单级升压型逆变电路及其控制模块的制作方法

1.本发明实施例涉及电力电子技术领域，尤其涉及一种单级升压型逆变电路及其控制模块。


背景技术：

2.新能源发电技术中为了将低压直流电转换为高压交流电，通常需要采用两级式或多级式电能变换装置。但为了降低成本和系统的复杂度，研究人员提出了多种单级升压型逆变电路。相比前者，单级升压型逆变电路可以大大减小系统体积和元器件数量，简化系统控制。
3.然而，单级升压型逆变电路存在的问题是，需要功率器件硬开关工作，硬开关工作会使得系统的电磁干扰(electromagnetic interference,emi)和开关损耗问题尤为突出。此外，为了防止输入-输出侧电流倒灌，往往需要在逆变电路中增加由二极管组成的防逆流模块，由于二极管的导通压降大，使得电路的导通损耗增加，电能变换装置的效率又进一步降低。
4.因此，现有的单级升压型逆变电路存在电磁干扰和损耗大的问题。


技术实现要素：

5.本发明实施例提供一种单级升压型逆变电路及其控制模块，以降低电路中的电磁干扰、降低电路损耗。
6.第一方面，本发明实施例提供了一种单级升压型逆变电路，包括：输入直流电源、母线电容模块、储能软开关模块、同步整流模块、逆变桥模块和输出滤波模块；其中，所述输入直流电源与所述母线电容模块构成高压直流电源；
7.所述储能软开关模块包括开关输入端和开关输出端，所述开关输入端接入输入直流电源；
8.所述同步整流模块包括整流输入端、第一整流输出端和第二整流输出端，所述整流输入端与所述开关输出端电连接；
9.所述逆变桥模块包括第一电源端、第二电源端、第一输出端和第二输出端，所述第一电源端和所述第二电源端连接于所述高压直流电源的两端，所述第一输出端与所述第一整流输出端电连接，所述第二输出端与所述第二整流输出端电连接；
10.所述输出滤波模块包括第一滤波输入端、第二滤波输入端、第一滤波输出端和第二滤波输出端，所述第一滤波输入端与所述逆变桥模块的第一输出端电连接，所述第二滤波输入端与所述逆变桥模块的第二输出端电连接，所述第一滤波输出端和所述第二滤波输出端之间连接负载。
11.可选地，所述母线电容模块串联连接于所述输入直流电源的正极与所述逆变桥模块的第一电源端之间，所述逆变桥模块的第二电源端与所述输入直流电源的负极电连接；
12.或者，所述母线电容模块并联连接于所述逆变桥模块的第一电源端和第二电源端
之间，所述逆变桥模块的第二电源端与所述输入直流电源的负极电连接。
13.可选地，单级升压型逆变电路还包括：
14.输入电容模块，所述输入电容模块并联连接于所述输入直流电源的两端。
15.可选地，所述储能软开关模块包括：
16.第一储能电感，所述第一储能电感的第一端接入所述输入直流电源；
17.第一软开关辅助开关，所述第一软开关辅助开关的第一端与所述第一储能电感的第二端电连接，所述第一软开关辅助开关的第二端与所述同步整流模块的整流输入端电连接；
18.第二储能电感，所述第二储能电感的第一端与所述同步整流模块的整流输出端电连接；
19.第二软开关辅助开关，所述第二软开关辅助开关的第二端与所述第二储能电感的第二端电连接，所述第二软开关辅助开关的第一端接入所述输入直流电源；
20.第一二极管，所述第一二极管的阳极与所述第一储能电感的第二端电连接；
21.第一谐振电感，所述第一谐振电感的第一端与所述第一二极管的阴极电连接，所述第一谐振电感的第二端与所述第二储能电感的第二端电连接。
22.可选地，所述同步整流模块包括：
23.第一同步整流开关，所述第一同步整流开关的第一端与所述储能软开关模块电连接，所述第一同步整流开关的第二端与所述逆变桥模块的第一输出端电连接；
24.第二同步整流开关，所述第二同步整流开关的第一端与所述储能软开关模块电连接，所述第二同步整流开关的第二端与所述逆变桥模块的第二输出端电连接。
25.可选地，所述逆变桥模块包括：
26.逆变桥第一开关，所述逆变桥第一开关的第一端接入所述高压直流电源的正极，所述逆变桥第一开关的第二端作为所述逆变桥模块的第一输出端；
27.逆变桥第二开关，所述逆变桥第二开关的第一端与所述逆变桥第一开关的第二端电连接，所述逆变桥第二开关的第二端接入所述高压直流电源的负极；
28.逆变桥第三开关，所述逆变桥第三开关的第一端接入所述高压直流电源的正极，所述逆变桥第三开关的第二端作为所述逆变桥模块的第二输出端；
29.逆变桥第四开关，所述逆变桥第四开关的第一端与所述逆变桥第三开关的第二端电连接，所述逆变桥第四开关的第二端与接入所述高压直流电源的负极。
30.可选地，所述输出滤波模块包括l型、l-c型或l-c-l型。
31.可选地，所述逆变桥模块中的开关均为三族氮化物晶体管。
32.可选地，所述储能软开关模块、所述同步整流模块和所述逆变桥模块中的至少一种采用集成封装结构。
33.第二方面，本发明实施例还提供了一种单级升压型逆变电路的控制模块，用于控制本发明任意实施例所提供的单级升压型逆变电路，控制模块包括：调制比较单元、第一组合逻辑单元、第二组合逻辑单元和第三组合逻辑单元；
