CN220874434U - 逆变器的控制系统和逆变器 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种逆变器的控制系统和逆变器，其中，在该控制系统中，检测电路的输入端与逆变器连接，检测电路的输出端与信号翻转电路的输入端连接；信号翻转电路的输出端分别与第一驱动电路的输入端和延时电路的输入端连接；延时电路的输出端与第二驱动电路的输入端连接；第一驱动电路的输出端与逆变器的逆变电路连接，第二驱动电路的输出端与逆变器的续流桥臂连接。其能够在关断逆变电路中的开关管后，延时一段时间关断续流桥臂的续流管，从而降低续流管关断时存在的电压尖峰，减小逆变器的电压应力，降低异常工况下电路失效风险。

Description

逆变器的控制系统和逆变器

技术领域

本申请涉及逆变器技术领域，特别是涉及逆变器的控制系统和逆变器。

背景技术

逆变器指的是将电池、蓄电瓶等的直流电能，转变成定频定压或调频调压交流电的转换器。逆变器通常包括逆变桥、控制逻辑以及滤波电路，其广泛应用于空调、家庭影院、电动砂轮、电脑、电视、洗衣机等。目前，Highly Efficient Reliable Inverter Concept(简称为HERIC型逆变器)，是一种高效率可靠的逆变器，其在全桥电路的基础上引入续流回路达到较好的消去共模电流的效果。

HERIC逆变器在遇到异常工况时，通常需要进行封波关机处理，具体为同时关断逆变器中所有的开关管。该种情况下输出侧电流将从H桥一组开关管换流到另一组开关管的体二极管，从母线抽电流，易导致逆变器的续流桥臂的开关管存在电压尖峰，并使其电压超出规格的最大耐受电压，从而造成电路失效。因此，目前的HERIC逆变器在遇到异常工况时的封波处理易导致电路失效。

针对相关技术中存在HERIC逆变器在遇到异常工况时的封波处理易导致电路失效，目前还没有提出有效的解决方案。

实用新型内容

在本实施例中提供了一种逆变器的控制系统和逆变器，以解决相关技术中在遇到异常工况时的封波处理易导致电路失效的问题。

第一个方面，在本实施例中提供了一种逆变器的控制系统，包括：逆变器、检测电路、信号翻转电路、延时电路、第一驱动电路以及第二驱动电路；其中：

所述检测电路的输入端与所述逆变器连接，所述检测电路的输出端与所述信号翻转电路的输入端连接；所述检测电路用于在检测到所述逆变器出现异常工况时，向所述信号翻转电路发送检测信号；

所述信号翻转电路的输出端分别与所述第一驱动电路的输入端和所述延时电路的输入端连接；所述信号翻转电路用于基于所述检测信号产生第一翻转信号；

所述延时电路的输出端与所述第二驱动电路的输入端连接；所述延时电路用于对所述第一翻转信号进行延时处理，向所述第二驱动电路输出延时后的第二翻转信号；

所述第一驱动电路的输出端与所述逆变器的逆变电路连接，所述第一驱动电路用于基于所述第一翻转信号驱动所述逆变电路中的开关管关断；

所述第二驱动电路的输出端与所述逆变器的续流桥臂连接，所述第二驱动电路用于基于所述第二翻转信号驱动所述续流桥臂中的续流管关断。

在其中的一些实施例中，所述延时电路包括二极管、电容、第一电阻、第二电阻、第一跟随器以及第二跟随器；其中：

所述二极管的正向端口接所述第一翻转信号，所述二极管的负向端口连接所述第一电阻的一端；

所述第一电阻的另一端分别连接所述电容的一端、所述第二电阻的一端以及所述第一跟随器的一输入端；

所述电容的另一端和所述第二电阻的另一端均接地；

所述第一跟随器的另一输入端，以及所述第一跟随器的输出端均连接所述第二跟随器的一输入端；

所述第二跟随器的另一输入端接参考信号，所述第二跟随器的输出端输出所述第二翻转信号。

在其中的一些实施例中，所述延时电路的实际延时时间基于所述第一电阻的值和所述电容的值确定；

所述延时电路的最大延时时间根据所述逆变器在触发过流保护时的电流值和衰减后的电感量，以及所述续流桥臂中的续流管续流时所述续流桥臂的输出电压确定；

所述实际延时时间小于所述最大延时时间。

在其中的一些实施例中，所述控制系统还包括数字信号处理电路；其中：所述信号翻转电路的输出端连接所述数字信号处理电路的输入端，所述数字信号处理电路的输出端分别连接所述第一驱动电路和所述第二驱动电路。

