一种抑制纹波的非隔离型逆变器及其控制方法技术

本发明专利技术公开了一种抑制纹波的非隔离型逆变器及其控制方法，包括直流电源、输入电容、升压电感、主开关管、辅助电感、辅助开关管、辅助二极管、辅助电容、续流二极管、中间直流母线电容、第一逆变桥臂、第二逆变桥臂及滤波电路；其控制方法为：输出电压采样值和输出电流采样值输入电流基准生成电路获得电流基准，电感电流采样值和电流基准通过减法器、电流控制器、逻辑电路以及驱动电路，从而控制电感电流跟踪其基准。本发明专利技术在逆变器的Boost直直变换环节加入了由辅助开关管、辅助二极管和辅助电容构成的辅助电路，通过控制辅助电流跟踪其基准，进而有效的抑制输入电流低频纹波。

【技术实现步骤摘要】
一种抑制纹波的非隔离型逆变器及其控制方法
本专利技术涉及一种抑制纹波的非隔离型逆变器及其控制方法，属于非隔离、中大功率逆变器，其利用增加的辅助电路来实现输入电流低频纹波的抑制。
技术介绍
在新能源及其它分布式发电系统中，为获得负载所需的高压交流电，逆变器一般采用两级式架构，即前级为实现升压和稳压功能的直流变换器，后级为单相逆变器。对于这种系统，输出功率中含有的两倍输出频率功率脉动分量反馈到直流输入侧表现为低频电流纹波，影响蓄电池、燃料电池等输入源的使用寿命，降低系统的效率。因此，必须对系统中的低频电流纹波进行有效的抑制。传统方法采用大电解电容来平衡功率脉动，从而达到抑制电流纹波的目的，然而电解电容体积大且寿命有限，既影响逆变器的功率密度，又限制了逆变器的整体寿命。近年来，出现了很多缓冲功率脉动的方法，特别是通过增加额外的辅助电路来抑制直流输入侧电流纹波的方法受到人们的广泛关注。FukushimaK，NorigoeI，ShoyamaM，etal，“Inputcurrent-rippleconsiderationforthepulse-linkDC-ACconverterforfuelcellsbysmallseriesLCcircuit”，ProceedingsofIEEE24thAnnualAppliedPowerElectronicsConferenceandExposition，2009：447-451提出了通过加入LC串联谐振电路，并将其谐振频率设计为两倍输出频率的方案，如附图1所示，有效的抑制了直流输入侧电流纹波，但所需的电感和电容值都比较大，系统的功率密度和使用寿命受到影响，实用性较差。KwonJ，KimE，KwonB，NamK，“High-EfficiencyFuelCellPowerConditioningSystemWithInputCurrentRippleReduction”，IEEETransactiononIndustryElectronics，2009，56(3)：826-834利用多目标控制思想以及电力电子变换器的高频控制特性，通过实时计算出主开关管的占空比，同时实现了输入输出的电压变换和输入侧电流纹波的抑制，能够提高燃料电池的利用率，如附图2所示，但该方案对控制精度和实时性要求很高，且控制算法复杂。
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抑制纹波的非隔离型逆变器及其控制方法，既实现了电能变换，又有效的抑制了直流侧输入电流低频纹波，提高了系统的可靠性。本专利技术为实现上述目的，采用如下技术方案：本专利技术的一种抑制纹波的非隔离型逆变器及其控制方法，所述抑制纹波的非隔离型逆变器包括直流电源、输入电容、升压电感、主开关管、续流二极管、中间直流母线电容、结构相同的第一逆变桥臂和第二逆变桥臂以及滤波电路；其中升压电感的一端分别接输入电容的输入端和直流电源的正极，升压电感的另一端分别接主开关管的集电极和续流二极管的阳极；每个逆变桥臂都包括二个开关管，第一开关管的集电极作为逆变桥臂的正输入端，第一开关管的发射极与第二开关管的集电极连接构成逆变桥臂的输出端，第二开关管的发射极作为逆变桥臂的负输入端，续流二极管的阴极、中间直流母线电容的输入端和逆变桥臂的正输入端相连接，逆变桥臂的负输入端、直流电源的负极、输入电容的输出端、主开关管的发射极和中间直流母线电容的输出端相连接；第一逆变桥臂和第二逆变桥臂的输出端接滤波电路；还包括由辅助电感、辅助开关管、辅助二极管和辅助电容构成的辅助电路，其中辅助电感包括两个电感，辅助开关管包括两个开关管，辅助二极管包括两个二极管，第一辅助电感的一端、第二辅助电感的一端和直流电源的正极相连接，第一辅助电感的另一端分别接第一辅助开关管的集电极和第一辅助二极管的阳极，第一辅助二极管的阴极、辅助电容的输入端和第二辅助开关管的集电极相连接，第二辅助开关管的发射极分别接第二辅助电感的另一端和第二辅助二极管的阴极，第二辅助二极管的阳极、辅助电容的输出端、第一辅助开关管的发射极和直流电源的负极相连接。一种抑制纹波的非隔离型逆变器的控制方法，包括以下步骤：步骤A，检测辅助电容电压信号、中间直流母线电容电压信号、输出电压信号、升压电感电流信号、第一辅助电感电流信号、第二辅助电感电流信号和输出电流信号；步骤B，将输出电压信号和输出电流信号输入电流基准生成电路，得到升压电感电流基准信号和升压电感电流基准的纹波分量；步骤C，计算中间直流母线电容电压基准信号与中间直流母线电容电压信号的差值；步骤D，将步骤C得到的电压差值经PI控制器进行调节，然后加入步骤B获得的升压电感电流基准，得到实际升压电感电流基准信号；步骤E，计算步骤D的实际升压电感电流基准信号与步骤A所述的升压电感电流信号的差值；步骤F，将步骤E获得的差值输入电流滞环比较器获得第一逻辑信号；步骤G，将步骤B获得的升压电感电流基准的纹波分量经过绝对值运算得到辅助电流基准信号；步骤H，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I，计算辅助电容电压基准信号与步骤H获得的辅助电容电压直流分量的差值；步骤J，将步骤I得到的电压差值经PI控制器进行调节，然后加入步骤G获得的辅助电流基准信号，得到实际辅助电流基准信号；步骤K，计算第一辅助电感电流信号与第二辅助电感电流信号的和，得到实际辅助电流；步骤L，计算步骤J获得的实际辅助电流基准与步骤K获得的实际辅助电流的差值；步骤M，将步骤L获得的差值输入电流滞环比较器获得第二逻辑信号；步骤N，将步骤B获得的升压电感电流基准的纹波分量输入过零比较器获得第三逻辑信号；步骤O，将步骤M、步骤N获得的两个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，再和第二逻辑信号一同接入逻辑与门得到第一辅助开关管PWM控制信号；将步骤M、步骤N获得的两个逻辑信号分别输入逻辑电路，在逻辑电路中经过逻辑与门得到第二辅助开关管PWM控制信号；步骤P，将步骤F获得的第一逻辑信号输入驱动电路得到主开关管的驱动信号，控制Boost变换器；分别将步骤O得到的第一、第二辅助开关管PWM控制信号输入驱动电路得到第一、第二辅助开关管的驱动信号，控制辅助电路。有益效果：本专利技术披露了一种抑制纹波的非隔离型逆变器及其控制方法，其很好的抑制了直流输入侧低频电流纹波，使得输入侧不再需要较大储能电容，延长了系统的使用寿命。本专利技术与原有技术相比的主要技术特点是，在Boost变换器环节加入额外的辅助电路，并且通过控制辅助电路，使得流过辅助电感的电流与Boost变换器中升压电感的电流之和为近似恒定的直流量，进而抑制直流输入侧低频电流纹波，避免输入侧使用体积大、可靠性低的电解电容，并且采用的解耦电容也比较小。附图说明附图1是加入LC串联谐振电路的逆变器电路结构示意图。附图2是一种抑制输入电流纹波的功率调节系统结构示意图。附图3是本专利技术的一种抑制纹波的非隔离型逆变器主电路及其控制方法的结构示意图。附图4是本专利技术的一种抑制纹波的非隔离型逆变器主要工作波形示意图。附图5～附图6是本专利技术的一种抑制纹波的非隔离型逆变器各工作模式示意图。附图7是本专利技术应用于输入电压50VDC、输出电压本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种抑制纹波的非隔离型逆变器，包括直流电源(V

