CN113872457B - 一种逆变系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及电子技术领域，提供一种逆变系统，包括：供电电路、逆变电路和滤波电路；逆变电路包括：包括第一开关和第三开关的第一桥臂、包括第二开关和第四开关的第二桥臂、第五开关、第六开关、第七开关和第八开关，第一开关和第二开关连接供电电路的正极端，第三开关和第四开关连接供电电路的负极端，第一开关和第三开关连接且作为逆变电路的第一输出端，第二开关和第四开关连接且作为逆变电路的第二输出端，逆变电路的第一输出端、第二输出端与滤波电路的第一端、第二端对应连接；第五开关、第六开关、第七开关和第八开关与供电电路、逆变电路的第一输出端、第二输出端对应连接。本发明能够降低逆变系统的损耗，同时防止局部器件温升过高。
Description
技术领域
本发明涉及电子技术领域，尤其是一种逆变系统。
背景技术
目前，各类电力设备上通常设置逆变器，将直流电转换为交流电，以满足不同设备运转需求，尤其是在充放电系统中，逆变器的性能好坏程度直接影响到整个系统的稳定性、可靠性、效率和成本。
现有技术中的逆变器的滤波电感的感量较大，在滤波电感的储能和释能过程中的损耗较大，同时逆变器中的各个开关管需要承受较大的电流和电压，使得在逆变过程中开关管上产生的损耗较大，开关管产生的热量较大，不利于器件的温控管理。
而为了解决上述问题所采用的部分多电平技术案中，由于多电平技术方案中逆变过程中流经的器件比较多，开关管导通损耗的增加，同时产生的热量不均衡，实际应用时对效率的提升比较有限。
发明内容
为了解决上述问题而提出了本发明。本发明提出了一种逆变系统，更多细节将在后续结合附图在具体实施方式中加以描述。
本发明是这样实现的，一种逆变系统，包括：
供电电路、逆变电路和滤波电路；
逆变电路包括并联连接的第一桥臂和第二桥臂，第一桥臂包括第一开关和第三开关，第二桥臂包括第二开关和第四开关，第一开关的第一端和第二开关的第一端连接供电电路的正极端，第三开关的第二端和第四开关的第二端连接供电电路的负极端，第一开关的第二端和第三开关的第一端连接且连接节点作为逆变电路的第一输出端，逆变电路的第一输出端连接滤波电路的第一端，第二开关的第二端和第四开关的第一端连接且连接节点作为逆变电路的第二输出端，逆变电路的第二输出端连接滤波电路的第二端；
逆变电路还包括第五开关、第六开关、第七开关以及第八开关，第五开关的第二端连接逆变电路的第一输出端，第五开关的第一端连接第七开关的第一端和供电电路的参考端，第七开关的第二端连接逆变电路的第二输出端，第六开关的第一端连接逆变电路的第一输出端，第六开关的第二端连接第八开关的第二端和供电电路的参考端，第八开关的第一端连接逆变电路的第二输出端。
在本发明提供的一种逆变系统中，通过采用供电电路、逆变电路和滤波电路，能够降低逆变系统的损耗和谐波含量，有效平衡器件的损耗发热，防止局部器件温升过高。
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的描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1示出根据本发明实施例的一种逆变拓扑的示意图；
图2示出根据本发明实施例的一种逆变拓扑在0°＜ω＜30°时的第一种控制方式下开通电流流向示意图；
图3示出根据本发明实施例的一种逆变拓扑在0°＜ω＜30°时的第一种控制方式下续流回路的电流流向示意图；
图4示出根据本发明实施例的一种逆变拓扑在0°＜ω＜30°时的第一种控制方式下的控制时序图；
图5示出根据本发明实施例的一种逆变拓扑在0°＜ω＜30°时的第二种控制方式下开通电流流向示意图；
图6示出根据本发明实施例的一种逆变拓扑在0°＜ω＜30°时的第二种控制方式下续流回路的电流流向示意图；
图7示出根据本发明实施例的一种逆变拓扑在0°＜ω＜30°时的第二种控制方式下的控制时序图；
图8示出根据本发明实施例的一种逆变拓扑在30°＜ω＜150°时开通电流流向示意图；
图9示出根据本发明实施例的一种逆变拓扑在30°＜ω＜150°时续流回路中的电流流向示意图；
图10示出根据本发明实施例的一种逆变拓扑在30°＜ω＜150°时的控制时序图；
图11示出根据本发明实施例的一种逆变拓扑在180°＜ω＜210°时的第一种控制方式下开通电流流向示意图；
图12示出根据本发明实施例的一种逆变拓扑在180°＜ω＜210°时的第一种控制方式下续流回路的电流流向示意图；
图13示出根据本发明实施例的一种逆变拓扑在180°＜ω＜210°时的第一种控制方式下的控制时序图；
图14示出根据本发明实施例的一种逆变拓扑在180°＜ω＜210°时的第二种控制方式下开通电流流向示意图；
图15示出根据本发明实施例的一种逆变拓扑在180°＜ω＜210°时的第二种控制方式下续流回路的电流流向示意图；
图16示出根据本发明实施例的一种逆变拓扑在180°＜ω＜210°时的第二种控制方式下的控制时序图；
图17示出根据本发明实施例的一种逆变拓扑在210°＜ω＜330°时开通电流流向示意图；
图18示出根据本发明实施例的一种逆变拓扑在210°＜ω＜330°时续流回路中的电流流向示意图；
图19示出根据本发明实施例的一种逆变拓扑在210°＜ω＜330°时的控制时序图；
图20示出根据本发明实施例的一种逆变拓扑在整个周期内斩波UAB的电压变化示意图；
