升压三桥臂逆变器及升压调节方法与流程

本发明涉及一种升压三桥臂逆变器及升压调节方法。

背景技术：

逆变器是将直流转换为交流电的设备，经常应用在有源滤波器，无功补偿器，高压变频装置中一般在选用功率管的耐压都比较高，通常在380v的系统中功率管的耐压一般在800v以上，并且长采用的全桥逆变电路的下管还有电流续流的作用，往往下管的发热量严重，并且当系统接入到电网中时全桥逆变电路和电网进行能量的交换，这样提高了电网中谐波的含量。

因此，如何提供一种逆变电路拓扑能，减少电路的成本，提高转换效率又能降低功率管耐压同时改变续流回路，是本领域研究重点。

附图2显示的内容是常用的全桥逆变器拓扑结构，在380v的系统中功率管的耐压一般在800v以上，并且长采用的全桥逆变电路的下管还有电流续流的作用，往往下管的发热量严重，并且在图1变流器102为非隔离时，供电负载101为太阳能板时会产生漏电流，当用电设备共地时将会产生放电回路。

技术实现要素：

为了克服现有技术存在的上述问题，本发明的目的是提供一种升压三桥臂逆变器及升压调节方法。

上述的目的通过以下的技术方案实现：

一种升压三桥臂逆变器，其组成包括：供电设备模块，所述的供电设备模块与推挽升压模块连接，所述的推挽升压模块与整流滤波模块连接，所述的整流滤波模块与三桥臂逆变桥模块连接，所述的三桥臂逆变桥模块与lcl滤波模块连接，所述的lcl滤波模块与供电负载连接；

所述的供电设备模块、所述的推挽升压模块、所述的lcl滤波模块分别输出信号至dsp主控制器的a/d转换端，dsp主控制器的pwm输出端口分别与隔离驱动模块a、隔离驱动模块b连接，所述的隔离驱动模块a与所述的推挽升压模块连接，所述的隔离驱动模块b与所述的三桥臂逆变桥模块连接，所述的dsp主控制器与数据通信模块连接，所述的数据通信模块与上位机模块连接，所述的隔离驱动模块a与所述的隔离驱动模块b结构相同。

所述的升压三桥臂逆变器，隔离驱动模块包括信号转换模块，所述的信号转换模块分别与驱动模块、电压整流滤波模块、所述的dsp主控制器连接，所述的电压整流滤波模块通过电气隔离信号的耦合将电压整流后的电压反馈到ic控制模块中，所述的ic控制模块与功率变换电路模块连接，所述的功率变换电路模块与所述的电压整流滤波模块连接。

所述的升压三桥臂逆变器，所述的三桥臂逆变桥模块包括左桥臂、中间桥臂和右桥臂，所述的左桥臂包含mos管q1、mos管q2，中间桥臂包含igbt管qt1、igbt管qt2、mos管q3、mos管q4，右桥臂包含mos管q5、mos管q6；左桥臂的引脚l1和电容的正输入端连接，左桥臂的l2引脚和电容的负输入端连接，左桥臂的l3引脚和中间桥臂的m1、m2连接，左桥臂的l4引脚和中间桥臂的m3连接，右桥臂的引脚r1和电容的正输入端连接，右桥臂的r2引脚和电容的负输入端连接，右桥臂的r3引脚和中间桥臂的m4、m5连接，右桥臂的r4引脚和中间桥臂的m6连接。

上述的升压三桥臂逆变器的升压调节方法，供电设备连接高频开关升压电路，然后通过整流滤波电路连接三桥臂逆变桥最后接入电网或负载；

蓄电池推挽升压电路经过整流滤波电路最后通过三桥臂逆变桥输出交流电，dsp采样引脚接到功率采样部分，且dsp分别向隔离驱动电路输出pwm驱动波形，经过隔离驱动电路的隔离和功率放大控制推挽升压电路和三桥臂逆变桥的功率管；

主控制dsp的前置反馈端采集升压变压器整流滤波后的输出信号，后置反馈端采集逆变器输出电压电流信号和并网电压信号，通过反馈生成驱动波形，驱动波形实时控制三桥臂逆变器左桥臂，中间桥臂和右桥臂，主控制dsp通信端和fpga通信端通过16bit的数据线进行连接，fpga通过4g无线传输与服务器和显示界面进行连接。

所述的升压三桥臂逆变器的升压调节方法，隔离驱动模块其中包括控制ic部分,ic部分连接到功率转换部分输入端，功率转换部分的输出端连接波形整流的输入端，波形整流的输出端连接电压反馈的输入端，电压反馈的输出端连接到控制ic的反馈引脚，波形整流的输出端同时连接到信号转换的双极性电压接收端，信号转换的输入驱动引脚连接dsp驱动信号，信号转换的输出引脚连接功率开关管，dsp的驱动信号通过隔离驱动模块将单极性电源转换为双极性电压驱动输出。

