專利名稱：一種基于buck-boost電路的新型dc/ac逆變器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明提出一種基于BUCK-BOOST電路的新型DC/AC逆變器，可廣泛應(yīng)用于風(fēng)力發(fā)電、太陽能發(fā)電和其它分布式發(fā)電系統(tǒng)，也可適用于電動汽車和交流電動機(jī)調(diào)速裝置等領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
DC/AC換流器又稱為逆變器，其作用是利用半導(dǎo)體開關(guān)器的開通和關(guān)斷，將直流電源轉(zhuǎn)換為幅值和頻率均可控制的正弦交流輸出電源，用來驅(qū)動交流電機(jī)或作為交流不間斷電源，或者直接與電網(wǎng)連接，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)并網(wǎng)運(yùn)行。隨著全球能源供應(yīng)的日益緊張，人們對采用可再生能源的分布式發(fā)電技術(shù)日益關(guān)注。風(fēng)能發(fā)電、太陽能發(fā)電和燃料電池等分布式發(fā)電系統(tǒng)的高效運(yùn)行都有賴于電力電子技術(shù)。但是，分布式發(fā)電系統(tǒng)自身的瞬時輸入功率與輸入電壓變化范圍較大，因而對電能變換的主要環(huán)節(jié)一電壓源型逆變器的要求很高，如，要求系統(tǒng)高效運(yùn)行功率范圍寬，具有寬范圍輸入電壓適應(yīng)能力等。傳統(tǒng)的DC/AC電壓型逆變器有著自身的缺點(diǎn):一方面輸出電壓的幅值最大只能達(dá)到直流輸入電壓值，逆變器工作效率隨著輸出功率的減少而明顯下降；另一方面，常用DC-AC轉(zhuǎn)換器多采用橋式主電路，輸入為單輸入，特別是在軟開關(guān)技術(shù)應(yīng)用技術(shù)方面存在一定欠缺。為了解決上述問題，需要在直流電源與逆變器之間增加Boost升壓電路以適應(yīng)直流輸入電壓的變化，增加一級硬開關(guān)DC/DC電能變換，整機(jī)效率和可靠性必然受到影響；為了延長電力電子器件的壽命和工作的可靠性，需要考慮器件的軟開通和關(guān)斷問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出了一種基于BUCK-B00ST電路的DC-AC變換電路，系統(tǒng)采用兩輸入一輸出形式，既可以實(shí)現(xiàn)輸出電壓高低的自動調(diào)節(jié)，以滿足寬輸入電壓的要求，又可以充分利用成熟的升降壓電路軟開斷技術(shù)，最大限度的降低器件通斷損耗，有效延長開關(guān)器件的使用壽命。


圖1是變換器各部分構(gòu)成圖；圖2是DC-AC變換器主電路拓?fù)?；圖3 BUCK-B00ST電路工作模式I ;圖4 BUCK-B00ST電路工作模式2 ；圖5是系統(tǒng)電壓滯環(huán)比較閉環(huán)控制框圖；圖6是系統(tǒng)開環(huán)H)控制框圖；圖7是系統(tǒng)閉環(huán)PI控制框圖；具體實(shí)施方法圖1為DC/AC逆變器各部分構(gòu)成圖。逆變器主要由直流電源輸入1、直流電源輸Λ 2、系統(tǒng)給定輸入3、反饋信號4、控制器5、PWM信號發(fā)生器6、輸出信號檢測單元7、負(fù)載8和主電路9等組成。其中直流電源輸入I和直流電源輸入2做為逆變器的主電路供電電源，給主電路供電；給定輸入信號3是系統(tǒng)輸出信號的給定信號，與反饋信號4做差后送入控制器5，生成PWM信號脈寬控制信號，再經(jīng)過PWM信號發(fā)生器6產(chǎn)生PWM信號并驅(qū)動主電路器件的開通與關(guān)斷；輸出信號檢測單元7用于產(chǎn)生反饋信號。系統(tǒng)給定輸入3、反饋信號
4、控制器5、PWM信號發(fā)生器6在具體實(shí)現(xiàn)時可以是由電位器、模擬PID控制器和三角波比較信號等模擬組成，也可以由按鍵、CPU等數(shù)字電路組成。圖2所示為主電路拓?fù)鋱D。電路由正組和反組兩個BUCK-BOOST電路組成。正組負(fù)責(zé)提供反向電壓，反組負(fù)責(zé)產(chǎn)生正向電壓。S1導(dǎo)通時，續(xù)流二極管D1的陰極電壓為輸入電SE1，而且穩(wěn)態(tài)時電容C1已充電到某一負(fù)電壓，致使二極管反偏截止，由于恒定電壓E1施加在L1上，所以其電流以CliMi=E1/L1的斜率線性上升。導(dǎo)通一段時間后，電感LI的電流達(dá)到最大值，其等效電路如圖3所示。當(dāng)S1關(guān)斷時，電感儲能以自感電動勢形式釋放，續(xù)流二極管D1導(dǎo)通，電流線性下降并給電容充電，其等效電路如圖4所示。電感電流k通過濾波電容C1、負(fù)載電感L和負(fù)載電阻R，負(fù)載電壓平均值與輸入電壓E1極性相反。由于米用BUCK-BOOST電路，輸出電壓可以高于輸入電壓，也可以低于輸入電壓。為了 實(shí)現(xiàn)DC-AC轉(zhuǎn)換器功能，需要Si/^與 SvS4搭配使用。