34.所述调制比较单元包括第一输入端、第二输入端、第三输入端、第一输出端、第二输出端和第三输出端，所述调制比较单元的第一输入端输入第一调制波输入信号，第二输入端输入第一载波输入信号，第三输入端输入第二调制波输入信号；所述调制比较单元用
于对所述第一载波输入信号、第一调制波输入信号及第二调制波输入信号进行处理，生成正弦脉宽调制信号、固定脉宽调制信号和正弦极性判定信号，并分别由所述调制比较单元的第一输出端、第二输出端和第三输出端输出；
35.所述第一组合逻辑单元包括输入端和输出端，所述第一组合逻辑单元的输入端输入所述正弦极性判定信号，所述第一组合逻辑单元用于对所述正弦极性判定信号，生成所述同步整流模块的开关控制信号，并由所述第一组合逻辑单元的输出端输出；
36.所述第二组合逻辑单元包括第一输入端、第二输入端、第三输入端和输出端，所述第二组合逻辑单元的第一输入端输入所述固定脉宽调制信号，所述第二输入端输入所述正弦极性判定信号，所述第三输入端输入所述正弦脉宽调制信号；所述第二组合逻辑单元用于对所述正弦极性判定信号、所述正弦脉宽调制信号和所述固定脉宽调制信号进行处理，生成所述逆变桥模块的开关控制信号，并由所述第二组合逻辑单元的输出端输出；
37.所述第三组合逻辑单元包括第一输入端、第二输入端和输出端，所述第一输入端输入所述正弦极性判定信号，所述第二输入端输入所述逆变桥模块的开关控制信号；所述第三组合逻辑单元用于对所述正弦极性判定信号和所述逆变桥模块的开关控制信号进行处理，生成所述储能软开关模块的开关控制信号，并由所述第三组合逻辑单元的输出端输出。
38.可选地，所述调制比较单元包括：
39.加法器，所述加法器的第一输入端输入所述第一载波输入信号，所述加法器的第二输入端输入所述第一调制波输入信号；
40.第一比较器，所述第一比较器的第一输入端与所述加法器的输出端连接，所述第一比较器的第二输入端输入控制模块参考地信号；
41.第一反相器，所述第一反相器的输入端与所述第一比较器的输出端连接；
42.第二比较器，所述第二比较器的第一输入端输入所述第一调制波输入信号，所述第二比较器的第二输入端输入所述第一载波输入信号；
43.第一或门，所述第一或门的第一输入端与所述第一反相器的输出端连接，所述第一或门的第二输入端与所述第二比较器的输出端连接；所述第一或门的输出端输出所述正弦脉宽调制信号；
44.第三比较器，所述第三比较器的第一输入端输入所述第二调制波输入信号，所述第三比较器的第二输入端输入所述第一载波输入信号；所述第三比较器的输出端输出所述固定脉宽调制信号；
45.第四比较器，所述第四比较器的第一输入端输入所述第一调制波输入信号，所述第四比较器的第二输入端输入所述控制模块参考地信号，所述第四比较器的输出端输出所述正弦极性判定信号。
46.可选地，所述同步整流模块的开关控制信号包括第一开关控制信号和第二开关控制信号；
47.所述第一组合逻辑单元包括：
48.第二反相器，所述第二反相器的输入端输入所述正弦极性判定信号，所述第二反相器的输出端输出所述第二开关控制信号；所述正弦极性判定信号作为所述第一开关控制信号。
49.可选地，所述逆变桥模块的开关控制信号包括第三开关控制信号、第四开关控制信号、第五开关控制信号和第六开关控制信号；
50.所述第二组合逻辑单元包括：
51.第一与非门，所述第一与非门的第一输入端输入正弦极性判定信号，所述第一与非门的第二输入端输入正弦脉宽调制信号；所述第一与非门的第一输入端与其第二输入端的逻辑极性相反；
52.第二与非门，所述第二与非门的第一输入端输入所述正弦脉宽调制信号，所述第二与非门的第二输入端输入所述正弦极性判定信号；
53.第三与非门，所述第三与非门的第一输入端输入所述固定脉宽调制信号，所述第三与非门的第二输入端与所述第一与非门的输出端连接，所述第三与非门的输出端输出所述第三开关控制信号；
54.第一与门，所述第一与门的第一输入端与所述第一与非门的输出端连接，所述第一与门的第二输入端输入所述固定脉宽调制信号，所述第一与门的输出端输出所述第四开关控制信号；
55.第四与非门，所述第四与非门的第一输入端输入所述固定脉宽调制信号，所述第四与非门的第二输入端与所述第二与非门的输出端连接，所述第四与非门的输出端输出所述第五开关控制信号；
56.第二与门，所述第二与门的第一输入端与所述第二与非门的输出端连接，所述第二与门的第二输入端输入所述固定脉宽调制信号，所述第二与门的输出端输出第六开关控制信号。
57.可选地，所述储能软开关模块的开关控制信号包括第七开关控制信号和第八开关控制信号；
58.所述第三组合逻辑单元包括：
59.第一延迟器，所述第一延迟器的输入端输入第三开关控制信号；
60.第二或门，所述第二或门的第一输入端与所述第一延迟器的输出端连接，所述第二或门的第二输入端输入第四开关控制信号；
61.第三与门，所述第三与门的第一输入端与所述第二或门的输出端连接，所述第三与门的第二输入端输入所述正弦极性判定信号；
