专利名称：逆变系统输出信号中直流量采样方法和采样电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及逆变系统，尤其涉及一种逆变系统输出信号中直流量采样方 法和采样电路。
背景技术：
在逆变器、变频器、不间断电源系统等包含有逆变电路的控制系统中， 在很多情况下，目的都是将直流电源转变为单相或者三相的交流电输出，为 负载提供稳定幅度的正弦交流电。随着电力电子技术等的发展，半导体电力 电子器件不断推陈出新，逆变电路拓朴也不断t艮，电源高频化，高功率密 度，低成本需求成为了逆变电路最基本的要求之一。尤其是为了降低成本和 减少输出电能的损耗，很多逆变系统输出级不再通过隔离变压器给负载供电， 而是直接输出给负载。但是这样的输出交流电由于逆变电路输入的变化和功 率变换器件参数的离散性，不受控的状态下总是会包含一些直流量，尽管这 些直流量只是很小的一部分，但对于很多使用交流电的负载而言，比如电动 机，变压器等，由于对输入的直流量难以自行平衡和消耗，会产生不可接受 的"抖动"和"磁饱和"现象，严重时会烧毁负载，同时也给逆变电源本身 带来危害。为了降低逆变器直接输出带负载时的直流量，几乎所有的正弦交流逆变 器都需要对所输出的直流量进行控制，而这种直流量可能同时由多种原因导 致，因此难以直接从源头上进行消除和减少，有些因素甚至是不可克服的。 目前这个领域多是采用反馈式控制，即通过分离获得输出直流量，然后对其 产生原因中的一个或少数几个可控量进行调节，从而降低最终输出的直流量， 实现在一定程度下可接受的直流量控制目标。从反馈式控制系统的特点来说，这种方式属于滞后性控制，是检测前一 时刻的偏差量对下一时刻进行"纠偏"控制，只有准确地知道了前一段时期偏差了多少，且偏差的方向判断正确，才有正确的"纠偏"控制目标。在交 流输出系统中，理论上这个偏差控制是可逼近消除但又无法完全消除直流量 的，而逼近的程度则与控制方式和前一时刻输出量的度量准确性有很大关系， 不至于因为控制目标达到了，与检测到的情况出入太大而失去意义。实际情 况是控制方式可以有多种选择且能达到同样的控制效果，因此对前一时刻输 出量的快速精确度量才是决定最终控制后直流量所能消除的程度，而且直接 影响控制方式的有效性。所以精确度量逆变电源系统输出直流量的一个重要 要求，是有好的直流量采样电路和方法，才能实现尽可能减小直流量的控制 目标。现有技术中提供了一种釆用滤波方式衰减交流量分离出直流量的技术， 该技术的特点在于对含有直流量的逆变输出交流电进行衰减，同时使用对直 流量和交流量不同衰减比例的电路，获得主要为直流量的信号，然后根椐需 要放大或直接用此信号作为逆变输出直流量的采样值进行控制。这种方式存在以下缺陷(1 )交流和直流的衰减比例相差很大，滤波电路实现方式复杂。(2)采用的是的反相运算放大电路， 一级电路实现不了，往往需要多级 电路串联，成本高，且很容易受到干扰。(3 )多级电路受温度等环境条件的变化也会导致修正后的输出产生新的 偏差，需要分别修正且难以配合。(4 )在较大功率输出的逆变电源系统中，为了实现稳定可靠的控制性能， 往往需要将功率地与控制地分离，在多相输出的逆变电源系统中，因运算电 路参考点不一致，则无法用反相运算;^文大电路实现各相直流偏差量的准确采 样。(5 )本来幅度就比较小的直流量经过衰减后信号的信噪比更低，信号解 析度低，控制精度差。在现有解决方案的上述几个缺陷中， 一般都是强调用更好的控制方式去 达到控制目标，对信号采样却不够关注，很多情况往往也能通过复杂的处理 算法优化取得一些成效，还有的是采用复杂的电路将逆变输出量转换为其它信号处理，但都会因此增加成本和控制系统的复杂性，或者降低控制目标要 求，从而限制一些对直流量有高要求的负载，缩小了适用范围。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是在于需要提供一种逆变系统输出信号中直 流量采样电路和采样方法，以提高控制精确度，降低控制系统的成本和复杂 度。
