一种逆变器及其多电平产生方法与流程

本技术涉及过流保护，特别涉及一种逆变器及其多电平产生方法。

背景技术：

1、逆变器是一种将直流电转换为定频定压或调频调压交流电的转换器，随着逆变器技术的不断发展，多电平逆变器的应用日渐广泛，多电平逆变器根据正弦波的幅值大小采用阶梯波形去逼近正弦波，电平数的增加意味着改善了逆变器的输出电压波形和减小了输出波形的畸变，仅使用较低的开关频率就可以实现以高开关频率工作的两电平逆变器的功能，还降低了功率器件的损耗，提高了逆变器的效率。

技术实现思路

1、本技术的主要目的是提出一种逆变器及其多电平产生方法，其能够产生多电平输出。

2、本技术提供了一种逆变器，包括：

3、电压输入端，用于接入电源；

4、接地端；

5、电平输出端；

6、参考点选择电路，所述参考点选择电路具有第一选择端、第二选择端及公共端，所述公共端与所述接地端连接，所述参考点选择电路用于选择连通所述公共端与所述第一选择端或者第二选择端之间的通路；

7、电平产生电路，具有与所述电压输入端及所述第一选择端互连的第一输入/输出端，以及与所述第二选择端连接的第二输入/输出端；所述电平产生电路用于在所述公共端与所述第一选择端连通时，以所述电平产生电路的第一输入/输出端作为参考点，并根据所述电压输入端接入的所述电源产生相应负极性电平的电压；

8、在所述公共端与所述第二选择端连通时，以所述电平产生电路的第二输入/输出端作为参考点，并根据所述电压输入端接入的所述电源产生相应正极性电平的电压；

9、输出选择电路，其两个输入端与所述电平产生电路的第一输入/输出端和第二输入/输出端一一对应连接，所述输出选择电路的输出端与所述电平输出端连接，输出选择电路用于选择连通所述输出选择电路的输出端与输出选择电路的第一输入端或者第二输入端之间的通路。

10、在一种可能的实现方式中，所述电平产生电路包括：

11、至少一个第一变级储能元件及至少一个第二变级储能元件，所述第一变级储能元件的第一端与所述电平产生电路的第一输入/输出端连接，第二变级储能元件的第二端与所述电平产生电路的第二输入/输出端连接；

12、第一并联电控开关，所述第一并联电控开关的第一端与所述电平产生电路的第二输入/输出端连接，所述第一并联电控开关的第二端与所述第一变级储能元件的第二端连接；

13、第二并联电控开关，所述第二并联电控开关的第一端与所述第二变级储能元件的第一端连接，所述第二并联电控开关的第二端与所述电平产生电路的第一输入/输出端连接；

14、串联可通断元件，所述串联可通断元件的第一端与所述第一变级储能元件的第二端连接，所述串联可通断元件的第二端与所述第二变级储能元件的第一端连接。

15、在一种可能的实现方式中，所述参考点选择电路包括：

16、第一参考点选择电控开关，所述第一参考点选择电控开关第一端与所述接地端连接，所述第一参考点选择电控开关的第二端与所述电平产生电路的第一输入/输出端连接；

17、第二参考点选择电控开关，所述第二参考点选择电控开关的第二端与所述接地端连接，所述第二参考点选择电控开关的第一端与所述电平产生电路的第二输入/输出端连接。

18、在一种可能的实现方式中，所述输出选择电路包括：

19、第一输出选择电控开关，所述第一输出选择电控开关的第一端与所述电平输出端连接，所述第一输出选择电控开关的第二端与所述电平产生电路的第一输入/输出端连接；

20、第二输出选择电控开关，所述第二输出选择电控开关的第一端与所述电平产生电路的第二输入/输出端连接，所述第二输出选择电控开关的第二端与所述电平输出端连接。

21、在一种可能的实现方式中，所述逆变器具有正半周无输出工作模式、正半周输出工作模式、负半周无输出工作模式及负半周输出工作模式；

22、在所述逆变器工作于所述正半周无输出工作模式下，所述参考点选择电路连通所述公共端与所述第二选择端，所述输出选择电路连通所述输出选择电路的输出端与所述输出选择电路的第二输入端；