图21示出根据本发明实施例的一种逆变拓扑在一种控制方式下的拓扑控制时序图。
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，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。在下面的说明中，对于相同的部件赋予相同的符号，省略重复的说明。另外，附图只是示意性的图，部件相互之间的尺寸的比例或者部件的形状等可以与实际的不同。
脉冲斩波是指在交流逆变过程中，直流通过开关管高频调整，产生的SPWM脉冲斩波，即UAB的电压，脉冲斩波的频率为控制频率。
如图1所示，本发明提供的一种逆变系统中，包括：
供电电路、逆变电路和滤波电路；
逆变电路包括并联连接的第一桥臂和第二桥臂，第一桥臂包括第一开关Q1和第三开关Q3，第二桥臂包括第二开关Q2和第四开关Q4，第一开关Q1的第一端和第二开关Q2的第一端连接供电电路的正极端，第三开关Q3的第二端和第四开关Q4的第二端连接供电电路的负极端，第一开关Q1的第二端和第三开关Q3的第一端连接且连接节点作为逆变电路的第一输出端，逆变电路的第一输出端连接滤波电路的第一端，第二开关Q2的第二端和第四开关Q4的第一端连接且连接节点作为逆变电路的第二输出端，逆变电路的第二输出端连接滤波电路的第二端；
逆变电路还包括第五开关Q5、第六开关Q6、第七开关Q7以及第八开关Q8，第五开关Q5的第二端连接逆变电路的第一输出端，第五开关Q5的第一端连接第七开关Q7的第一端和供电电路的参考端，第七开关Q7的第二端连接逆变电路的第二输出端，第六开关Q6的第一端连接逆变电路的第一输出端，第六开关Q6的第二端连接第八开关Q8的第二端和供电电路的参考端，第八开关Q8的第一端连接逆变电路的第二输出端。
需要注意的是，当本逆变系统处于工作状态时，滤波电路应当与外部的负载两端连接，使得供电电路、逆变电路、滤波电路和负载形成一个完整的逆变回路。
具体地，第一开关Q1的第一端、第二开关Q2的第一端共接形成第一汇流端，第三开关Q3的第二端、第四开关Q4的第二端共接形成第二汇流端，第一汇流端与供电电路的正极端连接，第二汇流端与供电电路的负极端连接，逆变电路的第一输出端为如图1中的A点，逆变电路的第二输出端为如图1中的B点。
进一步地，在本实施方式中，第一开关Q1、第二开关Q2、第三开关Q3、第四开关Q4、第五开关Q5和第六开关Q6可采用并联有二极管、且能执行开关动作的器件实现，例如功率三极管、金属-氧化层半导体场效晶体管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-EffectTransistor，MOSFET)、绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT)等开关器件。例如，当第一开关Q1为MOSFET时，第一开关Q1的源极应当作为第一开关Q1的第二端，第一开关Q1的漏极应当作为第一开关Q1的第一端，第一开关Q1、第二开关Q2、第三开关Q3、第四开关Q4、第五开关Q5和第六开关Q6的第一端和第二端同理；当第一开关Q1为IGBT时，第一开关Q1中的集电极为第一端，第一开关Q1的发射极为第二端，第一开关Q1、第二开关Q2、第三开关Q3、第四开关Q4、第五开关Q5和第六开关Q6的第一端和第二端同理。
需要注意的是，本实施例中描述的脉冲斩波是指在交流逆变过程中，直流通过开关管高频调整，产生的SPWM脉冲斩波，即UAB的电压，脉冲斩波的频率为控制频率。
具体地，本实施例中得逆变系统可以逆变回路中电压的大小，将逆变回路的周期的角度定义为ω，其中，0°＜ω＜360°。
进一步地，当逆变回路处于上半周期(0°＜ω＜180°)时，通过控制各个开关的导通状态，使得供电电路、第五开关Q5、滤波电路、负载、第四开关Q4形成主回路，或者，供电电路、第一开关Q1、滤波电路、负载、第八开关Q8形成主回路，或者，供电电路、第一开关Q1、滤波电路、负载、第四开关Q4形成主回路；滤波电路、负载、第七开关Q7、第五开关Q5形成续流回路，或者，滤波电路、负载、第八开关Q8、第六开关Q6形成续流回路。在上述主回路中，供电电路输出的直流电经过逆变电路转换为交流电，同时完成滤波电路中电感的储能，实现对负载的供能；在上述续流回路中，滤波电路中的电感完成释能，实现对负载的供能。需要注意的是，在上半周期中，主回路和续流回路交替进行，完成逆变过程。
进一步地，当逆变回路处于下半周期(180°＜ω＜360°)时，通过控制各个开关的导通状态，使得供电电路、第七开关Q3、滤波电路、负载、第三开关Q3形成主回路，或者，供电电路、第二开关Q2、滤波电路、负载、第六开关Q6形成主回路，或者，供电电路、第二开关Q2、滤波电路、负载、第三开关Q3形成主回路；滤波电路、负载、第五开关Q5、第七开关Q7形成续流回路，或者，滤波电路、负载、第六开关Q6、第八开关Q8形成续流回路。在上述主回路中，供电电路输出的直流电经过逆变电路转换为交流电，同时完成滤波电路中电感的储能，实现对负载的供能；在上述续流回路中，滤波电路中的电感完成释能，实现对负载的供能。需要注意的是，在上半周期中，主回路和续流回路交替进行，完成逆变过程。
根据上述对逆变回路的周期描述可知，电流主回路流经的器件数量减少，在器件上产生的导通损耗减少，同时正、负半周的回路没有共用的器件回路，可以有效的均匀分布器件损耗，防止局部器件温升过高，同时还可以延长该逆变系统的使用寿命。