本发明的有益效果：

本发明采用三桥臂逆变拓扑，该拓扑在传统全桥逆变电路基础上引入两个mos管和两个igbt管，当构成续流回路时隔离直流侧和电网侧，大大降低由于续流引起的电网谐波，并且位于下端的两个mos管q1、q6的耐压可以为上端mos管q1、q5耐压值的一半。本发明拓扑控制简单，成本低，同时配合单极性调制的thd低等优点。同时采用隔离驱动电路，隔离驱动电路将dsp的驱动和功率部分的完全隔离，大大降低了布板的难度，驱动系统只需要一种电源就能满足驱动要求，防止功率部分的干扰进入dsp驱动部分，大大提高长时间运行的稳定性。

本发明包括三桥臂结构的逆变部分、推挽升压部分、整流滤波部分、功率反馈部分，隔离驱动部分以及外部控制的dsp，蓄电池推挽升压电路经过整流滤波电路最后通过新型三桥臂逆变桥输出交流电，dsp采样引脚接到功率采样部分，且dsp分别向隔离驱动电路输出pwm驱动波形，经过隔离驱动电路的隔离和功率放大控制推挽升压电路和三桥臂逆变桥的功率管。本发明降低下管的耐压，通过改变逆变器的续流回路降低了损耗，减少输出的电压纹波，提高系统效率，提高系统的稳定性。

附图说明：

附图1是本发明的逆变器电路原理框图。

附图2是现有的h4单相逆变电路图。

附图3是本发明三桥臂逆变桥的电路原理图。

附图4是本发明三桥臂逆变桥正半周电容向负载提供电能时电流流向的示意图。

附图5是本发明三桥臂逆变桥正半周续流时电流流向的示意图。

附图6是本发明三桥臂逆变桥负半周电容向负载提供电能时电流流向的示意图。

附图7是本发明三桥臂逆变桥负半周续流时电流流向的示意图。

附图8是本发明隔离驱动模块的隔离驱动原理框图。

附图9是本发明的运行工作流程图。

具体实施方式：

实施例1：

一种升压三桥臂逆变器，其组成包括：供电设备模块，所述的供电设备模块与推挽升压模块连接，所述的推挽升压模块与整流滤波模块连接，所述的整流滤波模块与三桥臂逆变桥模块连接，所述的三桥臂逆变桥模块与lcl滤波模块连接，所述的lcl滤波模块与供电负载连接；

所述的供电设备模块、所述的推挽升压模块、所述的lcl滤波模块分别输出信号至dsp主控制器的a/d转换端，dsp主控制器的pwm输出端口分别与隔离驱动模块a、隔离驱动模块b连接，所述的隔离驱动模块a与所述的推挽升压模块连接，所述的隔离驱动模块b与所述的三桥臂逆变桥模块连接，所述的dsp主控制器与数据通信模块连接，所述的数据通信模块与上位机模块连接，所述的隔离驱动模块a与所述的隔离驱动模块b结构相同。

供电设备模块101：将电压范围为12v到48v的蓄电池，太阳能板或其他低压电源接入供电设备模块，供电设备模块一部分将转化为15v的控制系统供电电压和隔离驱动的输入电源，另一部分供电设备模块将电压提供给升压拓扑。

推挽升压模块102：将供电设备模块提供的电压通过dsp的驱动输出将低压直流电转换成高压交流电，并且将低压直流部分和高压交流部分完全电气隔离。

整流滤波模块103：将高压交流电通过快恢复二极管和滤波电容将直流电转化为交流电，保证直流供电的稳定。

三桥臂逆变桥模块104：将直流电通过dsp驱动产生和隔离驱动的输出使桥臂各自导通，将直流电转化为需要的高频交流电。

滤波模块105:将高频交流电通过lcl低通滤波将高频谐波滤除，输出正弦交流信号。

供电负载106：逆变器所产生的交流电可以直接连接电网提供电能或连接用电设备进行使用。

隔离驱动模块a107和隔离驱动模块b111：将dsp输入的驱动波形和通过电压与功率的变换给三桥臂相应的功率管进行驱动。

主控制器dsp模块108：dsp通过对升压变压器的输出电压进行采样和逆变桥输出电流电压进行采样，对升压模块的功率管和逆变桥桥臂中的开关管进行控制。

数据通信模块109：fpga主要负责数据的通信，实现远端的数据交互，提高dsp运算处理速度。

上位机模块110：通过上位机远程监控和控制逆变器的输出状态，实现人机交互功能。

实施例2：

根据实施例1所述的升压三桥臂逆变器，隔离驱动模块包括信号转换模块，所述的信号转换模块分别与驱动模块、电压整流滤波模块、所述的dsp主控制器连接，所述的电压整流滤波模块通过电气隔离信号的耦合将电压整流后的电压反馈到ic控制模块中，所述的ic控制模块与功率变换电路模块连接，所述的功率变换电路模块与所述的电压整流滤波模块连接。