62.第三反相器，所述第三反相器的输入端输入所述正弦极性判定信号；
63.第二延迟器，所述第二延迟器的输入端输入所述第五开关控制信号；
64.第三或门，所述第三或门的第一输入端与所述第二延迟器的输出端连接，所述第三或门的第二输入端输入所述第六开关控制信号；
65.第四与门，所述第四与门的第一输入端与所述第三反相器的输出端连接，所述第四与门的第二输入端与所述第三或门的输出端连接；
66.第四或门，所述第四或门的第一输入端与所述第三与门的输出端连接，所述第四或门的第二输入端与所述第四与门的输出端连接，所述第四或门的第一输出端输出所述第七开关控制信号，所述第四或门的第二输出端输出所述第八开关控制信号。
67.本发明实施例能够至少实现以下有益效果：
68.第一方面，在进行单级升压逆变的同时，储能软开关模块用于将逆变桥模块中所
有开关的零电压开通，与现有技术中采用硬开关工作相比，大大降低系统电磁干扰，提高系统稳定性和可靠性；以及减小了电路开关损耗，提升了电路电能变换效率。
69.第二方面，同步整流模块能够防止输入-输出电流倒灌，使得逆变桥模块中的各开关低功耗交替开关工作，与现有技术中采用二极管防逆流模块相比，降低了导通损耗，进一步提升了电路电能变换效率。
70.第三方面，与现有的两级式结构需要同时实现前级与后级的升压-逆变以及软开关控制相比，本发明实施例的电路结构简单，相应地，单级升压型逆变电路仅需要实现一级功率变换的控制，控制方法和控制结构简单，易于实现。
附图说明
71.图1为本发明实施例提供的一种单级升压型逆变电路的示意图；
72.图2为本发明实施例提供的另一种单级升压型逆变电路的示意图；
73.图3为本发明实施例提供的一种单级升压型逆变电路中关键节点的波形示意图；
74.图4为本发明实施例提供的一种单级升压型逆变电路的模态1的等效电路图；
75.图5为本发明实施例提供的一种单级升压型逆变电路的模态2的等效电路图；
76.图6为本发明实施例提供的一种单级升压型逆变电路的模态3的等效电路图；
77.图7为本发明实施例提供的一种单级升压型逆变电路的模态4的等效电路图；
78.图8为本发明实施例提供的一种单级升压型逆变电路的模态5的等效电路图；
79.图9为本发明实施例提供的一种单级升压型逆变电路的模态6的等效电路图；
80.图10为本发明实施例提供的一种单级升压型逆变电路的模态7的等效电路图；
81.图11为本发明实施例提供的一种单级升压型逆变电路的模态8的等效电路图；
82.图12为本发明实施例提供的一种直流输入电压和交流输出电压的波形示意图；
83.图13为本发明实施例提供的一种单级升压型逆变电路的逆变桥模块的开关波形图；
84.图14为本发明实施例提供的一种单级升压型逆变电路的储能软开关模块的开关波形图；
85.图15为本发明实施例提供的又一种单级升压型逆变电路的示意图；
86.图16为本发明实施例提供的一种同步整流模块的结构示意图；
87.图17为本发明实施例提供的一种单级升压型逆变电路的控制模块的结构示意图；
88.图18为本发明实施例提供的一种调制比较单元的结构示意图；
89.图19为本发明实施例提供的一种第一组合逻辑单元的结构示意图；
90.图20为本发明实施例提供的一种第二组合逻辑单元的结构示意图；
91.图21为本发明实施例提供的一种第三组合逻辑单元的结构示意图。
具体实施方式
92.下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
93.图1为本发明实施例提供的一种单级升压型逆变电路的示意图。参见图1，单级升
压型逆变电路包括：输入直流电源uin、母线电容模块60、储能软开关模块10、同步整流模块20、逆变桥模块30和输出滤波模块40。其中，输入直流电源uin和母线电容模块60构成高压直流电源，用于向逆变桥模块30提供高压直流电源。输入直流电源uin和母线电容模块60的连接关系有多种，示例性地，母线电容模块60串联连接于输入直流电源uin的正极与逆变桥模块30的第一电源端31之间，逆变桥模块30的第二电源端32与输入直流电源uin的负极电连接。此时，高压直流电源是指输入直流电源uin和母线电容模块60串联连接后的结构。储能软开关模块10包括开关输入端11和开关输出端12，开关输入端11接入输入直流电源uin。同步整流模块20包括整流输入端21、第一整流输出端22和第二整流输出端23，整流输入端21与开关输出端12电连接。逆变桥模块30包括第一电源端31(正极v+)、第二电源端32(负极v-)、第一输出端33和第二输出端34，第一电源端31和第二电源端32连接于高压直流电源的两端，第一输出端33与第一整流输出端22电连接，第二输出端34与第二整流输出端23电连接。输出滤波模块40包括第一滤波输入端41、第二滤波输入端42、第一滤波输出端43和第二滤波输出端44，第一滤波输入端41与逆变桥模块30的第一输出端33电连接，第二滤波输入端42与逆变桥模块30的第二输出端34电连接，第一滤波输出端43和第二滤波输出端44之间连接负载rl。
