电网频率的交流输出)、电压电流检测电路500(用于检测逆变器的输出电压和输出电流)以及PI控制电路600(优选为SPWM控制芯片，用于在逆变器上电后，控制逆变器首先阶梯型升压然后线性升压直至输出电压恒定，并用于在检测到大电流突变时，及时控制下压逆变器的输出电压，然后延时柔性回升逆变器输出电压直至电压恒定)，前级升压电路200将蓄电池100输出的直流电进行升压后输出给后级逆变桥臂电路300；后级逆变桥臂电路300将前级升压电路200输出的直流电逆变为交流电输出；电感电路400将后级逆变桥臂电路300输出的交流电压平滑切换为正弦信号以产生电网频率的交流输出；

电压电流检测电路500用于检测电感电路400的输出电压和输出电流并反馈给PI控制电路600，PI控制电路600在逆变器出现瞬时过流时，根据反馈电流和反馈电压(反馈电流和反馈电压由电压电流检测电路检测而得)控制下压逆变器的输出电压并延时柔性回升逆变器的输出电压直至电压恒定；PI控制电路600还用于在逆变器上电后，控制逆变器从第一电压阶梯型上升到第二电压，然后控制逆变器线性升压直至电压恒定。

具体地，如图2所示，前级升压电路包括变压器T、MOS管M1、M2、整流桥D，变压器T的第一进线端R1连接MOS管M1的漏极，第二进线端R2连接蓄电池的正极，第三进线端R3连接MOS管M2的漏极；MOS管M1的源极和MOS管M2的源极相连接；蓄电池的负极同时连接MOS管M1和所述MOS管M2的源极；MOS管M1的栅极连接SPWM控制芯片的PWM1脚，MOS管M2的栅极连接SPWM控制芯片的PWM2脚；

变压器T的第一出线端C1连接整流桥D的第一输入端A1，第二出线端C2连接整流桥D的第二输入端A2；整流桥D的第一输出端B1和第二输出端B2作为前级升压电路的输出端连接后级逆变桥臂电路的输入端；

后级逆变桥臂电路包括晶体管J1、J2、J3、J4，晶体管J1的第一端J11和晶体管J3的第一端J31连接整流桥D的第二输出端B2；晶体管J2的第三端J23和晶体管J4的第三端J43连接整流桥D的第一输出端B1；晶体管J1、J2、J3、J4的第二端J12、J22、J32、J42分别连接在SPWM控制芯片的对应指定引脚上；晶体管J1的第三端J13与晶体管J2的第一端J21连接后作为后级逆变桥臂电路的第一输出端；晶体管J3的第三端J31与晶体管J4的第一端J41连接后作为后级逆变桥臂电路的第二输出端；

电感电路包括电感L1和电感L2，电感L1的一端连接后级逆变桥臂电路的第一输出端，另一端与负载线路连接；电感L2的一端连接后级逆变桥臂电路的第二输出端，另一端与负载线路连接；

电压电流检测电路包括两个电压检测点和一电流检测点，一电压检测点设置在电感L1的输出线路上，另一电压检测点设置在电感L2的输出线路上；电流检测点设置在电感L2的输出线路上；

晶体管J1、J2、J3、J4为IGBT绝缘栅双极型晶体管或MOSFET场效应晶体管。

本发明具有以下2个有益效果：

1、逆变器上电后，通过PI控制器控制逆变器首先阶梯型升压，然后线性升压，使负载启动电流从小电流上升至设定值，对负载无冲击，提高了逆变器供电的可靠性、启动的平稳性，降低了逆变器启动带重载出现损坏的几率，有利于延长逆变器及负载的使用寿命。

2、降低了逆变器元器件的电气应力。由于逆变器的负载往往是动态变化的，瞬间切入大负载或者瞬间去除负载，突变的电流往往大于逆变器的额定电流值，容易导致逆变器过流停机。本发明提供的逆变器浪涌阶梯渐进式控制方法能够对负载电流特性进行智能分析，如果是持续大电流，则控制逆变器进行过流停机、过载保护。如果仅仅是瞬间的大电流尖峰，则通过瞬间压缩逆变器的PWM占空比，及时下压逆变器输出电压，同时识别电流后续情况，判断到大电流消失后，恢复PWM占空比，延时柔性回升逆变器输出电压。

需要声明的是，上述具体实施方式仅仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员应该明白，还可以对本发明做各种修改、等同替换、变化等等。但是，这些变换只要未背离本发明的精神，都应在本发明的保护范围之内。另外，本申请说明书和权利要求书所使用的一些术语并不是限制，仅仅是为了便于描述。

Claims (10)