在其中的一些实施例中，所述逆变电路的两个输出端分别连接所述续流桥臂的两个输入端；所述续流桥臂的两个输出端分别通过两个电感连接到所述逆变器的两个输出端。

在其中的一些实施例中，所述逆变电路包括第一开关管、第二开关管、第三开关管以及第四开关管；其中：

所述第一开关管的漏极连接所述第四开关管的漏极，形成所述逆变电路的第一输入端；

所述第一开关管的源极连接所述第三开关管的漏极，形成所述逆变电路的第一输出端；

所述第四开关管的源极连接所述第二开关管的漏极，形成所述逆变电路的第二输出端；

所述第三开关管的源极连接所述第二开关管的源极，形成所述逆变电路的第二输入端。

在其中的一些实施例中，所述检测电路包括以下之一：过流检测电路和过压检测电路。

第二个方面，在本实施例中提供了一种逆变器，应用于上述第一个方面所述的逆变器的控制系统；所述逆变器包括：逆变电路和续流桥臂。

在其中的一些实施例中，所述逆变器的输入端连接光伏组串。

在其中的一些实施例中，所述逆变器的输出端连接交流电网。

与相关技术相比，在本实施例中提供了逆变器的控制系统和逆变器，其中的逆变器的控制系统，包括：逆变器、检测电路、信号翻转电路、延时电路、第一驱动电路以及第二驱动电路；其中：检测电路的输入端与逆变器连接，检测电路的输出端与信号翻转电路的输入端连接；检测电路用于在检测到逆变器出现异常工况时，向信号翻转电路发送检测信号；信号翻转电路的输出端分别与第一驱动电路的输入端和延时电路的输入端连接；信号翻转电路用于基于检测信号产生第一翻转信号；延时电路的输出端与第二驱动电路的输入端连接；延时电路用于对第一翻转信号进行延时处理，向第二驱动电路输出延时后的第二翻转信号；第一驱动电路的输出端与逆变器的逆变电路连接，第一驱动电路用于基于第一翻转信号驱动逆变电路中的开关管关断；第二驱动电路的输出端与逆变器的续流桥臂连接，第二驱动电路用于基于第二翻转信号驱动续流桥臂中的续流管关断。其能够在关断逆变电路中的开关管后，延时一段时间关断续流桥臂的续流管，从而降低续流管关断时存在的电压尖峰，减小逆变器的电压应力，降低异常工况下电路失效风险。

本申请的一个或多个实施例的细节在以下附图和描述中提出，以使本申请的其他特征、目的和优点更加简明易懂。

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是本实施例的一种逆变器的控制系统的结构示意图；

图2是相关技术中逆变器中开关管与续流管同时关断时的电流流向图；

图3是本实施例的逆变器中续流管延迟关断时的电流流向图；

图4是本实施例的延时电路的结构示意图。

具体实施方式

为更清楚地理解本申请的目的、技术方案和优点，下面结合附图和实施例，对本申请进行了描述和说明。

除另作定义外，本申请所涉及的技术术语或者科学术语应具有本申请所属技术领域具备一般技能的人所理解的一般含义。在本申请中的“一”、“一个”、“一种”、“该”、“这些”等类似的词并不表示数量上的限制，它们可以是单数或者复数。在本申请中所涉及的术语“包括”、“包含”、“具有”及其任何变体，其目的是涵盖不排他的包含；例如，包含一系列步骤或模块(单元)的过程、方法和系统、产品或设备并未限定于列出的步骤或模块(单元)，而可包括未列出的步骤或模块(单元)，或者可包括这些过程、方法、产品或设备固有的其他步骤或模块(单元)。在本申请中所涉及的“连接”、“相连”、“耦接”等类似的词语并不限定于物理的或机械连接，而可以包括电气连接，无论是直接连接还是间接连接。在本申请中所涉及的“多个”是指两个或两个以上。“和/或”描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，“A和/或B”可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。通常情况下，字符“/”表示前后关联的对象是一种“或”的关系。在本申请中所涉及的术语“第一”、“第二”、“第三”等，只是对相似对象进行区分，并不代表针对对象的特定排序。