23、在所述逆变器工作于所述正半周输出工作模式下，参考点选择电路连通所述公共端与所述第二选择端，输出选择电路连通所述输出选择电路的输出端与所述输出选择电路的第一输入端，电平产生电路以电平产生电路的第二输入/输出端为参考点产生相应的电压；

24、在所述逆变器工作于所述负半周无输出工作模式下，参考点选择电路连通所述公共端与所述第一选择端，输出选择电路连通所述输出选择电路的输出端与所述输出选择电路的第一输入端；

25、在所述逆变器工作于所述负半周输出工作模式下，参考点选择电路连通所述公共端与所述第一选择端，输出选择电路连通所述输出选择电路的输出端与所述输出选择电路的第二输入端，电平产生电路以电平产生电路的第一输入/输出端为参考点产生相应的电压。

26、在一种可能的实现方式中，还包括控制电路，所述控制电路分别与所述参考点选择电路、所述电平产生电路及所述输出选择电路连接；

27、所述控制电路用于控制所述参考点选择电路、所述电平产生电路及所述输出选择电路工作，以实现所述逆变器的多电平输出。

28、在一种可能的实现方式中，所述逆变器具有正半周无输出工作模式、正半周输出工作模式、负半周无输出工作模式及负半周输出工作模式；

29、所述控制电路具体用于在所述电平输出端输出的电压处于正半周时，获取周期为t的调制波，以及多个同相层叠的载波；

30、根据调制波和各个载波进行pwm调制，控制逆变器在正半周各个时点输出相应的正极性电平的电压；

31、所述控制电路在负半周时，根据逆变器在正半周各个时点输出的正极性电平的电压，控制逆变器在负半周各个时点对应输出负极性电平的电压。

32、在一种可能的实现方式中，所述控制电路还用于获取逆变器输出电压的有效值和设定的输出电压目标有效值，计算输出电压目标有效值和逆变器输出电压的有效值的误差作为有效值pi控制器的输入，将有效值pi控制器的输出的值与周期为t的单位正弦波相乘以获取所述调制波。

33、在一种可能的实现方式中，还包括变压斩波电路，所述电平产生电路的第一输入/输出端是经变压斩波电路与所述电压输入端连接，所述变压斩波电路用于将直流输入转换成电压可调的斩波输入。

34、在一种可能的实现方式中，还包括控制电路，所述控制电路用于获取三角波、逆变器输出电压的最高值和设定的输出电压目标最高值，并将计算获得的输出电压目标最高值和逆变器输出电压的最高值的误差作为最高值pi控制器的输入；以及，

35、在所述最高值pi控制器的输出的值大于所述三角波的值时，控制变压斩波电路工作于充电状态；

36、在所述最高值pi控制器的输出的值小于或等于所述三角波的值时，控制变压斩波电路工作于放电模态。

37、在一种可能的实现方式中，所述变压斩波电路包括：

38、第一电感，所述第一电感的第一端与所述电压输入端连接；

39、斩波电控开关，所述斩波电控开关的第一端与所述接地端连接，所述斩波电控开关的第二端与所述第一电感的第二端连接；

40、斩波电容，所述斩波电容的第一端和所述第一电感的第二端互联；

41、第二电感，所述第二电感的第一端与所述斩波电容的第二端连接，所述第二电感的第二端与所述接地端连接；

42、斩波可通断元件，所述斩波可通断元件的第一端与所述第二电感的第一端连接，所述斩波可通断元件的第二端与所述电平产生电路的第一输入/输出端连接，所述斩波可通断元件用于在所述斩波电控开关截止时导通放电，在所述斩波电控开关导通时截止防止电流倒灌。

43、在一种可能的实现方式中，所述斩波可通断元件具体是二极管，所述斩波可通断元件的阳极与第二电感的第一端连接，所述斩波可通断元件的阴极与电平产生电路的第一输入/输出端连接，所述斩波电控开关具体是mos管。