需要注意的是，本实施例中所描述的“外部的负载”是相对于逆变系统而言的“外部”，并不是逆变系统所在装置的“外部”。
进一步地，作为本实施例的一种实施方式，逆变电路还包括第一二极管D1和第二二极管D2，第一二极管D1的阳极连接供电电路的参考端，第一二极管D1的阴极连接第五开关Q5的第一端，第二二极管D2的阴极连接供电电路的参考端，第二二极管D2的阳极连接第六开关Q6的第二端。
其中，在供电电路、逆变电路、滤波电路、负载形成的逆变回路中的任一节点，第一电容C1和第二电容C2的工作状态相反，第一电容C1处于充电状态时，第二电容C2处于放电状态，能够有效平衡中点电压。
进一步地，作为本实施例的一种实施方式，供电电路包括直流电源、第一电容C1以及第二电容C2。
直流电源的正极与第一电容C1的第一端连接形成供电电路的第一输出端；
直流电源的负极与第二电容C2的第二端连接形成供电电路的第二输出端；
第一电容C1的第二端和第二电容C2的第一端连接形成供电电路的参考端。
同时，当滤波电路与外部的负载连接时，供电电路、逆变电路、滤波电路、负载形成逆变回路。
具体地，在由供电电路、逆变电路、滤波电路、负载形成的逆变回路中，第一电容C1处于充电状态时，第二电容C2处于放电状态。
进一步地，作为本实施的一种实施方式，滤波电路包括第一电感L1、第二电感L2以及第三电容C3，第一电感L1的第一端连接逆变电路的第一输出端，第一电感L1的第二端连接第三电容C3的第一端，第二电感L2的第一端连接逆变电路的第二输出端，第二电感L2的第二端连接第三电容C3的第二端，第三电容C3的第一端与外部的负载的第一端连接，第三电容C3的第二端与负载的第二端连接。
需要注意的是，本实施例中所描述的“外部的负载”是相对于逆变系统而言的“外部”，并不是逆变系统所在装置的“外部”。
其中，第一电感L1的第二端、第三电容C3的第一端共接后与负载的第一端连接，第二电感L2的第二端、第三电容C3的第二端共接后与负载的第二端连接。
本实施例中，当逆变回路处于上半周期时，滤波电路和负载的电流流向可以是第一电感L1→负载→第二电感L2或者第二电感L2→负载→第一电感L1；当逆变回路处于下半周期时，滤波电路和负载的电流流向可以是第一电感L1→负载→第二电感L2或者第二电感L2→负载→第一电感L1。需要注意的是，在一个完整的周期内(0°＜ω＜360°)，上半周期的逆变回路中滤波电路和负载的电流方向应当与下半周期的逆变回路中滤波电路和负载的电流方向相反。
在本实施例中，通过在滤波电路中采用第一电感L1、第二电感L2和第三电容C3，能够对经过负载的电压进行滤波处理，减少外部杂波对逆变回路的影响。
进一步地，作为本实施例的一种实施方式，控制器分别连接第一开关Q1、第二开关Q2、第三开关Q3、第四开关Q4、第五开关Q5、第六开关Q6、第七开关Q7以及第八开关Q8的控制端，并在每个工作周期内向第一开关Q1、第二开关Q2、第三开关Q3、第四开关Q4、第五开关Q5、第六开关Q6、第七开关Q7以及第八开关Q8输出控制信号。
本实施例中，通过控制器控制各个开关的导通和关断状态以实现不同电流回路的导通。
进一步地，作为本实施例的一种实施方式，逆变电路根据所接收的周期性控制信号形成多个工作周期，在每个工作周期的上半工作周期的一部分周期内，第一开关Q1、第二开关Q2、第三开关Q3以及第八开关Q8处于关断状态，第五开关Q5处于导通状态，第四开关Q4根据第一预设开关频率交替导通和关断，第六开关Q6和第七开关Q7根据第二预设开关频率交替导通和关断，第四开关Q4与第六开关Q6和第七开关Q7的开关状态互补；或者，第四开关Q4、第二开关Q2、第三开关Q3以及第五开关Q5处于关断状态，第八开关Q8处于导通状态，第一开关Q1根据第三预设开关频率交替导通和关断，第六开关Q6和第七开关Q7根据第四预设开关频率交替导通和关断，第一开关Q1与第六开关Q6和第六开关Q6的开关状态互补；
在每个工作周期的上半工作周期的另一部分周期内，第二开关Q2、第三开关Q3以及第八开关Q8处于关断状态，第五开关Q5处于导通状态，第一开关Q1和第四开关Q4根据第六预设开关频率交替导通和关断，第六开关Q6和第七开关Q7根据第七预设开关频率交替导通和关断，第一开关Q1和第四开关Q4与第六开关Q6和第七开关Q7的开关状态互补；或者，第二开关Q2、第三开关Q3以及第五开关Q5处于关断状态，第八开关Q8处于导通状态，第一开关Q1和第四开关Q4根据第八预设开关频率交替导通和关断，第六开关Q6和第七开关Q7根据第九预设开关频率交替导通和关断，第一开关Q1和第四开关Q4与第六开关Q6和第七开关Q7的开关状态互补。
其中，两个开关的开关状态互补具体是指当两个开关中的一个开关处于导通状态时，两个开关中的另一个开关处于关断状态。例如，第四开关Q4与第七开关Q7的开关状态互补具体是指，当第四开关Q4处于导通状态时，第七开关Q7处于关断状态，其他两个开关的开关状态互补同理。
