CN104901566A - 逆变装置及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种逆变装置，包含直流转直流转换器、直流转交流转换器及控制电路。直流转直流转换器用以依据控制信号来将输入电源转换为直流电源。直流转交流转换器耦接于直流转直流转换器，用以接收直流电源，并依据直流电源来产生交流电源。控制电路耦接于直流转直流转换器，用以依据参考电源及输入电源来产生控制信号以控制直流转直流转换器的操作，对控制信号进行检测以产生检测结果，以及依据检测结果来控制参考电源以调整控制信号的责任周期。使得本发明的逆变装置能够藉由侦测初级侧转换电路的控制信号来得知其工作状态，并适应性地调整控制信号的信号准位/责任周期，故可于间歇模式中维持稳定的运作，而广泛应用于各种能量转换架构之中。

Description

逆变装置及其控制方法
技术领域
本发明涉及逆变装置，尤其涉及一种可侦测初级侧转换电路之操作状态以适应性地调整初级侧控制信号的逆变装置及其控制方法。
背景技术
光伏逆变器(Photovoltaic inverter)是用于将太阳能面板所输出的直流电源转换为交流电源并输出至电网，其中光伏逆变器的初级侧转换电路会于低太阳能电力输出时操作于深度间歇模式(deep burst mode)。例如：(1)当太阳能面板所输出的电力太小时，会使得初级侧转换电路会进入深度间歇模式；以及(2)当光照强度大幅降低时，太阳能面板的工作电压与能量输出会处于一低准位，致使初级侧转换电路进入深度间歇模式。
然而，当初级侧转换电路操作于深度间歇模式时，光伏逆变器的内部电路会因为初级侧转换电路的输出电源不足而发生异常或中止运作，导致电路组件的损坏。因此，需要一种创新的光伏逆变装置状态侦测电路架构，以避免间歇模式所造成的副作用。
因此，需要一种逆变装置及其控制方法来解决上述存在问题。
发明内容
本发明的一目的在于提供一种能够侦测初级侧转换电路之操作状态以适应性地调整初级侧控制信号的逆变装置。
本发明的另一目的在于提供一种能够侦测初级侧转换电路之操作状态以适应性地调整初级侧控制信号的逆变装置的控制方法。
为了实现上述目的，本发明提供了一种逆变装置，包含：
一直流转直流转换器，用以依据一控制信号来将一输入电源转换为一直流电源；
一直流转交流转换器，耦接于所述直流转直流转换器，用以接收所述直流电源，并依据所述直流电源来产生一交流电源；以及
一控制电路，耦接于所述直流转直流转换器，所述控制电路用以依据一参考电源及所述输入电源来产生所述控制信号以控制所述直流转直流转换器的操作，对所述控制信号进行检测以产生一检测结果，以及依据所述检测结果来控制所述参考电源以调整所述控制信号的一责任周期。
较佳地，所述控制信号具有一第一准位与不同于所述第一准位的一第二准位；以及当所述直流转直流转换器依据所述控制信号来操作于一间歇模式时，所述控制信号会持续处于所述第二准位，以及所述控制电路检测所述控制信号持续处于所述第二准位的时间以产生所述检测结果。
较佳地，当所述检测结果指示出所述控制信号持续处于所述第二准位超过一特定时间时，所述控制电路会调整所述参考电源的一电压准位。
较佳地，所述控制电路对所述输入电源的一电压准位与所述参考电源的一电压准位作比较以产生一比较结果，以及依据所述比较结果来产生所述控制信号。
较佳地，当所述比较结果指示出所述输入电源的所述电压准位小于所述参考电源的所述电压准位时，所述直流转直流转换器会依据所述控制信号来操作于一间歇模式。
较佳地，所述控制电路依据所述检测结果来调整所述参考电源的所述电压准位，以调整所述控制信号的所述责任周期。
较佳地，所述控制信号具有一第一准位与不同于所述第一准位的一第二准位；当所述直流转直流转换器依据所述控制信号来操作于所述间歇模式时，所述控制信号会持续处于所述第二准位，以及当所述检测结果指示出所述控制信号持续处于所述第二准位超过一特定时间时，所述控制电路会降低所述参考电源的所述电压准位。
较佳地，所述控制电路会降低所述参考电源的所述电压准位直到所述控制信号自所述第二准位转换为所述第一准位为止。
为了实现本发明的另一目的，本发明提供了一种逆变装置的控制方法，其中，所述逆变装置包含一直流转直流转换器与一直流转交流转换器，所述直流转直流转换器将一输入电源转换为一直流电源，所述直流转交流转换器将所述直流电源转换为一交流电源，所述控制方法包含：
依据一参考电源及所述输入电源来产生一控制信号，以控制所述直流转直流转换器的操作；
对所述控制信号进行检测以产生一检测结果；以及