为了解决上述技术问题，本发明首先提供了 一种逆变系统输出信号中直
流量采样方法，包括步骤
校正静态偏差，以使所述釆样基本没有静态偏差；
所述逆变系统工作时对所述逆变系统的输出信号进行降压，并短路所述 输出信号中的交流量，保留所述输出信号中的直流量；
对所述降压及短路后的输出信号中的直流量进行放大，对所述降压及短 路后的输出信号中的交流量进行滤波，以提高所述降压及短路后输出信号中 直流量对交流量的分辨率；
对所述放大及滤波后的输出信号进行适配处理，用作所述逆变系统的反 馈信号，以控制反馈深度。
如上所述的方法中，所述校正静态偏差的步骤，可以包括在所述逆变系 统无输入时测量静态偏差量，通过减去所述静态偏差量完成所述校正静态偏 差。
如上所述的方法，可以进一步包括步骤
对所述降压及短路后的输出信号中的直流量进行放大后，通过一直流参 考基准信号对所述^:大后的直流量进行信号^i移，以将所述直流量偏移到所 述逆变系统所需电平。
进一步地，所述逆变系统为模拟控制方式时可以根据目标电压进行所述 信号偏移，或者所述逆变系统为数字控制方式时将双极性信号偏移为单极性 信号。
如上所述的方法中，对所述放大及滤波后的输出信号进行适配处理的步骤，可以包括^f莫拟电路控制方式中对所i^i欠大及滤波后的输出信号的电流进
行所述适配处理，或者数字电路控制方式中对所述i文大及滤波后的输出信号 进行4莫数转换后再进行所述适配处理。
为了解决上述技术问题，本发明还提供了 一种逆变系统输出信号中直流 量采样电路，包括静态偏差调节电路，隔直分压电路，同相放大及滤波电路 和反馈适配调节电路，其中
静态偏差调节电路，用于校正所述采样电路的静态偏差；
隔直分压电路，用于所述逆变系统工作时对所述逆变系统的输出信号进 行降压，并短路所述输出信号中的交流量，保留所述输出信号中的直流量；
同相放大及滤波电路，与所述静态偏差调节电路及隔直分压电路相连， 用于对所述降压及短路后的输出信号中的直流量进行放大，对所述降压及短 路后的输出信号中的交流量进行滤波，以提高所述降压及短路后输出信号中 直流量对交流量的分辨率；
反馈适配调节电路，与所述同相放大及滤波电路相连，用于对所述放大 及滤波后的输出信号进行适配处理，用作所述逆变系统的反馈信号，以控制 反馈深度。
如上所述的电路中，所述静态偏差调节电路可以包括电位器和第五电阻， 其中
电位器，两端分别连接正负电源；
第五电阻， 一端连接所述电位器中间插头端，另一端连接所述同相放大 及滤波电路；
通过调节所述电位器的电位校正所述采样电路的静态偏差。
如上所述的电路中，所述隔直分压电路可以包^^第一电阻、第二电阻及 第一电容，其中
第一电阻， 一端连接所述逆变系统输出的火线，另一端连接所述第一电 容的一端；
第二电阻， 一端连接所述逆变系统输出的零线，另一端连接所述第一电 容的另一端；第一电容，与所述第二电阻连接的那一端接地；
在所述逆变系统输出频率下，所述第一电阻及第二电阻的电阻值之和远 大于所述第一电容的容抗，以短路所述输出信号中的交流量，保留所述输出 信号中的直流量。
进一步地，所述同相放大及滤波电路可以包括放大器、第三电阻、第四 电阻及第二电容，其中
放大器，同相输入端连接所述隔直分压电路中的所述第一电阻与第一电 容的连接点，并连^"所述静态偏差调节电路；
第三电阻， 一端连接所述隔直分压电路中的所述第二电阻与第一电容的 连接点，另一端连接所述放大器的反向输入端；
第四电阻， 一端连接所述放大器的反向输入端，另一端连接所述放大器 的输出端；
