单相变三相正弦波电路及其控制方法

本发明涉及电力电子领域，特别是涉及一种单相变三相正弦波电路及其控制方法。

背景技术：

在电力需求持续增长的中国，电网的建设已经成为十分重要的课题，它直接影响着中国经济发展的速度。但是，电网的建设由于其输电区域太大、输电困难，因此，进展缓慢，特别是在位于偏远地区的农村，不仅电网覆盖率较低，而且质量较差，尤其是那些拉入田间地头的供电线网，往往只能提供单相的220v交流电源供农户使用。

然而，目前的农业机械，比如电动农机或者电动农具来说，很多都需要三相交流供电，比如三相380v交流供电。因此，实际生活中，需要将单相交流电变换为三相交流电，传统的处理方式采用的是三相pwm控制方式。

但是，这种传统的处理方法得到的三相交流电会含有比较高的三次谐波，供给三相电极时间长了会导致电机发热及设备损坏。

技术实现要素：

基于此，有必要针对上述背景技术中的问题，提供一种单相变三相正弦波电路及其控制方法，相较于传统技术能提供更优质的三相交流电。

本申请的一方面提供了一种单相变三相正弦波电路，包括整流模块、三相逆变模块及升压模块，所述整流模块用于将输入单相交流电整流处理，并输出直流电，所述三相逆变模块与所述整流模块连接，用于将所述直流电逆变处理，并输出三相正弦波交流电，所述升压模块与所述三相逆变模块连接，用于将所述三相交流电升压处理，并输出预设电压幅值的三相交流电。

上述实施例中的单相变三相正弦波电路中，通过设置依次连接的整流模块、三相逆变模块及升压模块，将输入的单相交流电进行整流、逆变及升压处理，输出预设电压幅值的三相交流电。

在其中一个实施例中，所述三相逆变模块还包括三相正弦波发生模块及三相逆变电路，所述三相正弦波发生模块与所述整流模块连接，用于根据所述直流电生成第一电压信号及三相正弦波控制信号，所述三相逆变电路与所述整流模块、所述三相正弦波发生模块及所述升压模块均连接，用于接收所述直流电、所述第一电压信号及所述三相正弦波控制信号，并根据所述直流电、所述第一电压信号及所述三相正弦波控制信号输出所述三相正弦波交流电。

在其中一个实施例中，所述三相正弦波发生模块包括开关电源及三相正弦波发生器，所述开关电源与所述整流模块连接，用于根据所述直流电生成所述第一电压信号及第二电压信号，所述三相正弦波发生器与所述开关电源及所述三相逆变电路均连接，用于根据所述第二电压信号生成所述三相正弦波控制信号，并提供给所述三相逆变电路。

在其中一个实施例中，所述三相逆变电路包括驱动电路及三相桥式逆变电路，所述驱动电路与所述开关电源、所述三相正弦波发生器均连接，用于根据所述第一电压信号及所述三相正弦波控制信号生成驱动信号，所述三相桥式逆变电路与所述整流模块、所述驱动电路及所述升压模块均连接，用于根据所述直流电及所述驱动信号输出所述三相正弦波交流电，并提供给升压模块。

在其中一个实施例中，所述升压模块包括升压变压器，所述升压变压器与所述三相逆变模块的输出端连接，用于将所述三相交流电升压处理，并输出预设电压幅值的三相交流电。

在其中一个实施例中，所述三相正弦波发生模块为eg8030芯片；及/或，所述三相逆变电路为igbt-ipm模块6mbp50rh060。

在其中一个实施例中，所述单相变三相正弦波电路还包括过流保护单元，所述过流保护单元与所述三相逆变电路连接，用于检测所述三相逆变电路的输出电流，所述过流保护单元被配置为：当所述输出电流的幅值大于或等于第一预设阈值时，生成过流保护信号，使得所述三相逆变模块停止工作。

在其中一个实施例中，所述单相变三相正弦波电路还包括过热保护单元，所述过热保护单元与所述三相逆变电路连接，用于检测所述三相逆变电路的实时温度，所述过热保护单元被配置为：当所述实时温度大于或等于第二预设阈值时，生成过热保护信号，使得所述三相逆变模块停止工作。

在其中一个实施例中，所述过热保护单元包括热敏电阻及分压电阻，所述热敏电阻被配置为：第一端与直流电源连接，第二端经由限流电阻与所述三相逆变电路连接；所述分压电阻被配置为：第一端与所述热敏电阻的第二端连接，第二端接地。

本申请的另一方面提供了一种单相变三相正弦波控制方法，包括：将单相交流电整流处理，输出直流电，基于三相逆变模块将所述直流电逆变处理，输出三相正弦波交流电，将所述三相正弦波交流电升压处理，输出预设电压幅值的三相交流电。

