[发明专利]一种单相逆变器及其控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及单相逆变器及其控制方法，具体而言，涉及采用多电平技术构建的单相逆变器以及采用母线电容平衡控制方式和/或热平衡控制方式的单相逆变器控制方法。

背景技术

单相逆变器的结构可分为半桥逆变器、全桥逆变器和推挽逆变器等形式。目前，单相逆变器多数采用全桥电路形式，具有技术成熟、成本低廉等优势，但是也存在漏电流大、逆变器体积较大等缺点。为了解决漏电流大的问题，德国Sunway公司、德国SMA公司等相继研发出带有交流旁路的全桥逆变器、带有直流旁路的全桥拓扑及其H5拓扑，但都存在输出电感体积大、EMC(电磁兼容性)滤波电路体积大等问题。

发明内容

针对现有技术中存在的以上技术问题，本发明提出了基于多电平技术构建的单相逆变器，该单相逆变器可有效解决该问题。

为此，本发明提出了一种多电平单相逆变器，包括第一桥臂和第二桥臂，每个桥臂的上桥臂和下桥臂均由串联的两个开关管构成，在第一桥臂的上桥臂中点与下桥臂中点之间跨接由两个二极管串联构成的第一钳位二极管串，在第二桥臂的上桥臂中点与下桥臂中点之间跨接由两个二极管串联构成的第二钳位二极管串；并且，该逆变器的直流侧并联连接由第一电容器和第二电容器串联而成的电容器串，该电容器串的中点连接至第一、第二钳位二极管串的中点，第一、第二桥臂的中点输出作为逆变器的输出。

优选地，该逆变器还包括控制部分，用于控制所述开关管的通、断，以从使得逆变器能够输出同一期望电压的多个开关管路径中选择其一。

优选地，该控制器根据特定的检测信号选择所述路径之一，或者采用轮循的方式选择所述路径之一。

其中，所述检测信号包括第一电容器上的电压和第二电容器上的电压；如果第一电容器上的电压高于第二电容器上的电压，则选择与第一电容器构成回路的开关管路径；如果第二电容器上的电压高于第一电容器上的电压，则选择与第二电容器构成回路的开关管路径。

优选地，所述检测信号包括所述开关管的温度和损耗检测信号，所述控制器选择温度和损耗低的开关管路径以输出期望电压。

优选地，在第一、第二桥臂的中点分别连接有输出滤波电感。

本发明还公开上述多电平单相逆变器的控制方法，包括：控制该逆变器中开关管的通、断，以从使得逆变器能够输出同一期望电压的多个开关管路径中选择其一。

具体地，该控制方法包括：检测特定的检测信号，根据该检测信号选择所述路径之一；或者采用轮循的方式选择所述路径之一。

优选地，所述检测信号包括第一电容器上的电压和第二电容器上的电压；如果第一电容器上的电压高于第二电容器上的电压，则选择与第一电容器构成回路的开关管路径；如果第二电容器上的电压高于第一电容器上的电压，则选择与第二电容器构成回路的开关管路径。

优选地，所述检测信号包括所述开关管的温度和损耗检测信号，选择温度和损耗低的开关管路径以输出期望电压。

在本发明的多电平逆变器中，输出波形电平数的增多降低了每个开关管的电压应力，而且与双电平逆变器相比，在相同的开关频率下，多电平逆变器由于输出波形电平数的增加，所以谐波畸变率较低，由于多电平逆变器可以提高功率、降低交流输出波形的谐波，所以特别适合应用于高压、大功率的场合中。

而且，通过采用母线电容轮循应用的控制方式，稳定了母线中点电位。由于多电平技术中存在多个路径可形成某一电平电位，所以，也可根据各个开关管的实际温度或损耗来进行控制，选择特定路径以形成该电平电位；或者，也可通过各个路径轮循的模式来延长各个开关管的寿命。虽然多电平技术的应用会引起功率开关器件数量增多，但目前PIM模块(即功率集成模块)技术可有效解决该问题。

附图说明

下面根据实施例和附图对本发明进行详细说明。

图1是根据本发明一实施例提出的通过二极管钳位三电平构建的单相逆变器的功率电路图。

具体实施方式

以下给出了一个具体实施例，为了便于理解，这里以三电平单相逆变器为例进行介绍说明。应当理解，本发明的单相逆变器可以采用更多电平，例如4电平及以上。本发明中的多电平单相逆变器可与正弦PWM调制、空间矢量PWM调制等现有调制方式结合使用。

图1为通过二极管钳位三电平构建的单相逆变器的功率电路图。二极管钳位型多电平逆变器通过串联的电容器将直流侧的电压分成一系列较低的电平电压。M电平的二极管钳位型多电平逆变器在直流侧需要M-1个电容器。