第二电容，并联在所述第四电阻两端；
所述第四电阻的阻值大于所述第三电阻的阻值；
在所述逆变系统输出频率下，所述第四电阻和第三电阻的阻值远大于所 述第二电容的容抗；
由所述放大器、第三电阻及第四电阻对所述P争压及短路后的输出信号中 的直流量进4于;改大；
由所述第二电容对所述降压及短路后的输出信号中的交流量进行滤波。
如上所述的电路，可以进一步包括
信号偏移电路，与所述同相放大及滤波电路相连，用于对所述放大后的 直流量进行信号偏移，以将所述直流量偏移到所述逆变系统所需电平。
本发明从逆变输出电压信号中分离出直流量成分并JU文大其幅度，简化 了电路并降低成本，降低了控制技术复杂程度，提高了采样精度和控制精确 度，并且功率地电位波动不影响控制系统信号处理，确保控制精度和稳定性， 用于多相逆变电路的控制时，还能解开相互之间的电位参考耦合，可以满足 更多负载的供电需求。
图l是本发明逆变系统输出信号中直流量采样电路。
图2是图1所示釆样电路的一个实施例。
图3是基于图1所示采样电路的一个三相逆变系统实施例。
图4是本发明逆变系统输出信号中直流量采样方法的步骤示意图。
具体实施例方式
以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明 如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解 并据以实施。
图1示出了本发明逆变系统输出信号中直流量采样电路，该电路主要包 括静态偏差调节电路110，隔直分压电路120，同相放大及滤波电路130和反 馈适配调节电路140，其中
静态偏差调节电路110，用于校正该釆样电路的静态偏差，以使采样电 路采样工作于基本没有静态偏差的状态；
隔直分压电路120，用于逆变系统工作时对逆变系统的输出信号进行降 压，并短路该输出信号中的交流量，保留逆变系统输出信号中的直流量；
同相放大及滤波电路130,与静态偏差调节电路110和隔直分压电路120 相连，用于对降压及短路后的输出信号中的直流量进行放大处理，对降压及 短路后的输出信号中的交流量进行滤波处理，以提高输出信号中直流量的分 辨率和信噪比；
反馈适配调节电路140，与同相放大及滤波电路130相连，用于根据逆 变系统给定目标信号的幅度，对进行了放大及滤波处理后的输出信号进行适 配处理，以控制反馈作用深度，然后用作逆变系统的反馈信号，使逆变系统 在稳定性不受影响的情况下，减小输出直流成分，优化控制性能。
正弦逆变系统输出直流量幅度比较小，控制后的目标一般需要小于1伏 特，运算电路的静态偏差有的比较高，不能忽略，为了减小测量偏差，通过 静态偏差调节电路110对电路静态的校正，实现电路静态工作时基本没有偏差。
通常逆变系统输出相电压都是110V 240V，所用来控制的信号却需要在 安全电压(36V)范围内，因此需要对逆变系统的输出进行降压。同时为了 分离出包含在其中的直流量，采用隔直分压电路120让逆变系统输出信号中 的交流量大幅度衰减，直流量得以保留。
隔直分压电路120输出的信号已经主要是直流量，但仍含有微量的交流 量，通过同相放大及滤波电路130将逆变系统输出信号中的直流量放大，同 时对交流量采取基本不it大处理，使得直流量相对于交流量的差别更大，进 一步提高输出信号的分辨率和信噪比，其中的分辨率是指直流量与交流量的 幅度差别，其中的信噪比是指直流量与干扰信号的幅度差别。
根据控制系统的要求，反馈适配调节电路140对同相放大及滤波电路130 输出信号进行适配处理，然后将适配后的信号作为反馈输入控制量，控制反 馈作用的深度，以优化控制性能。
图1所示的采样电路可以进一步包括信号偏移电路150，该信号偏移电 路150与同相放大及滤波电路130相连，对于某些需要通过电压偏移处理才 能实现的控制方式，通过给同相放大及滤波电路130加一个信号偏移电路 150，即可将所分离得到的直流量偏移到所需的电平。
