高增益Buck-Boost集成式逆变器及控制方法

文档序号:9508096阅读:1148来源:国知局
高增益Buck-Boost集成式逆变器及控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种逆变器及其控制方法,具体涉及一种高增益Buck-Boost集成式 逆变器及控制方法。
【背景技术】
[0002] 在低输入直流电压的逆变场合,为了确保输出稳定的交流电能,需要逆变器具有 较高的升压能力。目前,具有升压功能的逆变器主要有:Z源逆变器、差动式逆变器(如双 Boost逆变器)、有源升降压逆变器,其大都存在效率低、器件数量多、集成度低、控制复杂、 直流增益不够等缺点。为此,H. Ribeiro等学者提出了高增益Boost集成式逆变器,其通过 共用功率器件,将Boost变换器和传统全桥逆变器集成在一起,并通过非线性单周期控制 实现直流电压的栗升。该逆变器具有较高的效率、直流增益和集成度,然而控制较复杂。

【发明内容】

[0003] 发明目的:本发明的目的是为了解决现有技术中的不足,提供一种仅采用单极倍 频SPWM调制,就能同时实现直流电压栗升和逆变功能,且具有效率高、集成度高、控制方 便、结构简洁、成本低等优点的高增益Buck-Boost集成式逆变器及控制方法。
[0004] 技术方案:本发明所述的一种高增益Buck-Boost集成式逆变器,包括电容Cin,开 关管SfS4,升压电感Lin,二极管DJP D 2,所述开关管SJP S 2串联形成第一桥臂电路,所述 开关管&和S 4串联形成第二桥臂电路,所述第一桥臂电路和第二桥臂电路并联形成全桥电 路;所述开关管SJP S 2的接合点a连接有二极管D i的阳极,所述开关管S 3和S 4的接合点 b连接有二极管D2的阳极,所述二极管D i和二极管D 2的阴极共同连接有升压电感L ιη的一 端,所述升压电感Lin的另一端连接有电容C ιη的一端,所述电容C ιη的另一端分别连接有开 关管&和S 4,所述接合点a和接合点b之间还连接有滤波电路。
[0005] 进一步的,所述升压电感Lin的另一端连接有电容C ιη的正极,所述电容C ιη的负极 分别连接有开关管SjP S 4。
[0006] 进一步的,所述滤波电路采用LC滤波电路或LCL滤波电路,所述滤波电路还连接 有负载。
[0007] 本发明还公开了上述一种高增益Buck-Boost集成式逆变器的控制方法,该逆变 器采用单极倍频SPWM调制方式,其具体实现过程如下:
[0008] 首先,将正弦调制信号\和三角载波信号V。分别送入比较器A的同相输入端和反 相输入端,从而得到输出信号vgl作为开关管S i的驱动信号,而比较器A的输出信号取反,得 到信号vg2作为开关管S 2的驱动信号。由v JP v。得到的信号
送入比较器B的同相 输入端,而比较器B的反相输入端接地,从而得到输出信号vg4作为开关管S 4的驱动信号, 该输出信号的反相信号vg3作为开关管S 3的驱动信号。
[0009] 进一步的,所述逆变器在正弦调制波正半波的每个开关周期内的工作过程包括如 下四种模态:
[0010] ⑴模态1,。时刻前,开关管S 2和S 4导通,升压电感L ιη承受反向电压U。线 性放电,uab等于0 ;在t。时刻,S 2关断,S i导通,二极管D i导通而D 2反偏截止,升压电感L ιη承受正向电压Uin,电感电流iUn (t)线性增长,到h时刻,模态1结束;
[0011] ⑵模态2, t「t2:t i时刻,开关管S4关断,S3导通,二极管0 p D2导通,Lin仍承受 正向电压uin,电感电流iUn(t),继续线性上升,到t2时亥I」,模态2结束;
[0012] (3)模态3, t2-t3:t 2时刻,开关管S 3关断,S 4导通,到13时刻,模态3结束,该模态 工作过程与模态1基本相同;
[0013] (4)模态4,t3_t4:t3时刻,开关管5 1关断,S2导通,二极管01為续流;升压电感Lin承受反向电压Uc,电流iUn (t)由S2、S4的体二极管D S2、DS4流过,且线性减小;到14时刻,模 态4结束;下一个开关周期开始,重复上述步骤(1)~(4)。
[0014] 进一步的,所述逆变器的直流增益
式中