【技术特征摘要】
1.一种抑制纹波的非隔离型逆变器，包括直流电源(Vi)、输入电容(1)、升压电感(2)、主开关管(3)、续流二极管(4)、中间直流母线电容(5)、结构相同的第一逆变桥臂(6)和第二逆变桥臂(7)以及滤波电路(8)；其中升压电感(2)的一端分别接输入电容(1)的输入端和直流电源(Vi)的正极，升压电感(2)的另一端分别接主开关管(3)的集电极和续流二极管(4)的阳极；每个逆变桥臂都包括二个开关管，第一开关管的集电极作为逆变桥臂的正输入端，第一开关管的发射极与第二开关管的集电极连接构成逆变桥臂的输出端，第二开关管的发射极作为逆变桥臂的负输入端，续流二极管(4)的阴极、中间直流母线电容(5)的输入端和逆变桥臂的正输入端相连接，逆变桥臂的负输入端、直流电源(Vi)的负极、输入电容(1)的输出端、主开关管(3)的发射极和中间直流母线电容(5)的输出端相连接；第一逆变桥臂(6)和第二逆变桥臂(7)的输出端接滤波电路(8)，其特征在于：还包括由辅助电感(9)、辅助开关管(10)、辅助二极管(11)和辅助电容(12)构成的辅助电路；其中辅助电感(9)包括两个电感，辅助开关管(10)包括两个开关管，辅助二极管(11)包括两个二极管，第一辅助电感的一端、第二辅助电感的一端和直流电源(Vi)的正极相连接，第一辅助电感的另一端分别接第一辅助开关管的集电极和第一辅助二极管的阳极，第一辅助二极管的阴极、辅助电容(12)的输入端和第二辅助开关管的集电极相连接，第二辅助开关管的发射极分别接第二辅助电感的另一端和第二辅助二极管的阴极，第二辅助二极管的阳极、辅助电容(12)的输出端、第一辅助开关管的发射极和直流电源(Vi)的负极相连接。2.如权利要求1所述的一种抑制纹波的非隔离型逆变器，其特征在于，所述一种抑制纹波的非隔离型逆变器的控制方法包括以下步骤：步骤A，检测辅助电容电压信号、中间直流母线电容电压信号、输出电压信号、升压电感电流信号、第...

【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：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32