一種反激式單相逆變器及其控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種反激式單相逆變器及其控制方法，屬于隔離型逆變器，其利用有 源功率解耦電路來(lái)實(shí)現(xiàn)低頻功率脈動(dòng)的解耦。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來(lái)，人類對(duì)自然環(huán)境越來(lái)越重視，清潔、高效、可持續(xù)發(fā)展的新能源動(dòng)力技術(shù) 引起了廣泛關(guān)注，已出現(xiàn)了一些關(guān)于新能源發(fā)電的逆變器拓?fù)浼翱刂品桨?。?duì)于這種逆變 器，交流輸出功率中含有的兩倍頻功率脈動(dòng)必然會(huì)反饋傳輸?shù)街绷鬏斎雮?cè)，從而影響蓄電 池、燃料電池等輸入源的使用壽命，嚴(yán)重時(shí)會(huì)干擾直流電源系統(tǒng)的穩(wěn)定性，因此解決新能源 發(fā)電系統(tǒng)中的功率紋波問(wèn)題，提高新能源的利用效率已刻不容緩。雖然這種低頻紋波可以 用大電解電容來(lái)濾除，但在高溫工作條件下，電解電容長(zhǎng)時(shí)間頻繁的充放電會(huì)導(dǎo)致其使用 壽命下降，所以考慮到逆變器的使用壽命和功率密度，不推薦使用電解電容。在電路中接入 LC諧振電路，通過(guò)將諧振電路頻率設(shè)計(jì)為兩倍輸出頻率，也可以濾除兩倍功率紋波，但所需 的電感和電容體積都比較大，降低了系統(tǒng)的可靠性和功率密度?？偠灾?，這些常用的依 靠無(wú)源器件來(lái)濾除功率紋波的方法，往往都存在著體積大、成本高等問(wèn)題。為此，一些學(xué)者 也在探索其它方法，除了改進(jìn)電路拓?fù)渫?，也提出了新穎的控制策略，不僅可以濾除功率紋 波，也可以減小容值以便使用其它更長(zhǎng)壽命電容，例如薄膜電容等。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的在于針對(duì)上述逆變器所存在的技術(shù)缺陷提供一種反激式單相逆變 器及其控制方法，采用這種逆變器和控制方法，既實(shí)現(xiàn)了電能變換，又解決了直流輸入側(cè)低 頻功率脈動(dòng)問(wèn)題，具有很好的穩(wěn)定特性。
[0004] 本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)上述目的，采用如下技術(shù)方案：
[0005] -種反激式單相逆變器，包括直流電源、輸入電容、原邊開(kāi)關(guān)管、隔離變壓器、副邊 二極管、副邊開(kāi)關(guān)管、中間直流母線電容、第一逆變橋臂、第二逆變橋臂、濾波電路及有源功 率解耦電路；其中有源功率解耦電路由隔離變壓器輔助繞組、解耦二極管、解耦電容和四個(gè) 解耦開(kāi)關(guān)管組成；其中隔離變壓器原邊繞組同名端分別接直流電源正極和輸入電容的一 端，隔離變壓器原邊繞組的異名端接原邊開(kāi)關(guān)管的集電極，原邊開(kāi)關(guān)管的發(fā)射極分別接直 流電源的負(fù)極和輸入電容另一端，隔離變壓器副邊繞組的異名端接副邊二極管的陽(yáng)極，副 邊二極管的陰極接副邊開(kāi)關(guān)管的集電極，每個(gè)逆變橋臂都包括二個(gè)開(kāi)關(guān)管，第一開(kāi)關(guān)管的 集電極作為逆變橋臂的正輸入端，第一開(kāi)關(guān)管的發(fā)射極與第二開(kāi)關(guān)管的集電極連接構(gòu)成逆 變橋臂的輸出端，第二開(kāi)關(guān)管的發(fā)射極作為逆變橋臂的負(fù)輸入端，副邊開(kāi)關(guān)管的發(fā)射極、中 間直流母線電容的一端和逆變橋臂的正輸入端連接，逆變橋臂的負(fù)輸入端、中間直流母線 電容另一端和隔離變壓器副邊繞組的同名端連接，第一逆變橋臂和第二逆變橋臂的輸出端 接濾波電路，隔離變壓器輔助繞組的異名端接解耦二極管的陽(yáng)極，解耦二極管的陰極、第一 解耦開(kāi)關(guān)管的集電極和第二解耦開(kāi)關(guān)管的集電極相連接，輔助繞組的同名端、第三解耦開(kāi) 關(guān)管的發(fā)射極和第四解耦開(kāi)關(guān)管的發(fā)射極相連接，第一解耦開(kāi)關(guān)管的發(fā)射極、第三解耦開(kāi) 關(guān)管的集電極和解耦電容的正端相連接，解耦電容的負(fù)端、第二解耦開(kāi)關(guān)管的發(fā)射極和第 四解耦開(kāi)關(guān)管的集電極相連接。其中，逆變橋臂的控制方法為傳統(tǒng)單級(jí)性PWM調(diào)制；其特征 在于，該反激式單相逆變器的控制方法還包括以下步驟：