94.其中，输入直流电源uin包括正极和负极，负极与第一地gnd1连接。输出滤波模块40的第二滤波输出端44与第二地gnd2连接。逆变桥模块30能够将高压直流电通过单级升压转换为预设的升压交流电。以及本发明实施例能够至少实现以下有益效果：
95.第一方面，在进行单级升压逆变的同时，储能软开关模块10用于将逆变桥模块30中所有开关的零电压开通，与现有技术中采用硬开关工作相比，大大降低系统电磁干扰，提高系统稳定性和可靠性；以及减小了电路开关损耗，提升了电路电能变换效率。
96.第二方面，同步整流模块20能够防止输入-输出电流倒灌，使得逆变桥模块30中的各开关低功耗交替开关工作，与现有技术中采用二极管防逆流模块相比，降低了导通损耗，进一步提升了电路电能变换效率。
97.第三方面，与现有的两级式结构需要同时实现前级与后级的升压-逆变以及软开关控制相比，本发明实施例的电路结构简单，相应地，单级升压型逆变电路仅需要实现一级功率变换的控制，控制方法和控制结构简单，易于实现。
98.下面对本发明实施例提供的单级升压型逆变电路的具体电路结构和工作原理进行示例性的说明。图2为本发明实施例提供的另一种单级升压型逆变电路的示意图。参见图2，在上述实施例的基础上，可选地，单级升压型逆变电路还包括输入电容模块50。示例性地，输入电容模块50包括输入电容cin，母线电容模块60包括母线电容cdc。
99.继续参见图2，可选地，储能软开关模块10包括：第一储能电感lin1、第一软开关辅助开关saux1、第二储能电感lin2、第二软开关辅助开关saux2、第一二极管din和第一谐振电感lr。第一储能电感lin1的第一端接入输入直流电源uin；第一软开关辅助开关saux1的第一端与第一储能电感lin1的第二端电连接，第一软开关辅助开关saux1的第二端与同步整流模块20电连接；第二储能电感lin2的第一端与同步整流模块20电连接；第二软开关辅助开关saux2的第二端与第二储能电感lin2的第二端电连接，第二软开关辅助开关saux2的第一端接入输入直流电源uin；第一二极管din的阳极与第一储能电感lin1的第二端电连接；第一谐振电感lr的第一端与第一二极管din的阴极电连接，第一谐振电感lr的第二端与
第二储能电感lin2的第二端电连接。
100.继续参见图2，可选地，同步整流模块20包括：第一同步整流开关sd1和第二同步整流开关sd2。第一同步整流开关sd1的第一端与储能软开关模块10电连接，第一同步整流开关sd1的第二端与逆变桥模块30的第一输出端33(节点a)电连接。第二同步整流开关sd2的第一端与储能软开关模块10电连接，第二同步整流开关sd2的第二端与逆变桥模块30的第二输出端34(节点b)电连接。
101.继续参见图2，可选地，逆变桥模块30包括：逆变桥第一开关s1、逆变桥第二开关s2、逆变桥第三开关s3和逆变桥第四开关s4。逆变桥第一开关s1的第一端与母线电容cdc电连接，逆变桥第一开关s1的第二端作为逆变桥模块30的第一输出端33(节点a)。逆变桥第二开关s2的第一端与逆变桥第一开关s1的第二端(节点a)电连接，逆变桥第二开关s2的第二端接入第一地gnd1。逆变桥第三开关s3的第一端与母线电容cdc电连接，逆变桥第三开关s3的第二端作为逆变桥模块30的第二输出端(节点b)。逆变桥第四开关s4的第一端与逆变桥第三开关s3的第二端(节点b)电连接，逆变桥第四开关s4的第二端接入第一地gnd1。
102.继续参见图2，可选地，输出滤波模块40包括l型、l-c型或l-c-l型。图2中示例性地示出了输出滤波模块40为l-c型，具体地，输出滤波模块40包括滤波电感lo和滤波电容co。滤波电感lo连接于节点a和负载rl之间，滤波电容co与负载rl并联连接。
103.其中，各模块的开关受其栅源极电压的控制，示例性地，开关为p沟道型，开关的栅源极电压差为低时，开关导通；开关的栅源极电压差为高时，开关关断。图3为本发明实施例提供的一种单级升压型逆变电路中关键节点的波形示意图。参见图3，示例性地，单级升压型逆变电路的输出波形为正弦波，正弦正、负半周期内工作状态为对称关系。图3为在负半周期的一个开关周期内的主要开关波形。波形l1为储能软开关模块的第一软开关辅助开关和第二软开关辅助开关的栅源极电压，且第一软开关辅助开关的栅源极电压(第七开关控制信号)vgsaux1和第二软开关辅助开关的栅源极电压(第八开关控制信号)vgsaux2相同；波形l2为逆变桥模块的逆变桥第一开关的栅源极电压(第三开关控制信号)vgs1；波形l3为逆变桥模块的逆变桥第二开关的栅源极电压(第四开关控制信号)vgs2；波形l4为逆变桥模块的逆变桥第三开关的栅源极电压(第五开关控制信号)vgs3；波形l5为逆变桥模块的逆变桥第四开关的栅源极电压(第六开关控制信号)vgs4；波形l6为储能软开关模块的第一谐振电感的电流i
lr
；波形l7为储能软开关模块的第一储能电感lin1的电流i