上述实施例中的单相变三相正弦波控制方法中，通过将输入直流电依次整流、逆变及升压处理，输出预设电压幅值的三相交流电，通过该方法能得到对称的三相交流电。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他实施例的附图。

图1为本申请第一实施例中提供的一种单相变三相正弦波电路结构示意图；

图2为本申请第二实施例中提供的一种单相变三相正弦波电路结构示意图；

图3为本申请第三实施例中提供的一种单相变三相正弦波电路结构示意图；

图4为本申请第四实施例中提供的一种单相变三相正弦波电路中三相桥式逆变电路的原理示意图及升压变压器原理示意图；

图5为本申请第五实施例中提供的一种单相变三相正弦波电路结构示意图；

图6为本申请第六实施例中提供的一种单相变三相正弦波电路结构示意图；

图7为本申请第七实施例中提供的一种单相变三相正弦波电路中过热保护单元电路原理示意图；

图8为本申请一实施例中提供的一种单相变三相正弦波电路控制方法流程图。

具体实施方式

为了便于理解本申请，下面将参照相关附图对本申请进行更全面的描述。附图中给出了本申请的较佳的实施例。但是，本申请可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本申请的公开内容的理解更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

在使用本文中描述的“包括”、“具有”、和“包含”的情况下，除非使用了明确的限定用语，例如“仅”、“由……组成”等，否则还可以添加另一部件。除非相反地提及，否则单数形式的术语可以包括复数形式，并不能理解为其数量为一个。

应当理解，尽管本文可以使用术语“第一”、“第二”等来描述各种元件，但是这些元件不应受这些术语的限制。这些术语仅用于将一个元件和另一个元件区分开。例如，在不脱离本申请的范围的情况下，第一元件可以被称为第二元件，并且类似地，第二元件可以被称为第一元件。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”等术语应做广义理解，例如，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

本申请的一方面提供了一种单相变三相正弦波电路100，请参考图1，包括整流模块10、三相逆变模块20及升压模块30，所述整流模块10用于将输入单相交流电整流处理，并输出直流电，所述三相逆变模块20与所述整流模块10连接，用于将所述直流电逆变处理，并输出三相正弦波交流电，所述升压模块30与所述三相逆变模块20连接，用于将所述三相交流电升压处理，并输出预设电压幅值的三相交流电。

具体地，上述实施例中的单相变三相正弦波电路100中，通过设置依次连接的整流模块10、三相逆变模块20及升压模块30，将输入的单相交流电进行整流、逆变及升压处理，输出预设电压幅值的三相交流电。

在其中一个实施例中，请参考图2，所述三相逆变模块20还包括三相正弦波发生模块21及三相逆变电路22，所述三相正弦波发生模块21与所述整流模块10连接，用于根据所述直流电生成第一电压信号及三相正弦波控制信号，所述三相逆变电路22与所述整流模块10、所述三相正弦波发生模块21及所述升压模块30均连接，用于接收所述直流电、所述第一电压信号及所述三相正弦波控制信号，并根据所述直流电、所述第一电压信号及所述三相正弦波控制信号输出所述三相正弦波交流电。

具体地，上述实施例中的单相变三相正弦波电路100中，三相逆变模块20包括三相正弦波发生模块21及三相逆变电路22，其中三相正弦波发生模块21与整流模块10连接，用于生成第一电压信号及三相正弦波控制信号，所述第一电压信号可以为定值电压，所述三相正弦波控制信号可以为高频脉冲宽度调制spwm信号,所述逆变电路在接收到所述第一电压信号及所述三相正弦波控制信号后，将输入直流电逆变处理为三相正弦波交流电。

在其中一个实施例中，请参考图3，所述三相正弦波发生模块21包括开关电源211及三相正弦波发生器212，所述开关电源211与所述整流模块10连接，用于根据所述直流电生成所述第一电压信号及第二电压信号，所述三相正弦波发生器212与所述开关电源211及所述三相逆变电路22均连接，用于根据所述第二电压信号生成所述三相正弦波控制信号，并提供给所述三相逆变电路。

