一種用于逆變器中直流bus電壓控制的電路及方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種用于逆變器中直流BUS電壓控制的電路，包括電流采樣模塊、BUS電壓調(diào)整模塊和BUS電容；所述電流采樣模塊的輸出端連接于BUS電壓調(diào)整模塊的輸入端，BUS電壓調(diào)整模塊的輸出端連接于BUS電容；所述電流采樣模塊用于獲取逆變器的輸出電流；所述BUS電壓調(diào)整模塊用于根據(jù)所述逆變器的輸出電流值控制BUS電容電壓值，當(dāng)逆變器輸出電流大于預(yù)設(shè)的電流值時(shí)，控制BUS電容電壓降低；當(dāng)逆變器輸出電流小于預(yù)設(shè)的電流值時(shí)，控制BUS電容電壓升高。本發(fā)明還公開一種用于逆變器中直流BUS電壓控制的方法。本發(fā)明能夠減小逆變器的無(wú)功功率，降低了DC-DC變換器的功率等級(jí)。
【專利說(shuō)明】—種用于逆變器中直流BUS電壓控制的電路及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及逆變器領(lǐng)域，特別是涉及一種用于逆變器中直流BUS電壓控制的電路及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]如圖1所示，為現(xiàn)有技術(shù)中逆變器的主要電路架構(gòu)。當(dāng)DC-AC變換為全橋逆變拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)時(shí)，直流BUS的電壓是穩(wěn)定的380V的直流電壓。當(dāng)逆變器的220Vac輸出后級(jí)所接的負(fù)載為容阻性負(fù)載時(shí)，與純阻性負(fù)載相比，在同樣的有功功率負(fù)載條件下，容阻性負(fù)載時(shí)，會(huì)有大量的無(wú)功功率，導(dǎo)致瞬時(shí)有功功率很大，而瞬時(shí)很大的功率會(huì)體現(xiàn)在前級(jí)的DC-DC變換器上。因此設(shè)計(jì)產(chǎn)品的時(shí)候，DC-DC變換器需要設(shè)計(jì)大幾個(gè)倍數(shù)的功率等級(jí)，設(shè)計(jì)成本的難度和成本大大提升，同時(shí)也無(wú)法滿足產(chǎn)品的小型化的設(shè)計(jì)理念。如圖2所示，示波器的3通道為逆變器負(fù)荷為容阻性負(fù)載時(shí)的電壓波形，2通道為電流波形，tl-t4為逆變器的半個(gè)周期，為IOmS ；t2-t3時(shí)間段為有輸出電流的時(shí)間長(zhǎng)度，為2.8mS。計(jì)算整個(gè)半波周期的有功功率為3.3KW，整個(gè)半波周期內(nèi)的有效值電流為24.7A ;但t2_t3時(shí)間段內(nèi)的電流有效值卻達(dá)到了 24.7*10/2.8 = 88.2A。也就是說(shuō)，在有輸出電流的t2_t3時(shí)間段內(nèi)，逆變器的實(shí)際輸出功率達(dá)到了 88.2A*230V = 20.3KW，為有功功率的20.3/3.3 = 6.1倍。此功率再加上變換器的損耗之后，在t2-t3時(shí)刻體現(xiàn)在前級(jí)的DC-DC變換器上。由于逆變器負(fù)載的不同特性，一個(gè)功率等級(jí)為5000VA/4000W的逆變器，DC-DC變換的功率等級(jí)卻需要是20.3KW的，導(dǎo)致DC-DC變換器的設(shè)計(jì)難度和成本將大大增加。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是:提供一種用于逆變器中直流BUS電壓控制的電路，該電路能夠減小逆變器中DC-DC變換器功率等級(jí)。
[0004]為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:
[0005]一種用于逆變器中直流BUS電壓控制的電路，包括電流采樣模塊、BUS電壓調(diào)整模塊和BUS電容；
[0006]所述電流采樣模塊的輸出端連接于BUS電壓調(diào)整模塊的輸入端，BUS電壓調(diào)整模塊的輸出端連接于BUS電容；
[0007]所述電流采樣模塊用于獲取逆變器的輸出電流；
[0008]所述BUS電壓調(diào)整模塊用于根據(jù)所述逆變器的輸出電流值控制BUS電容電壓值，當(dāng)逆變器輸出電流大于預(yù)設(shè)的電流值時(shí)，控制BUS電容電壓降低；當(dāng)逆變器輸出電流小于預(yù)設(shè)的電流值時(shí)，控制BUS電容電壓升高。
