单相正弦波逆变器及其控制方法与流程

本发明涉及电力电子技术领域，具体而言，涉及一种单相正弦波逆变器及其控制方法。

背景技术：

单相正弦波逆变器是把直流变成单相正弦波交流的逆变器，输出交流是正弦波。传统单相正弦波逆变器电路原理如图1所示，其中，l1、s5、d5、c组成boost升压电路，以满足输出ac的电压；s1、d1、s2、d2、s3、d3、s4、d4组成逆变电路，以将直流电逆变成满足要求的交流电输出。

上述电路中，s1、d1、s2、d2、s3、d3、s4、d4组成的逆变电路工作时，有单极性调制和双极性调制之分。单极性调制时，两个晶体管高频开关，另外两个晶体管工频开关，并且需要功率滤波电感(图1中的l2、l3)把逆变电流滤波成正弦波输出；双极性调制时，四个晶体管全高频开关，并且同样需要功率滤波电感(图1中的l2、l3)把逆变电流滤波成正弦波输出。

传统单相正弦波逆变器中的逆变电路部分，不管是单极性调制和双极性调制，逆变部分至少有两个晶体管工作在高频开关，并且需要功率滤波电感滤波电流。因为晶体管工作在高频开关时，会降低效率。功率滤波电感滤波逆变电流也会降低效率，并且还会增加成本和带来发热问题。

针对相关技术中单相正弦波逆变器效率低的问题，目前尚未提出有效地解决方案。

技术实现要素：

本发明提供了一种单相正弦波逆变器及其控制方法，以至少解决现有技术中单相正弦波逆变器效率低的问题。

为解决上述技术问题，根据本公开实施例的一个方面，本发明提供了一种单相正弦波逆变器，包括：升压控制电路，与输入直流电压连接，用于将输入直流电压升压为满足所需输出电压伏值的半正弦馒头波形的电压，其中，半正弦馒头波形为将正弦波形后半周期进行180度相位翻转后对应的波形；

换向控制电路，与升压控制电路连接，用于将升压控制电路输出的半正弦馒头波形进行换向，以输出正弦波形的单相正弦波交流电。

进一步地，升压控制电路包括：第一电感l1、第二电感l2、第一电容c1、第二电容c2、第三电容c3、第四电容c4、第五晶体管s5、第六晶体管s6、第一二极管d1以及第二二极管d2，其中，

第一电感l1的第一端分别与输入直流电压vdc的正极、第三电容c3的第一端连接，第一电感l1的第二端分别与第一二极管d1的正极、第五晶体管s5的第一端连接；

第三电容c3的第二端与第四电容c4的第一端，并连接至第一节点，第五晶体管s5的第二端、第六晶体管s6的第一端连接至第一节点；

第一电容c1的第一端与第一二极管d1的负极连接，第一电容c1的第二端与第二电容c2的第一端连接，并连接至第一节点，第二电容c2的第二端与第二二极管d2的正极连接；

第二电感l2的第一端分别与输入直流电压vdc的负极、第四电容c4的第二端连接，第二电感l2的第二端分别与第六晶体管s6的第二端、第二二极管d2的负极连接。

进一步地，换向控制电路包括：第一晶体管s1、第二晶体管s2、第三晶体管s3以及第四晶体管s4，其中，

第一晶体管s1的第一端分别与第一二极管d1的负极、第一电容c1的第一端连接，第一晶体管s1的第二端与第三晶体管的第一端连接，并连接至换向控制电路的第一输出端，第三晶体管的第二端分别与第二电容c2的第二端、第二二极管d2的正极连接，并连接至第四晶体管s4的第二端；

第二晶体管s2的第一端与第一晶体管s1的第一端连接，第二晶体管s2的第二端与第四晶体管s4的第一端连接，并连接至换向控制电路的第二输出端。

进一步地，第一二极管d1和/或第二二极管d2为快恢复二极管。

进一步地，第一晶体管s1和/或第二晶体管s2为晶闸管。

进一步地，第五晶体管s5和/或第六晶体管s6为场效应晶体管。

进一步地，第三晶体管s3和/或第四晶体管s4为场效应晶体管。

根据本公开实施例的另一方面，提供了一种单相正弦波逆变器的控制方法，该方法包括：控制升压控制电路中第五晶体管s5、第六晶体管s6高频交错工作；控制换向控制电路中第一晶体管s1和第四晶体管s4同时序开通与关断，控制换向控制电路中第二晶体管s2和第三晶体管s3同时序开通与关断。