图2示出了本发明逆变系统输出信号中直流量釆样电路的一个实施例。 如图2所示，静态偏差调节电路110包括电位器P1和第五电阻R5，该电位 器P1两端分别连4妄+12V和-12V,中间抽头端连4妄第五电阻R5，第五电阻 R5另一端接入同相放大及滤波电路130，调整电位器P1的电位就可实现电路 静态工作时，同相放大及滤波电路130输出信号为零，实现静态偏差调节。
另外，也可通过对无输入情况下电路静态偏差量的测量，在控制过程中 采用其它措施减去该静态偏差的方式，在数字控制方式中多采用此方式。
继续参照图2，隔直分压电路120包括第一电阻R1、第二电阻R2、第一 电容C1，第一电阻R1—端连接逆变系统输出的火线L1，另一端连接第一电 容C1;第二电阻R2—端il^矣逆变系统输出的零线N，另一端连《1妄第一电容 Cl的另一端，第二电阻R2连接第一电容C1的一端还4妻地(GND)。隔直分压电路120采用低阻电容，选择合适的阻抗比例，让交流量大幅 度衰减，直流量却能隔离在其两端。电路参数的选择，是第一电阻R1和第二 电阻R2的电阻值之和(Rl+R2)远远大于第一电容C1的容抗(逆变系统输 出频率情况下)，此时交流量几乎^皮短路掉，而直流量则几乎全部保留下来 加在第一电容C1两端。
调整静态偏差调节电路IIO中的电位器P1的电位，可以4吏得隔直分压电 路120的火线Ll相对于零线N无输入信号时，同相放大及滤波电路130输 出信号为零，从而实现静态偏差调节。
同相放大及滤波电路130，与静态偏差调节电路IIO和隔直分压电路120 相连，放大隔直分压电路120输出的直流量与交流量的差别；
继续参照图2，同相放大及滤波电路130包括放大器Ul,第三电阻R3， 第四电阻R4和第二电容C2,其中放大器Ul的同相输入端连接静态偏差调 节电路IIO中的第五电阻R5，也即第五电阻R5—端连接电位器P1，另一端 连接放大器U1的同相输入端；隔直分压电路120中的第一电阻R1与第一电 容C1连接的一端，也接入放大器U1的同相输入端(放大器U1的工作电源 为正负12V)。
隔直分压电路120中的第二电阻R2 4委地的一端，还通过串联第三电阻 R3、第四电阻R4连接放大器Ul的输出端，第三电阻R3连接第四电阻R4 的一端，还连接放大器U1的反向输入端。第二电容C2并联在第四电阻R4 的两端，该第二电容C2的作用是对残留的交流成分信号进^f亍滤波。
图2所示的同相放大及滤波电路130中，第四电阻R4的阻值R4要比第 三电阻R3的阻值R3要大一些，根据需要放大的倍数按l+R4/R3取合适的比 例，选择的第三电阻R3和第四电阻R4的阻值，远远大于第二电容C2的容 抗(逆变系统输出频率情况下)，这样的电路基本不放大交流量。
继续参照图2,反向适配调节电路140包括第六电阻R6，该第六电阻R6 一端连接同相放大及滤波电路130中的放大器Ul的输出端，另一端为采样电 路的输出端，输出信号0UT1。对于本发明所适用的逆变系统，模拟电路控 制方式中可通过调节釆样电路输出信号0UT1的电流大小进行配合，数字电 路控制方式中则可对采样电路输出信号0UT1 ,进行模数转换进行适配。
12继续参照图2，信号偏移电路150包括第七电阻R7，该第七电阻R7 — 端连接直流参考基准信号DC—SHIFT,另一端连接同相放大及滤波电路130 中放大器Ul的同相输入端。通过该信号偏移电路150以及该直流参考基准信 号DC—SHIFT,可以将所分离得到的直流量偏移到所需的电平，完成某些需 要通过电压偏移处理才能实现的控制方式。实际应用中该直流参考基准信号 DC—SHIFT需要根据模拟控制方式的逆变系统的目标电压进行信号偏移，也 可在数字控制方式进行才莫数转换前将双极性信号偏移处理为单极性信号。