[0009]本發(fā)明提供的另一技術(shù)方案為:
[0010]一種用于逆變器中直流BUS電壓控制的方法，包括步驟:
[0011]獲取逆變器的輸出電流；
[0012]判斷所述輸出電流與預(yù)設(shè)的電流值和預(yù)設(shè)的電流值大小關(guān)系，[0013]當(dāng)所述輸出電流大于所述高電流值時(shí)，控制BUS電容電壓降低；當(dāng)所述輸出電流小于所述低電流值時(shí)，控制BUS電容電壓升高。
[0014]本發(fā)明的有益效果在于:區(qū)別于現(xiàn)有技術(shù)中，逆變器的DC-DC變換器的電壓是穩(wěn)定不變的，本發(fā)明通過(guò)電流采樣模塊采集逆變器的輸出電流，并通過(guò)BUS電壓調(diào)整模塊調(diào)整調(diào)整BUS電容電壓，當(dāng)輸出電流較小的時(shí)候控制BUS電容電壓值升高，使DC-DC變換器往BUS電容充電提供能量；當(dāng)輸出電流較大的時(shí)候控制BUS電壓值降低，使BUS電容通過(guò)放電補(bǔ)償大部分后級(jí)DC-AC變換器所需要的能量，從而減小了逆變器的無(wú)功功率，降低了 DC-DC變換器的功率等級(jí)要求。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0015]圖1為現(xiàn)有技術(shù)中逆變器的主要電路框圖；
[0016]圖2為通過(guò)示波器檢測(cè)到的現(xiàn)有技術(shù)中逆變器輸出電流波形圖；
[0017]圖3為本發(fā)明一實(shí)施方式中用于逆變器中直流BUS電壓控制的電路的電路圖；
[0018]圖4為本發(fā)明一實(shí)施方式中用于逆變器中直流BUS電壓控制的電路的電路圖；
[0019]圖5為本發(fā)明一實(shí)施方式中用于逆變器中直流BUS電壓控制的方法的執(zhí)行流程圖；
[0020]圖6為本發(fā)明一實(shí)施方式中BUS電容與DC-DC變換器的電路連接關(guān)系圖；
[0021]主要標(biāo)號(hào)說(shuō)明:
[0022]10-電流采樣模塊；20_BUS電壓調(diào)整模塊；30_BUS電容。
【具體實(shí)施方式】
[0023]為詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容、構(gòu)造特征、所實(shí)現(xiàn)目的及效果，以下結(jié)合實(shí)施方式并配合附圖詳予說(shuō)明。
[0024]本發(fā)明最關(guān)鍵的構(gòu)思在于:通過(guò)BUS電壓調(diào)整模塊20調(diào)整BUS電容30的電壓，使DC-DC變換器的功率均勻的分配在周期內(nèi)各時(shí)刻，從而減小了逆變器的無(wú)功功率，降低了 DC-DC變換器的功率等級(jí)要求。
[0025]本發(fā)明所涉及的名詞的解釋
[0026]BUS電容:直流母線電容，接在DC-DC變換器DC-AC變換器之間，作為儲(chǔ)能裝置的電容；
[0027]DC-DC變換器:直流-直流變換器，將直流電壓轉(zhuǎn)換成另外一個(gè)直流電壓的電路結(jié)構(gòu)；
[0028]DC-AC變換器:直流-交流變換器，將直流電壓轉(zhuǎn)換成交流電壓的電路結(jié)構(gòu)；
[0029]請(qǐng)參閱圖3，一種用于逆變器中直流BUS電壓控制的電路，包括電流采樣模塊10、BUS電壓調(diào)整模塊20和BUS電容30 ；
[0030]所述電流采樣模塊10的輸出端連接于BUS電壓調(diào)整模塊20的輸入端，BUS電壓調(diào)整模塊20的輸出端連接于BUS電容30 ；
[0031]所述電流采樣模塊10用于獲取逆變器的輸出電流；
[0032]所述BUS電壓調(diào)整模塊20用于根據(jù)所述逆變器的輸出電流值控制BUS電容30電壓值，當(dāng)逆變器輸出電流大于預(yù)設(shè)的電流值時(shí)，控制BUS電容30電壓降低；當(dāng)逆變器輸出電流小于預(yù)設(shè)的電流值時(shí)，控制BUS電容30電壓升高。
[0033]請(qǐng)參閱圖6，在本實(shí)施方式中，所述BUS電容30與DC-DC變換器并聯(lián)連接，通過(guò)調(diào)整BUS電容30的電壓可以實(shí)現(xiàn)DC-DC變換器與BUS電容30相互之間進(jìn)行充電或放電。