进一步地，控制换向控制电路中第一晶体管s1和第四晶体管s4同时序开通与关断，控制换向控制电路中第二晶体管s2和第三晶体管s3同时序开通与关断，包括：在升压控制电路输出电压伏值的半正弦馒头波形的第n个半正弦馒头波形时，控制第一晶体管s1和第四晶体管s4开通，第二晶体管s2和第三晶体管s3关断；在升压控制电路输出电压伏值的半正弦馒头波形的第n+1个半正弦馒头波形时，控制第一晶体管s1和第四晶体管s4关断，第二晶体管s2和第三晶体管s3开通，其中，n为自然数。

进一步地，该方法还包括：控制换向控制电路输出的单相正弦波交流电为低频，第一晶体管s1、第二晶体管s2、第三晶体管s3以及第四晶体管s4与换向控制电路输出的单相正弦波交流电同频率工作。

在本发明中，对传统的单相正弦波逆变器中boost升压电路进行改进，提供一种升压控制电路，输入直流电压vdc经过此升压控制电路，得到能满足单相正弦波交流输出的半正弦馒头波，然后经过换向控制电路进行换向，输出正弦波的单相正弦波交流电。这种电路结构省去传统单相正弦波逆变器功率滤波电感，改善了现有技术中单相正弦波逆变器效率低的问题，提高效率的同时，降低成本，减小体积。

附图说明

图1是现有技术中单相正弦波逆变器的一种可选的电路结构图；

图2是根据本发明实施例的单相正弦波逆变器的一种可选的结构框图；

图3是根据本发明实施例的单相正弦波逆变器的一种可选的电路结构图；

图4是根据本发明实施例的单相正弦波逆变器的一种可选的电路分析图；以及

图5是根据本发明实施例的单相正弦波逆变器的另一种可选的电路分析图。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本发明的一些方面相一致的装置和方法的例子。

实施例1

下面结合附图对本发明提供的单相正弦波逆变器进行说明。

图2示出本发明的单相正弦波逆变器的一种可选的电路结构图，其中，单相正弦波逆变器包括升压控制电路10，与输入直流电压vdc连接，用于将输入直流电压升压为满足所需输出电压伏值的半正弦馒头波形的电压，其中，半正弦馒头波形为将正弦波形后半周期进行180度相位翻转后对应的波形；换向控制电路20，与升压控制电路10连接，用于将升压控制电路输出的半正弦馒头波形进行换向，以输出正弦波形的单相正弦波交流电。

在本发明中，对传统的单相正弦波逆变器中boost升压电路进行改进，提供一种升压控制电路，输入直流电压vdc经过此升压控制电路，得到能满足单相交流输出的半正弦馒头波，然后经过换向控制电路进行换向，输出正弦波的单相正弦波交流电压。这种电路结构省去传统单相正弦波逆变器功率滤波电感，改善了现有技术中单相正弦波逆变器效率低的问题，提高效率的同时，降低成本，减小体积。

在本申请的一个可选的实施方式中，还提供了一种上述升压控制电路的具体实现方式，具体来说，如图3所示，升压控制电路包括：第一电感l1、第二电感l2、第一电容c1、第二电容c2、第三电容c3、第四电容c4、第五晶体管s5、第六晶体管s6、第一二极管d1以及第二二极管d2，其中，

第一电感l1的第一端分别与输入直流电压vdc的正极、第三电容c3的第一端连接，第一电感l1的第二端分别与第一二极管d1的正极、第五晶体管s5的第一端连接；

第三电容c3的第二端与第四电容c4的第一端，并连接至第一节点，第五晶体管s5的第二端、第六晶体管s6的第一端连接至第一节点；

第一电容c1的第一端与第一二极管d1的负极连接，第一电容c1的第二端与第二电容c2的第一端连接，并连接至第一节点，第二电容c2的第二端与第二二极管d2的正极连接；

第二电感l2的第一端分别与输入直流电压vdc的负极、第四电容c4的第二端连接，第二电感l2的第二端分别与第六晶体管s6的第二端、第二二极管d2的负极连接。

上述升压控制电路，输入直流电压vdc经过此升压控制电路，得到能满足单相正弦波交流输出的半正弦馒头波，结构简单，效果良好，同时，在进行控制时，使s5、s6高频交错工作，可减小母线电压高频纹波。

在本申请的又一个可选的实施方式中，还提供了一种上述换向控制电路的具体实现方式，具体来说，如图3所示，换向控制电路包括：第一晶体管s1、第二晶体管s2、第三晶体管s3以及第四晶体管s4，其中，

第一晶体管s1的第一端分别与第一二极管d1的负极、第一电容c1的第一端连接，第一晶体管s1的第二端与第三晶体管的第一端连接，并连接至换向控制电路的第一输出端，第三晶体管的第二端分别与第二电容c2的第二端、第二二极管d2的正极连接，并连接至第四晶体管s4的第二端；