进一步地，作为本实施例的一种实施方式，每个工作周期的上半周期的0°＜ω＜30°以及150°＜ω＜180°区间内，第一开关Q1、第二开关Q2、第三开关Q3以及第八开关Q8处于关断状态，第五开关Q5处于导通状态，当第四开关Q4处于导通状态时，第七开关Q7和第六开关Q6处于关断状态，第二电容C2处于放电过程，第一电容C1处于充电过程，第二电容C2输出的电流依次经过第一二极管D1、第五开关Q5、滤波电路、负载、第四开关Q4，此时第五开关Q5和第四开关Q4产生Udc/2的脉冲斩波，形成的主回路如图2所示；当第四开关Q4处于关断状态时，第七开关Q7和第六开关Q6处于导通状态，滤波电路中的电流从第一电感L1开始，经过第三电容C3和负载、第二电感L2、第七开关Q7、第五开关Q5后流回至第一电感L1，形成的续流回路如图3所示。将此作为第一种控制方式，在此第一种控制方式下的续流回路中，控制第五开关Q5、第六开关Q6和第七开关Q7处于导通状态，控制AB两点的电位相等并且等于Udc/2，由于第一二极管D1和第二二极管D2的存在，可以对逆变输出A、B两点的电位钳位至电容中点电平，这对于非隔离逆变的共模漏电流有很好的抑制作用，而且此时4个开关管承受的电压为Udc/2，对于开通开关管时，可以有效的降低开关管上的电压应力和开关损耗，提高整体逆变效率，此种控制方式下各个开关管的控制时序如图4所示。
或者，第二开关Q2、第三开关Q3、第四开关Q4以及第五开关Q5处于关断状态，第八开关Q8处于导通状态，当第一开关Q1处于导通状态时，第六开关Q6和第七开关Q7处于关断状态，第一电容C1输出的电流依次经过第一开关Q1、滤波电路、负载、第八开关Q8、第二二极管D2，此时第一开关Q1和第八开关Q8产生Udc/2的脉冲斩波，形成的主回路如图5所示；当第一开关Q1处于关断状态时，第六开关Q6和第七开关Q7处于导通状态，滤波电路中的电流从第一电感L1开始，经过第三电容C3和负载、第二电感L2、第八开关Q8、第六开关Q6后流回至第一电感L1，形成的续流回路如图6所示。将此作为第二种控制方式，在此第二种控制方式下的续流回路中，控制第六开关Q6、第七开关Q7和第八开关Q8处于导通状态，控制AB两点的电位相等并且等于Udc/2，由于第一二极管D1和第二二极管D2的存在，可以对逆变器输出的A、B两点的电位钳位至电容中点电平，可以抑制共模电压以及降低开关管的开关损耗，提高整体效率。此种控制方式下各个开关管的控制时序如图7所示。
进一步地，作为本实施例的一种实施方式，在每个工作周期的上半周期的30＜ω＜150°区间内，第二开关Q2、第三开关Q3以及第八开关Q8处于关断状态，第五开关Q5处于导通状态；当第一开关Q1和第四开关Q4处于导通状态时，第七开关Q7和第六开关Q6处于关断状态，直流电源输出的电流依次经过第一开关Q1、滤波电路、负载、第四开关Q4，此时第一开关Q1和第四开关Q4产生Udc的脉冲斩波，形成的主回路如图8所示；当第一开关Q1和第四开关Q4处于关断状态时，第七开关Q7和第六开关Q6处于导通状态，滤波电路中的电流从第一电感L1开始，经过第三电容C3和负载、第二电感L2、第七开关Q7、第五开关Q5后流回至第一电感L1，形成的续流回路如图9所示。将此作为第一种控制方式，在此第一种控制方式下的续流回路中，控制第五开关Q5、第六开关Q6和第七开关Q7处于导通状态，控制AB两点的电位相等并且等于Udc/2，由于第一二极管D1和第二二极管D2的存在，实现对逆变输出的A、B两点的电位钳位至电容中点电平，每个开关管上承受的电压为Udc/2，对于开通开关管时，可以有效的降低开关管上的电压应力和开关损耗，减小共模漏电流，提高整机的转化效率，此阶段各个开关的控制时序如图10所示。
或者，第二开关Q2、第三开关Q3以及第五开关Q5处于关断状态，第八开关处于导通状态，当第一开关Q1和第四开关Q4处于导通状态时，第六开关Q6和第七开关Q7处于关断状态，直流电源输出的电流依次经过第一开关Q1、滤波电路、负载、第四开关Q4，此时第一开关Q1和第四开关Q4产生Udc的脉冲斩波，形成的主回路如图8所示；当第一开关Q1和第四开关Q4处于关断状态时，第六开关Q6和第七开关Q7处于导通状态，滤波电路中的电流从第一电感L1开始，经过第三电容C3和负载、第二电感L2、第八开关Q8、第六开关Q6后流回至第一电感L1，形成的续流回路如图6所示。将此作为第二种控制方式，在此第二种控制方式下的续流回路中，控制第六开关Q6、第七开关Q7和第八开关Q8处于导通状态，控制AB两点的电位相等并且等于Udc/2，由于第一二极管D1和第二二极管D2的存在，实现对逆变输出的A、B两点的电位钳位至电容中点电平，每个开关管上承受的电压为Udc/2，对于开通开关管时，可以有效的降低开关管上的电压应力和开关损耗，减小共模漏电流，提高整机的转化效率。
进一步地，作为本实施的一种实施方式，在每个工作周期的下半工作周期的一部分周期内，第一开关Q1、第二开关Q2、第四开关Q4以及第六开关Q6处于关断状态，第七开关Q7处于导通状态，第三开关Q3根据第十预设开关频率交替导通和关断，第五开关Q5和第八开关Q8根据第十一预设开关频率交替导通和关断，第三开关Q3与第五开关Q5和第八开关Q8的开关状态互补；或者，第一开关Q1、第三开关Q3、第四开关Q4以及第七开关Q7处于关断状态，第六开关Q6处于导通状态，第二开关Q2根据第十二预设开关频率交替导通和关断，第八开关Q8和第五开关Q5根据第十三预设开关频率交替导通和关断，第二开关Q2与第五开关Q5和第八开关Q8的开关状态互补；
在每个工作周期的下半工作周期的另一部分时间段内，第一开关Q1、第四开关Q4以及第六开关Q6处于关断状态，第七开关Q7处于导通状态，第二开关Q2和第三开关Q3根据第十四预设开关频率交替导通和关断，第五开关Q5第八开关Q8根据第十五预设开关频率交替导通和关断，第二开关Q2和第三开关Q3与第五开关Q5和第八开关Q8的开关状态互补；或者，第一开关Q1、第四开关Q4以及第七开关Q7处于关断状态，第六开关Q6处于导通状态，第二开关Q2和第三开关Q3根据第十六预设开关频率交替导通和关断，第五开关Q5和第八开关Q8根据第十七预设开关频率交替导通和关断，第二开关Q2和第三开关Q3与第五开关Q5和第八开关Q8的开关状态互补。