在本实施例中提供了一种逆变器的控制系统。图1是本实施例的一种逆变器的控制系统100的结构示意图。如图1所示，该控制系统100包括：逆变器101、检测电路102、信号翻转电路103、延时电路104、第一驱动电路105以及第二驱动电路106；其中：检测电路102的输入端与逆变器101连接，检测电路102的输出端与信号翻转电路103的输入端连接；检测电路102用于在检测到逆变器101出现异常工况时，向信号翻转电路103发送检测信号；信号翻转电路103的输出端分别与第一驱动电路105的输入端和延时电路104的输入端连接；信号翻转电路103用于基于检测信号产生第一翻转信号；延时电路104的输出端与第二驱动电路106的输入端连接；延时电路104用于对第一翻转信号进行延时处理，向第二驱动电路106输出延时后的第二翻转信号；第一驱动电路105的输出端与逆变器101的逆变电路连接，第一驱动电路105用于基于第一翻转信号驱动逆变电路中的开关管关断；第二驱动电路106的输出端与逆变器101的续流桥臂连接，第二驱动电路106用于基于第二翻转信号驱动续流桥臂中的续流管关断。

其中，本实施例的逆变器101可以为HERIC逆变器，其主要包括逆变电路和续流桥臂。其中，逆变电路部分包括电容C1，以及由开关管Q1至Q4、构成的H桥电路；续流桥臂部分包括续流管Q5、续流管Q6、电感L1以及电感L2。续流桥臂的输出端可以连接交流电网，交流电网的两端分别为L端和N端。检测电路102具体可以用于对该HERIC逆变器的过流、母线过压等异常工况进行检测。示例性地，该检测电路102可以为采样电路。信号翻转电路103即比较器电路，其对检测电路102传输的检测信号进行信号翻转，得到翻转信号，该翻转信号即翻转电平信号。第一驱动电路105和第二驱动电路106包括数字处理信号电路(DigitalSignal Processing，简称为DSP)的驱动部分、逻辑电路、光耦部分以及稳压钳位电路等组成，具体地，DSP的驱动部分发出驱动信号，经过逻辑电路后通过光耦，再经过稳压钳位电路送至开关管栅极来控制开关管开通或关断，从而形成对开关管的开通或关断的驱动。另外地，上述延时电路104可以由二极管、电阻、电容以及跟随器组合而成。具体地，本实施例中的开关管和续流管，可以是金属氧化物半导体场效应晶体管(Metaloxide SemiconductorFieldEffect Transistor，简称为MOSFET)、绝缘栅双极型晶体管(Insulated GateBipolarTransistor，简称为IGBT)或氮化镓(Gallium Nitride，简称为GaN)晶体管。

在相关技术中，当检测电路检测到逆变器的异常工况时，将传输检测信号至信号翻转电路。信号翻转电路基于检测信号产生翻转信号，该翻转信号分别传输至第一驱动电路和第二驱动电路。第一驱动电路驱动逆变器的逆变电路部分的开关管关断，第二驱动电路驱动逆变器的续流桥臂部分的续流管关断。图2为相关技术中逆变器中开关管与续流管同时关断时的电流流向图。如图2所示，逆变器包括由开关管Q1至Q4组成的H桥，也即逆变器中的逆变电路，以及包括由续流管Q5、续流管Q6、电感L1以及电感L2组成的续流桥臂。交流电网还包括两个端口分别为L端和N端。在逆变器出现异常工况情况下，若同时对逆变电路的开关管和续流桥臂的续流管进行关断，如图2中虚线箭头所示，电流将从总线端口BUS-N输入，流过开关管Q2的体二极管和续流桥臂的电感L1，经过交流电网后，再从电感L2流向逆变电路中的开关管Q3的体二极管，最终输出至总线端口BUS-P，形成一个回路。图中箭头交叉部分仅指示电流在上述回路中的流向，并不表示出现两种电流流向交叉的现象。因此，电流从H桥的一组开关管Q1、Q4换流到另一组开关管Q2、Q3的体二极管，从母线抽电流，导致续流管Q5的正输出电压，也即Vce电压尖峰并超出Q5规格的最大耐受电压应力，进而导致续流管Q5失效。

