CN215378784U - 一种逆变电桥控制电路和电控设备 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种逆变电桥控制电路和电控设备，本申请中的逆变电桥控制电路包括直流电源、逆变电桥、负载电阻、调节电路、第一信号发生器和第一电压采集器。直流电源和逆变电桥连接，负载电阻连接在逆变电桥的两个输出端之间。调节电路的第一输入端与第一信号发生器连接，调节电路的第二输入端与第一电压采集器连接，第一电压采集器与直流电源并联，调节电路的输出端与所述逆变电桥连接，用于根据所述第一信号发生器产生的参考电压和所述第一电压采集器采集的第一电压调节所述逆变电桥的开关周期占空比。本申请只需要计算电压参数即可对逆变电桥的开关周期进行调节，无需对电流进行采样和计算，可以达到节约成本和节省计算资源的技术效果。

Description

一种逆变电桥控制电路和电控设备

技术领域

本申请涉及电路控制领域，尤其涉及一种逆变电桥控制电路和电控设备。

背景技术

电压型逆变技术广泛应用于不间断电源((Uninterruptible Power Supply，简称UPS)、工业逆变电源以及新型的户外储能设备，更低成本的逆变电桥能带来极大的经济价值。

现有的逆变电桥控制电路和方法采用的是双环控制，需要在一个开关周期内计算电压环和电流环，在数字信号处理(Digital Signal Process，简称DSP)的计算中，带宽资源占用多。双环控制中，需要采样输出电压和电流，电流采样器件成本高。而且现有技术需要调试两个环路参数，控制复杂，一个控制参数难以应对各种负载条件。此外，双环控制在轻载工作时容易出现震荡现象。

因此，现有技术存在资源占用大、不稳定和成本高的技术问题。

实用新型内容

为了解决上述技术问题，本申请提供了一种逆变电桥控制电路和电控设备，具体方案如下：

第一方面，本申请实施例提供了一种逆变电桥控制电路，所述逆变电桥控制电路包括直流电源、逆变电桥、负载电阻、调节电路、第一信号发生器和第一电压采集器；

所述直流电源和所述逆变电桥连接，所述负载电阻连接在所述逆变电桥的两个输出端之间；

所述调节电路的第一输入端与第一信号发生器连接，所述调节电路的第二输入端与第一电压采集器连接，所述第一电压采集器与所述直流电源并联，所述调节电路的输出端与所述逆变电桥连接，用于根据所述第一信号发生器产生的参考电压和所述第一电压采集器采集的第一电压调节所述逆变电桥的开关周期占空比。

根据本申请公开的一种具体实施方式，所述调节电路包括第一乘法器、第二乘法器、除法器、第二信号发生器、相位检测器和脉宽调制器；

所述第一乘法器的第一输入端连接所述第一信号发生器，所述第一乘法器的第二输入端连接所述第二信号发生器，所述第一乘法器的输出端连接所述第二乘法器的第一输入端；

所述相位检测器一端与所述第一乘法器的输出端连接，所述相位检测器的另一端连接所述第二乘法器的第二输入端；

所述除法器的被除数输入端与所述第二乘法器的输出端连接，所述除法器的除数输入端与所述第一电压采集器连接；

所述脉宽调制器的输入端与所述除法器的输出端连接，所述脉宽调制器的输出端与所述逆变电桥的控制端连接。

根据本申请公开的一种具体实施方式，所述调节电路还包括减法器和PI控制器；

所述减法器的被减数输入端连接所述第一信号发生器，所述减法器的减数输入端连接第二电压采集器，所述第二电压采集器并联在所述负载电阻的两端,所述减法器的输出端连接所述PI控制器的输入端；

所述PI控制器的输出端连接所述第一乘法器的第一输入端。

根据本申请公开的一种具体实施方式，所述逆变电桥包括第一晶体管、第二晶体管、第三晶体管和第四晶体管；

所述第一晶体管经由第一节点与所述第二晶体管串联成第一支路，所述第三晶体管经由第二节点与所述第四晶体管串联成第二支路，所述第一支路与所述第二支路并联后的两端与所述直流电源连接。