依据所述检测结果来控制所述参考电源以调整所述控制信号的一责任周期。
较佳地，依据一参考电源及所述输入电源来产生一控制信号的步骤包含：
对所述输入电源的一电压准位与所述参考电源的一电压准位作比较以产生一比较结果；以及
依据所述比较结果来产生所述控制信号。
较佳地，当所述比较结果指示出所述输入电源的所述电压准位小于所述参考电源的所述电压准位时，所述直流转直流转换器会依据所述控制信号来操作于所述间歇模式。
较佳地，依据所述检测结果来控制所述参考电源以调整所述控制信号的所述责任周期的步骤包含：
依据所述检测结果来调整所述参考电源的所述电压准位，以调整所述控制信号的所述责任周期。
较佳地，所述控制信号具有一第一准位与不同于所述第一准位的一第二准位；当所述直流转直流转换器依据所述控制信号来操作于所述间歇模式时，所述控制信号会持续处于所述第二准位；以及当所述检测结果指示出所述控制信号持续处于所述第二准位超过一特定时间时，依据所述检测结果来调整所述参考电源的所述电压准位的步骤包含：
降低所述参考电源的所述电压准位。
较佳地，降低所述参考电源的所述电压准位的步骤包含：
降低所述参考电源的所述电压准位直到所述控制信号自所述第二准位转换为所述第一准位为止。
与现有技术相比，本发明的逆变装置能够藉由侦测初级侧转换电路的控制信号来得知其工作状态，并适应性地调整控制信号的信号准位/责任周期，故可于间歇模式中维持稳定的运作，而广泛应用于各种能量转换架构之中。
附图说明
图1为本发明逆变装置的一实施例的结构框图。
图2为图1所示的控制信号之一具体实现范例的信号波形图。
图3为图1所示的逆变装置之一具体实现范例的示意图。
图4为图3所示的控制器之一具体实现范例的局部电路示意图。
图5为图3所示的控制信号之一具体实现范例的信号波形图。
【符号说明】
100、300：逆变装置
102：太阳能电池
110、310：直流转直流转换器
120：直流转交流转换器
130、330：控制电路
322：LLC谐振式转换器
326：驱动电路
332：控制器
336：处理电路
DL、DR：二极管
R1、R2：电阻
C：电容
VPV：输入电源
VBUS：直流电源
VAC：交流电源
VCMD：参考电源
DR：检测结果
SC：控制信号
SD：驱动信号
VC1、VC2、VCA、VCB：电压准位
t0、t1、t2、t3、Ta、Tb、Tc、Td：时间
SCL：左臂控制信号
SCR：右臂控制信号
SDL：左臂驱动信号
SDR：右臂驱动信号
VC：电压
L1：第一准位
L2：第二准位
具体实施方式
为了使本发明所揭露的内容可以被更容易明了，以下特举实施例做为本发明揭露的确实能够据以实施的范例。另外，凡可能之处，在图式及实施方式中使用相同标号的组件/构件/步骤，代表相同或类似部件。
本发明所提供的逆变架构藉由侦测初级侧转换电路的控制信号来得知初级侧转换电路的工作状态，并根据所侦测的结果来适应性地调整控制信号的责任周期，故可大幅提升逆变器控制的灵活度及提供良好的电路保护机制。为了便于理解本发明的技术特征，以下是以光伏逆变器来作为本发明的逆变装置的具体实现范例，然而，本发明的逆变架构并不限于光伏逆变器。进一步的说明如下。
请参阅图1，其为本发明逆变装置的一实施例的结构框图。逆变装置100耦接于一太阳能电池(Photovoltaic cell，PV cell)102，并可包含(但不限于)一直流转直流转换器(direct current to direct current converter，DC/DC converter)110、一直流转交流转换器(direct current to alternating current converter，DC/ACconverter)120及一控制电路130。直流转直流转换器110可接收太阳能电池102所提供的输入电源VPV，并依据一控制信号SC来将输入电源VPV转换为一直流电源VBUS(例如，直流母线电压)。直流转交流转换器120耦接于直流转直流转换器110，用以接收直流电源VBUS，并依据直流电源VBUS来产生一交流电源VAC。于此实施例中(但本发明不限于此)，直流转直流转换器110可包含一LLC谐振式转换器(LLC resonant converter)，以利用其软性切换的特性而提高转换效率并且降低电磁干扰，而直流转交流转换器120也可称作直流转交流变流器(DC/AC inverter)。