[0034]其中，所述BUS電壓調(diào)整模塊20包括BUS電壓基準(zhǔn)控制電路Ul和PWM控制器；所述BUS電壓基準(zhǔn)控制電路的輸入端與所述處理器的輸出端連接，BUS電壓基準(zhǔn)控制電路的輸出端與PWM控制器的輸入端連接，PWM控制器的輸出端與BUS電容30連接。
[0035]所述電流采樣模塊10的檢測(cè)端設(shè)置于逆變器的交流輸出端，電流采樣模塊10根據(jù)逆變器輸出電流的大小得到不同的電壓信號(hào)DSP_VERF。BUS電壓基準(zhǔn)控制電路將電壓信號(hào)DSP_VERF與預(yù)設(shè)的參考電壓5V-REV進(jìn)行比較，得到控制BUS電容30電壓的基準(zhǔn)電壓BUS_REF。
[0036]其中，在本實(shí)施方式中，所述BUS電壓基準(zhǔn)控制電路Ul為減法器，BUS電壓基準(zhǔn)控制電路將電壓信號(hào)DSP_VERF與參考電壓5V-REV進(jìn)行相減，得到基準(zhǔn)電壓BUS_REF。在其他實(shí)施方式中，所述BUS電壓基準(zhǔn)控制電路可以為單片機(jī)等具有一定比較運(yùn)算功能的處理芯片。
[0037]PWM控制器根據(jù)所述BUS_REF基準(zhǔn)電壓輸出不同占空比的控制信號(hào)，控制BUS電容30上的電壓值。當(dāng)逆變器輸出電流較小時(shí)(即小于預(yù)設(shè)的電流值)，電流采樣模塊10得到的DSP_VERF電壓值較小，因此，得到的BUS電容30的基準(zhǔn)電壓BUS_REF較大，此時(shí)PWM控制器控制BUS電容30電壓升高，DC-DC變換器往BUS電容30上充電；當(dāng)逆變器輸出電流較大時(shí)，電流采樣模塊10得到的DSP_VERF電壓值較大，得到BUS基準(zhǔn)參考電壓BUS_REF較小，此時(shí)PWM控制器控制BUS電容30電壓降低，BUS電容30通過(guò)自身放電往DC-AC變換器提供大部分能量，DC-DC變換器提供小部分能量。
[0038]從上述描述可知，本發(fā)明的有益效果在于:本發(fā)明利用逆變器輸出的電流值小大來(lái)控制BUS電容30上的電壓值大小，使得逆變器電流較小的時(shí)候DC-DC變換器往BUS電容30充電；當(dāng)逆變輸出電流較大時(shí)，BUS電容30自身放電補(bǔ)償能量，由此達(dá)到減小DC-DC變換器所需的功率等級(jí)的目的。
[0039]請(qǐng)參閱圖4，在一實(shí)施方式中，所述BUS電壓基準(zhǔn)控制電路Ul與PWM控制器之間還設(shè)置有電壓誤差反饋電路U2，電壓誤差反饋電路運(yùn)算出BUS電壓和基準(zhǔn)電壓的誤差信號(hào)，用于控制BUS電壓值，并且加入反饋環(huán)節(jié)，保持系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
[0040]進(jìn)一步的，在本實(shí)施方式中，所述電流采樣模塊10包括霍爾傳感器和處理器，所述霍爾傳感器的輸出端連接于處理器的輸入端，處理器的輸出端連接于所述BUS電壓調(diào)整模塊20?；魻杺鞲衅鞑杉孀兤鞯妮敵鲭娏鳎⒉杉降妮敵鲭娏餍盘?hào)送至處理器，處理器根據(jù)輸出電流的大小進(jìn)行運(yùn)算之后，給出不同的電壓信號(hào)DSP_VERF。
[0041]在本實(shí)施方式中，所述霍爾傳感器可以將采集到的輸出電流信號(hào)傳送至逆變器的處理器，由逆變器的處理器對(duì)接收到的輸出電流的大小進(jìn)行運(yùn)算之后，給出不同的電壓信號(hào)DSP_VERF。其中，所述逆變器的處理器可以選用DSP芯片。在其他的實(shí)施方式中，所述處理器可以選用其他常用的數(shù)字處理器。
[0042]請(qǐng)參閱圖5，本發(fā)明還公開一種用于逆變器中直流BUS電壓控制的方法，包括步驟:
[0043]獲取逆變器的輸出電流；[0044]判斷所述輸出電流與預(yù)設(shè)的電流值和預(yù)設(shè)的電流值大小關(guān)系，當(dāng)所述輸出電流大于所述高電流值時(shí)，控制BUS電容30電壓降低；當(dāng)所述輸出電流小于所述低電流值時(shí)，控制BUS電容30電壓升高。
[0045]進(jìn)一步的，所述“獲取逆變器的輸出電流”的具體方法為:通過(guò)霍爾傳感器和處理器獲取逆變器的輸出電流；
[0046]其中，所述霍爾傳感器的輸出端連接于處理器的輸入端，處理器的輸出端連接于所述BUS電壓調(diào)整模塊20。
