TWI767668B

TWI767668B - 逆變器設備及其輸出同步方法

Info

Publication number: TWI767668B
Application number: TW110114948A
Authority: TW
Inventors: 華春和; 林義豐; 謝秉學; 盧廷宇
Original assignee: 康舒科技股份有限公司
Priority date: 2021-04-26
Filing date: 2021-04-26
Publication date: 2022-06-11
Also published as: TW202243361A

Abstract

一種逆變器設備及其輸出同步方法，輸出同步方法係由逆變器設備的逆變器的控制單元執行，其中一逆變器的控制單元判斷是否通過匯流排接收到其他逆變器的一身份訊號及一狀態訊號；若是，根據本機的身份資訊及其他逆變器的身份資訊設定狀態訊號；當狀態訊號設定為一主機狀態時，發送一同步開機訊號至匯流排，並根據同步開機訊號啟動一電源轉換，以控制電源轉換單元輸出一交流電，並根據交流電發送一同步輸出訊號至匯流排。由於逆變器設備可通過同步開機訊號設定啟動電源轉換的時間點，以同步輸出交流電，避免多台並聯的逆變器內部產生環流，導致交流輸出的電壓疊加，使得逆變器產生電壓保護，而並聯失敗。

Description

逆變器設備及其輸出同步方法

本發明係有關於一種逆變器設備及一種同步方法，尤其是一種並聯多個逆變器的逆變器設備及其輸出同步方法。

逆變器為一種進行直流電轉換交流電的電源設備，常用於為一電子設備提供穩定電源，而隨著電子產品廣泛普及，電子設備的性能也逐漸提升，而所需的功率也隨之提升。例如現有工業規格的電子設備所需的功率通常較大，因此就需要使用能提供大功率的電源設備，但大功率的電源設備相對昂貴，且其維修費用也相對高昂。

因此，現有工業規格的逆變器設備，為了能夠提供大功率的應用，常採用並聯多台小功率逆變器的方式來產生大功率的交流電源輸出，以達成大功率的應用。而採用小功率逆變器的好處除了建置費用較低外，若有任一小功率逆變器出狀況，可採用替換方式將出狀況的小功率逆變器拆下，更換成新的備品或是能良好運作的備品，藉此降低維修費用與時間。

然而，由於逆變器是交流輸出，若是多台並聯的逆變器之間的交流輸出的相位不同步時，會造成逆變器設備中，多台並聯的逆變器內部產生環流，進而造成交流輸出的電壓疊加，使得逆變器產生電壓保護，而導致並聯失敗。因此，現有逆變器設備仍需進一步之改良。

有鑑於上述問題，本發明提供一種逆變器設備及其輸出同步方法，可同步多台並聯的逆變器的交流輸出，並可有效避免現有技術並聯失敗的問題。

該逆變器設備的輸出同步方法主要係由一逆變器的一控制單元執行，且包含有以下步驟：產生並發送本機的一身份訊號及一狀態訊號至一匯流排；判斷是否通過該匯流排接收到其他逆變器的一身份訊號及一狀態訊號；當通過該匯流排接收到其他逆變器的身份訊號及狀態訊號時，根據本機的身份資訊及其他逆變器的身份資訊設定本機的狀態訊號；當本機的狀態訊號設定為一主機狀態時，產生並發送一同步開機訊號至該匯流排，並根據該同步開機訊號啟動本機的一電源轉換；當啟動該電源轉換時，輸出一交流電，並根據輸出的該交流電產生並發送一同步輸出訊號至該匯流排。

進一步而言，該逆變器設備係供連接至一直流電源，且接收並轉換該直流電源輸出的直流電成一交流電後，供電至一負載。該逆變器設備包含有一匯流排、複數逆變器。該些逆變器彼此相互並聯，且各逆變器分別包含有一控制單元及一電源轉換單元。而該些逆變器的電源轉換單元分別連接至該直流電源及該負載。且該些逆變器的控制單元分別連接至該匯流排，並分別執行該逆變器設備的輸出同步方法。