lin1
。
104.可以看出，在一个开关周期内，单级升压型软开关逆变电路主要存在8个不同工作阶段，模态1，即[t0-t1]时间段；模态2，即[t1-t2]时间段；模态3，即[t2-t3]时间段；模态4，即[t3-t4]时间段；模态5，即[t4-t5]时间段；模态6，即[t5-t6]时间段；模态7，即[t6-t7]时间段；模态8，即[t7-t8]时间段。
[0105]
图4为本发明实施例提供的一种单级升压型逆变电路的模态1的等效电路图。结合图3和图4，在模态1，逆变桥第二开关s2和逆变桥第四开关s4导通，第二同步整流开关sd2导通，第一软开关辅助开关saux1和第二软开关辅助开关saux2导通。第一储能电感lin1和第二储能电感lin2并联充电储能，第一储能电感lin1和第二储能电感lin2电流分别流过第一软开关辅助开关saux1和第二软开关辅助开关saux2，第一二极管反向偏置，第一谐振电感电流为零。同步整流模块的第一同步整流开关sd1的体二极管会受电压钳位自然导通。
[0106]
图5为本发明实施例提供的一种单级升压型逆变电路的模态2的等效电路图。结合
图3和图5，在模态2，逆变桥第一开关s1或其体二极管导通，逆变桥第三开关s3或其体二极管导通，第一同步整流开关sd1的体二极管导通，第二同步整流开关sd2导通，第一软开关辅助开关saux1的体二极管和第二软开关辅助开关saux2的体二极管导通。该阶段起始时刻，第一谐振电感lr的电流i
lr
从零开始上升，第一二极管din零电流开通，第一软开关辅助开关saux1和第二软开关辅助开关saux2零电压关断，流过第一储能电感lin1和第二储能电感lin2电流给逆变桥第二开关s2和逆变桥第四开关s4的结电容充电，给逆变桥第一开关s1和逆变桥第三开关s3的结电容放电。逆变桥第一开关s1和逆变桥第三开关s3零电压开通，第一储能电感lin1和第二储能电感lin2在放电，电流逐渐下降，第一谐振电感lr电流上升，直至第一储能电感lin1和第二储能电感lin2电流等于第一谐振电感lr电流，该阶段结束。
[0107]
图6为本发明实施例提供的一种单级升压型逆变电路的模态3的等效电路图。结合图3和图6，在模态3，逆变桥第一开关s1、逆变桥第三开关s3、第一同步整流开关sd1的体二极管和第二同步整流开关sd2导通。该阶段起始时刻，第一软开关辅助开关saux1的体二极管和第二软开关辅助开关saux2的体二极管零电流关断，整个阶段内第一储能电感lin1和第二储能电感lin2电流均与第一谐振电感lr的电流i
lr
相等。
[0108]
图7为本发明实施例提供的一种单级升压型逆变电路的模态4的等效电路图。结合图3和图7，在模态4，逆变桥第一开关s1、逆变桥第三开关s3、第一同步整流开关sd1的体二极管、第二同步整流开关sd2、第一软开关辅助开关saux1和第二软开关辅助开关saux2导通。该阶段起始时刻，第一储能电感lin1和第二储能电感lin2电流与第一谐振电感lr电流相等，第一软开关辅助开关saux1和第二软开关辅助开关saux2零电流开通。随后，第一谐振电感lr电流i
lr
上升，第一储能电感lin1和第二储能电感lin2电流下降。在该阶段结束时刻，第一同步整流开关sd1的体二极管零电流关断，逆变桥第三开关s3电流下降到零自然换向，第二同步整流开关电流自然换向。
[0109]
图8为本发明实施例提供的一种单级升压型逆变电路的模态5的等效电路图。结合图3和图8，在模态5，逆变桥第一开关s1、逆变桥第三开关s3、第二同步整流开关sd2、第一软开关辅助开关saux1和第二软开关辅助开关saux2导通。该阶段内第一谐振电感lr的电流i
lr
继续上升，第一储能电感lin1和第二储能电感lin2电流继续下降。在该阶段结束时刻，逆变桥第三开关s3关断。
[0110]
图9为本发明实施例提供的一种单级升压型逆变电路的模态6的等效电路图。结合图3和图9，在模态6，逆变桥第一开关s1、第二同步整流开关sd2、第一软开关辅助开关saux1和第二软开关辅助开关saux2导通。该阶段内逆变桥第三开关s3、第四开关s4的结电容与第一谐振电感lr一起谐振。在该阶段结束时刻，逆变桥第四开关s4的结电容电压已谐振至零。
[0111]
图10为本发明实施例提供的一种单级升压型逆变电路的模态7的等效电路图。结合图3和图10，在模态7，逆变桥第一开关s1、逆变桥第四开关s4、第二同步整流开关sd2，第一软开关辅助开关saux1和第二软开关辅助开关saux2导通。该阶段起始时刻逆变桥第四开关s4零电压开通，第一谐振电感lr的电流i
lr
开始下降，第一储能电感lin1和第二储能电感lin2电流上升。在该阶段结束时刻，第一谐振电感lr的电流i
lr
下降至零，第一二极管din零电流关断。
[0112]
图11为本发明实施例提供的一种单级升压型逆变电路的模态8的等效电路图。结合图3和图11，在模态8，逆变桥第一开关s1、逆变桥第四开关s4、第二同步整流开关sd2，第