當(dāng)需要輸出電壓的反向部分時，開關(guān)器件S2常通，開關(guān)器件S1起到調(diào)節(jié)輸出電壓的功能。同樣，當(dāng)需要輸出電壓的正向部分時，開關(guān)器件S4常通，開關(guān)器件S3起到調(diào)節(jié)輸出電壓的功能。常規(guī)的BUCK-BOOST電路，主要用來進(jìn)行DC-DC變換，要求輸出電壓波動小，抗干擾能力強(qiáng)，而用做DC-AC變換器時，要求輸出電壓連續(xù)可調(diào)，追求的是快速跟隨性能，具體實(shí)現(xiàn)可通過實(shí)時調(diào)節(jié)BUCK-B00ST電路的占空比實(shí)現(xiàn)。為了實(shí)現(xiàn)輸出信號對給定正弦信號的高質(zhì)量跟蹤，常用的控制脈沖生成方法有滯環(huán)跟蹤控制法和高頻三角波調(diào)制方法。滯環(huán)跟蹤控制法是將輸出信號與給定正弦參考信號，進(jìn)行實(shí)時比較，可以實(shí)現(xiàn)輸出信號對輸入信號的實(shí)時跟蹤，屬于輸入輸出閉環(huán)控制的范疇，缺點(diǎn)是系統(tǒng)的工作周期不固定，對系統(tǒng)輸出信號的影響比較大，其對應(yīng)的控制框圖如圖5所示。為了保證輸出電壓的跟蹤效果，在實(shí)際應(yīng)用時，采用電壓滯環(huán)比較確定工作時間，在工作時間中通過固定頻率和占空比的高頻信號。高頻調(diào)制方法是三角調(diào)制波與正弦參考波進(jìn)行實(shí)時比較，產(chǎn)生需要的控制脈沖，即SPWM控制，其優(yōu)點(diǎn)是系統(tǒng)的開關(guān)器件工作頻率固定，便于濾除諧波信號。利用BUCK-B00ST電路實(shí)現(xiàn)正弦波時是由正反兩組電路輸出正弦波的正負(fù)半波，在對正弦波形質(zhì)量要求不是很高的時候采用開環(huán)控制，直接使用比例微分控制，既保證了波形輸出正弦的質(zhì)量又可以很好的保證響應(yīng)的快速性，但輸出電壓的幅值受到輸入電壓的控制，相應(yīng)控制框圖如圖6所示。如果對輸出電壓波形的要求很高，可采用輸出電壓閉環(huán)控制，直接采用PI控制，有效保證輸出電壓恒定不受輸入電壓變化的影響，其控制框圖如圖7所示。當(dāng)基準(zhǔn)正弦波Vref從零開始增加，輸出電壓跟蹤基準(zhǔn)電壓變化，由PI調(diào)節(jié)器得到誤差信號Ve，Ve與三角波比較產(chǎn)生PWM信號，PWM信號再與給定信號過零信號配合控制，控制開關(guān)器件Sp S2, S3> S4的通斷，從而輸出相應(yīng)的電壓信號。本說明的特征可以歸納為:雙直流電源輸入，單交流輸出，輸出電壓可升高也可以降低。
權(quán)利要求
1.新型DC/AC逆變器主要由直流電源輸入1、直流電源輸入2、系統(tǒng)給定輸入3、反饋信號4、控制器5、PWM信號發(fā)生器6、輸出信號檢測單元7、負(fù)載8和主電路9等組成。其中直流電源輸入I和直流電源輸入2做為逆變器的主電路供電電源，給主電路供電；給定輸入信號3是系統(tǒng)輸出信號的給定信號，與反饋信號4做差后送入控制器5，生成PWM信號脈寬控制信號，再經(jīng)過PWM信號發(fā)生器6產(chǎn)生PWM信號并驅(qū)動主電路器件的開通與關(guān)斷；輸出信號檢測單元7用于產(chǎn)生反饋信號。PWM信號發(fā)生器6即可以由三角波載波電路與參考信號模擬比較電路實(shí)現(xiàn)，也可以由控制CPU內(nèi)部的PWM信號產(chǎn)生方法實(shí)現(xiàn)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型DC/AC逆變器，其特征是其主電路供電是由兩組獨(dú)立直流電源供電，主電路輸出是一路交流電源；主電路拓?fù)溆烧磧山MBUCK-BOOST電路組成，即可以實(shí)現(xiàn)升壓輸出，也可以實(shí)現(xiàn)降壓輸出。
3.根據(jù)權(quán)利要求1和要求2要求的新型DC/AC逆變器，其系統(tǒng)給定輸入3、反饋信號4、控制器5、PWM信號發(fā)生器6在具體實(shí)現(xiàn)時可以是由電位器、模擬PID控制器和三角波比較信號等模擬組成，也可以由按鍵、CPU等數(shù)字電路組成。
全文摘要
一種基于BUCK-BOOST電路的新型DC/AC逆變器主要由直流電源輸入1、直流電源輸入2、系統(tǒng)給定輸入、反饋信號、控制器、PWM信號發(fā)生器、輸出信號檢測單元、負(fù)載和主電路等組成。本發(fā)明基于BUCK-BOOST電路，可實(shí)現(xiàn)降壓和升壓輸出功能，既擴(kuò)大了輸入電壓的范圍又可以利用成熟的軟開關(guān)技術(shù)，有效降低器件開關(guān)損耗。本發(fā)明采用兩組直流電源同時供電，分別產(chǎn)生輸出正弦信號的正負(fù)半波，便于模塊化。
文檔編號H02M7/537GK103117670SQ201310008260
公開日2013年5月22日 申請日期2013年1月10日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月10日
發(fā)明者陳榮, 張加勝 申請人:中國石油大學(xué)(華東)