由於當各該逆變器的控制單元在通過匯流排接收到其他逆變器的身份訊號及狀態訊號時，代表目前各該逆變器可通過該匯流排交換訊號，因此各該逆變器的控制單元可根據本機的身份資訊及其他逆變器的身份資訊設定本機的狀態訊號。當設定本機的狀態訊號為該主機狀態，被設定為主機狀態的該逆變器的控制單元產生並發送該同步開機訊號至該匯流排，並根據該同步開機訊號啟動本機的電源轉換。且當各該逆變器的控制單元啟動該電源轉換時，輸出該交流電，並根據輸出的該交流電產生並發送該同步輸出訊號至該匯流排。

如此一來，該逆變器設備即可通過該同步開機訊號設定該些逆變器啟動該電源轉換的時間點，讓該些逆變器同步啟動該電源轉換，以產生該交流電輸出，藉此讓交流輸出的相位相同，避免多台並聯的逆變器內部產生環流，導致交流輸出的電壓疊加，使得逆變器產生電壓保護，而並聯失敗。

此外，當該逆變器的狀態訊號被設定為該主機狀態時，被設定為主機狀態的逆變器還會進一步在輸出該交流電後，根據輸出的該交流電持續產生並發送該同步輸出訊號至該匯流排，供其他逆變器根據該同步輸出訊號調整輸出的交流電相位，藉此持續維持交流輸出的相位相同。

請參閱圖1，本發明的逆變器設備係由包含有多台並聯的逆變器10及一匯流排20，且供連接至一直流電源30，且接收並轉換該直流電源輸出的一直流電成一交流電後，供電至一負載40。各該逆變器10分別包含有一控制單元11及一電源轉換單元12。該些逆變器10的該控制單元11分別連接至該匯流排，以通過該匯流排交換訊號，且分別執行一逆變器設備的輸出同步方法。該些逆變器10的電源轉換單元12分別連接至該直流電源30及該負載40，用於接收並轉換該直流電源30輸出的直流電成交流電，且輸出該交流電至該負載40。

請參閱圖2及圖3所示，該逆變器設備的輸出同步方法包含有以下步驟：產生並發送本機的一身份訊號及一狀態訊號至一匯流排(S201)；判斷是否通過該匯流排接收到其他逆變器的一身份訊號及一狀態訊號(S202)；當通過該匯流排接收到其他逆變器的身份訊號及狀態訊號時，根據本機的身份資訊及其他逆變器的身份資訊設定本機的狀態訊號(S208)；當本機的狀態訊號設定為一主機狀態時，產生並發送一同步開機訊號至該匯流排(S209)，並根據該同步開機訊號啟動本機的一電源轉換(S210)；及當啟動該電源轉換時，輸出一交流電(S211)，並根據輸出的該交流電產生並發送一同步輸出訊號至該匯流排(S212)。

舉例來說，當其中一逆變器10的控制單元11在通過匯流排20接收到其他逆變器10的身份訊號及狀態訊號時，代表目前該些逆變器10可通過該匯流排20交換訊號，因此各該逆變器10的控制單元11可根據本機的身份資訊及其他逆變器的身份資訊設定本機的狀態訊號。而當其中一逆變器10的控制單元11設定本機的狀態訊號為該主機狀態時，狀態資訊為該主機狀態的該逆變器10的該控制單元11產生並發送該同步開機訊號至該匯流排20，並根據該同步開機訊號啟動本機的電源轉換。且當各該逆變器10的控制單元11啟動該電源轉換時，該些控制單元11控制該電源轉換單元12輸出該交流電，並根據輸出的該交流電產生並發送該同步輸出訊號至該匯流排20。

如此一來，該逆變器設備即可通過該同步開機訊號設定該些逆變器10啟動該電源轉換的時間點，讓該些逆變器10同步啟動該電源轉換，以同步產生該交流電輸出，藉此讓交流輸出的相位相同，避免多台並聯的逆變器內部產生環流，導致交流輸出的電壓疊加，使得逆變器產生電壓保護，而並聯失敗。

