一种提高直流母线电压利用率的逆变器及其控制方法技术

本发明专利技术公开了一种提高直流母线电压利用率的逆变器及其控制方法，该逆变器中的开关管S1、S2、D2、D3组成第一桥臂，开关管S3、S4组成第二桥臂，电感L

【技术实现步骤摘要】
一种提高直流母线电压利用率的逆变器及其控制方法


[0001]本专利技术属于逆变器
，具体涉及一种提高直流母线电压利用率的逆变器及其控制方法。

技术介绍

[0002]随着电力电子技术高速发展，逆变器应用场合随之增加。在城市轨道交通方面，辅助逆变器具有将1500V直流降压逆变至380V交流的应用需求；另一方面，随着家用光伏与燃料电池、蓄电池的普及，也具有将直流电压降压逆变至交流安全用电的需求。目前改善逆变器直流母线电压利用率的方法较为常见的一种是先通过变压器将交流电压降低，再通过逆变器逆变为交流电，该方法引入变压器，大大提升了结构体积；另一种方法是通过斩波电路将直流电压降低后，再通过逆变器逆变为交流电，该方法斩波电路将引入一个开关管，共需5个开关管，增加了成本，且为两级式结构，降低了整体效率。因此，随着逆变器应用场合增加，部分逆变器直流母线电压利用率过低的问题应有更好的解决方法。

技术实现思路

[0003]针对现有技术中的上述不足，本专利技术提供的一种提高直流母线电压利用率的逆变器及其控制方法解决了现有逆变器的对母线电压利用率过低，及整体效率低的问题。
[0004]为了达到上述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案为：一种提高直流母线电压利用率的逆变器，包括开关管S1‑
S4、二极管D1‑
D3、电容C
dc
和电感L
in
；
[0005]所述开关管S1的集电极分别与电压V
i
正极和二极管D2的负极连接，所述二极管D2的正极分别与二极管D1的负极、电容C
dc
的正极、功率开关管S3的集电极以及二极管D3的负极连接，所述电压V
i
的负极分别与电感L
in
的一端和二极管D1的正极连接，所述电感L
in
的另一端分别与电容C
dc
的负极、开关管S4的发射极以及开关管S2的发射极连接，所述功率开关管S4的集电极与功率开关管S3的发射极连接，所述功率开关管S1的发射极分别与二极管D3的正极和功率开关管S2的集电极连接；
[0006]所述二极管D3的正极作为所述逆变器的第一输出端口a，所述功率开关管S3的发射极作为所述逆变器的第二输出端口b；所述功率开关管S1、功率开关管S2、二极管D2和二极管D3组成所述逆变器的第一桥臂，功率开关管S3和功率开关管S4组成所述逆变器的第二桥臂。
[0007]进一步地，所述开关管S1‑
S4为绝缘栅双极型晶体管型功率开关管。
[0008]进一步地，所述第一输出端口a和第二输出端口b之间连接有滤波电路。
[0009]一种提高直流母线电压利用率的逆变器的控制方法，通过PWM调制或PFM调制方式对开关管S1和开关管S2进行调制，通过SPWM调制方式对开关管S3和S4进行调制；
[0010]其中，当通过PFM调制方式对开关管S1和开关管S2进行调制时，仅运用于所述逆变器的电流电感断续模式。
[0011]进一步地，通过PWM调制方式对开关管S1和开关管S2进行调制的方法为：
[0012]将电容电压预设值V
dc_ref
与采样值V
dc
作差，将差值送入控制器PI1，得到调制信号
u
rdc1
，将调制信号u
rdc1
和双极性三角载波信号u
c1
分别送入比较器的同相输入端和反相输入端，得到输出信号v
s1
作为开关管S1的驱动信号，将输出信号v
s1
取反，得到信号v
s2
作为开关管S2的驱动信号。
[0013]进一步地，通过PFM调制方式对开关管S1和开关管S2进行调制的方法为：
[0014]将电容电压预设值V
dc_ref
与采样值V
dc
作差，将差值送入控制器PI2得到频率信号f
s
，将频率信号f
s
作为三角载波发生模块V
tri
，产生频率为f
s
的双极性三角载波信号u
c2
，将0与u
c2
分别送入比较器的同相输入端和反相输入端，得到输出信号v
s1
作为开关管S1的驱动信号，将输出信号v
s1
取反，得到信号v
s2
作为开关管S2的驱动信号。
[0015]进一步地，通过SPWM调制方式对开关管S3和S4进行调制的方法为：
[0016]将输出电压有效值预设值V
o_ref
与有效值采样值V
o
作差，将差值送入控制器PI3，将PI3输出量作为幅值与正弦调制波u
r_sin
相乘，得到调制波u
r3
的交流分量u
r3_ac
；将开关管S1的占空比d1与其占空比预设值d
1_ref
作差，将差值送入控制器PI4，将控制器PI4的输出量再减去常数1，作为调制波u
r3
的直流分量u
r_dc
，将u
r3_ac
与u
r3_dc
相加，得到调制波u
r3
，将调制波u
r3
与双极性三角载波u
c3
分别送入比较器的同相输入端和反相输入端，得到输出信号v
s3
作为开关管S3的驱动信号，将输出信号v
s3
取反，得到信号v
s4
作为开关管S4的驱动信号。
[0017]进一步地，根据u
r3
和u
r_dc
的大小关系，配置所述逆变器在每个开关周期内的工作过程，且每个工作过程中循环四种模态。
[0018]本专利技术的有益效果为：
[0019]1、在本专利技术提供的逆变器更适用于直流母线电压利用率低的场合，能将过低的直流母线电压利用率改善到接近50％；
[0020]2、在本专利技术提供的逆变器结构能大大降低开关管S2、S3、S4的耐压需求，同时对开关管S2、S3、S4的耐流需求也有所改善等优点，降低了成本；
[0021]3、本专利技术提供的逆变器在提高直流母线电压时，不用额外增加开关管，且无需变压器，对成本与体积不会产生明显影响。
附图说明
[0022]图1为本专利技术提供的一种提高直流母线电压利用率的逆变器结构示意图；
[0023]图2为本专利技术实施例中所提供的一种提高直流母线电压利用率的逆变器的控制方法示意图；
[0024]图3为本专利技术实施例中所提供的一种提高直流母线电压利用率的逆变器在u
r3
＞u
rdc
的每个开关周期内的模态示意图；
[0025]图4为本专利技术实施例中所提供的一种提高直流母线电压利用率的逆变器工作在u
r3
＞u
rdc...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
的驱动信号，将输出信号v
s3
取反，得到信号v
s4
作为开关管S4的驱动信号。8.根据权利要求4所述的控制方法，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：何晓琼，韩兴宇，赵鹏程，孟杰，王一凯，邱成浩，高仕斌，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：