针对上述情况，本实施例在第二驱动电路部分接入延时电路，以使信号翻转电路的翻转信号延时到达第二驱动电路，进而使得第一驱动电路先于第二驱动电路驱动开关管关断。基于此，逆变器的H桥中的开关管能够先于续流桥臂的续流管关断。图3是本实施例的逆变器中续流管延迟关断时的电流流向图。在续流管延迟关断的情况下，电流将从开关管Q1、Q4换流到Q5和Q6，经过一定延时后，再换流到Q2和Q3的体二极管。其中，图3仅示出了电流流经Q5和Q6时的状态，如图3中虚线箭头所示。因此，本实施例通过对续流管进行延迟关断，能够降低对续流管造成的Vce尖峰。

本实施例所提供的逆变器的控制系统，包括：逆变器、检测电路、信号翻转电路、延时电路、第一驱动电路以及第二驱动电路；其中：检测电路的输入端与逆变器连接，检测电路的输出端与信号翻转电路的输入端连接；检测电路用于在检测到逆变器出现异常工况时，向信号翻转电路发送检测信号；信号翻转电路的输出端分别与第一驱动电路的输入端和延时电路的输入端连接；信号翻转电路用于基于检测信号产生第一翻转信号；延时电路的输出端与第二驱动电路的输入端连接；延时电路用于对第一翻转信号进行延时处理，向第二驱动电路输出延时后的第二翻转信号；第一驱动电路的输出端与逆变器的逆变电路连接，第一驱动电路用于基于第一翻转信号驱动逆变电路中的开关管关断；第二驱动电路的输出端与逆变器的续流桥臂连接，第二驱动电路用于基于第二翻转信号驱动续流桥臂中的续流管关断。其能够在关断逆变电路中的开关管后，延时一段时间关断续流桥臂的续流管，从而降低续流管关断时存在的电压尖峰，减小逆变器的电压应力，降低异常工况下电路失效风险。

进一步地，在一个实施例中，延时电路包括二极管、电容、第一电阻、第二电阻、第一跟随器以及第二跟随器；其中：二极管的正向端口接第一翻转信号，二极管的负向端口连接第一电阻的一端；第一电阻的另一端分别连接电容的一端、第二电阻的一端以及第一跟随器的一输入端；电容的另一端和第二电阻的另一端均接地；第一跟随器的另一输入端，以及第一跟随器的输出端均连接第二跟随器的一输入端；第二跟随器的另一输入端接参考信号，第二跟随器的输出端输出第二翻转信号。

图4为本实施例的延时电路40的结构示意图。如图4所示，该延时电路40中，二极管D1的正向端口接信号翻转电路输出的第一翻转信号，二极管D2的负向端口连接第一电阻R1的一端。第一电阻R1的另一端分别与电容C1的一端、第二电阻R2的一端、以及第一跟随器U1的一输入端连接，电容C1的另一端和第二电阻R2的另一端均接地。另外，第一跟随器U1的另一输入端与该第一跟随器U1的输出端连接，该第一跟随器的输出端还与第二跟随器U2的一输入端连接。第二跟随器U2的另一输入端接参考信号Vref，第二跟随器U2的输出端输出延时后的第二翻转电平。另外，第一跟随器U1的一电源端接Vcc供电电源，另一电源端接地，第二跟随器U2的一电源端同样接Vcc供电电源，另一电源端接地。