一软开关辅助开关saux1和第二软开关辅助开关saux2导通。该阶段内第一谐振电感lr的电流i
lr
维持在零，第一储能电感lin1和第二储能电感lin2电流上升，第一二极管din关断。在该阶段后期，逆变桥第一开关s1关断，逆变桥第二开关s2的体二极管自然导通续流，在结束时刻，逆变桥第二开关s2零电压开通。
[0113]
至此，本发明实施例提供的单级升压型逆变电路依次完成上述8种工作模态，从而将输入的低压直流电能不间断地转换为高压交流电能，并输出给后级负载rl。
[0114]
由上述工作模态可以看出，逆变桥模块中的所有开关零电压开通，储能软开关模块中的第一软开关辅助开关和第二软开关辅助开关零电流开通，零电压关断，第一二极管零电流开通和关断，在不增加开关损耗的前提下，实现了逆变桥模块所有开关的软开关，同时采用同步整流模块中的同步整流管作为反逆流导通管，大大降低电路电能变换损耗。
[0115]
在上述各实施例的基础上，本发明还对其进行了实验验证。图12为本发明实施例提供的一种直流输入电压和交流输出电压的波形示意图。其中，曲线l8为直流输入电压vin的波形，曲线l9为交流输出电压vo的波形。由图12可以看出直流输入电压远远低于交流输出电压的峰值，本发明实施例提供的单级升压型逆变电路具备单级升压逆变的功能，且输出电压波形较好。
[0116]
图13为本发明实施例提供的一种单级升压型逆变电路的逆变桥模块的开关波形图。其中，曲线l10为逆变桥第二开关的漏源极电压vds2的波形，曲线l11为逆变桥第二开关的栅源极电压vgs2的波形，曲线l12为逆变桥第一开关的栅源极电压vgs1的波形，曲线l13为逆变桥第一开关的漏源极电压vds1的波形，曲线l14为逆变桥第四开关的漏源极电压vds4的波形，曲线l15为逆变桥第四开关的栅源极电压vgs4的波形，曲线l16为逆变桥第三开关的漏源极电压vds3的波形，曲线l17为逆变桥第三开关的栅源极电压vgs3的波形。由图13可以看出，逆变桥模块的所有开关均实现了零电压开通，完成了零电压开通功能。
[0117]
图14为本发明实施例提供的一种单级升压型逆变电路的储能软开关模块的开关波形图。其中，曲线l18为第二软开关辅助开关的漏源极电压vdsaux2的波形，曲线l19为第二软开关辅助开关的沟道电流idsaux2的波形，曲线l20为第一软开关辅助开关的漏源极电压vdsaux1的波形，曲线l21为第一软开关辅助开关的沟道电流idsaux1的波形。由图14可以看出，储能软开关模块中所有开关均实现了零电流开通和关断，未增加电路的其他开关损耗。
[0118]
需要说明的是，在上述各实施例中，示例性地以母线电容模块60串联连接于输入直流电源uin的正极与逆变桥模块30的第一电源端(正极v+)之间为例进行说明，但不作为对本发明的限定。在其他实施例中，参见图15，还可以设置母线电容模块60并联连接于逆变桥模块30的第一电源端(正极v+)和第二电源端(负极v-)之间，逆变桥模块30的第二电源端(负极v-)与输入直流电源的负极(第一地gnd1)电连接。在这一实施例中，输入直流电源uin通过储能软开关模块10、同步整流模块20和逆变桥模块30向母线电容模块60进行充电，以产生高压直流电源。
[0119]
在上述各实施例的基础上，可选地，逆变桥模块中的开关均为三族氮化物晶体管。这样设置，可以大大提升电源变换装置的工作频率，降低系统损耗，减小系统体积。
[0120]
在上述各实施例的基础上，可选地，单级升压型逆变电路还包括死区单元，死区单元串联于第二组合逻辑单元和逆变桥模块30之间，用于实现上半桥和下半桥的死区控制。
[0121]
需要说明的是，在上述各实施例中，储能软开关模块、同步整流模块和逆变桥模块的设置方式有多种，包括能实现储能软开关功能的电路模块，能实现同步整流功能的电路模块和能实现逆变的模块的单级升压型逆变电路均在本发明的保护范围之内。
[0122]
在上述各实施例的基础上，可选地，储能软开关模块10、同步整流模块20和逆变桥模块30中的至少一种采用集成封装结构，以提升单级升压型逆变电路的稳定性。示例性地，图16为本发明实施例提供的一种同步整流模块的结构示意图。参见图16，同步整流模块20采用集成封装结构，如同步整流模块20中包括第一同步整流开关sd1和第二同步整流开关sd2，第一同步整流开关sd1和第二同步整流开关sd2都安装在封装体内。其各自绝缘或半绝缘衬底均与封装体基座206接触。第二同步整流开关sd2的源极电极83’电连接到封装体的导电结构部分，诸如封装体的基座206，或者还可以替代地诸如通过导电键合线71电连接到封装体的源极引脚203。第一同步整流开关sd1的栅极81例如通过导电键合线72电连接到封装体的栅极引脚202。第二同步整流开关sd2的栅极电极81’可以诸如通过导电键合线73来电连接到封装体的引脚201。第一同步整流开关sd1的源极电极83诸如通过导电键合线74电连接到第二同步整流开关sd2的源极电极83’。第一同步整流开关sd1的源极电极83和第二同步整流开关sd2的源极电极83’均诸如通过将这些电极中的一个或两个线键合到中间引脚，例如通过导电键合线71，来电连接到封装体的中间引脚203。第一同步整流开关sd1的漏极电极82诸如通过导电键合线76来电连接到封装体的漏极引脚205。第二同步整流开关sd2的漏极电极82’诸如通过导电键合线75来电连接到封装体的漏极引脚204。