具体地，上述实施例中的100中，单相交流电经整流模块10整流处理，输出直流电，所述直流电一方面给开关电源提供电源，另一方面作为三相逆变电路22的输入，开关电源211获取所述直流电后，生成第一电压信号及第二电压信号，所述第一电压信号及第二电压信号可以为定值电压，所述第一电压信号发送至三相逆变电路22，所述第二电压信号发送至三相正弦波发生器212，所述三相正弦波发生器212获取第二电压信号后生成三相正弦波控制信号，并提供给所述三相逆变电路22，控制三相逆变电路22将输入的所述直流电逆变处理为三相正弦波交流电；作为示例，所述单相交流电为ac220v,经过整流模块10整流处理后输出为直流dc260v,该直流dc220v一方面供给开关电源211使所述开关电源211生成第一电压信号及第二电压信号，所述第一电压信号及第二电压信号可以为定值电压，例如所述第一电压信号为输出15v电压，所述第二电压信号为输出5v电压，所述三相正弦波发生器212输入端接收到5v电压后，生成三相正弦波控制信号，并提供给所述三相逆变电路22，其中，所述三相正弦波控制信号可以为高频脉冲宽度调制spwm信号。

在其中一个实施例中，请继续参考图3，所述三相逆变电路22包括驱动电路221及三相桥式逆变电路222，所述驱动电路221与所述开关电源211、所述三相正弦波发生器212均连接，用于根据所述第一电压信号及所述三相正弦波控制信号生成驱动信号，所述三相桥式逆变电路222与所述整流模块10、所述驱动电路221及所述升压模块30均连接，用于根据所述直流电及所述驱动信号输出所述三相正弦波交流电，并提供给升压模块30。

具体地，上述实施例中的单相变三相正弦波电路100中，请参考图4，所述三相桥式逆变电路222包括六组高频开关管元件ah、bh、ch、al、bl及cl,每组高频开关管元件由一个igbt开关管及一个二极管并联组成，其中，igbt开关管的发射极与二极管的阳极连接，集电极与二极管的阴极连接，这六组高频开关管元件构成逆变桥，其中ah、bh及ch组成上桥臂单元，其集电极相互连接并接入电源正极性端，其栅极分别接入三组驱动电路，其发射基分别接入升压模块30，al、bl及cl组成下桥臂单元，其发射极相互连接且接入电源负极性端，其栅极分别接入三组驱动电路，其集电极分别与上桥臂单元的ah、bh及ch的发射极连接，当驱动电路221获取第一电压信号及所述三相正弦波控制信号并发出驱动信号后，控制六组高频开关管元件开关动作，生成三相正弦波交流电。作为示例，所述单相交流电为ac220v,经过整流模块10整流处理后输出为直流dc260v，所述直流dc260v作为三相桥式逆变电路222的输入，当所述驱动电路221获取所述开关电源211发出的第一电压信号及所述三相正弦发生器212发出的三相正弦波控制信号后生成驱动信号时，驱动三相桥式逆变电路222将所述直流dc260v电进行逆变处理，输出为三相ac92v正弦波交流电。例如，所述第一电压信号为输出15v电压，为驱动电路提供电源；所述三相正弦波控制信号为高频脉冲宽度调制spwm信号,控制驱动电路按三相正弦波规律导通及关断高频开关管元件,当a相接收到驱动信号时，控制ah导通半个正弦波周期后关断半个正弦波周期，同时控制al关断半个正弦波周期后导通半个正弦波周期，通过ah及al依次导通和关断形成a相正弦波，b、c两相同理，但a、b、c驱动信号依次滞后120°相位，由此输出三相正弦波交流电。

在其中一个实施例中，所述升压模块30包括升压变压器31，所述升压变压器31与所述三相逆变模块20的输出端连接，用于将所述三相交流电升压处理，并输出预设电压幅值的三相交流电。

具体地，所述升压变压器31请继续参考图4，采用三角形-星形接线，三角形为输入端，与所述三相逆变模块20连接，星形为输出端接负载。所述升压变压器31用于将输入的三相正弦交流电升压至预设电压幅值的三相交流电，所述变压器参数依据负载容量、输入电压值及预设输出幅值选定，作为示例，当变压器所接负载为3kw电动机、功率因素为0.87、所述输入的三相正弦交流电为ac92v时，根据电流计算公式选变压器容量为3600w,原副边比

在其中一个实施例中，所述三相正弦波发生模块为eg8030芯片；及/或，所述三相逆变电路为igbt-ipm模块6mbp50rh060。

具体地，所述eg8030三相spwm逆变器专用芯片是一款数字化、功能完善的自带死区控制的三相纯正弦波逆变发生器芯片，可配置的四种工作模式可应用于dc-dc-ac两级功率变换架构或dc-ac单极工频变压器升压变换架构。外接16mhz晶体振荡器，能产生高精度、失真和谐波都很小的三相spwm信号。并具备完善的采样机构，能够采集电流信号、温度信号、三相电压信号，实施处理，实现输出稳压和各项保护功能。igbt-ipm模块6mbp50rh060内部集成6组绝缘栅双极型晶体管(igbt)及其驱动电路，额定电流50a(2.32倍)，耐压600v，内部集成了过控制电源欠压保护(uv)、电流保护(oc)、短路保护(sc)、过热保护(管壳过热tcoh、芯片过热tjoh)等保护电路，且可通过向ipm相连的mcu输出报警信号(alm)，确保系统停止工作。