此外，當該逆變器10的狀態訊號被設定為該主機狀態時，狀態資訊為該主機狀態的該逆變器10的該控制單元11還會在輸出該交流電後，進一步根據輸出的該交流電持續產生並發送該同步輸出訊號至該匯流排20，供其他逆變器10根據該同步輸出訊號調整輸出的交流電相位，藉此持續維持交流輸出的相位相同。

進一步而言，該逆變器設備的輸出同步方法包含有以下步驟：當本機的狀態訊號設定為一從機狀態時，通過該匯流排接收該同步開機訊號(S213)，並根據該同步開機訊號啟動本機的電源轉換(S214)，輸出該交流電(S215)，且通過該匯流排接收該同步輸出訊號(S216)，再根據該同步輸出訊號控制該交流電的輸出相位(S217)。

在本較佳實施例中，該些逆變器10的狀態訊號只有其中一個逆變器10會被設定為主機狀態，其他的逆變器10則是會被設定為該從機狀態。

當該逆變器10的控制單元11設定本機的狀態訊號為該從機狀態時，代表該逆變器10為從機(slave)，不需要發出控制訊號，只須根據主機(master)發出的控制訊號進行控制。

舉例來說，當該逆變器10的控制單元11設定本機的狀態訊號為該從機狀態時，狀態資訊為該從機狀態的該逆變器10的該控制單元11只需通過該匯流排20接收狀態資訊為該主機狀態的該逆變器10發出的該同步開機訊號，並根據該同步開機訊號啟動電源轉換。且當被設定為從機的逆變器10的控制單元11啟動該電源轉換時，被設定為從機的該些逆變器10的控制單元11會從該匯流排20接收被設定為主機的逆變器10發出的該同步輸出訊號，並根據該同步輸出訊號控制該電源轉換單元12輸出該交流電的輸出相位，藉此持續維持被設定為從機的逆變器10輸出的交流電與被設定為主機的逆變器10輸出的交流電的相位相同。

此外，該逆變器設備的輸出同步方法還包含有以下步驟：當未通過該匯流排接收到其他逆變器的身份訊號及狀態訊號時，設定本機的狀態訊號為該主機狀態(S203)；產生並發送該同步開機訊號至該匯流排(S204)；根據該同步開機訊號啟動本機的電源轉換(S205)；輸出該交流電(S206)；及根據輸出的該交流電產生並發送該同步輸出訊號至該匯流排(S207)。

由於當其中一逆變器10的控制單元11未通過匯流排接收到其他逆變器10的身份訊號及狀態訊號時，代表目前未通過匯流排20接收到訊號的逆變器10無法於其他逆變器10交換訊號，因此會直接設定其狀態資訊為主機狀態，藉此維持正常運行，且同樣發出該同步開機訊號及該同步輸出訊號至該匯流排20供其他逆變器10跟隨其運作，以維持同步的交流電輸出相位。

而在步驟S208「根據本機的身份資訊及其他逆變器的身份資訊設定本機的狀態訊號」中，進一步包含有以下子步驟：判斷其他逆變器的狀態訊號中是否有任一逆變器的狀態訊號為該主機狀態(S2081)；當其他逆變器的狀態訊號中有任一逆變器的狀態訊號為該主機狀態時，設定本機的狀態訊號為一從機狀態(S2082)；當其他逆變器的狀態訊號沒中有任一逆變器的狀態訊號為該主機狀態時，進一步判斷本機的身份訊號是否小於所有逆變器的身份訊號(S2083)；當本機的身份訊號小於所有逆變器的身份訊號時，設定本機的狀態訊號為該主機狀態(S2084)；當本機的身份訊號未小於所有逆變器的身份訊號時，設定本機的狀態訊號為該從機狀態(S2085)。