进一步地，作为本实施例的一种实施方式，在每个工作周期的下半周期的180°＜ω＜210°和330°＜ω＜360°区间内，第一开关Q1、第二开关Q2、第四开关Q4以及第六开关Q6处于关断状态，第七开关Q7处于导通状态，当第三开关Q3处于导通状态时，第五开关Q5和第八开关Q8处于关断状态，第二电容C2处于放电过程，第一电容C1处于充电过程，第二电容C2输出的电流经过第一二极管D1、第七开关Q7、滤波电路、负载、第三开关Q3，此时，第七开关Q7和第三开关Q3产生-Udc/2的脉冲斩波，形成的主回路如图11所示；当第三开关Q3处于关断状态时，第五开关Q5和第八开关Q8处于导通状态，滤波电路中的电流从第二电感L2开始，经过第三电容C3和负载、第一电感L1、第五开关Q5和第七开关Q7后流回至第二电感L2，形成的续流回路如图12所示。将此作为第一种控制方式，在此第一种控制方式下的续流回路中，控制第五开关Q5、第七开关Q7和第八开关Q8处于导通状态，控制AB两点的电位相等并且等于Udc/2，由于第一二极管D1和第二二极管D2的存在，可以对逆变输出A、B两点的电位钳位至电容中点电平，每个开关管上承受Udc/2的电压，在开关管开通时，可以降低每个开关管的电压应力和开关损耗，减小共模漏电流，提高转化效率，第一种控制方式各个开关管的控制时序如图13所示。
或者，第一开关Q1、第三开关Q3、第四开关Q4以及第七开关Q7处于关断状态，第六开关Q6处于导通状态，当第二开关Q2处于导通状态时，第五开关Q5和第八开关Q8处于关断状态，第一电容C1输出的电流经过第二开关Q2、滤波电路、负载、第六开关Q6、第二二极管D2，此时第二开关Q2和第六开关Q6产生-Udc/2的脉冲斩波，形成的主回路如图14所示；当第二开关Q2处于关断状态时，第五开关Q5和第八开关Q8处于导通状态，滤波电路中的电流从第二电感L2开始，经过第三电容C3和负载、第一电感L1、第六开关Q6和第八开关Q8后流回至第二电感L2，形成的续流回路如图15所示。将此作为第二种控制方式，在此第二种控制方式下的续流回路中，控制第五开关Q5、第六开关Q6和第八开关Q8处于导通状态，控制AB两点的电位相等并且等于Udc/2。由于第一二极管D1和第二二极管D2的存在，可以对逆变器输出A、B两点的电位钳位至电容中点电平，每个开关管上承受Udc/2的电压，在开关管开通时，可以降低每个开关管的电压应力和开关损耗，减小共模漏电流，提高转化效率，第二种控制方式各个开关管的控制时序如图16所示。
进一步地，作为本实施例的一种实施方式，在每个工作周期的下半周期的210°＜ω＜330°区间内，第一开关Q1、第四开关Q4、第六开关Q6处于关断状态，第七开关Q7处于导通状态，当第二开关Q2和第三开关Q3处于导通状态时，第五开关Q5和第八开关Q8处于关断状态，直流电源输出的电流经过第二开关Q2、滤波电路、负载、第三开关Q3，此时第二开关Q2和第三开关Q3产生-Udc/2的脉冲斩波，形成的主回路如图17所示；在第二开关Q2和第三开关Q3关断时，第五开关Q5和第八开关Q8处于导通状态，滤波电路中的电流从第二电感L2开始，经过第三电容C3和负载、第一电感L1、第五开关Q5和第七开关Q7后流回至第二电感L2，形成的续流回路如图18所示。将此作为第一种控制方式，在此第一种控制方式下的续流回路中，控制第五开关Q5、第七开关Q7和第八开关Q8处于导通状态，控制AB两点的电位相等并且等于Udc/2，。由于第一二极管D1和第二二极管D2的存在，对逆变输出的A、B两点的电位钳位至电容中点电平，每个开关管上承受的电压为Udc/2，对于开通开关管时，可以有效的降低开关管上的电压应力和开关损耗，减小共模漏电流，提高整机的转化效率，此阶段各个开关的控制时序如图20所示。
或者，第一开关Q1、第四开关Q4以及第七开关Q7处于关断状态，第六开关Q6处于导通状态；当第二开关Q2和第三开关Q3处于导通状态时，第五开关Q5和第八开关Q8处于关断状态，直流电源输出的电流经过第二开关Q2、滤波电路、负载、第三开关Q3，此时第二开关Q2和第三开关Q3产生-Udc/2的脉冲斩波，形成的主回路如图17所示；在第二开关Q2和第三开关Q3关断时，第五开关Q5和第八开关Q8处于导通状态，滤波电路中的电流从第二电感L2开始，经过第三电容C3和负载、第一电感L1、第六开关Q6和第八开关Q8后流回至第二电感L2，形成的续流回路如图15所示。将此作为第二种控制方式，在此第二种控制方式下的续流回路中，控制第五开关Q5、第六开关Q6和第八开关Q8处于导通状态，控制AB两点的电位相等并且等于Udc/2。由于第一二极管D1和第二二极管D2的存在，对逆变输出的A、B两点的电位钳位至电容中点电平，每个开关管上承受的电压为Udc/2，对于开通开关管时，可以有效的降低开关管上的电压应力和开关损耗，减小共模漏电流，提高整机的转化效率。
