一种无电解电容的准单级逆变器及其控制方法技术

本发明专利技术公开了一种无电解电容的准单级逆变器及其控制方法。该准单级逆变器的主电路拓扑包括直流电源、输入滤波电容、主开关管、隔离变压器、整流电路、滤波电路、极性反转逆变桥、负载及有源辅助电路；其控制方法为：辅助电感电流采样值经过低通滤波器提取低频分量，再利用减法器、P控制器获得辅助电感电流调制波，最后通过比较器、驱动电路，从而控制辅助电感电流跟踪其参考值；辅助电容电压采样值和负载电压采样值经过调制波计算模块获得三个调制波，再通过比较器、逻辑电路、分频电路以及驱动电路，从而控制逆变器按要求工作。本发明专利技术把交流负载带来的功率纹波引入有源辅助电路，所以电路中并不需要大电解电容来滤除低频功率纹波。

Quasi single stage inverter without electrolytic capacitor and control method thereof

The invention discloses a quasi single stage inverter without electrolytic capacitor and a control method thereof. The main circuit topology of the quasi single stage inverter includes a DC power supply, input filter capacitor, main switch, isolation transformer, rectifier circuit, filter circuit, polarity reversal inverter, active load and auxiliary circuit; the control method for the sampling value of low-frequency component extraction by low pass filter auxiliary inductor current, the subtractor the P controller, the auxiliary inductor current modulation wave, the comparator, driver circuit, thereby controlling the auxiliary inductor current tracking the reference value; the auxiliary capacitor voltage sampling value and load voltage sampling value through modulation wave calculation module three modulation wave obtained by comparator, logic circuit, frequency divider circuit and the drive circuit to control the inverter according to the requirements of the work. In the invention, the power ripple caused by the AC load is introduced into the active auxiliary circuit, so the large electrolytic capacitor is not needed to filter the low-frequency power ripple.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种无电解电容的准单级逆变器及其控制方法，属于新能源电力变换纹波抑制