舉例來說，當其中一逆變器10接收到其他逆變器10的身分訊號與狀態訊號時，會確認其他逆變器10中有無被設定為主機的存在，若有，則直接設定自身的狀態訊號為從機，因為在該逆變器設備中，只能有一個主機的存在。若該些逆變器10的狀態資訊皆無被設定為主機狀態的存在時，其中一逆變器10會先比較其自身的身分訊號與其他逆變器10的身分訊號的大小，若其自身的身分訊號為當中的最小值時，才會設定其自身的狀態訊號為主機狀態。反之，只要其自身的身分訊號不是最小值時，就會設定其自身的狀態訊號為從機狀態，藉此完成設定該些逆變器10的狀態訊號。

也就是說，該逆變器設備是設定該身分訊號中最小的逆變器10的狀態訊號為該主機狀態，而其餘的逆變器10則設定為該從機狀態。因此，該些逆變器10的狀態訊號只有其中一個逆變器10會被設定為主機狀態，其他的逆變器10則是會被設定為該從機狀態。

在本較佳實施例中，該同步開機訊號係一脈衝波訊號，且當接收到該脈衝波訊號中的第二個脈衝波時，才啟動本機的該電源轉換。而該同步輸出訊號係一脈衝波訊號。

舉例來說，當被設定為主機的逆變器10發出該同步開機訊號後，被主機的逆變器10會在該同步開機訊號中的第二個脈衝波才會啟動電源轉換，而被設定為從機的逆變器10同樣會再接收到該同步開機訊號中的第二個脈衝波才會啟動該電源轉換，藉此提高主機與從機的同步率。

進一步而言，請參閱圖4所示，在本較佳實施例中，該匯流排20係一控制器區域網路(Controller Area Network；CAN)匯流排。且該匯流排20包含有一第一匯流排單元21及一第二匯流排單元22。該第一匯流排單元21連接至該些逆變器10的控制單元11，且接收並發送該些逆變器10的控制單元11產生的該身份訊號、該狀態訊號及該同步開機訊號。而該第二匯流排單元22連接至該些逆變器10的控制單元11，且接收並發送該些逆變器10的控制單元11產生的該同步開機訊號。

此外，該些逆變器10的電源轉換單元12分別包含有一直流/直流轉換器121及一直流/交流轉換器122。該直流/直流轉換器121連接至該直流電源30，以轉換該直流電源輸出的直流電為一待轉換直流電。該直流/交流轉換器122連些至該直流/直流轉換器121及該負載40，以接收該直流/直流轉換器121輸出的該待轉換直流電，並將該待轉換直流電轉換成該交流電輸出至該負載40。

藉由該直流/直流轉換器121先將該直流電源30輸出的直流電轉換為該待轉換直流電，例如升壓或降壓轉換，再藉由該直流/交流轉換器122將該待轉換直流電轉換成該交流電，可將過高或過低的該直流電的電壓轉換成較適合直/交流轉換的電壓，藉此提高直/交流轉換的轉換效率，以提升整體效能。

以上所述僅是本發明的較佳實施例而已，並非對本發明做任何形式上的限制，雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然而並非用以限定本發明，任何熟悉本專業的技術人員，在不脫離本發明技術方案的範圍內，當可利用上述揭示的技術內容做出些許更動或修飾為等同變化的等效實施例，但凡是未脫離本發明技術方案的內容，依據本發明的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬於本發明技術方案的範圍內。

10:逆變器 11:控制單元 12:電源轉換單元 121:直流/直流轉換器 122:直流/交流轉換器 20:匯流排 21:第一匯流排單元 22:第二匯流排單元 30:直流電源 40:負載

圖1為應用本發明的逆變器設備的系統架構示意圖。圖2及圖3為本發明的逆變器設備的同步輸出方法的流程示意圖。圖4為本發明的逆變器設備的同步輸出方法的另一流程示意圖。圖5為應用本發明的逆變器設備的另一系統架構示意圖。