通过上述描述可知，当逆变回路处于上半周期(0°＜ω＜180°)时，供电部分供电电路、第五开关Q5、滤波电路、负载、第四开关Q4形成主回路，或者，供电部分供电电路、第一开关Q1、滤波电路、负载、第八开关Q8形成主回路，或者，供电部分供电电路、第一开关Q1、滤波电路、负载、第四开关Q4形成主回路；滤波电路、负载、第七开关Q7、第五开关Q5形成续流回路，或者，滤波电路、负载、第八开关Q8、第六开关Q6形成续流回路。当供电部分供电电路、第五开关Q5、滤波电路、负载、第四开关Q4形成主回路时，第五开关Q5和第四开关Q4产生Udc/2的脉冲斩波；当供电部分供电电路、第一开关Q1、滤波电路、负载、第八开关Q8形成主回路时，第一开关Q1和第八开关Q8产生Udc/2的脉冲斩波；当供电部分供电电路、第一开关Q1、滤波电路、负载、第四开关Q4形成主回路时，第一开关Q1和第四开关Q4产生Udc的脉冲斩波。
当逆变回路处于下半周期(180°＜ω＜360°)时，供电电路、第七开关Q3、滤波电路、负载、第三开关Q3形成主回路，或者，供电电路、第二开关Q2、滤波电路、负载、第六开关Q6形成主回路，或者，供电电路、第二开关Q2、滤波电路、负载、第三开关Q3形成主回路；滤波电路、负载、第五开关Q5、第七开关Q7形成续流回路，或者，滤波电路、负载、第六开关Q6、第八开关Q8形成续流回路。当供电电路、第七开关Q3、滤波电路、负载、第三开关Q3形成主回路时，第七开关Q7和第三开关Q3产生-Udc/2的脉冲斩波；当供电电路、第二开关Q2、滤波电路、负载、第六开关Q6形成主回路时，第二开关Q2和第六开关Q6产生-Udc/2的脉冲斩波；当供电电路、第二开关Q2、滤波电路、负载、第三开关Q3形成主回路时，第二开关Q2和第三开关Q3产生-Udc/2的脉冲斩波。
根据上述描述可知，通过设置供电电路的参考端，即设置第一电容C1和第二电容C2，本实施例中的逆变系统能够引入Udc的脉冲斩波、-Udc的脉冲斩波、Udc/2的脉冲斩波和Udc/2的脉冲斩波，当脉冲斩波为Udc/2或者-Udc/2时，开关上的电压为母线电压的一半，降低了开关管的开关损耗损耗，同时可以有效降低滤波电感的感量，可以减小电感的损耗和尺寸。同时，由于引入第一二极管D1以及第二二极管D2，并且第一二极管D1与第二二极管D2连接方式相反。因此在上述一个完整周期中，根据开关管导通和关断情况，可以通过第一二极管D1与第二二极管D2将AB两点的电压拉回至Udc/2。具体地，当AB两点的电压高于Udc/2时，由于D2的存在，会将AB的电压拉低至Udc/2；当AB两点的电压与Udc/2相等时，那将会继续维持Udc/2的电位；当AB两点的电压低于Udc/2，由于D1的存在，会将AB两点的电压拉高至Udc/2。上述电路设计能够实现对A、B两点的电位进行有效钳位，实现中点钳位，减少共模电压，有效降低开关共模漏电流。
根据上述描述可知，在本实施例中，当逆变系统的工作周期在0°＜ω＜360°的周期中的0°＜ω＜30°区间、30°＜ω＜150°区间、150°＜ω＜180°区间、180°＜ω＜210°区间、210°＜ω＜330°区间和330°＜ω＜360°区间等各个区间内，均有两种控制方式。例如，当逆变系统的工作周期在0°＜ω＜30°区间选择第一种控制方式或者第二种控制方式时，逆变系统的工作周期在150°＜ω＜180°区间可以选择第一种控制方式或者第二种控制方式，此处不做具体限制。同理，当逆变系统的工作周期在180°＜ω＜210°区间选择第一种控制方式或者第二种控制方式时，逆变系统的工作周期在330°＜ω＜360°区间也可以选择第一种控制方式或者第二种控制方式。
在本实施例中，在逆变周期处于0°＜ω＜360°时斩波UAB的电压变化过程如图20所示。
如图21为本实施例中的逆变回路处于第一种控制方式下的拓扑控制时序图。
另外，根据对上述一整个周期各个区段的说明可知，当脉冲斩波为-Udc或者Udc时，主回路中电流流经的开关管数量较少，也可以有效降低电流流经开关管上的导通损耗。
并且，根据上述描述，电流回路半周期分离，在两个半周期内电流回路重叠少或不重叠，从而能够有效平衡器件损耗发热，防止局部器件温升过高。
因此，通过引入上述Udc/2和-Udc/2的脉冲斩波，器件的电压为母线电压的一半，降低了开关管的开关损耗损耗；Udc/2和-Udc/2的脉冲斩波引入，还可以有效降低滤波电感的感量，可以减小电感的损耗和尺寸，前述多电平的引入，降低开关管的损耗，纹波电流减小，滤波电感的损耗也减小，导通损耗降低，对效率有明显的提高；输出电压的谐波含量明显降低，提高输出电能质量；在开关管关断后，对A、B两点的电位进行有效钳位，实现中点钳位，减少共模电压，有效降低开关共模漏电流；存在多个续流回路，可以均衡续流过程中开关管上的损耗，延长产品寿命；在一个周期内各个区段内，电流主回路器件少，可有效降低开关器件的导通损耗；并且，根据上述描述，电流回路半周期分离，在两个半周期内电流回路重叠少或不重叠，从而能够有效平衡器件损耗发热，防止局部器件温升过高。器件发热相对比较均衡；滤波电感的尺寸较小，对整机的尺寸也可以相应的减小；控制器件少，减小控制复杂程度。通过本实施例的实施，该逆变系统在同一个完整的周期的各个区段内，电流主回路器件少，可有效降低开关器件的导通损耗；上半周期和下半周期内的电流回路重叠少或不重叠，从而能够有效平衡器件损耗发热，防止局部器件温升过高，同时器件发热相对比较均衡延长逆变系统的使用寿命，并且，在一个完整的周期中，当开关管关断后，对A、B两点的电位进行有效钳位，实现中点钳位，减少共模电压，有效降低开关共模漏电流；通过引入上述Udc/2和-Udc/2的脉冲斩波，器件的电压为母线电压的一半，降低了开关管的开关损耗损耗，同时可以减小电感的损耗和尺寸，前述多电平的引入，降低开关管的损耗，纹波电流减小，滤波电感的损耗也减小，导通损耗降低，对效率有明显的提高；输出电压的谐波含量明显降低，提高输出电能质量滤波电感的尺寸较小，对整机的尺寸也可以相应的减小；控制器件少，减小控制复杂程度；另外，当脉冲斩波为-Udc或者Udc时，主回路中电流流经的开关管数量较少，也可以有效降低电流流经开关管上的导通损耗。