技术介绍
近年来，人类对自然环境越来越重视，清洁、高效、可持续发展的新能源动力技术引起了广泛关注，已出现了一些关于新能源发电的逆变器拓扑及控制方案。对于这种逆变器，交流输出功率中含有的两倍频功率脉动必然会反馈传输到直流输入侧，从而影响蓄电池、燃料电池等输入源的使用寿命，严重时会干扰直流电源系统的稳定性，因此解决新能源发电系统中的功率纹波问题，提高新能源的利用效率已刻不容缓。虽然这种低频纹波可以用大电解电容来滤除，但在高温工作条件下，电解电容长时间频繁的充放电会导致其使用寿命下降，所以考虑到逆变器的使用寿命和功率密度，不推荐使用电解电容。在电路中接入LC谐振电路，通过将谐振电路频率设计为两倍输出频率，也可以滤除两倍功率纹波，但所需的电感和电容体积都比较大，降低了系统的可靠性和功率密度。总而言之，这些常用的依靠无源器件来滤除功率纹波的方法，往往都存在着体积大、成本高等问题。为此，一些学者也在探索其它方法，不仅可以滤除功率纹波，也可以减小容值以便使用其它更长寿命电容，例如薄膜电容等。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对上述逆变器所存在的技术缺陷提供一种无电解电容的准单级逆变器及其控制方法，采用这种准单级逆变器和控制方法不但能实现直流输入侧无低频功率纹波，同时可以舍去电解电容这种可靠性低、寿命短的大电容。本专利技术为实现上述目的，采用如下技术方案：本专利技术的一种无电解电容的准单级逆变器，包括直流电源、输入滤波电容、主开关管、隔离变压器、整流电路、滤波电路、极性反转逆变桥及负载，其中主开关管包括两个开关管，隔离变压器包括三个绕组，直流电源的正极接输入滤波电容的一端，直流电源的负极、输入滤波电容的另一端、第一主开关管的发射极和第二主开关管的发射极相连接，第一绕组的异名端接第一主开关管的集电极，第一绕组的同名端接第二绕组的异名端，第二绕组的同名端接第二主开关管的集电极，整流电路包括四个二极管，第一整流二极管的阳极、第二整流二极管的阴极和第三绕组的同名端相连接，第三整流二极管的阳极、第四整流二极管的阴极和第三绕组的异名端相连接，第一整流二极管和第三整流二极管的阴极连接构成整流电路的正输出端，第二整流二极管和第四整流二极管的阳极连接构成整流电路的负输出端，极性反转逆变桥包括四个开关管，滤波电感的一端接整流电路的正输出端，滤波电感的另一端、滤波电容的一端、第一开关管的集电极和第三开关管的集电极相连接，滤波电容的另一端、整流电路的负输出端、第二开关管的发射极和第四开关管的发射极相连接，第一开关管的发射极和第二开关管的集电极相连构成极性反转逆变桥的正输出端，第三开关管的发射极和第四开关管的集电极相连构成极性反转逆变桥的负输出端，极性反转逆变桥的正输出端接负载的一端，极性反转逆变桥的负输出端接负载的另一端，其特征在于：还包括有源辅助电路；其中有源辅助电路包括辅助电感、辅助电容、两个辅助二极管和两个辅助开关管，第一辅助二极管的阳极接直流电源的正极，第一辅助二极管的阴极、辅助电容的正端和第二辅助开关管的集电极相连接，辅助电容的负端、第二辅助二极管的阳极和第一辅助开关管的发射极相连接，第一辅助开关管的集电极、辅助电感的一端和直流电源的负极相连接，辅助电感的另一端、第二辅助二极管的阴极和第二辅助开关管的发射极相连接。所述的一种无电解电容的准单级逆变器，其特征在于，所述准单级逆变器的控制方法包括以下步骤：步骤A，检测辅助电感电流信号，辅助电容电压信号，负载电压信号；步骤B，将步骤A得到的辅助电感电流信号经过低通滤波器，获得其低频分量；步骤C，计算辅助电感电流参考信号与辅助电感电流低频分量的差值；步骤D，将步骤A得到的辅助电容电压信号经过低通滤波器，获得其直流分量；步骤E，计算辅助电容电压参考信号与辅助电容电压直流分量的差值，将得到的电压差值用PI控制器进行调节，获得辅助电容电压扰动信号；步骤F，将步骤C得到的电流差值用P控制器进行调节，然后加入步骤E得到的辅助电容电压扰动信号，获得准单级逆变器辅助电感电流的调制波信号；步骤G，将前述辅助电感电流的调制波信号输入比较器与锯齿载波比较，获得第二辅助开关管的PWM控制信号；步骤H，将步骤A得到的辅助电容电压信号、负载电压信号分别输入调制波计算模块，获得第一、第二、第三调制波信号；步骤I，将前述第一、第二、第三调制波信号分别输入比较器与锯齿载波比较，获得第一、第二、第三逻辑信号；步骤J，将步骤A得到的负载电压信号输入过零比较器，获得第四逻辑信号；步骤K，将前述第一、第二逻辑信号和判定模式1、模式2的信号分别输入逻辑电路，在逻辑电路中第一逻辑信号和判定模式1的信号接入逻辑与门、第二逻辑信号和判定模式2的信号接入逻辑与门后，再接入逻辑或门得到主开关管的PWM控制信号；将前述第二、第三逻辑信号分别输入逻辑电路，在逻辑电路中第三逻辑信号先经过逻辑非门后，和第二逻辑信号一起接入逻辑与门后，再和判定模式2的信号接入逻辑与门得到第一辅助开关管的PWM控制信号；将前述第四逻辑信号输入逻辑电路，在逻辑电路中先经过逻辑非门得到第二、第三开关管的PWM控制信号后，再经过逻辑非门得到第一、第四开关管的PWM控制信号；步骤L，将步骤K得到的主开关管的PWM控制信号输入分频电路，分别获得第一主开关的PWM控制信号和第二主开关的PWM控制信号；步骤M，分别将步骤G得到的第二辅助开关管PWM控制信号，步骤K得到的第一辅助开关管的PWM控制信号以及第一、第二、第三和第四开关管的PWM控制信号，步骤L得到的第一主开关的PWM控制信号、第二主开关的PWM控制信号输入驱动电路得到两个主开关管、两个辅助开关管和极性反转逆变桥四个开关管的驱动信号，控制准单级逆变器。本专利技术与原有技术相比的主要技术特点是，由于增加了有源辅助电路，通过把交流负载带来的功率纹波引入有源辅助电路，直流电源端只有直流功率，因此电路中不需要大电解电容来滤除低频功率纹波。附图说明附图1是本专利技术的一种无电解电容的准单级逆变器主电路及其控制方法的结构示意图。附图2是本专利技术的一种无电解电容的准单级逆变器输入输出功率关系示意图。附图3～图10是本专利技术的一种无电解电容的准单级逆变器的各开关模态示意图。附图11是本专利技术应用于负载电压110V/50Hz场合下输入电流、辅助电容电压、滤波电感电流及负载电压的仿真波形。上述附图中的主要符号名称：Vin、电源电压。Sm1、Sm2、Sx1、Sx2、S1～S4、功率开关管。Dx1、Dx2、辅助二极管。Cin、输入滤波电容。Cx、辅助电容。Lx、辅助电感。Tr、隔离变压器。N1、N2、N3、隔离变压器绕组。D1～D4、整流二极管。Lf、滤波电感。Cf、滤波电容。RL、负载。vx、辅助电容电压。vo、负载电压。具体实施方式下面结合附图对专利技术的技术方案进行详细说明：附图1所示的是一种无电解电容的准单级逆变器主电路及其控制方法的结构示意图。无电解电容的准单级逆变器主电路由直流电源、输入滤波电容1、主开关管2、隔离变压器3、整流电路4、滤波电路5、极性反转逆变桥6、负载7及辅助电路8组成。Sm1、Sm2、Sx1、Sx2是四只功率开关管，Lx是本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种无电解电容的准单级逆变器，包括直流电源、输入滤波电容(1)、主开关管(2)、隔离变压器(3)、整流电路(4)、滤波电路(5)、极性反转逆变桥(6)及负载(7)，其中主开关管(2)包括两个开关管，隔离变压器(3)包括三个绕组，直流电源的正极接输入滤波电容(1)的一端，直流电源的负极、输入滤波电容(1)的另一端、第一主开关管的发射极和第二主开关管的发射极相连接，第一绕组的异名端接第一主开关管的集电极，第一绕组的同名端接第二绕组的异名端，第二绕组的同名端接第二主开关管的集电极，整流电路(4)包括四个二极管，第一整流二极管的阳极、第二整流二极管的阴极和第三绕组的同名端相连接，第三整流二极管的阳极、第四整流二极管的阴极和第三绕组的异名端相连接，第一整流二极管和第三整流二极管的阴极连接构成整流电路(4)的正输出端，第二整流二极管和第四整流二极管的阳极连接构成整流电路(4)的负输出端，极性反转逆变桥(6)包括四个开关管，滤波电感的一端接整流电路(4)的正输出端，滤波电感的另一端、滤波电容的一端、第一开关管的集电极和第三开关管的集电极相连接，滤波电容的另一端、整流电路(4)的负输出端、第二开关管的发射极和第四开关管的发射极相连接，第一开关管的发射极和第二开关管的集电极相连构成极性反转逆变桥(6)的正输出端，第三开关管的发射极和第四开关管的集电极相连构成极性反转逆变桥(6)的负输出端，极性反转逆变桥(6)的正输出端接负载(7)的一端，极性反转逆变桥(6)的负输出端接负载(7)的另一端，其特征在于：还包括有源辅助电路(8)；其中有源辅助电路(8)包括辅助电感、辅助电容、两个辅助二极管和两个辅助开关管，第一辅助二极管的阳极接直流电源的正极，第一辅助二极管的阴极、辅助电容的正端和第二辅助开关管的集电极相连接，辅助电容的负端、第二辅助二极管的阳极和第一辅助开关管的发射极相连接，第一辅助开关管的集电极、辅助电感的一端和直流电源的负极相连接，辅助电感的另一端、第二辅助二极管的阴极和第二辅助开关管的发射极相连接。...

