[发明专利]一种基于能量平衡控制的DC-AC逆变电源

权利要求书

1.一种基于能量平衡控制的DC-AC逆变电源，以三相三桥臂逆变电路为基础，其特征在于：包括主电路及其控制电路，主电路为三相三桥臂逆变电路，输入端接外部直流电源Ul，包括由开关管Kl、K4、K3、K6、K5、K2组成的三个桥臂，其中开关管Kl、K3、K5组成上半桥臂，开关管K2、K4、K6组成下半桥臂，逆变电路的输出端通过滤波电感L和滤波电容C组成的三相LC滤波电路连接三相对称负载R；控制电路包含有输入功率检测单元W1、储能元件储存能量检测单元W2、负载输出能量预测单元N0、储能元件能量预测单元N1、负载辨识单元F1、积分电路J1、减法电路J2、减法电路J3、除法电路C1、乘法电路C2、比较电路B1、与逻辑电路A1、与逻辑电路A2、与逻辑电路A3、PWM脉冲调制电路M1，开关管驱动电路D1；

输入功率检测单元W1连接在外部直流电源U1与三相三桥臂逆变电路间，对三相三桥臂逆变电路的直流侧输入能量进行检测，其输出端与积分电路J1的对应输入端连接；

储能元件储存能量检测单元W2与LC滤波电路连接，对三相滤波电感和滤波电容的储能进行检测，其一个输出端与减法电路J2的对应输入端连接，另一个输出端与除法电路C1的对应输入端连接；

负载辨识单元F1与逆变电源的交流输出侧连接，对三相负载进行辨识并能对逆变电源的输出能量进行检测，其一个输出端分别与负载输出能量预测单元N0、储能元件能量预测单元N1的对应输入端连接，另一个输出端与除法电路C1的对应输入端连接；

负载输出能量预测单元N0一个输入端与负载辨识单元F1的输出端连接，另一个输入端接入外部提供的输出电压给定信号U_ref，其输出端与比较电路B1的对应输入端连接；

储能元件能量预测单元N1的一个输入端与负载辨识单元F1的输出端连接，另一个输入端接入外部提供的输出电压给定信号U_ref，其输出端与减法电路J2的对应输入端连接；

积分电路J1的一个输出端与减法电路J3的对应输入端连接，另一个输出端与除法电路C1的对应输入端连接；减法电路J2的输出端与减法电路J3的对应输入端连接；

减法电路J3的输出端与乘法电路C2的对应输入端连接；乘法电路C2的另一个输入端与除法电路C1的输出端连接，其输出端与乘法电路C2的对应输入端连接；乘法电路C2的输出端与比较电路B1的对应输入端连接；比较电路B1的输出端分别和与逻辑电路A1、与逻辑电路A2、与逻辑电路A3的对应输入端连接；

PWM脉冲调制电路M1输出6路信号P1、P2、P3、P4、P5、P6，其中第一PWM信号P1接至与逻辑电路A1的对应输入端，第三PWM信号P3接至与逻辑电路A2的对应输入端，第五PWM信号P5接至与逻辑电路A3的对应输入端，第二PWM信号P2、第四PWM信号P4、第六PWM信号P6分别接至开关管驱动电路D1的对应输入端；与逻辑电路A1的输出端与开关管驱动电路D1的对应输入端连接；与逻辑电路A2的输出端与开关管驱动电路D1的对应输入端连接；与逻辑电路A3的输出端与开关管驱动电路D1的对应输入端连接；开关管驱动电路D1的6个输出端分别与开关管K1、K2、K3、K4、K5、K6的驱动端连接。

2.根据权利要求1所述的一种基于能量平衡控制的DC-AC逆变电源，其特征在于：所述的一种基于能量平衡控制的DC-AC逆变电源工作过程如下：

逆变电源与外部直流电源和三相负载正确连接、通电运行后，输入功率检测单元W1检测出当前时刻由外部直流电源U1提供给逆变电源的功率，并将检测结果实时传递给积分电路J1；

储能元件储存能量检测单元W2检测出当前时刻三相滤波电感L和滤波电容C所存储的能量总和Q1，并将检测结果实时传递给减法电路J2，同时计算出在前一个控制周期内储能元件存储能量的增量A2，即用前一个控制周期结束时刻时的储能元件储存能量减去前一个控制周期初始时刻时的储能元件储存能量，并将计算出的增量A2传递至除法电路C1；

积分电路J1根据输入功率检测单元W1传递来的数据，计算出在从当前控制周期初始时刻至当前时刻的时间段内，由外部直流电源U1提供的能量Q2，并将计算结果Q2传递给减法电路J3，同时计算出在前一个控制周期内外部直流电源U1提供的总能量A1，并将计算出的结果总能量A1传递至除法电路C1；

负载辨识单元F1对逆变电源的三相负载进行实时辨识，并将辨识结果传递给负载输出能量预测单元N0和储能元件能量预测单元N1，同时计算出在前一个控制周期内逆变电源提供给负载的总能量A3，并将计算出的结果A3传递至除法电路C1；

负载输出能量预测单元N0预测当逆变电源的实际输出电压等于输出电压给定值U_ref时，在一个控制周期内逆变电源所应该提供给三相负载的能量Q3，并将预测结果Q3传递给比较电路B1；

储能元件能量预测单元N1预测当逆变电源的实际输出等于输出电压给定值U_ref时，在稳态运行的情况下，三相滤波电感L和滤波电容C所应存储的能量总和Q4，并将预测结果Q4传递给减法电路J2；

减法电路J2以储能元件能量预测单元N1提供的数据Q4为被减数，以储能元件储存能量检测单元W2提供的数据Q1为减数，计算二者的差值Q5，并将计算结果传递至减法电路J3；减法电路J3以积分电路J1提供的数据Q2为被减数，以减法电路J2提供的数据Q5为减数，计算二者的差值Q6，并将计算结果传递至乘法电路C2；

除法电路C1根据积分电路J1提供的数据A1、储能元件储存能量检测单元W2提供的数据A2和负载辨识单元F1提供的数据A3，利用公式(1)计算出能量传递系数A4，并将计算结果传递至乘法电路C2

乘法电路C2对两路输入信号A4和Q6进行乘法运算，并将运算结果Q7传递至比较电路B1；

比较电路B1对两路输入信号Q3和Q7进行大小比较，当Q3Q7时输出信号STOP为高电平，当Q7Q3时输出信号STOP为低电平，当Q3＝Q7时输出信号STOP维持原状，并将STOP信号传递给与逻辑电路A1、与逻辑电路A2和与逻辑电路A3；

PWM脉冲调制电路M1利用SPWM技术产生三相三桥臂逆变电路所需的6路PWM信号；

与逻辑电路A1将PWM脉冲调制电路M1输出的第一PWM信号P1与比较电路B1提供的STOP信号进行与逻辑运算；与逻辑电路A2将PWM脉冲调制电路M1输出的第三PWM信号P3与比较电路B1提供的STOP信号进行与逻辑运算；与逻辑电路A3将PWM脉冲调制电路M1输出的第五PWM信号P5与比较电路B1提供的STOP信号进行与逻辑运算；

开关管驱动电路D1将输入信号经过电气隔离、功率放大处理后，送至开关管的驱动端，进而实现对开关管K1、K2、K3、K4、K5、K6的通、断控制，使得逆变电源能够为负载提供其所需的三相交流电。