以上所述实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种逆变系统，其特征在于，包括：依次连接的供电电路、逆变电路和滤波电路；
所述逆变电路包括并联连接的第一桥臂和第二桥臂，所述第一桥臂包括第一开关和第三开关，所述第二桥臂包括第二开关和第四开关，所述第一开关的第一端和所述第二开关的第一端连接所述供电电路的正极端，所述第三开关的第二端和所述第四开关的第二端连接所述供电电路的负极端，所述第一开关的第二端和所述第三开关的第一端连接且连接节点作为所述逆变电路的第一输出端，所述逆变电路的第一输出端连接所述滤波电路的第一端，所述第二开关的第二端和所述第四开关的第一端连接且连接节点作为所述逆变电路的第二输出端，所述逆变电路的第二输出端连接所述滤波电路的第二端；
所述逆变电路还包括第五开关、第六开关、第七开关以及第八开关，所述第五开关的第二端连接所述逆变电路的第一输出端，所述第五开关的第一端连接所述第七开关的第一端和所述供电电路的参考端，所述第七开关的第二端连接所述逆变电路的第二输出端，所述第六开关的第一端连接所述逆变电路的第一输出端，所述第六开关的第二端连接所述第八开关的第二端和所述供电电路的参考端，所述第八开关的第一端连接所述逆变电路的第二输出端。
2.根据权利要求1所述的逆变系统，其特征在于，所述逆变电路还包括第一二极管和第二二极管，所述第一二极管的阳极连接所述供电电路的参考端，所述第一二极管的阴极连接所述第五开关的第一端，所述第二二极管的阴极连接所述供电电路的参考端，所述第二二极管的阳极连接所述第六开关的第二端。
3.根据权利要求2所述的逆变系统，其特征在于，所述供电电路包括直流电源、第一电容以及第二电容；
所述直流电源的正极与所述第一电容的第一端连接形成所述供电电路的第一输出端；
所述直流电源的负极与所述第二电容的第二端连接形成所述供电电路的第二输出端；
所述第一电容的第二端和所述第二电容的第一端连接形成所述供电电路的参考端。
4.根据权利要求3所述的逆变系统，其特征在于，所述滤波电路包括第一电感、第二电感以及第三电容，所述第一电感的第一端连接所述逆变电路的第一输出端，所述第一电感的第二端连接所述第三电容的第一端，所述第二电感的第一端连接所述逆变电路的第二输出端，所述第二电感的第二端连接所述第三电容的第二端，所述第三电容的第一端与外部的负载的第一端连接，所述第三电容的第二端与所述负载的第二端连接。
5.根据权利要求4所述的逆变系统，其特征在于，所述逆变电路根据所接收的周期性控制信号形成多个工作周期，在每个工作周期的上半工作周期的一部分周期内，所述第一开关、所述第二开关、所述第三开关以及第八开关处于关断状态，所述第五开关处于导通状态，所述第四开关根据第一预设开关频率交替导通和关断，所述第六开关和所述第七开关根据第二预设开关频率交替导通和关断，所述第四开关与所述第六开关和所述第七开关的开关状态互补；或者，所述第二开关、所述第三开关、所述第四开关以及第五开关处于关断状态，所述第八开关处于导通状态，所述第一开关根据第三预设开关频率交替导通和关断，所述第六开关和所述第七开关根据第四预设开关频率交替导通和关断，所述第一开关与所述第六开关和第七开关的开关状态互补；
在每个工作周期的上半工作周期的另一部分周期内，所述第二开关、所述第三开关以及第八开关处于关断状态，所述第五开关处于导通状态，所述第一开关和所述第四开关根据第六预设开关频率交替导通和关断，所述第六开关和所述第七开关根据第七预设开关频率交替导通和关断，所述第一开关和第四开关与所述第六开关和所述第七开关的开关状态互补；或者，所述第二开关、所述第三开关以及所述第五开关处于关断状态，所述第八开关处于导通状态，所述第一开关和所述第四开关根据第八预设开关频率交替导通和关断，所述第六开关和所述第七开关根据第九预设开关频率交替导通和关断，所述第一开关和第四开关与所述第六开关和第七开关的开关状态互补。
6.根据权利要求5所述的逆变系统，其特征在于，在每个工作周期的上半周期的0＜ω＜30°以及150°＜ω＜180°区间内，所述第一开关、所述第二开关、所述第三开关以及第八开关处于关断状态，所述第五开关处于导通状态，当所述第四开关处于导通状态时，所述第六开关和所述第七开关处于关断状态，所述第二电容处于放电过程，所述第一电容处于充电过程，所述第二电容输出的电流依次经过所述第一二极管、所述第五开关、所述滤波电路、所述负载、所述第四开关，当所述第四开关处于关断状态时，所述第六开关和所述第七开关处于导通状态，所述滤波电路中的电流从第一电感开始，经过所述第三电容和所述负载、所述第二电感、所述第七开关、所述第五开关后流回至所述第一电感；
或者，所述第二开关、所述第三开关、所述第四开关以及所述第五开关处于关断状态，所述第八开关处于导通状态，当所述第一开关处于导通状态时，所述第六开关和所述第七开关处于关断状态，所述第一电容处于放电过程，所述第二电容处于充电过程，所述第一电容输出的电流依次经过所述第一开关、所述滤波电路、所述负载、所述第八开关、所述第二二极管，当所述第一开关处于关断状态时，所述第六开关和所述第七开关处于导通状态，所述滤波电路中的电流从第一电感开始，经过所述第三电容和所述负载、所述第二电感、所述第八开关、所述第六开关后流回至所述第一电感。