【技术特征摘要】
1.一种无电解电容的准单级逆变器，包括直流电源、输入滤波电容(1)、主开关管(2)、隔离变压器(3)、整流电路(4)、滤波电路(5)、极性反转逆变桥(6)及负载(7)，其中主开关管(2)包括两个开关管，隔离变压器(3)包括三个绕组，直流电源的正极接输入滤波电容(1)的一端，直流电源的负极、输入滤波电容(1)的另一端、第一主开关管的发射极和第二主开关管的发射极相连接，第一绕组的异名端接第一主开关管的集电极，第一绕组的同名端接第二绕组的异名端，第二绕组的同名端接第二主开关管的集电极，整流电路(4)包括四个二极管，第一整流二极管的阳极、第二整流二极管的阴极和第三绕组的同名端相连接，第三整流二极管的阳极、第四整流二极管的阴极和第三绕组的异名端相连接，第一整流二极管和第三整流二极管的阴极连接构成整流电路(4)的正输出端，第二整流二极管和第四整流二极管的阳极连接构成整流电路(4)的负输出端，极性反转逆变桥(6)包括四个开关管，滤波电感的一端接整流电路(4)的正输出端，滤波电感的另一端、滤波电容的一端、第一开关管的集电极和第三开关管的集电极相连接，滤波电容的另一端、整流电路(4)的负输出端、第二开关管的发射极和第四开关管的发射极相连接，第一开关管的发射极和第二开关管的集电极相连构成极性反转逆变桥(6)的正输出端，第三开关管的发射极和第四开关管的集电极相连构成极性反转逆变桥(6)的负输出端，极性反转逆变桥(6)的正输出端接负载(7)的一端，极性反转逆变桥(6)的负输出端接负载(7)的另一端，其特征在于：还包括有源辅助电路(8)；其中有源辅助电路(8)包括辅助电感、辅助电容、两个辅助二极管和两个辅助开关管，第一辅助二极管的阳极接直流电源的正极，第一辅助二极管的阴极、辅助电容的正端和第二辅助开关管的集电极相连接，辅助电容的负端、第二辅助二极管的阳极和第一辅助开关管的发射极相连接，第一辅助开关管的集电极、辅助电感的一端和直流电源的负极相连接，辅助电感的另一端、第二辅助二极管的阴极和第二辅助开关管的发射极相连接。2.如权利要求1所述的一种无电解电容的准单级逆变器，其特征在于，所述准单级逆变器的控制方法包括以下步骤：步骤A，检测辅助电感电流信号，辅助电...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈仲，袁涛，李梦南，
申请(专利权)人：陈仲，
类型：发明
国别省市：江苏;32