根据本申请公开的一种具体实施方式，所述第一晶体管、所述第二晶体管、所述第三晶体管和所述第四晶体管均为MOS管。

根据本申请公开的一种具体实施方式，所述第一晶体管、所述第二晶体管、所述第三晶体管和所述第四晶体管均为IGBT管。

根据本申请公开的一种具体实施方式，每个所述IGBT管均并联一个二极管。

根据本申请公开的一种具体实施方式，所述负载电阻的一端通过第一电感与所述第一节点连接，所述负载电阻的另一端与所述第二节点连接。

根据本申请公开的一种具体实施方式，所述负载电阻的两端串联一个输出电容。

第二方面，本申请实施例提供了一种电控设备，所述电控设备包括第一方面中任一项所述的逆变电桥控制电路。

相对于现有技术而言，本申请具有以下有益效果：

本申请提供一种逆变电桥控制电路和电控设备，本申请中的逆变电桥控制电路包括直流电源、逆变电桥、负载电阻、调节电路、第一信号发生器和第一电压采集器。直流电源和逆变电桥连接，负载电阻连接在逆变电桥的两个输出端之间。调节电路的第一输入端与第一信号发生器连接，调节电路的第二输入端与第一电压采集器连接，第一电压采集器与直流电源并联，调节电路的输出端与所述逆变电桥连接，用于根据所述第一信号发生器产生的参考电压和所述第一电压采集器采集的第一电压调节所述逆变电桥的开关周期占空比。本申请只需要计算电压参数即可对逆变电桥的开关周期进行调节，无需对电流进行采样和计算，可以达到节约成本和节省计算资源的技术效果。

附图说明

为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对本申请保护范围的限定。在各个附图中，类似的构成部分采用类似的编号。

图1为本申请实施例提供的一种逆变电桥控制电路的电路示意图之一；

图2为本申请实施例提供的一种逆变电桥控制电路的电路示意图之二。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。

通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

在下文中，可在本申请的各种实施例中使用的术语“包括”、“具有”及其同源词仅意在表示特定特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合，并且不应被理解为首先排除一个或更多个其它特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的存在或增加一个或更多个特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的可能性。

此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

除非另有限定，否则在这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本申请的各种实施例所属领域普通技术人员通常理解的含义相同的含义。所述术语(诸如在一般使用的词典中限定的术语)将被解释为具有与在相关技术领域中的语境含义相同的含义并且将不被解释为具有理想化的含义或过于正式的含义，除非在本申请的各种实施例中被清楚地限定。

下面结合附图，对本申请的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互结合。

参见图1，图1为本申请实施例提供的一种逆变电桥控制电路的电路示意图之一。在本申请实施例中，所述逆变电桥10控制电路包括直流电源DC、逆变电桥10、负载电阻RL、调节电路20、第一信号发生器ST1和第一电压采集器VT1；

所述直流电源DC和所述逆变电桥10连接，所述负载电阻RL连接在所述逆变电桥10的两个输出端之间；

所述调节电路20的第一输入端与第一信号发生器ST1连接，所述调节电路20的第二输入端与第一电压采集器VT1连接，所述第一电压采集器VT1与所述直流电源DC并联，所述调节电路20的输出端与所述逆变电桥10连接，用于根据所述第一信号发生器产生的参考电压Vrefrms和所述第一电压采集器VT1采集的第一电压Vdc调节所述逆变电桥10的开关周期占空比。

具体实施时，参考电压Vrefrms为逆变电桥10输出电压的参考有效值，可以根据逆变电桥的历史输出电压进行确定。调节电路20基于参考电压Vrefrms和第一电压采集器VT1采集的第一电压Vdc计算目标占空比，并基于目标占空比对逆变电桥10的开关周期进行调节，以控制逆变电桥10的通断，实现对逆变电桥10输出电压的调节。

本申请中，不同于传统的电流环-电压环逆变电桥10控制电路，既不需要对输出电流做控制，也不需要采样输出电流，仅需要对电流参数进行计算和计算，从而可以省去电流采样器件，进一步节省成本。

在本申请实施例中，所述调节电路20包括第一乘法器ML1、第二乘法器ML2、除法器DI、第二信号发生器ST2、相位检测器PD1和脉宽调制器201；

所述第一乘法器ML1的第一输入端连接所述第一信号发生器ST1，所述第一乘法器ML1的第二输入端连接所述第二信号发生器ST2，所述第一乘法器ML1的输出端连接所述第二乘法器ML2的第一输入端；

所述相位检测器PD1一端与所述第一乘法器ML1的输出端连接，所述相位检测器PD1的另一端连接所述第二乘法器ML2的第二输入端；

所述除法器DI的被除数输入端与所述第二乘法器ML2的输出端连接，所述除法器DI的除数输入端与所述第一电压采集器VT1连接；

所述脉宽调制器201的输入端与所述除法器DI的输出端连接，所述脉宽调制器201的输出端与所述逆变电桥10的控制端连接。

具体实施时，第二信号发生器ST2可以用于产生预设的系数信号

通过第一乘法器ML1将参考电压Vrefrms转化为峰值电压，第一乘法器ML1再将峰值电压发送至第二乘法器ML2。

相位检测器PD1是为了获取当前逆变电桥10输出电压的相位信息，向第二乘法器ML2发送参考电压Vrefrms的相位信息，因此，相位检测器PD1的一端可以与第一乘法器ML1的输出端连接，也可以连接在第一信号发生器ST1至第二乘法器ML2输入端这一支路上的任意位置，相位检测器PD1的另一端与所述第二乘法器ML2连接。