[0123]
本发明实施例还提供了一种单级升压型逆变电路的控制模块，该控制模块可用于控制本发明任意实施例所提供的单级升压型逆变电路。该控制模块可以由硬件和/或软件实现。图17为本发明实施例提供的一种单级升压型逆变电路的控制模块的结构示意图。参见图17，单级升压型逆变电路的控制模块包括：调制比较单元100、第一组合逻辑单元200、第二组合逻辑单元300和第三组合逻辑单元400。调制比较单元100包括第一输入端110、第二输入端120、第三输入端130、第一输出端140、第二输出端150和第三输出端160，调制比较单元100的第一输入端110输入第一调制波输入信号vsine，第二输入端120输入第一载波输入信号vtri，第三输入端130输入第二调制波输入信号vdc。调制比较单元100用于对第一载波输入信号vtri、第一调制波输入信号vsine及第二调制波输入信号vdc进行处理，生成正弦脉宽调制信号vspwm、固定脉宽调制信号vpwm和正弦极性判定信号vpol，并分别由调制比较单元100的第一输出端140、第二输出端150和第三输出端160输出。
[0124]
第一组合逻辑单元200包括输入端210和输出端220，第一组合逻辑单元200的输入端210输入正弦极性判定信号vpol，第一组合逻辑单元200用于对正弦极性判定信号vpol，生成同步整流模块的开关控制信号，并由第一组合逻辑单元200的输出端220输出。示例性地，同步整流模块的开关控制信号包括括第一开关控制信号vgsd1和信号第二开关控制vgsd2，由不同的输出端220输出。
[0125]
第二组合逻辑单元300包括第一输入端310、第二输入端320、第三输入端330和输出端340，第二组合逻辑单元300的第一输入端310输入固定脉宽调制信号vpwm，第二输入端320输入正弦极性判定信号vpol，第三输入端330输入正弦脉宽调制信号vspwm。第二组合逻辑单元300用于对正弦极性判定信号vpol、正弦脉宽调制信号vspwm和固定脉宽调制信号vpwm进行处理，生成逆变桥模块的开关控制信号，并由第二组合逻辑单元300的输出端340
输出。示例性地，逆变桥模块的开关控制信号包括信号vgs1、信号vgs2、信号vgs3和信号vgs4，由不同的输出端340输出。
[0126]
第三组合逻辑单元400包括第一输入端410、第二输入端420和输出端430，第一输入端410输入正弦极性判定信号vpol，第二输入端420输入逆变桥模块的开关控制信号。第三组合逻辑单元400用于对正弦极性判定信号vpol和逆变桥模块的开关控制信号进行处理，生成储能软开关模块的开关控制信号，并由第三组合逻辑单元400的输出端430输出。示例性地，储能软开关模块的开关控制信号包括信号vgsaux1和信号vgsaux2，由相同或不同的输出端430输出。
[0127]
其中，同步整流模块的开关控制信号用于控制同步整流模块中的开关的导通和关断，储能软开关模块的开关控制信号用于控制储能软开关模块中的开关的导通和关断，逆变桥模块的开关控制信号用于控制逆变桥模块中的开关的导通和关断。本发明实施例提供的控制模块这样设置，对在进行单级升压逆变的同时，能够控制逆变桥模块中所有开关的零电压开通，同步整流模块能够防止输入-输出电流倒灌，使得逆变桥模块中的各开关低功耗交替开关工作。与现有技术中采用硬开关工作相比，大大降低系统电磁干扰，提高系统稳定性和可靠性；以及减小了电路开关损耗，提升了电路电能变换效率；且降低了导通损耗，进一步提升了电路电能变换效率。另外，本发明实施例提供的控制模块的逻辑简单，易于实现。
[0128]
图18为本发明实施例提供的一种调制比较单元的结构示意图。参见图18，在上述各实施例的基础上，可选地，调制比较单元100包括：加法器h1、第一比较器a1、第一反相器e1、第二比较器a2、第一或门f1、第三比较器a3和第四比较器a4。加法器h1的第一输入端输入第一载波输入信号vtri，加法器h1的第二输入端输入第一调制波输入信号vsine。第一比较器a1的第一输入端与加法器h1的输出端连接，第一比较器a1的第二输入端输入控制模块参考地信号，控制模块参考地信号例如可以是接地信号gnd。第一反相器e1的输入端与第一比较器a1的输出端连接。第二比较器a2的第一输入端输入第一调制波输入信号vsine，第二比较器a2的第二输入端输入第一载波输入信号vtri。第一或门f1的第一输入端与第一反相器e1的输出端连接，第一或门f1的第二输入端与第二比较器a2的输出端连接；第一或门f1的输出端输出正弦脉宽调制信号vspwm。第三比较器a3的第一输入端输入第二调制波输入信号vdc，第三比较器a3的第二输入端输入第一载波输入信号vtri；第三比较器a3的输出端输出固定脉宽调制信号vpwm。第四比较器a4的第一输入端输入第一调制波输入信号vsine，第四比较器a4的第二输入端输入控制模块参考地信号，控制模块参考地信号例如可以是接地信号gnd，第四比较器a4的输出端输出正弦极性判定信号vpol。本发明实施例这样设置，使得调制比较单元的结构简单，易于实现。