[0047]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
[0048]本例子以輸出為220V/50HZ，額定功率為5000VA，最大功率為0.8的逆變器為例進(jìn)行舉例說(shuō)明。逆變器的BUS電容30的容值為4個(gè)820uF/450V電解電容并聯(lián)，其總?cè)葜禐?20*4 = 3280uF。當(dāng)逆變器的負(fù)載為阻性負(fù)載時(shí)，功率因數(shù)為1，此時(shí)輸出電流最大值為(5000*0.8/220) *1.414 = 25.7A，最大的輸出電流出現(xiàn)在輸出電壓的波峰和波谷處。
[0049]因最大的輸出電流值為25.7A，在本例子中選擇當(dāng)霍爾傳感器采集到的輸出電流小于20A時(shí)(即所述預(yù)設(shè)的電流值為20A)，處理器控制圖4中的DSP_VREF電壓值為0V，此時(shí)BUS電容30電壓的基準(zhǔn)電壓BUS_REF = 5V_REF — DSP_VREF = 5V-0V = 5V,通過(guò)設(shè)置BUS電容電壓的反饋比例電阻，使當(dāng)BUS_REF = 5V時(shí)，BUS電容30的電壓值為390V。
[0050]設(shè)置BUS電容30的放電能量能滿足80%的負(fù)載需求，則有
[0051]
【權(quán)利要求】
1.一種用于逆變器中直流BUS電壓控制的電路，其特征在于，包括電流采樣模塊、BUS電壓調(diào)整模塊和BUS電容； 所述電流采樣模塊的輸出端連接于BUS電壓調(diào)整模塊的輸入端，BUS電壓調(diào)整模塊的輸出端連接于BUS電容； 所述電流采樣模塊用于獲取逆變器的輸出電流； 所述BUS電壓調(diào)整模塊用于根據(jù)所述逆變器的輸出電流值控制BUS電容電壓值，當(dāng)逆變器輸出電流大于預(yù)設(shè)的電流值時(shí)，控制BUS電容電壓降低；當(dāng)逆變器輸出電流小于所述預(yù)設(shè)的電流值時(shí)，控制BUS電容電壓升高。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于逆變器中直流BUS電壓控制的電路，其特征在于，所述電流采樣模塊包括霍爾傳感器和處理器； 所述霍爾傳感器的輸出端連接于處理器的輸入端，處理器的輸出端連接于所述BUS電壓調(diào)整模塊。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于逆變器中直流BUS電壓控制的電路，其特征在于，所述處理器為DSP芯片。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于逆變器中直流BUS電壓控制的電路，其特征在于，所述BUS電壓調(diào)整模塊包括BUS電壓基準(zhǔn)控制電路和PWM控制器； 所述BUS電壓基準(zhǔn)控制電路的輸入端與所述處理器的輸出端連接，BUS電壓基準(zhǔn)控制電路的輸出端與PWM控制器的輸入端連接，PWM控制器的輸出端與BUS電容連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的所述的用于逆變器中直流BUS電壓控制的電路，其特征在于，所述BUS電壓基準(zhǔn)控制電路為減法器。
6.一種用于逆變器中直流BUS電壓控制的方法，其特征在于，包括步驟: 獲取逆變器的輸出電流； 判斷所述輸出電流與預(yù)設(shè)的電流值和預(yù)設(shè)的電流值大小關(guān)系， 當(dāng)所述輸出電流大于所述高電流值時(shí)，控制BUS電容電壓降低；當(dāng)所述輸出電流小于所述低電流值時(shí)，控制BUS電容電壓升高。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的用于逆變器中直流BUS電壓控制的方法，其特征在于，所述“獲取逆變器的輸出電流”的具體方法為:通過(guò)霍爾傳感器和處理器獲取逆變器的輸出電流； 其中，所述霍爾傳感器的輸出端連接于處理器的輸入端，處理器的輸出端連接于所述BUS電壓調(diào)整模塊。
【文檔編號(hào)】H02M3/07GK103997208SQ201410250607
【公開日】2014年8月20日 申請(qǐng)日期:2014年6月6日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月6日
【發(fā)明者】羅瑞杰, 何勇志 申請(qǐng)人:深圳市英可瑞科技開發(fā)有限公司