[0006] 步驟A，檢測(cè)解耦電容電壓信號(hào)，中間直流母線電壓信號(hào)，逆變橋臂的輸入電流信 號(hào)；
[0007] 步驟B，將步驟A得到的解耦電容電壓信號(hào)經(jīng)過(guò)低通濾波器，獲得其直流分量；
[0008] 步驟C，計(jì)算解耦電容電壓參考信號(hào)與解耦電容電壓信號(hào)直流分量的差值；
[0009] 步驟D，將步驟A得到的中間直流母線電壓信號(hào)和逆變橋臂的輸入電流信號(hào)輸入 基準(zhǔn)生成電路，獲得原邊電流參考信號(hào)和副邊電流參考信號(hào)；
[0010] 步驟E，將步驟C得到的電壓差值用PI控制器進(jìn)行調(diào)節(jié)，然后加入步驟D得到的原 邊電流參考信號(hào)，獲得原邊電流實(shí)際參考信號(hào)；
[0011] 步驟F，計(jì)算中間直流母線電壓參考信號(hào)與中間直流母線電壓信號(hào)的差值；
[0012] 步驟G，將步驟F得到的電壓差值用PI控制器進(jìn)行調(diào)節(jié)，然后加入步驟D得到的副 邊電流參考ig號(hào)，獲得副邊電流實(shí)際參考ig號(hào)；
[0013] 步驟H，將步驟E得到的原邊電流實(shí)際參考信號(hào)和步驟G得到的副邊電流實(shí)際參考 信號(hào)輸入調(diào)制波生成電路，獲得第一、第二、第三調(diào)制波信號(hào)；
[0014] 步驟I，將前述第一、第二調(diào)制波信號(hào)分別輸入PffM控制電路，獲得第一、第二邏輯 信號(hào)；
[0015] 步驟J，將步驟H得到的第三調(diào)制波信號(hào)輸入過(guò)零比較器，獲得第三邏輯信號(hào)；
[0016] 步驟K，將前述第一邏輯信號(hào)輸入邏輯電路，在邏輯電路中先經(jīng)過(guò)邏輯非門(mén)后，再 經(jīng)過(guò)邏輯非門(mén)，得到原邊開(kāi)關(guān)管的控制信號(hào)；
[0017] 將前述第一、第二、第三邏輯信號(hào)分別輸入邏輯電路，在邏輯電路中第一、第二邏 輯信號(hào)經(jīng)過(guò)邏輯異或門(mén)后，和第三邏輯信號(hào)一起接入邏輯與門(mén)，得到第一、第四解耦開(kāi)關(guān)管 的控制信號(hào)；
[0018] 將前述第一、第二、第三邏輯信號(hào)分別輸入邏輯電路，在邏輯電路中第一、第二邏 輯信號(hào)經(jīng)過(guò)邏輯異或門(mén)，第三邏輯信號(hào)經(jīng)過(guò)邏輯非門(mén)后，再一起接入邏輯與門(mén)，得到第二、 第三解耦開(kāi)關(guān)管的控制信號(hào)；
[0019] 將前述第一、第二、第三邏輯信號(hào)分別輸入邏輯電路，在邏輯電路中第一邏輯信 號(hào)、第一解耦開(kāi)關(guān)管的控制信號(hào)和第二解耦開(kāi)關(guān)管的控制信號(hào)一起接入邏輯或非門(mén)，得到 副邊開(kāi)關(guān)管的控制信號(hào)；
[0020] 步驟L，將步驟K得到的原邊開(kāi)關(guān)管的控制信號(hào)，第一、第四解耦開(kāi)關(guān)管的控制信 號(hào)，第二、第三解耦開(kāi)關(guān)管的控制信號(hào)以及副邊開(kāi)關(guān)管的控制信號(hào)分別輸入驅(qū)動(dòng)電路，得到 原邊開(kāi)關(guān)管的驅(qū)動(dòng)信號(hào)、副邊開(kāi)關(guān)管的驅(qū)動(dòng)信號(hào)以及四個(gè)解耦開(kāi)關(guān)管的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，控制反 激式單相逆變器。
[0021] 有益效果：
[0022] 本發(fā)明披露了一種反激式單相逆變器及其控制方法，采用該控制方法將輸出交流 功率帶來(lái)的功率脈動(dòng)引向有源功率解耦電路，從而有效的解耦脈動(dòng)功率以保證直流電源端 輸入直流功率。