在其中一个实施例中，请参考图5，所述单相变三相正弦波电路100还包括过流保护单元40，所述过流保护单元40与所述三相逆变电路22连接，用于检测所述三相逆变电路22的输出电流，所述过流保护单元被40配置为：当所述输出电流的幅值大于或等于第一预设阈值时，生成过流保护信号，使得所述三相逆变模块20停止工作。

具体地，上述实施例中的单相变三相正弦波电路100中，通过设置电流的第一预设阈值，当过流保护单元40检测到三相逆变电路22输出的电流大于第一预设阈值时，过流保护单元40生成过流保护信号，使得所述三相逆变模块20停止工作。上述过程实现了单相变三相正弦波电路过电流保护，有效的提高了变换过程的安全性。

在其中一个实施例中，请参考图6，所述单相变三相正弦波电路100还包括过热保护单元50，所述过热保护单元50与所述三相逆变电路22连接，用于检测所述三相逆变电路22的实时温度，所述过热保护单元50被配置为：当所述实时温度大于或等于第二预设阈值时，生成过热保护信号，使得所述三相逆变模块20停止工作。

具体地，上述实施例中的单相变三相正弦波电路100中，通过设置温度的第二预设阈值，当过热保护单元50检测到三相逆变电路22的实时温度大于第二预设阈值时，过热保护单元50生成过热保护信号，使得所述三相逆变模块20停止工作。作为示例，第二预设阈值设置为45℃，当温度大于45度时，所述过热保护温度单元生成过热保护信号，使得所述三相逆变模块20停止工作，上述过程实现了单相变三相正弦波电路过热保护，有效的提高了变换过程的安全性。

在其中一个实施例中，请参考图7，所述过热保护单元50包括热敏电阻rt及分压电阻r1，所述热敏电阻rt被配置为：第一端与直流电源连接，第二端经由限流电阻r2与所述三相逆变电路22连接；所述分压电阻r1被配置为：第一端与所述热敏电阻rt的第二端连接，第二端接地。

具体地，热敏电阻器是敏感元件的一类，按照温度系数不同分为正温度系数热敏电阻器(ptc)和负温度系数热敏电阻器(ntc)。热敏电阻器的典型特点是对温度敏感，不同的温度下表现出不同的电阻值。正温度系数热敏电阻器(ptc)在温度越高时电阻值越大，负温度系数热敏电阻器(ntc)在温度越高时电阻值越低，它们同属于半导体器件。利用热敏电阻不同温度下表现出不同的电阻值来实现对温度的实时检测，实现了单相变三相正弦波电路过热保护，另外，由于电路中的热敏电阻与分压电阻组成分压单元，当输入三相逆变电路22的电压过大时，所述过热保护温度单元生成过热保护信号，使得所述三相逆变模块停止工作，即实现了单相变三相正弦波电路欠压保护，有效的提高了变换过程的安全性。

本申请的另一方面提供了一种单相变三相正弦波控制方法，请参考图8，包括以下步骤：

步骤202：将单相交流电整流处理，输出直流电；

步骤204：基于三相逆变模块将所述直流电逆变处理，输出三相正弦波交流电，

步骤206：将所述三相正弦波交流电升压处理，输出预设电压幅值的三相交流电。

上述实施例中的单相变三相正弦波控制方法中，通过将输入直流电依次整流、逆变及升压处理，输出预设电压幅值的三相交流电，通过该方法改善了传统三相pwm控制方式中产生的三相交流电不对称的问题。

应该理解的是，除非本文中有明确的说明，所述的步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，所述的步骤的至少一部分步骤可以包括多个子步骤或者多个阶段，这些子步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些子步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤的子步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和/或易失性存储器。非易失性存储器可包括只读存储器(rom)、可编程rom(prom)、电可编程rom(eprom)、电可擦除可编程rom(eeprom)或闪存。易失性存储器可包括随机存取存储器(ram)或者外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，ram以多种形式可得，诸如静态ram(sram)、动态ram(dram)、同步dram(sdram)、双数据率sdram(ddrsdram)、增强型sdram(esdram)、同步链路(synchlink)dram(sldram)、存储器总线(rambus)直接ram(rdram)、直接存储器总线动态ram(drdram)、以及存储器总线动态ram(rdram)等。

请注意，上述实施例仅出于说明性目的而不意味对本发明的限制。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。