1.一种逆变器浪涌阶梯渐进式控制方法，其特征在于，具体步骤包括：

1)逆变器上电后，PI控制器控制逆变器从第一电压阶梯型上升到第二电压，然后线性上升逆变器电压直至电压恒定；

2)根据实时采集的逆变器输出电流，判断所述逆变器当前是否过流，

若是，则转入步骤3)；

若否，则保持逆变器输出电压恒定；

3)所述PI控制器判断所述逆变器当前为持续过流还是瞬时过流，

若为持续过流，则对所述逆变器进行过流停机保护；

若为瞬时过流，则所述PI控制器控制下压所述逆变器的输出电压并转入步骤4)；

4)在瞬时过流现象消失后，所述PI控制器延时柔性回升所述逆变器的输出电压直至电压恒定；

5)重复步骤2)-步骤4)。

2.根据权利要求1所述的逆变器浪涌阶梯渐进式控制方法，其特征在于，所述步骤1)中，所述PI控制器为SPWM控制芯片。

3.根据权利要求1所述的逆变器浪涌阶梯渐进式控制方法，其特征在于，所述PI控制器控制所述逆变器阶梯型升压的过程为：

以持续t时间上升电压xV为一阶，所述PI控制器控制所述逆变器从上电初始的所述第一电压升压n阶后上升到所述第二电压。

4.根据权利要求3所述的逆变器浪涌阶梯渐进式控制方法，其特征在于，持续时间t＝2s。

5.根据权利要求3所述的逆变器浪涌阶梯渐进式控制方法，其特征在于，升压一阶x＝20V。

6.根据权利要求1所述的逆变器浪涌阶梯渐进式控制方法，其特征在于，所述第一电压为100V。

7.根据权利要求1所述的逆变器浪涌阶梯渐进式控制方法，其特征在于，所述第二电压为140V。

8.一种逆变器浪涌阶梯渐进式控制电路，可实现如权利要求1-7任意一项所述的逆变器浪涌阶梯渐进式控制方法，其特征在于，所述控制电路包括蓄电池、前级升压电路、后级逆变桥臂电路、电感电路、电压电流检测电路以及PI控制电路，所述前级升压电路将所述蓄电池输出的直流电进行升压后输出给所述后级逆变桥臂电路；所述后级逆变桥臂电路将所述前级升压电路输出的直流电逆变为交流电输出；所述电感电路将所述后级逆变桥臂电路输出的交流电压平滑切换为正弦信号以产生电网频率的交流输出；

所述电压电流检测电路用于检测所述电感电路的输出电压和输出电流并反馈给所述PI控制电路，所述PI控制电路在所述逆变器出现瞬时过流时，根据反馈电流和反馈电压控制下压所述逆变器的输出电压并延时柔性回升所述逆变器的输出电压直至电压恒定；所述PI控制电路还用于在所述逆变器上电后，控制所述逆变器从第一电压阶梯型上升到第二电压，然后控制所述逆变器线性升压直至电压恒定。

9.根据权利要求8所述的逆变器浪涌阶梯渐进式控制电路，其特征在于，所述PI控制电路为SPWM控制芯片。

10.根据权利要求9所述的逆变器浪涌阶梯渐进式控制电路，其特征在于，所述前级升压电路包括变压器T、MOS管M1、M2、整流桥D，所述变压器T的第一进线端R1连接所述MOS管M1的漏极，第二进线端R2连接所述蓄电池的正极，第三进线端R3连接所述MOS管M2的漏极；所述MOS管M1的源极和所述MOS管M2的源极相连接；所述蓄电池的负极同时连接所述MOS管M1和所述MOS管M2的源极；所述MOS管M1的栅极连接所述SPWM控制芯片的PWM1脚，所述MOS管M2的栅极连接所述SPWM控制芯片的PWM2脚；

所述变压器T的第一出线端C1连接所述整流桥D的第一输入端A1，第二出线端C2连接所述整流桥D的第二输入端A2；所述整流桥D的第一输出端B1和第二输出端B2作为所述前级升压电路的输出端连接所述后级逆变桥臂电路的输入端；

所述后级逆变桥臂电路包括晶体管J1、J2、J3、J4，所述晶体管J1的第一端J11和所述晶体管J3的第一端J31连接所述整流桥D的第二输出端B2；所述晶体管J2的第三端J23和所述晶体管J4的第三端J43连接所述整流桥D的第一输出端B1；所述晶体管J1、J2、J3、J4的第二端J12、J22、J32、J42分别连接在所述SPWM控制芯片的对应指定引脚上；所述晶体管J1的第三端J13与所述晶体管J2的第一端J21连接后作为所述后级逆变桥臂电路的第一输出端；所述晶体管J3的第三端J31与所述晶体管J4的第一端J41连接后作为所述后级逆变桥臂电路的第二输出端；

所述电感电路包括电感L1和电感L2，所述电感L1的一端连接所述后级逆变桥臂电路的所述第一输出端，另一端与负载线路连接；所述电感L2的一端连接所述后级逆变桥臂电路的所述第二输出端，另一端与所述负载线路连接；

所述电压电流检测电路包括两个电压检测点和一电流检测点，一所述电压检测点设置在所述电感L1的输出线路上，另一所述电压检测点设置在所述电感L2的输出线路上；所述电流检测点设置在所述电感L2的输出线路上；

所述晶体管J1、J2、J3、J4为IGBT绝缘栅双极型晶体管或MOSFET场效应晶体管。

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