一种反激式单相逆变器及其控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种反激式单相逆变器及其控制方法，属于隔离型逆变器，其利用有 源功率解耦电路来实现低频功率脉动的解耦。
【背景技术】
[0002] 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，除了改进电路拓扑外，也提出了新颖的控制策略，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。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的在于针对上述逆变器所存在的技术缺陷提供一种反激式单相逆变 器及其控制方法，采用这种逆变器和控制方法，既实现了电能变换，又解决了直流输入侧低 频功率脉动问题，具有很好的稳定特性。
[0004] 本发明为实现上述目的，采用如下技术方案：
[0005] -种反激式单相逆变器，包括直流电源、输入电容、原边开关管、隔离变压器、副边 二极管、副边开关管、中间直流母线电容、第一逆变桥臂、第二逆变桥臂、滤波电路及有源功 率解耦电路；其中有源功率解耦电路由隔离变压器辅助绕组、解耦二极管、解耦电容和四个 解耦开关管组成；其中隔离变压器原边绕组同名端分别接直流电源正极和输入电容的一 端，隔离变压器原边绕组的异名端接原边开关管的集电极，原边开关管的发射极分别接直 流电源的负极和输入电容另一端，隔离变压器副边绕组的异名端接副边二极管的阳极，副 边二极管的阴极接副边开关管的集电极，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，副边开关管的发射极、中 间直流母线电容的一端和逆变桥臂的正输入端连接，逆变桥臂的负输入端、中间直流母线 电容另一端和隔离变压器副边绕组的同名端连接，第一逆变桥臂和第二逆变桥臂的输出端 接滤波电路，隔离变压器辅助绕组的异名端接解耦二极管的阳极，解耦二极管的阴极、第一 解耦开关管的集电极和第二解耦开关管的集电极相连接，辅助绕组的同名端、第三解耦开 关管的发射极和第四解耦开关管的发射极相连接，第一解耦开关管的发射极、第三解耦开 关管的集电极和解耦电容的正端相连接，解耦电容的负端、第二解耦开关管的发射极和第 四解耦开关管的集电极相连接。其中，逆变桥臂的控制方法为传统单级性PWM调制；其特征 在于，该反激式单相逆变器的控制方法还包括以下步骤：
[0006] 步骤A，检测解耦电容电压信号，中间直流母线电压信号，逆变桥臂的输入电流信 号；
[0007] 步骤B，将步骤A得到的解耦电容电压信号经过低通滤波器，获得其直流分量；
[0008] 步骤C，计算解耦电容电压参考信号与解耦电容电压信号直流分量的差值；
[0009] 步骤D，将步骤A得到的中间直流母线电压信号和逆变桥臂的输入电流信号输入 基准生成电路，获得原边电流参考信号和副边电流参考信号；
[0010] 步骤E，将步骤C得到的电压差值用PI控制器进行调节，然后加入步骤D得到的原 边电流参考信号，获得原边电流实际参考信号；
[0011] 步骤F，计算中间直流母线电压参考信号与中间直流母线电压信号的差值；
[0012] 步骤G，将步骤F得到的电压差值用PI控制器进行调节，然后加入步骤D得到的副 边电流参考ig号，获得副边电流实际参考ig号；
[0013] 步骤H，将步骤E得到的原边电流实际参考信号和步骤G得到的副边电流实际参考 信号输入调制波生成电路，获得第一、第二、第三调制波信号；
[0014] 步骤I，将前述第一、第二调制波信号分别输入PffM控制电路，获得第一、第二逻辑 信号；
[0015] 步骤J，将步骤H得到的第三调制波信号输入过零比较器，获得第三逻辑信号；
[0016] 步骤K，将前述第一逻辑信号输入逻辑电路，在逻辑电路中先经过逻辑非门后，再 经过逻辑非门，得到原边开关管的控制信号；
[0017] 将前述第一、第二、第三逻辑信号分别输入逻辑电路，在逻辑电路中第一、第二逻 辑信号经过逻辑异或门后，和第三逻辑信号一起接入逻辑与门，得到第一、第四解耦开关管 的控制信号；