【附圖說(shuō)明】
[0023] 附圖1是本發(fā)明的一種反激式單相逆變器主電路及其控制方法的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024] 附圖2是本發(fā)明的一種反激式單相逆變器進(jìn)一步等效電路圖。
[0025] 附圖3~圖7是本發(fā)明的一種反激式單相逆變器的各開(kāi)關(guān)模態(tài)示意圖。
[0026] 附圖8是本發(fā)明應(yīng)用于輸出電壓220V/50HZ場(chǎng)合下輸入電流、輔助電容電壓、副邊 電流及輸出電壓的仿真波形。
[0027] 上述附圖中的主要符號(hào)名稱=V1、直流電源。C1、輸入電容。S p、原邊開(kāi)關(guān)管。Ss、副 邊開(kāi)關(guān)管。\1、5：!2、5：!3、5：!4、均為解耦開(kāi)關(guān)管。0 ；3、副邊二極管。0：!、解耦二極管。（^、中間直 流母線電容。Cx、解耦電容。T、隔離變壓器。N1、隔離變壓器原邊繞組。N2、隔離變壓器副邊 繞組。Nx、隔離變壓器輔助繞組。Lni、隔離變壓器激磁電感。Si~S4、均為功率開(kāi)關(guān)管。L f、 濾波電感。Cf、濾波電容。&、負(fù)載。Vd。、中間直流母線電壓。\解耦電容電壓。v。、輸出電 壓。
【具體實(shí)施方式】
[0028] 下面結(jié)合附圖對(duì)發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明：
[0029] 附圖1是一種反激式單相逆變器主電路及其控制方法的結(jié)構(gòu)示意圖。反激式單 相逆變器主電路由直流電源V1、輸入電容C1、原邊開(kāi)關(guān)管Sp、隔離變壓器T、副邊二極管D s、 副邊開(kāi)關(guān)管Ss、中間直流母線電容Cd。、第一逆變橋臂、第二逆變橋臂、濾波電路及有源功率 解耦電路組成，其中有源功率解耦電路包括隔離變壓器輔助繞組Nx、解耦二極管Dx、解耦電 容Cx和四個(gè)解耦開(kāi)關(guān)管Sxl~S x4。N1是隔離變壓器原邊繞組。N2是隔離變壓器副邊繞組。 Si~S 4是功率開(kāi)關(guān)管。Lf是濾波電感。Cf是濾波電容。Rl是負(fù)載。V d。是中間直流母線電 壓。Vx是解親電容電壓。V。、輸出電壓。
[0030] 檢測(cè)解耦電容電壓信號(hào)Vx，中間直流母線電壓信號(hào)Vd。，逆變橋臂的輸入電流信號(hào) iinv;將解耦電容電壓信號(hào)V .經(jīng)過(guò)低通濾波器，獲得其直流分量V x;計(jì)算解耦電容電壓參考 信號(hào)Vxraf與解耦電容電壓信號(hào)直流分量V x的差值Δ V x;將中間直流母線電壓信號(hào)V d。和逆 變橋臂的輸入電流信號(hào)iinv輸入基準(zhǔn)生成電路，獲得原邊電流參考信號(hào)I p 和副邊電流參 考信號(hào)is 將電壓差值A(chǔ) PI控制器進(jìn)行調(diào)節(jié)，然后加入原邊電流參考信號(hào)I p "f，獲 得原邊電流實(shí)際參考信號(hào)Ip」計(jì)算中間直流母線電壓參考信號(hào)V d。與中間直流母線電壓 信號(hào)Vd。的差值將電壓差值A(chǔ)Vd。用PI控制器進(jìn)行調(diào)節(jié)，然后加入副邊電流參考信號(hào) is TOf，獲得副邊電流實(shí)際參考信號(hào)is」將原邊電流實(shí)際參考信號(hào)I p ^和副邊電流實(shí)際參考 信號(hào)輸入調(diào)制波生成電路，獲得第一調(diào)制波信號(hào)^、第二調(diào)制波信號(hào)％和第三調(diào)制波信 號(hào)M3;將第一調(diào)制波信號(hào)M i和第二調(diào)制波信號(hào)m 2分別輸入PffM控制電路，獲得第一邏輯信 號(hào)(^和第二邏輯信號(hào)C 2;將第三調(diào)制波信號(hào)M 3輸入過(guò)零比較器，獲得第三邏輯信號(hào)C 3;將 第一邏輯信號(hào)C1輸入邏輯電路，在邏輯電路中先經(jīng)過(guò)邏輯非門(mén)后，再經(jīng)過(guò)邏輯非門(mén)，得到原 邊開(kāi)關(guān)管的控制信號(hào)Qp;將第一邏輯