7.根据权利要求5所述的逆变系统，其特征在于，在每个工作周期的上半周期的30＜ω＜150°区间内，所述第二开关、所述第三开关以及所述第八开关处于关断状态，所述第五开关处于导通状态，当所述第一开关和所述第四开关处于导通状态时，所述第六开关和所述第七开关处于关断状态，所述直流电源输出的电流依次经过所述第一开关、所述滤波电路、所述负载、所述第四开关，当所述第一开关和所述第四开关处于关断状态时，所述第六开关和所述第七开关处于导通状态，所述滤波电路中的电流从第一电感开始，经过所述第三电容和所述负载、所述第二电感、所述第七开关、所述第五开关后流回至所述第一电感；
或者，所述第二开关、所述第三开关以及所述第五开关处于关断状态，所述第八开关处于导通状态，当所述第一开关和所述第四开关处于导通状态时，所述第六开关和所述第七开关处于关断状态，所述直流电源输出的电流依次经过所述第一开关、所述滤波电路、所述负载、所述第四开关，当所述第一开关和所述第四开关处于关断状态时，所述第六开关和所述第七开关处于导通状态，所述滤波电路中的电流从第一电感开始，经过所述第三电容和所述负载、所述第二电感、所述第八开关、所述第六开关后流回至所述第一电感。
8.根据权利要求4所述的逆变系统，其特征在于，在每个工作周期的下半工作周期的一部分周期内，所述第一开关、所述第二开关、所述第四开关以及第六开关处于关断状态，所述第七开关处于导通状态，所述第三开关根据第十预设开关频率交替导通和关断，所述第五开关和所述第八开关根据第十一预设开关频率交替导通和关断，所述第三开关与所述第五开关和第八开关的开关状态互补；或者，所述第一开关、所述第三开关、所述第四开关以及所述第七开关处于关断状态，所述第六开关处于导通状态，所述第二开关根据第十二预设开关频率交替导通和关断，所述第五开关和所述第八开关根据第十三预设开关频率交替导通和关断，所述第二开关与所述第八开关和所述第五开关的开关状态互补；
在每个工作周期的下半工作周期的另一部分时间段内，所述第一开关、所述第四开关以及第六开关处于关断状态，所述第七开关处于导通状态，所述第二开关和所述第三开关根据第十四预设开关频率交替导通和关断，所述第五开关和所述第八开关根据第十五预设开关频率交替导通和关断，所述第二开关和所述第三开关与所述第五开关和所述第八开关的开关状态互补；或者，所述第一开关、所述第四开关以及所述第七开关处于关断状态，所述第六开关处于导通状态，所述第二开关和所述第三开关根据第十六预设开关频率交替导通和关断，所述第五开关和所述第八开关根据第十七预设开关频率交替导通和关断，所述第二开关和所述第三开关与所述第五开关和所述第八开关的开关状态互补。
9.根据权利要求8所述的逆变系统，其特征在于，在每个工作周期的下半周期的180°＜ω＜210°和330°＜ω＜360°区间内，所述第一开关、所述第二开关、所述第四开关、所述第六开关处于关断状态，所述第七开关处于导通状态，当所述第三开关处于导通状态时，所述第五开关和所述第八开关处于关断状态，所述第二电容处于放电过程，所述第一电容处于充电过程，所述第二电容输出的电流经过所述第一二极管、所述第七开关、所述滤波电路、所述负载、所述第三开关，当所述第三开关处于关断状态时，所述第五开关和所述第八开关处于导通状态，所述滤波电路中的电流从第二电感开始，经过所述第三电容和所述负载、所述第一电感、所述第五开关和所述第七开关后流回至所述第二电感；
或者，所述第一开关、所述第三开关、所述第四开关以及所述第七开关处于关断状态，所述第六开关处于导通状态，当所述第二开关处于导通状态时，所述第五开关和所述第八开关处于关断状态，所述第一电容处于放电过程，所述第二电容处于充电过程，所述第一电容输出的电流经过所述第二开关、所述滤波电路、所述负载、所述第六开关、所述第二二极管，当所述第二开关处于关断状态时，所述第五开关和所述第八开关处于导通状态，所述滤波电路中的电流从第二电感开始，经过所述第三电容和所述负载、所述第一电感、所述第六开关和所述第八开关后流回至所述第二电感。
10.根据权利要求9所述的逆变系统，其特征在于，在每个工作周期的下半周期的210°＜ω＜330°区间内，所述第一开关、所述第四开关、所述第六开关处于关断状态，所述第七开关处于导通状态，当所述第二开关和所述第三开关处于导通状态时，所述第五开关和所述第八开关处于关断状态，所述直流电源输出的电流经过所述第二开关、所述滤波电路、所述负载、所述第三开关，在第二开关和第三开关关断时，所述第五开关和所述第八开关处于导通状态，所述滤波电路中的电流从第二电感开始，经过所述第三电容和所述负载、所述第一电感、所述第五开关和所述第七开关后流回至所述第二电感；
或者，所述第一开关、所述第四开关以及所述第七开关处于关断状态，所述第六开关处于导通状态，当所述第二开关和所述第三开关处于导通状态时，所述第五开关和所述第八开关处于关断状态，所述直流电源输出的电流经过所述第二开关、所述滤波电路、所述负载、所述第三开关，在第二开关和第三开关关断时，所述第五开关和所述第八开关处于导通状态，所述滤波电路中的电流从第二电感开始，经过所述第三电容和所述负载、所述第一电感、所述第六开关和所述第八开关后流回至所述第二电感。
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