44、在一种可能的实现方式中，所述斩波电控开关以d为占空比通断，d如下式计算获得：

45、；

46、式中，vmax为输出电压目标最高值，nmax为变级储能元件串联的最大值，vd为变压斩波电路获取的输入电源电压值。

47、另一方面，本技术还提供一种一种逆变器的多电平产生方法，所述逆变器为如上所述的逆变器，所述逆变器包括参考点选择电路、电平产生电路和输出选择电路；

48、所述逆变器具有正半周无输出工作模式、正半周输出工作模式、负半周无输出工作模式及负半周输出工作模式；所述多电平产生方法包括以下步骤：

49、在所述逆变器工作于所述正半周无输出工作模式下，控制所述参考点选择电路连通所述公共端与所述第二选择端，控制所述输出选择电路连通所述输出选择电路的输出端与所述输出选择电路的第二输入端；

50、在所述逆变器工作于所述正半周输出工作模式下，控制参考点选择电路连通所述公共端与所述第二选择端，控制输出选择电路连通所述输出选择电路的输出端与所述输出选择电路的第一输入端，控制电平产生电路以电平产生电路的第二输入/输出端为参考点产生相应的电压；

51、在所述逆变器工作于所述负半周无输出工作模式下，控制参考点选择电路连通所述公共端与所述第一选择端，控制输出选择电路连通所述输出选择电路的输出端与所述输出选择电路的第一输入端；

52、在所述逆变器工作于所述负半周输出工作模式下，控制参考点选择电路连通所述公共端与所述第一选择端，控制输出选择电路连通所述输出选择电路的输出端与所述输出选择电路的第二输入端，控制电平产生电路以电平产生电路的第一输入/输出端为参考点产生相应的电压。

53、本技术通过参考点选择电路切换电平产生电路的参考点，输出选择电路改变电平产生电路的输出端，从而逆变器具有正半周无输出工作模式、正半周输出工作模式、负半周无输出工作模式及负半周输出工作模式，具有正极性电平输出、无输出和负极性电平三种输出方式，实现了多电平输出，电平数的增加意味着改善了逆变器的输出电压波形和减小了输出波形的畸变，仅使用较低的开关频率即可实现逆变功能，降低了功率器件的损耗，提高了逆变器的效率。

54、附图说明

55、为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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技术的一些实施例，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示出的结构获得其他的附图。

56、图1为本技术的一种逆变器的一实施例的电路图；

57、图2为图1的逆变器的电控开关s0、s2、s3、s4、s6导通且s1、s5关断的等效电路图；

58、图3为图1的逆变器的电控开关s2、s3、s4、s6导通且s0、s1、s5关断的等效电路图；

59、图4为图1的逆变器的电控开关s0、s2、s3、s4、s5导通且s1、s6关断的等效电路图；

60、图5为图1的逆变器的电控开关s2、s3、s4、s5导通且s0、s1、s6关断的等效电路图；

61、图6为图1的逆变器的电控开关s0、s2、s5导通且s1、s3、s4、s6关断的等效电路图；

62、图7为图1的逆变器的电控开关s2、s5导通且s0、s1、s3、s4、s6关断的等效电路图；

63、图8为图1的逆变器的电控开关s0、s1、s3、s4、s5导通且s2、s6关断的等效电路图；

64、图9为图1的逆变器的电控开关s1、s3、s4、s5导通且s0、s2、s6关断的等效电路图；

65、图10为图1的逆变器的电控开关s0、s1、s3、s4、s6导通且s2、s5关断的等效电路图；

66、图11为图1的逆变器的电控开关s1、s3、s4、s6导通且s0、s2、s5关断的等效电路图；

67、图12为图1的逆变器的电控开关s0、s1、s6导通且s2、s3、s4、s5关断的等效电路图；

68、图13为图1的逆变器的电控开关s1、s6导通且s0、s2、s3、s4、s5关断的等效电路图；

69、图14为本技术的一种逆变器的调制电平、控制电平和输出电平的波形图；

70、图15为本技术的控制电路的模拟电路图。