第二晶体管s2的第一端与第一晶体管s1的第一端连接，第二晶体管s2的第二端与第四晶体管s4的第一端连接，并连接至换向控制电路的第二输出端。

在上述换向控制电路中，由于全桥四个开关管只实现换向，四个开关管均工作在低频，这样逆变器效率提高。同时省去功率滤波电感，逆变器效率提高，成本降低，体积减小。

下面结合图4和图5对上述方案进行进一步的说明，以便更好的理解本申请：

图4将图3中的单相正弦波逆变器电路结构进行了划分，其中，a部分电路为升压控制电路，包括：第一电感l1、第二电感l2、第一电容c1、第二电容c2、第三电容c3、第四电容c4、第五晶体管s5、第六晶体管s6、第一二极管d1以及第二二极管d2；其中，晶体管s5、s6高频交错工作，可减小母线电压高频纹波。b部分电路为换向控制电路，包括：第一晶体管s1、第二晶体管s2、第三晶体管s3以及第四晶体管s4。

其中，本发明为输入为直流电vdc，输出为正弦波交流电ac。本发明整体工作原理为：输入vdc经过a电路，得到能满足ac输出的半正弦馒头波。然后经过b电路，输出正弦波ac。

具体工作过程分析参见图5：

图5中示出晶体管s5和s6驱动波形，其中，晶体管s5、s6采用高频交错工作，在经过a电路之后，输出的波形图为半正弦馒头波，半正弦馒头波形为将正弦波形后半周期进行180度相位翻转后对应的波形(参见图5中经过a后的波形图)；然后，通过控制换向控制电路b中的晶体管，完成最终所需输出的正弦波形的单相正弦波交流电(参见图5中经过b后的波形图)。图5中下半部分示出s1、s4，s2、s3的驱动波形，其均采用低频工作。

在进行控制时，s1、s4同时序开通与关断，s2、s3同时序开通与关断。在b电路前，母线电压已是半正弦馒头波。在第一个半正弦馒头波时，s1、s4开通，s2、s3关断，s1、s4与与半正弦馒头波同相位和同频率，输出正弦波ac正半周。在第二个半正弦馒头波时，s2、s3开通，s1、s4关断，s2、s3与与半正弦馒头波同相位和同频率，输出正弦波ac负半周。这样得到正弦波ac。

这样省去了滤波电感，提高效率。同时大多数单相正弦波逆变器输出ac频率是低频，如电网50hz等。由于s1、s2、s3、s4与输出正弦波ac同频率工作，这样s1、s2、s3、s4均为低频开关工作，这样也很大提高了效率。

在上述实施方式中，对boost改进设计成新的升压电路，输入直流vdc经过此电路，得到能满足ac输出的半正弦馒头波，然后经过全桥四个开关管换向，输出正弦波ac电压。由于全桥四个开关管只实现换向，四个开关管均工作在低频，这样逆变器效率提高。同时省去功率滤波电感(图1中电感l2、l3)，逆变器效率提高，成本降低，体积减小。

实施例2

基于上述实施例1中提供的单相正弦波逆变器，本发明可选的实施例2还提供了一种单相正弦波逆变器的控制方法，该方法包括：控制升压控制电路中第五晶体管s5、第六晶体管s6高频交错工作；控制换向控制电路中第一晶体管s1和第四晶体管s4同时序开通与关断，控制换向控制电路中第二晶体管s2和第三晶体管s3同时序开通与关断。

进一步地，控制换向控制电路中第一晶体管s1和第四晶体管s4同时序开通与关断，控制换向控制电路中第二晶体管s2和第三晶体管s3同时序开通与关断，包括：在升压控制电路输出电压伏值的半正弦馒头波形的第n个半正弦馒头波形(图5中0～t/2周期段的馒头波)时，控制第一晶体管s1和第四晶体管s4开通，第二晶体管s2和第三晶体管s3关断；在升压控制电路输出电压伏值的半正弦馒头波形的第n+1个半正弦馒头波形(图5中t/2～t周期段的馒头波)时，控制第一晶体管s1和第四晶体管s4关断，第二晶体管s2和第三晶体管s3开通，其中，n为自然数。

进一步地，该方法还包括：控制换向控制电路输出的单相正弦波交流电为低频，第一晶体管s1、第二晶体管s2、第三晶体管s3以及第四晶体管s4与换向控制电路输出的单相正弦波交流电同频率工作。

在上述实施方式中，对传统的单相正弦波逆变器中boost升压电路进行改进，提供一种升压控制电路，输入直流电压vdc经过此升压控制电路，得到能满足单相正弦波交流输出的半正弦馒头波，然后经过换向控制电路进行换向，输出正弦波的单相正弦波交流电压。这种电路结构省去传统单相正弦波逆变器功率滤波电感，改善了现有技术中单相正弦波逆变器效率低的问题，提高效率的同时，降低成本，减小体积。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本发明的其它实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未发明的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由下面的权利要求指出。

应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。