第二乘法器ML2的第一输入端连接第一乘法器ML1的输出端，第二乘法器ML2的第二输入端连接相位检测器PD1，用于将峰值电压和相位信息相乘得到基准电压Vref，并将基准电压Vref发送至除法器DI。

除法器DI用于将基准电压Vref和第一电压Vdc相除得到所述目标占空比，并将目标占空比发送至脉宽调制器201，以使脉宽调制器201根据目标占空比对逆变电桥10进行开关周期的脉宽调制，进一步调节逆变电桥10的输出电压。

在本申请实施例中，所述调节电路20还包括减法器MI1和PI控制器；

所述减法器MI1的被减数输入端连接所述第一信号发生器ST1，所述减法器MI1的减数输入端连接第二电压采集器VT2，所述第二电压采集器并联在所述负载电阻的两端,所述减法器MI1的输出端连接所述PI控制器的输入端；

所述PI控制器的输出端连接所述第一乘法器ML1的第一输入端。

参见图2，图2为本申请实施例提供的一种逆变电桥10控制电路的电路示意图之二。具体实施时，可以在第一乘法器ML1的第一输入端与第二电压采集器VT2之间加入一个电压有效值控制环路，目的是根据逆变电桥10的输出电压实时有效值，提高第一乘法器的第一输入端电压的精度。所以，在精度要求高的情况下可以加入此部分控制，以更好地适应各种负载条件。

第二电压采集器VT2并联在负载电阻RL的两端，用于采集逆变电桥10的输出电压实时有效值。减法器MI1的被除数输入端连接第一信号发生器ST1，减法器MI1的除数输入端连接第二电压采集器VT2，用于将参考电压Vrefrms与输出电压的实时有效值相减得到第一精度调节电压，并将第一精度调节电压发送至PI控制器。PI控制器的另一端连接第一乘法器ML1的第一输入端，对第一精度调节电压进行比例调节和积分调节后得到经过第二精度调节电压，并将所述第二精度调节电压发送至所述第一乘法器ML1。

在本申请实施例中，所述逆变电桥10包括第一晶体管Q1、第二晶体管Q2、第三晶体管Q3和第四晶体管Q4；

所述第一晶体管Q1经由第一节点d1与所述第二晶体Q2管串联成第一支路，所述第三晶体管Q3经由第二节点d2与所述第四晶体管Q4串联成第二支路，所述第一支路与所述第二支路并联后的两端与所述直流电源DC连接。

具体实施时，逆变电桥10的驱动调制方式为：第三开关管Q3和第四开关管Q4采用工频互补驱动，并带有死区控制。第一开关管Q1和第二开关管Q2采用高频开关互补驱动，并带有死区控制。正相工作时，第一开关管Q1为逆变管，第二开关管Q2为续流管，第三开关管Q3常闭，第四开关管Q4常开；负相工作时，第二开关管Q2为逆变管，第一开关管Q1为续流管，第三开关管Q3常开，第四开关管Q4常闭。

具体地，正相工作时，第一开关管Q1为逆变开关管，可以根据占空比计算公式

计算得到当前逆变开关管的占空比，当前续流管Q2占空比为d'＝1-d-Td,其中，Td为第一开关管Q1和第二开关管Q2的死区时间。负相工作时，第一开关管Q1为续流管，其占空比计算公式为

第二开关管Q2为逆变管，其占空比计算公式为

当d'为负值时表示此时需要关闭驱动电桥。

在本申请实施例中，所述第一晶体管Q1、所述第二晶体管Q2、所述第三晶体管Q3和所述第四晶体管Q4均为MOS管。

在本申请实施例中，所述第一晶体管Q1、所述第二晶体管Q2、所述第三晶体管Q3和所述第四晶体管Q4均为IGBT管。

在本申请实施例中，每个所述IGBT管均并联一个二极管。

具体实施时，逆变电桥10中的任一晶体管均为MOS管，也可以均为IGBT管。若逆变电桥10中的晶体管为IGBT管，那么每个IGBT管需要并联一个二极管，而对于MOS管而言，不用并联二极管，因为MOS管的衬底下面自带一个二极管。