图8为隔离驱动原理框图，包括：

主控ic模块301：通过ic控制pwm的输出，并进行芯片使能，过电压，欠电压，过电流等控制。

功率变换模块302：通过pwm的输出对功率部分进行控制，通过高频pwm对变压器进行励磁和消磁。

电压整流部分303：通过变压器耦合的电压电流进行整流滤波，转化为+15v,0v,-15v直流电压。

隔离反馈部分304：通过电气隔离信号的耦合将电压整流后的电压反馈到主控ic模块中，从何进行稳压。

信号转换模块305：信号模块的1和2引脚连接dsp输出的pwm信号，信号模块的3,4,5连接电压整流部分的+15v,0v,-15v直流电压，信号模块的6和7引脚为信号的输出。

驱动模块306：驱动模块的1和2连接信号模块的6和7引脚，驱动模块的3和4分别连接mos管的栅极和漏极或igbt管的基极和发射极。

实施例3：

根据实施例1或2所述的升压三桥臂逆变器，所述的三桥臂逆变桥模块包括左桥臂、中间桥臂和右桥臂，所述的左桥臂包含mos管q1、mos管q2，中间桥臂包含igbt管qt1、igbt管qt2、mos管q3、mos管q4，右桥臂包含mos管q5、mos管q6；左桥臂的引脚l1和电容的正输入端连接，左桥臂的l2引脚和电容的负输入端连接，左桥臂的l3引脚和中间桥臂的m1、m2连接，左桥臂的l4引脚和中间桥臂的m3连接，右桥臂的引脚r1和电容的正输入端连接，右桥臂的r2引脚和电容的负输入端连接，右桥臂的r3引脚和中间桥臂的m4、m5连接，右桥臂的r4引脚和中间桥臂的m6连接。

图4为当正半周时电流的流向，图5为电流正半周续流的流向，图6为负半周电流的流向，图7为电流负半周续流电流的流向。q1、q2、q3、q4、q5和q6为高频的pwm控制信号，qt1和qt2为同步输出电压频率的触发信号。当正半周电流如图4所示，先后流过301a、q1、ls1、302、ls2、qt1、q5、q6与301b。当功率管q1和q6截止时，如图5所示，正半周续流通路先后流过q3、ls1、302、ls2与qt1，与全桥逆变相比正半周续流回路得到改善。当负半周电流如图6所示，先后流经301a、q5、ls2、302、ls1、qt2、q2和301b。当功率管q5和q2截止时，如图7所示，负半周续流通路先后流过q4、ls2、302、ls1和qt2，与全桥逆变相比负半周续流回路得到改善。

实施例4：

上述的升压三桥臂逆变器的升压调节方法，供电设备连接高频开关升压电路，然后通过整流滤波电路连接三桥臂逆变桥最后接入电网或负载；

蓄电池推挽升压电路经过整流滤波电路最后通过三桥臂逆变桥输出交流电，dsp采样引脚接到功率采样部分，且dsp分别向隔离驱动电路输出pwm驱动波形，经过隔离驱动电路的隔离和功率放大控制推挽升压电路和三桥臂逆变桥的功率管；

主控制dsp的前置反馈端采集升压变压器整流滤波后的输出信号，后置反馈端采集逆变器输出电压电流信号和并网电压信号，通过反馈生成驱动波形，驱动波形实时控制三桥臂逆变器左桥臂，中间桥臂和右桥臂，主控制dsp通信端和fpga通信端通过16bit的数据线进行连接，fpga通过4g无线传输与服务器和显示界面进行连接。

实施例5：

根据实施例4所述的升压三桥臂逆变器的升压调节方法，隔离驱动模块其中包括控制ic部分,ic部分连接到功率转换部分输入端，功率转换部分的输出端连接波形整流的输入端，波形整流的输出端连接电压反馈的输入端，电压反馈的输出端连接到控制ic的反馈引脚，波形整流的输出端同时连接到信号转换的双极性电压接收端，信号转换的输入驱动引脚连接dsp驱动信号，信号转换的输出引脚连接功率开关管，dsp的驱动信号通过隔离驱动模块将单极性电源转换为双极性电压驱动输出。

图9为运行工作流程图，包括：

步骤501：供电设备的正常连接通过dsp检查供电设备电压是否正常，并通过供电设备给系统的初级侧进行供电。

步骤502：当供电设备电压正常后通过dsp驱动推挽升压电路将低压直流电转换为高压高频交流电。

步骤503：通过对高压高频交流电进行整流滤波使dsp检查高压直流信号确定直流高压的电压范围。

步骤504：使用控制器和上位机的交互，选择系统并网或离线运行，当选择并网时确定输出电流的大小，当独立运行时确定输出电压的大小。

步骤505：通过dsp的计算产生pwm波驱动三桥臂逆变器的功率管，通过lcl滤波电路将高压直流电转换为所需要的交流电。