更进一步地，在一个实施例中，延时电路的实际延时时间基于第一电阻的值和电容的值确定；延时电路的最大延时时间根据逆变器在触发过流保护时的电流值和衰减后的电感量，以及续流桥臂中的续流管续流时续流桥臂的输出电压确定；实际延时时间小于最大延时时间。

具体地，可以参照下式计算该最大延时时间：

Tmax＝Ipk/(Vo/Lmin) (1)

其中，Tmax指的是最大延时时间，Ipk指的是逆变器在触发过流保护时的电流值，Lmin指的是逆变器在触发过流保护时，续流桥臂中的电感的感量，其中，续流桥臂中的两个电感感量值相等，Vo指的是续流桥臂的输出电压。实际延时时间可以基于延时电路中的第一电阻和电容确定，且该实际延时时间需要小于最大延时时间。

另外地，在一个实施例中，控制系统100还包括数字信号处理电路；其中：信号翻转电路103的输出端连接数字信号处理电路的输入端，数字信号处理电路的输出端分别连接第一驱动电路105和第二驱动电路106。其中，该数字信号处理电路为DSP芯片。可以在数字信号处理电路中通过程序设定关断时序，具体为先关断逆变器的H桥的开关管，经过一定延时后再关断续流桥臂的续流管。

另外地，在一个实施例中，逆变电路的两个输出端分别连接续流桥臂的两个输入端；续流桥臂的两个输出端分别通过两个电感连接到逆变器的两个输出端。

此外，在一个实施例中，逆变电路包括第一开关管、第二开关管、第三开关管以及第四开关管；其中：第一开关管的漏极连接第四开关管的漏极，形成逆变电路的第一输入端；第一开关管的源极连接第三开关管的漏极，形成逆变电路的第一输出端；第四开关管的源极连接第二开关管的漏极，形成逆变电路的第二输出端；第三开关管的源极连接第二开关管的源极，形成逆变电路的第二输入端。

另外地，在一个实施例中，检测电路包括以下之一：过流检测电路和过压检测电路。

在本实施例中提供了一种逆变器，应用于上述实施例提供的逆变器的控制系统。该逆变器包括：逆变电路和续流桥臂。本实施例的逆变器的具体结构可以参照图2和图3，在此不再赘述。

在一个实施例中，该逆变器的输入端连接光伏组串。

在另一个实施例中，该逆变器的输出端连接交流电网。

需要说明的是，在本实施例中的具体示例可以参考上述实施例及可选实施方式中所描述的示例，在本实施例中不再赘述。

应该明白的是，这里描述的具体实施例只是用来解释这个应用，而不是用来对它进行限定。根据本申请提供的实施例，本领域普通技术人员在不进行创造性劳动的情况下得到的所有其它实施例，均属本申请保护范围。

需要说明的是，本申请所涉及的用户信息(包括但不限于用户设备信息、用户个人信息等)和数据(包括但不限于用于分析的数据、存储的数据、展示的数据等)，均为经用户授权或者经过各方充分授权的信息和数据。

显然，附图只是本申请的一些例子或实施例，对本领域的普通技术人员来说，也可以根据这些附图将本申请适用于其他类似情况，但无需付出创造性劳动。另外，可以理解的是，尽管在此开发过程中所做的工作可能是复杂和漫长的，但是，对于本领域的普通技术人员来说，根据本申请披露的技术内容进行的某些设计、制造或生产等更改仅是常规的技术手段，不应被视为本申请公开的内容不足。

“实施例”一词在本申请中指的是结合实施例描述的具体特征、结构或特性可以包括在本申请的至少一个实施例中。该短语出现在说明书中的各个位置并不一定意味着相同的实施例，也不意味着与其它实施例相互排斥而具有独立性或可供选择。本领域的普通技术人员能够清楚或隐含地理解的是，本申请中描述的实施例在没有冲突的情况下，可以与其它实施例结合。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对专利保护范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种逆变器的控制系统，其特征在于，包括：逆变器(101)、检测电路(102)、信号翻转电路(103)、延时电路(104)、第一驱动电路(105)以及第二驱动电路(106)；其中：