图l及图2示出的是单相逆变系统，在多相逆变系统中，由于各相零线 一般需要连接在一起，通过如图3所示的三相逆变系统，通过大阻值电阻器 第一电阻R1和第二电阻R2将零线N与各信号处理电路的工作地(图3所示 的GND)分开，不会因为零线N上流过大电流带来的电位波动就影响到信号 处理电路，可以很好地保证控制系统的信号稳定而不受功率电路的影响。
图4示出了本发明逆变系统输出信号中直流量采样方法的步骤。如图4 所示，该采样方法包括如下步骤
步骤410,校正釆样电路的静态偏差，使得采样电路在工作时基本没有 静态偏差；
步骤420,逆变系统工作时对逆变系统的输出信号进行降压，用隔直电 容短路逆变系统输出信号中的交流量，保留该输出信号中的直流量；
步骤430，对降压及短路后的输出信号中的直流量进行;改大处理，对降 压及短路后的输出信号中的交流量进行滤波处理，使得直流量与交流量的差 别进一步放大，以提高输出信号中直流量的分辨率和信噪比；
步骤440,对进行了放大及滤波处理后的输出信号进行适配处理，用作 逆变系统的反馈信号，使逆变系统在稳定性不受影响的情况下，减小输出直 流成分，以控制反々贵作用深度，优化控制性能。
根据逆变系统自身的实现特点，还可以根据具体情况选择性地对放大及 滤波后的直流量进行信号偏移，特别适用于其它部件要求信号的工作点可调 整的情况下，该发明输出的信号是双极性信号，通过信号偏移，可适用于逆 变控制环路只能处理单极性信号的情况。如图4所示的流程完成逆变输出信号中直流量的分离和有用信号的放 大，同时通过高阻值电阻器隔离控制地和功率地，使得功率地电位波动不影 响控制系统信号处理，确保控制精度和稳定性，用于多相逆变电路的控制时， 还能解开相互之间的电位参考耦合。
本发明从逆变输出电压信号中分离出直流量成分并且放大其幅度，简化 了电路并降低成本。为输出逆变电源系统减小直流量成分降低了控制技术复 杂程度，为逆变系统控制提供了高信噪比和高解析度的反馈信号，提高了采 样精度和控制精确度，可以满足更多负载的供电需求。
本发明所公开的方法和电路可广泛应用于所有对直流量有要求的正弦交 流逆变系统、变频器系统和正弦交流不间断电源系统中，用于控制系统的输 出电压含有尽量少的直流量，有较大的实用价值。
虽然本发明所揭示的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本 发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属技术领域内 的技术人员，在不脱离本发明所揭示的精神和范围的前提下，可以在实施的 形式上及细节上作任何的修改与变化，《旦本发明的专利保护范围，仍须以所 附的权利要求书所界定的范围为准。
权利要求
1、一种逆变系统输出信号中直流量采样方法，其特征在于，包括步骤校正静态偏差，以使所述采样基本没有静态偏差；所述逆变系统工作时对所述逆变系统的输出信号进行降压，并短路所述输出信号中的交流量，保留所述输出信号中的直流量；对所述降压及短路后的输出信号中的直流量进行放大，对所述降压及短路后的输出信号中的交流量进行滤波，以提高所述降压及短路后输出信号中直流量对交流量的分辨率；对所述放大及滤波后的输出信号进行适配处理，用作所述逆变系统的反馈信号，以控制反馈深度。
2、 如权利要求l所述的方法，其特征在于所述校正静态偏差的步骤，包括在所述逆变系统无输入时测量静态偏差 量，通过减去所述静态偏差量完成所述校正静态偏差。
3、 如权利要求l所述的方法，其特征在于，进一步包括步骤对所迷降压及短路后的输出信号中的直流量进行放大后，通过一直流参 考基准信号对所述放大后的直流量进行信号偏移，以将所述直流量偏移到所 述逆变系统所需电平。