[0129]
图19为本发明实施例提供的一种第一组合逻辑单元的结构示意图。参见图19，在上述各实施例的基础上，可选地，同步整流模块的开关控制信号包括第一开关控制信号vgsd1和信号第二开关控制vgsd2。第一组合逻辑单元200包括第二反相器e2，第二反相器e2的输入端输入正弦极性判定信号vpol，第二反相器e2的输出端输出第二开关控制信号vgsd2；正弦极性判定信号vpol作为第一开关控制信号vgsd1。本发明实施例这样设置，使得第一组合逻辑单元的结构简单，易于实现。
[0130]
图20为本发明实施例提供的一种第二组合逻辑单元的结构示意图。参见图20，在
上述各实施例的基础上，可选地，逆变桥模块的开关控制信号包括第三开关控制信号vgs1、第四开关控制信号vgs2、第五开关控制信号vgs3和第六开关控制信号vgs4。第二组合逻辑单元300包括：第一与非门p1、第二与非门p2、第三与非门p3、第一与门q1和第二与门q2。第一与非门p1的第一输入端输入正弦极性判定信号vpol，第一与非门p1的第二输入端输入正弦脉宽调制信号vspwm；第一与非门p1的第一输入端与其第二输入端的逻辑极性相反。第二与非门p2的第一输入端输入正弦脉宽调制信号vspwm，第二与非门p2的第二输入端输入正弦极性判定信号vpol。第三与非门p3的第一输入端输入固定脉宽调制信号vpwm，第三与非门p3的第二输入端与第一与非门p1的输出端连接，第三与非门p3的输出端输出第三开关控制信号vgs1。第一与门q1的第一输入端与第一与非门p1的输出端连接，第一与门q1的第二输入端输入固定脉宽调制信号vpwm，第一与门q1的输出端输出第四开关控制信号vgs2。第四与非门p4的第一输入端输入固定脉宽调制信号vpwm，第四与非门p4的第二输入端与第二与非门p2的输出端连接，第四与非门p4的输出端输出第五开关控制信号vgs3。第二与门q2的第一输入端与第二与非门p2的输出端连接，第二与门q2的第二输入端输入固定脉宽调制信号vpwm，第二与门q2的输出端输出第六开关控制信号vgs4。本发明实施例这样设置，使得第二组合逻辑单元的结构简单，易于实现。
[0131]
图21为本发明实施例提供的一种第三组合逻辑单元的结构示意图。参见图21，在上述各实施例的基础上，可选地，储能软开关模块的开关控制信号包括第七开关控制信号vgsaux1和第八开关控制信号vgsaux2。第三组合逻辑单元400包括：第一延迟器delay1、第二或门f2、第三与门q3、第三反相器e3、第二延迟器delay2、第三或门f3、第四与门q4和第四或门f4。第一延迟器delay1的输入端输入第三开关控制信号vgs1。第二或门f2的第一输入端与第一延迟器delay1的输出端连接，第二或门f2的第二输入端输入第四开关控制信号vgs2。第三与门q3的第一输入端与第二或门f2的输出端连接，第三与门q3的第二输入端输入正弦极性判定信号vpol。第三反相器e3的输入端输入正弦极性判定信号vpol。第二延迟器delay2的输入端输入第五开关控制信号vgs3。第三或门f3的第一输入端与第二延迟器delay2的输出端连接，第三或门f3的第二输入端输入第六开关控制信号vgs4。第四与门q4的第一输入端与第三反相器e3的输出端连接，第四与门q4的第二输入端与第三或门f3的输出端连接。第四或门f4的第一输入端与第三与门q3的输出端连接，第四或门f4的第二输入端与第四与门q4的输出端连接，第四或门f4的第一输出端输出第七开关控制信号vgsaux1，第四或门f4的第二输出端输出第八开关控制信号vgsaux2，其中，第七开关控制信号vgsaux1和第八开关控制信号vgsaux2为相同的信号。本发明实施例这样设置，使得第三组合逻辑单元的结构简单，易于实现。
[0132]
本发明实施例还提供了一种电能转换装置。该电能转换装置包括：如本发明任意实施例所提供的单级升压型逆变电路和控制模块；控制模块与单级升压型逆变电路连接，用于控制单级升压型逆变电路的工作状态。由于电能转换装置包括本发明任意实施例所提供的单级升压型逆变电路，具备相应的有益效果，这里不再赘述。以及控制模块可以是本发明任意实施例所提供的控制模块。
[0133]
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行
了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。