所述检测电路(102)的输入端与所述逆变器(101)连接，所述检测电路(102)的输出端与所述信号翻转电路(103)的输入端连接；所述检测电路(102)用于在检测到所述逆变器(101)出现异常工况时，向所述信号翻转电路(103)发送检测信号；

所述信号翻转电路(103)的输出端分别与所述第一驱动电路(105)的输入端和所述延时电路(104)的输入端连接；所述信号翻转电路(103)用于基于所述检测信号产生第一翻转信号；

所述延时电路(104)的输出端与所述第二驱动电路(106)的输入端连接；所述延时电路(104)用于对所述第一翻转信号进行延时处理，向所述第二驱动电路(106)输出延时后的第二翻转信号；

所述第一驱动电路(105)的输出端与所述逆变器(101)的逆变电路连接，所述第一驱动电路(105)用于基于所述第一翻转信号驱动所述逆变电路中的开关管关断；

所述第二驱动电路(106)的输出端与所述逆变器(101)的续流桥臂连接，所述第二驱动电路(106)用于基于所述第二翻转信号驱动所述续流桥臂中的续流管关断。

2.根据权利要求1所述的逆变器的控制系统，其特征在于，所述延时电路(104)包括二极管、电容、第一电阻、第二电阻、第一跟随器以及第二跟随器；其中：

所述二极管的正向端口接所述第一翻转信号，所述二极管的负向端口连接所述第一电阻的一端；

所述第一电阻的另一端分别连接所述电容的一端、所述第二电阻的一端以及所述第一跟随器的一输入端；

所述电容的另一端和所述第二电阻的另一端均接地；

所述第一跟随器的另一输入端，以及所述第一跟随器的输出端均连接所述第二跟随器的一输入端；

所述第二跟随器的另一输入端接参考信号，所述第二跟随器的输出端输出所述第二翻转信号。

3.根据权利要求2所述的逆变器的控制系统，其特征在于，所述延时电路(104)的实际延时时间基于所述第一电阻的值和所述电容的值确定；

所述延时电路(104)的最大延时时间根据所述逆变器(101)在触发过流保护时的电流值和衰减后的电感量，以及所述续流桥臂中的续流管续流时所述续流桥臂的输出电压确定；

所述实际延时时间小于所述最大延时时间。

4.根据权利要求1所述的逆变器的控制系统，其特征在于，所述控制系统还包括数字信号处理电路；其中：所述信号翻转电路(103)的输出端连接所述数字信号处理电路的输入端，所述数字信号处理电路的输出端分别连接所述第一驱动电路(105)和所述第二驱动电路(106)。

5.根据权利要求1所述的逆变器的控制系统，其特征在于，所述逆变电路的两个输出端分别连接所述续流桥臂的两个输入端；所述续流桥臂的两个输出端分别通过两个电感连接到所述逆变器(101)的两个输出端。

6.根据权利要求1所述的逆变器的控制系统，其特征在于，所述逆变电路包括第一开关管、第二开关管、第三开关管以及第四开关管；其中：

所述第一开关管的漏极连接所述第四开关管的漏极，形成所述逆变电路的第一输入端；

所述第一开关管的源极连接所述第三开关管的漏极，形成所述逆变电路的第一输出端；

所述第四开关管的源极连接所述第二开关管的漏极，形成所述逆变电路的第二输出端；

所述第三开关管的源极连接所述第二开关管的源极，形成所述逆变电路的第二输入端。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的逆变器的控制系统，其特征在于，所述检测电路(102)包括以下之一：过流检测电路和过压检测电路。

8.一种逆变器，其特征在于，应用于权利要求1至7中任一项所述的逆变器的控制系统；所述逆变器包括：逆变电路和续流桥臂。

9.根据权利要求8所述的逆变器，其特征在于，所述逆变器的输入端连接光伏组串。

10.根据权利要求8所述的逆变器，其特征在于，所述逆变器的输出端连接交流电网。