[0018] 将前述第一、第二、第三逻辑信号分别输入逻辑电路，在逻辑电路中第一、第二逻 辑信号经过逻辑异或门，第三逻辑信号经过逻辑非门后，再一起接入逻辑与门，得到第二、 第三解耦开关管的控制信号；
[0019] 将前述第一、第二、第三逻辑信号分别输入逻辑电路，在逻辑电路中第一逻辑信 号、第一解耦开关管的控制信号和第二解耦开关管的控制信号一起接入逻辑或非门，得到 副边开关管的控制信号；
[0020] 步骤L，将步骤K得到的原边开关管的控制信号，第一、第四解耦开关管的控制信 号，第二、第三解耦开关管的控制信号以及副边开关管的控制信号分别输入驱动电路，得到 原边开关管的驱动信号、副边开关管的驱动信号以及四个解耦开关管的驱动信号，控制反 激式单相逆变器。
[0021] 有益效果：
[0022] 本发明披露了一种反激式单相逆变器及其控制方法，采用该控制方法将输出交流 功率带来的功率脉动引向有源功率解耦电路，从而有效的解耦脉动功率以保证直流电源端 输入直流功率。
【附图说明】
[0023] 附图1是本发明的一种反激式单相逆变器主电路及其控制方法的结构示意图。
[0024] 附图2是本发明的一种反激式单相逆变器进一步等效电路图。
[0025] 附图3~图7是本发明的一种反激式单相逆变器的各开关模态示意图。
[0026] 附图8是本发明应用于输出电压220V/50HZ场合下输入电流、辅助电容电压、副边 电流及输出电压的仿真波形。
[0027] 上述附图中的主要符号名称=V1、直流电源。C1、输入电容。S p、原边开关管。Ss、副 边开关管。\1、5：!2、5：!3、5：!4、均为解耦开关管。0 ；3、副边二极管。0：!、解耦二极管。（^、中间直 流母线电容。Cx、解耦电容。T、隔离变压器。N1、隔离变压器原边绕组。N2、隔离变压器副边 绕组。Nx、隔离变压器辅助绕组。Lni、隔离变压器激磁电感。Si~S4、均为功率开关管。L f、 滤波电感。Cf、滤波电容。&、负载。Vd。、中间直流母线电压。\解耦电容电压。v。、输出电 压。
【具体实施方式】
[0028] 下面结合附图对发明的技术方案进行详细说明：
[0029] 附图1是一种反激式单相逆变器主电路及其控制方法的结构示意图。反激式单 相逆变器主电路由直流电源V1、输入电容C1、原边开关管Sp、隔离变压器T、副边二极管D s、 副边开关管Ss、中间直流母线电容Cd。、第一逆变桥臂、第二逆变桥臂、滤波电路及有源功率 解耦电路组成，其中有源功率解耦电路包括隔离变压器辅助绕组Nx、解耦二极管Dx、解耦电 容Cx和四个解耦开关管Sxl~S x4。N1是隔离变压器原边绕组。N2是隔离变压器副边绕组。 Si~S 4是功率开关管。Lf是滤波电感。Cf是滤波电容。Rl是负载。V d。是中间直流母线电 压。Vx是解親电容电压。V。、输出电压。
[0030] 检测解耦电容电压信号Vx，中间直流母线电压信号Vd。，逆变桥臂的输入电流信号 iinv;将解耦电容电压信号V .经过低通滤波器，获得其直流分量V x;计算解耦电容电压参考 信号Vxraf与解耦电容电压信号直流分量V x的差值Δ V x;将中间直流母线电压信号V d。和逆 变桥臂的输入电流信号iinv输入基准生成电路，获得原边电流参考信号I p 和副边电流参 考信号is 将电压差值A PI控制器进行调节，然后加入原边电流参考信号I p "f，获 得原边电流实际参考信号Ip」计算中间直流母线电压参考信号V d。与中间直流母线电压 信号Vd。的差值将电压差值AVd。用PI控制器进行调节，然后加入副边电流参考信号 is TOf，获得副边电流实际参考信号is」将原边电流实际参考信号I p ^和副边电流实际参考 信号输入调制波生成电路，获得第一调制波信号^、第二调制波信号％和第三调制波信 号M3;将第一调制波信号M i和第二调制波信号m 2分别输入PffM控制电路，获得第一逻辑信 号(^和第二逻辑信号C 2;将第三调制波信号M 3输入过零比较器，获得第三逻辑信号C 3;将 第一逻辑信号C1输入逻辑电路，在逻辑电路中先经过逻辑非门后，再经过逻辑非门，得到原 边开关管的控制信号Qp;将第一逻辑