10:逆變器

11:控制單元

12:電源轉換單元

20:匯流排

30:直流電源

40:負載

Claims

一種逆變器設備的輸出同步方法，主要係由一逆變器的一控制單元執行，且包含有以下步驟：產生並發送本機的一身份訊號及一狀態訊號至一匯流排；判斷是否通過該匯流排接收到其他逆變器的一身份訊號及一狀態訊號；當通過該匯流排接收到其他逆變器的身份訊號及狀態訊號時，根據本機的身份資訊及其他逆變器的身份資訊設定本機的狀態訊號；當本機的狀態訊號設定為一主機狀態時，產生並發送一同步開機訊號至該匯流排，並根據該同步開機訊號啟動本機的一電源轉換；當啟動該電源轉換時，輸出一交流電，並根據輸出的該交流電產生並發送一同步輸出訊號至該匯流排。
如請求項1所述之逆變器設備的輸出同步方法，進一步包含有以下步驟：當未通過該匯流排接收到其他逆變器的身份訊號及狀態訊號時，設定本機的狀態訊號為該主機狀態，且產生並發送該同步開機訊號至該匯流排，並根據該同步開機訊號啟動本機的電源轉換。
如請求項1所述之逆變器設備的輸出同步方法，進一步包含有以下步驟：當本機的狀態訊號設定為一從機狀態時，通過該匯流排接收該同步開機訊號，並根據該同步開機訊號啟動本機的電源轉換，輸出該交流電，且通過該匯流排接收該同步輸出訊號，再根據該同步輸出訊號控制該交流電的輸出相位。
如請求項1所述之逆變器設備的輸出同步方法，其中在根據本機的身份資訊及其他逆變器的身份資訊設定本機的狀態訊號的步驟中，進一步包含有以下子步驟：判斷其他逆變器的狀態訊號中是否有任一逆變器的狀態訊號為該主機狀態；當其他逆變器的狀態訊號中有任一逆變器的狀態訊號為該主機狀態時，設定本機的狀態訊號為一從機狀態；當其他逆變器的狀態訊號沒中有任一逆變器的狀態訊號為該主機狀態時，進一步判斷本機的身份訊號是否小於所有逆變器的身份訊號；當本機的身份訊號小於所有逆變器的身份訊號時，設定本機的狀態訊號為該主機狀態；當本機的身份訊號未小於所有逆變器的身份訊號時，設定本機的狀態訊號為該從機狀態。
如請求項1所述之逆變器設備的輸出同步方法，其中該同步開機訊號係一脈衝波訊號，且當接收到該脈衝波訊號中的第二個脈衝波時，才啟動本機的該電源轉換。
如請求項1所述之逆變器設備的輸出同步方法，其中該同步輸出訊號係一脈衝波訊號。
一種逆變器設備，供連接至一直流電源，且接收並轉換該直流電源輸出的一直流電成一交流電後，供電至一負載；其中該逆變器設備包含有：一匯流排；複數逆變器，彼此相互並聯，且各逆變器分別包含有一控制單元及一電源轉換單元；其中該些逆變器的電源轉換單元分別連接至該直流電源及該負載；其中該些逆變器的控制單元分別連接至該匯流排，且分別執行如請求項1至6中任一項所述的逆變器設備的輸出同步方法。
如請求項7所述之逆變器設備，其中該匯流排係一控制器區域網路(Controller Area Network；CAN)匯流排。
如請求項7所述之逆變器設備，其中該匯流排包含有：一第一匯流排單元，連接至該些逆變器的控制單元，且接收並發送該些逆變器的控制單元產生的該身份訊號、該狀態訊號及該同步開機訊號；一第二匯流排單元，連接至該些逆變器的控制單元，且接收並發送該些逆變器的控制單元產生的該同步開機訊號。
如請求項7所述之逆變器設備，其中該些逆變器的電源轉換單元分別包含有：一直流/直流轉換器，連接至該直流電源，以轉換該直流電源為一待轉換直流電；一直流/交流轉換器，連些至該直流/直流轉換器及該負載，以接收該直流/直流轉換器輸出的該待轉換直流電，並將該待轉換直流電轉換成該交流電輸出至該負載。