MOS管的工艺决定它制作出来就带一个二极管，这个二极管用于电流反向时能够导通使得电流有通路不至于损坏器件。而IGBT管不一样，IGBT管本体制作时是没有寄生二极管的。那么，如果只有IGBT管，电流反向的时不存在通路，会引起过电压二导致器件损坏。所以，在IGBT管外部并联一个二极管，确保提供电流续流通路。同时，在IGBT管内部封装的二极管的导通压降较高时，也可以降低损耗。

在本申请实施例中，所述负载电阻RL的一端通过第一电感L与所述第一节点d1连接，所述负载电阻RL的另一端与所述第二节点d2连接。

在本申请实施例中，所述负载电阻RL的两端串联一个输出电容C。

与上述实施例相对应，本申请实施例还提供一种电控设备，所述电控设备包括上述实施方式中任一项所述的逆变电桥控制电路。

综上所述，本申请中的逆变电桥控制电路，在一次反馈内只要计算两个乘法和一个除法，对于逆变电桥的控制没有高频的调节动作，不会出现不稳定现象，而且本申请中无需对逆变电桥的输出电流进行采样和控制，可以省去电流采样器件，进一步节省成本。所提供的电控设备的具体实施过程，可以参见上述实施例提供的软开关控制电路的具体实施过程，在此不再一一赘述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，也可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和结构图显示了根据本申请的多个实施例的装置、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，结构图和/或流程图中的每个方框、以及结构图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

另外，在本申请各个实施例中的各功能模块或单元可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或更多个模块集成形成一个独立的部分。

所述功能如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是智能手机、个人计算机、服务器、或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种逆变电桥控制电路，其特征在于，所述逆变电桥控制电路包括直流电源、逆变电桥、负载电阻、调节电路、第一信号发生器和第一电压采集器；

所述直流电源和所述逆变电桥连接，所述负载电阻连接在所述逆变电桥的两个输出端之间；

所述调节电路的第一输入端与第一信号发生器连接，所述调节电路的第二输入端与第一电压采集器连接，所述第一电压采集器与所述直流电源并联，所述调节电路的输出端与所述逆变电桥连接，用于根据所述第一信号发生器产生的参考电压和所述第一电压采集器采集的第一电压调节所述逆变电桥的开关周期占空比。

2.根据权利要求1所述的逆变电桥控制电路，其特征在于，所述调节电路包括第一乘法器、第二乘法器、除法器、第二信号发生器、相位检测器和脉宽调制器；

所述第一乘法器的第一输入端连接所述第一信号发生器，所述第一乘法器的第二输入端连接所述第二信号发生器，所述第一乘法器的输出端连接所述第二乘法器的第一输入端；

所述相位检测器一端与所述第一乘法器的输出端连接，所述相位检测器的另一端连接所述第二乘法器的第二输入端；

所述除法器的被除数输入端与所述第二乘法器的输出端连接，所述除法器的除数输入端与所述第一电压采集器连接；

所述脉宽调制器的输入端与所述除法器的输出端连接，所述脉宽调制器的输出端与所述逆变电桥的控制端连接。

3.根据权利要求2所述的逆变电桥控制电路，其特征在于，所述调节电路还包括减法器和PI控制器；

所述减法器的被减数输入端连接所述第一信号发生器，所述减法器的减数输入端连接第二电压采集器，所述第二电压采集器并联在所述负载电阻的两端,所述减法器的输出端连接所述PI控制器的输入端；

所述PI控制器的输出端连接所述第一乘法器的第一输入端。

4.根据权利要求1所述的逆变电桥控制电路，其特征在于，所述逆变电桥包括第一晶体管、第二晶体管、第三晶体管和第四晶体管；

所述第一晶体管经由第一节点与所述第二晶体管串联成第一支路，所述第三晶体管经由第二节点与所述第四晶体管串联成第二支路，所述第一支路与所述第二支路并联后的两端与所述直流电源连接。

5.根据权利要求4所述的逆变电桥控制电路，其特征在于，所述第一晶体管、所述第二晶体管、所述第三晶体管和所述第四晶体管均为MOS管。

6.根据权利要求4所述的逆变电桥控制电路，其特征在于，所述第一晶体管、所述第二晶体管、所述第三晶体管和所述第四晶体管均为IGBT管。

7.根据权利要求6所述的逆变电桥控制电路，其特征在于，每个所述IGBT管均并联一个二极管。

8.根据权利要求4所述的逆变电桥控制电路，其特征在于，所述负载电阻的一端通过第一电感与所述第一节点连接，所述负载电阻的另一端与所述第二节点连接。

9.根据权利要求4所述的逆变电桥控制电路，其特征在于，所述负载电阻的两端串联一个输出电容。

10.一种电控设备，其特征在于，所述电控设备包括权利要求1至9中任一项所述的逆变电桥控制电路。

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