为逆变器 的调制比;为正弦调制波幅值,为三角载波幅值;υ1ηι为逆变器输出电压基波幅值,udc为逆变器直流母线电压。
[0015] 有益效果:本发明的逆变器与传统的全桥逆变器相比,其只增加了两个二极管和 一个升压电感,且仅采用单极倍频SPWM调制,就能同时实现直流电压栗升和逆变功能。因 此,该逆变器具有效率高、集成度高、控制方便、结构简洁、成本低等优点。
【附图说明】
[0016] 图1为本发明集成式逆变器的主电路拓扑图;
[0017] 图2为本发明逆变器在一个开关周期中的工作模态1等效电路图;
[0018] 图3为本发明逆变器在一个开关周期中的工作模态2等效电路图;
[0019] 图4为本发明逆变器在一个开关周期中的工作模态3等效电路图;
[0020] 图5为本发明逆变器在一个开关周期中的工作模态4等效电路图;
[0021] 图6为本发明逆变器在一个开关周期中四个模态的主要波形图;
[0022] 图7为本发明逆变器在在第k个开关周期内的调制信号示意图;
[0023] 图8为本发明逆变器在第k个开关周期内升压电感电流示意图;
[0024] 图9为本发明逆变器调制比与直流增益关系曲线示意图;
[0025] 图10为本发明逆变器的直流升压电感工作在CCM模式的仿真波形图;
[0026] 图11为本发明逆变器的直流升压电感工作在DCM模式的仿真波形图。
【具体实施方式】
[0027] 如图1所示的一种高增益Buck-Boost集成式逆变器,包括电容Cin,开关管SfS 4, 升压电感Lin,二极管DJP D 2,所述开关管SJP S 2串联形成第一桥臂电路,所述开关管S 3和 34串联形成第二桥臂电路,所述第一桥臂电路和第二桥臂电路并联形成全桥电路;所述开 关管SJP S 2的接合点a连接有二极管D i的阳极,所述开关管S 3和S 4的接合点b连接有二 极管D2的阳极,所述二极管D i和二极管D 2的阴极共同连接有升压电感L ιη的一端,所述升 压电感Lin的另一端连接有电容C ιη的正极,所述电容C ιη的负极分别连接有开关管S 2和S 4, 所述接合点a和接合点b之间还连接有滤波电路。所述滤波电路采用LC滤波电路或LCL 滤波电路,所述滤波电路还连接有负载。
[0028] 该逆变器由Buck-Boost变换器演变而来,通过复用全桥逆变器的功率开关管,将 原本由两级功率变换实现的功能由一级功率变换实现;与传统的全桥逆变器相比,其只增 加了两个二极管(Dp D2)和一个升压电感(Lin),且仅采用单极倍频SPWM调制,就能同时实 现直流电压栗升和逆变功能。因此,该逆变器具有效率高、集成度高、控制方便、结构简洁、 成本低等优点。
[0029] 本发明提出的高增益Buck-Boost集成式逆变器采用传统的单极倍频SPWM调制, 其具体实现过程如下:
[0030] 首先,将正弦调制信号\和三角载波信号V。分别送入比较器A的同相输入端和反 相输入端,从而得到输出信号vgl作为开关管S i的驱动信号,而比较器A的输出信号取反,得 到信号vg2作为开关管S 2的驱动信号。由v JP v。得到的信号
送入比较器B的同相 输入端,而比较器B的反相输入端接地,从而得到输出信号vg4作为开关管S 4的驱动信号, 该输出信号的反相信号vg3作为开关管S 3的驱动信号。
[0031] 其在一个开关周期内的开关时序如表1所示。结合该开关时序,可分析得出该逆 变器的工作原理和特性。
[0032] 为了简化分析,首先假设逆变器工作已经达到稳态,并符合以下条件:①开关管 Si_S4和二极管D 均为理想元件;②电感、电容均为理想储能元件;③输入电压U ιη恒定, 可等效为恒压源;④交流电流在一个开关周期内基本恒定,逆变器的输出看成联接一个电 流为Ig的恒流源;⑤电容C ιη足够大,其端电压近似为恒定,故可等效为恒压源U ⑥η 2点 的电位为零。
[0033] 对于逆变器,其正弦调制波的正、负半波内工作过程是相似的,这里以正半波内的 一个开关周期为例进行分析。基于上述假设,该逆变器在一个开关周期中的工作可以分成 4个模态,每个工作模态对应的等效电路如图2-图5所示,其主要波形如图6所示,下面分 别予以分析。
[0034] 表1开关导通
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