[发明专利]一种反激式单相逆变器及其控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种反激式单相逆变器及其控制方法，属于隔离型逆变器，其利用有源功率解耦电路来实现低频功率脉动的解耦。

背景技术

近年来，人类对自然环境越来越重视，清洁、高效、可持续发展的新能源动力技术引起了广泛关注，已出现了一些关于新能源发电的逆变器拓扑及控制方案。对于这种逆变器，交流输出功率中含有的两倍频功率脉动必然会反馈传输到直流输入侧，从而影响蓄电池、燃料电池等输入源的使用寿命，严重时会干扰直流电源系统的稳定性，因此解决新能源发电系统中的功率纹波问题，提高新能源的利用效率已刻不容缓。虽然这种低频纹波可以用大电解电容来滤除，但在高温工作条件下，电解电容长时间频繁的充放电会导致其使用寿命下降，所以考虑到逆变器的使用寿命和功率密度，不推荐使用电解电容。在电路中接入LC谐振电路，通过将谐振电路频率设计为两倍输出频率，也可以滤除两倍功率纹波，但所需的电感和电容体积都比较大，降低了系统的可靠性和功率密度。总而言之，这些常用的依靠无源器件来滤除功率纹波的方法，往往都存在着体积大、成本高等问题。为此，一些学者也在探索其它方法，除了改进电路拓扑外，也提出了新颖的控制策略，不仅可以滤除功率纹波，也可以减小容值以便使用其它更长寿命电容，例如薄膜电容等。

发明内容

本发明的目的在于针对上述逆变器所存在的技术缺陷提供一种反激式单相逆变器及其控制方法，采用这种逆变器和控制方法，既实现了电能变换，又解决了直流输入侧低频功率脉动问题，具有很好的稳定特性。

本发明为实现上述目的，采用如下技术方案：

一种反激式单相逆变器，包括直流电源、输入电容、原边开关管、隔离变压器、副边二极管、副边开关管、中间直流母线电容、第一逆变桥臂、第二逆变桥臂、滤波电路及有源功率解耦电路；其中有源功率解耦电路由隔离变压器辅助绕组、解耦二极管、解耦电容和四个解耦开关管组成；其中隔离变压器原边绕组同名端分别接直流电源正极和输入电容的一端，隔离变压器原边绕组的异名端接原边开关管的集电极，原边开关管的发射极分别接直流电源的负极和输入电容另一端，隔离变压器副边绕组的异名端接副边二极管的阳极，副边二极管的阴极接副边开关管的集电极，每个逆变桥臂都包括二个开关管，第一开关管的集电极作为逆变桥臂的正输入端，第一开关管的发射极与第二开关管的集电极连接构成逆变桥臂的输出端，第二开关管的发射极作为逆变桥臂的负输入端，副边开关管的发射极、中间直流母线电容的一端和逆变桥臂的正输入端连接，逆变桥臂的负输入端、中间直流母线电容另一端和隔离变压器副边绕组的同名端连接，第一逆变桥臂和第二逆变桥臂的输出端接滤波电路，隔离变压器辅助绕组的异名端接解耦二极管的阳极，解耦二极管的阴极、第一解耦开关管的集电极和第二解耦开关管的集电极相连接，辅助绕组的同名端、第三解耦开关管的发射极和第四解耦开关管的发射极相连接，第一解耦开关管的发射极、第三解耦开关管的集电极和解耦电容的正端相连接，解耦电容的负端、第二解耦开关管的发射极和第四解耦开关管的集电极相连接。其中，逆变桥臂的控制方法为传统单级性PWM调制；其特征在于，该反激式单相逆变器的控制方法还包括以下步骤：

步骤A，检测解耦电容电压信号，中间直流母线电压信号，逆变桥臂的输入电流信号；

步骤B，将步骤A得到的解耦电容电压信号经过低通滤波器，获得其直流分量；

步骤C，计算解耦电容电压参考信号与解耦电容电压信号直流分量的差值；

步骤D，将步骤A得到的中间直流母线电压信号和逆变桥臂的输入电流信号输入基准生成电路，获得原边电流参考信号和副边电流参考信号；

步骤E，将步骤C得到的电压差值用PI控制器进行调节，然后加入步骤D得到的原边电流参考信号，获得原边电流实际参考信号；

步骤F，计算中间直流母线电压参考信号与中间直流母线电压信号的差值；

步骤G，将步骤F得到的电压差值用PI控制器进行调节，然后加入步骤D得到的副边电流参考信号，获得副边电流实际参考信号；

步骤H，将步骤E得到的原边电流实际参考信号和步骤G得到的副边电流实际参考信号输入调制波生成电路，获得第一、第二、第三调制波信号；

步骤I，将前述第一、第二调制波信号分别输入PWM控制电路，获得第一、第二逻辑信号；

步骤J，将步骤H得到的第三调制波信号输入过零比较器，获得第三逻辑信号；

步骤K，将前述第一逻辑信号输入逻辑电路，在逻辑电路中先经过逻辑非门后，再经过逻辑非门，得到原边开关管的控制信号；