4、 如权利要求3所述的方法，其特征在于所述逆变系统为模拟控制方式时才艮据目标电压进行所述信号偏移，或者 所述逆变系统为数字控制方式时将双极性信号偏移为单极性信号。
5、 如权利要求l所述的方法，其特征在于对所述放大及滤波后的输出信号进行适配处理的步骤，包括模拟电路控 制方式中对所逸故大及滤波后的输出信号的电流进行所述适配处理，或者数 字电路控制方式中对所述放大及滤波后的输出信号进行模数转换后再进行所 述适配处理。
6、 一种逆变系统输出信号中直流量采样电路，其特征在于，包括静态偏 差调节电路，隔直分压电路，同相放大及滤波电路和反馈适配调节电路，其 中静态偏差调节电路，用于校正所述釆样电路的静态偏差；隔直分压电路，用于所述逆变系统工作时对所述逆变系统的输出信号进 行p争压，并短路所述输出信号中的交流量，保留所述输出信号中的直流量；同相放大及滤波电路，与所述静态偏差调节电路及隔直分压电路相连， 用于对所述降压及短路后的输出信号中的直流量进行放大，对所述降压及短 路后的输出信号中的交流量进行滤波，以提高所述降压及短路后输出信号中 直流量对交流量的分辨率；反馈适配调节电路，与所述同相放大及滤波电路相连，用于对所述放大 及滤波后的输出信号进行适配处理，用作所述逆变系统的反馈信号，以控制 反馈深度。
7、 如权利要求6所述的电路，其特征在于 所述静态偏差调节电路包括电位器和第五电阻，其中 电位器，两端分别连接正负电源；第五电阻， 一端连接所述电位器中间插头端，另一端连接所述同相放大 及滤波电路；通过调节所述电位器的电位校正所述采样电路的静态偏差。
8、 如权利要求6所述的电路，其特征在于所述隔直分压电路包括第一电阻、第二电阻及第一电容，其中第一电阻， 一端连接所述逆变系统输出的火线，另一端连接所述第一电 容的一端；第二电阻， 一端连接所述逆变系统输出的零线，另一端连接所述第一电 容的另一端；第一电容，与所述第二电阻连接的那一端接地；在所述逆变系统输出频率下，所述第 一 电阻及第二电阻的电阻值之和远 大于所述第一电容的容抗，以短路所述输出信号中的交流量，保留所述输出 信号中的直流量。
9、 如权利要求8所述的电路，其特征在于所述同相放大及滤波电路包括放大器、第三电阻、第四电阻及第二电容， 其中放大器，同相输入端连接所述隔直分压电路中的所述第一电阻与第一电 容的连接点，并连接所述静态偏差调节电路；第三电阻， 一端连接所述隔直分压电路中的所述第二电阻与第一电容的 连接点，另一端连接所iiit大器的反向输入端；第四电阻， 一端连接所述放大器的反向输入端，另一端连接所述放大器 的丰命出端；第二电容，并联在所述第四电阻两端；所述第四电阻的阻值大于所述第三电阻的阻值；在所述逆变系统输出频率下，所述第四电阻和第三电阻的阻值远大于所 述第二电容的容抗；由所述放大器、第三电阻及第四电阻对所述降压及短路后的输出信号中 的直流量进行;故大；由所述第二电容对所述降压及短路后的输出信号中的交流量进行滤波。
10、 如权利要求6所述的电路，其特征在于，该电路进一步包括信号偏移电路，与所述同相放大及滤波电路相连，用于对所述放大后的 直流量进行信号偏移，以将所述直流量偏移到所述逆变系统所需电平。
全文摘要
本发明公开了一种逆变系统输出信号中直流量采样方法和采样电路，以提高逆变系统控制精确度，降低控制系统的成本和复杂度。本发明从逆变系统输出电压信号中分离出直流量成分并且放大其幅度，通过适配处理后作为逆变系统的反馈信号，简化了电路并降低成本，降低了控制技术复杂程度。
文档编号H02M1/00GK101316079SQ20081013322
公开日2008年12月3日 申请日期2008年7月14日 优先权日2008年7月14日
发明者张南山 申请人:中兴通讯股份有限公司