控制电路130耦接于直流转直流转换器110，用以依据一参考电源VCMD及输入电源VPV来产生控制信号SC以控制直流转直流转换器110的操作。举例来说(但本发明不限于此)，控制电路130可将参考电源VCMD与输入电源VPV作比较以产生控制信号SC，进而控制直流转直流转换器110的操作频率与操作状态(例如，正常模式或间歇模式)。于另一范例中，控制电路130也可对参考电源VCMD与输入电源VPV进行数值运算以产生控制信号SC。
为了实时监控逆变装置100的工作状态，控制电路130另可对控制信号SC进行处理/检测以产生一检测结果DR，以及依据检测结果DR来控制参考电源VCMD，进而调整用于控制直流转直流转换器110的控制信号SC。举例来说(但本发明不限于此)请连同图1来参阅图2。图2为图1所示的控制信号SC之一具体实现范例的信号波形图。控制信号SC可具有一第一准位L1与一第二准位L2(不同于第一准位L1)，当直流转直流转换器110于控制信号SC持续处于第二准位L2时，则暂停电源转换操作(亦即，操作于间歇模式)。因此，在控制信号SC的准位可藉由调整参考电源VCMD来改变的情形下，控制电路130便可依据检测结果DR来调整参考电源VCMD的能量准位，以开关信号SC的准位，进而实时调整直流转直流转换器110于间歇模式时的操作，以防止直流转直流转换器110供电异常。
于一具体实现范例中，控制电路130也可依据检测结果DR来控制参考电源VCMD以调整控制信号SC的责任周期(duty cycle)，进而控制直流转直流转换器110于间歇模式时的操作。于此具体实现范例中，直流转直流转换器110是于时间点t1依据控制信号SC来操作于间歇模式，其中直流转直流转换器110是于时间点t0～t1的期间开启，以及于时间点t1～t2的期间关闭。另外，由于直流转直流转换器110持续处于关闭状态的时间过长会造成供电异常，控制电路130可藉由检测直流转直流转换器110持续处于关闭状态的时间来产生检测结果DR。
于该间歇模式中，控制电路130原订于时间点t3开启直流转直流转换器110，然而，由于时间点t1与时间点t3之间的时间间隔超过一特定时间(于此实施例中，等于时间点t1与时间点t2之间的时间间隔)，这将造成直流转直流转换器110于时间点t3之前会发生供电异常，因此，当检测结果DR指示出直流转直流转换器110处于关闭的时间超过该特定时间(亦即，控制信号SC持续处于第二准位L2超过该特定时间)时，控制电路130可藉由将参考电源VCMD的电压准位VC1调整为电压准位VC2，以使控制信号SC提前于时间点t2切换信号准位至第一准位L1，此时，直流转直流转换器110将提前于时间点t2开启。换言之，控制电路130可藉由调整参考电源VCMD的电压准位VC1来改变控制信号SC的责任周期，以达到控制直流转直流转换器110于间歇模式时的开启与关闭时机的目的。
为了进一步了解本发明的技术特征，以下采用一具体实现范例来进一步说明本发明逆变装置的细节，然而，基于图1所示的电路架构的其它电路实现架构亦是可行的。请参阅图3，其为图1所示的逆变装置100之一具体实现范例的示意图。于此具体实现范例中，逆变装置300包含一直流转直流转换器310、一控制电路330及图1所示的直流转交流转换器120，其中图1所示的直流转直流转换器110与控制电路130可分别由直流转直流转换器310与控制电路330来实现。控制电路330可包含(但不限于)一控制器332及一处理电路336，其中控制器332可对控制信号SC进行检测以产生检测结果DR，并依据检测结果DR来产生/控制参考电源VCMD，而处理电路336可依据参考电源VCMD与输入电源VPV来产生控制信号SC。直流转直流转换器310可包含(但不限于)一LLC谐振式转换器322及一驱动电路326，其中驱动电路326可依据控制电路330所产生的控制信号SC来产生一驱动信号SD，而LLC谐振式转换器322便可依据驱动信号SD将输入电源VPV转换为直流电源VBUS。
于此具体实现范例中，LLC谐振式转换器322可包含一左臂开关及一右臂开关(未绘示于图3中)，其中，该左臂开关及该右臂开关各自可由上开关及下开关组成，且该左臂开关的上下两开关的控制信号为互补，该右臂开关的上下两开关的控制信号亦为互补。前述为LLC谐振式转换器322的基础架构，由于该基础架构非本发明的技术重点，因此，在此不多作说明。在本具体实现范例中，LLC谐振式转换器322所接收的驱动信号SD可包含一左臂驱动信号SDL与一右臂驱动信号SDR，以及处理电路336所产生的控制信号SC可包含一左臂控制信号SCL与一右臂控制信号SCR。关于检测控制信号SC的一具体实现方式可参阅图4。图4绘示了图3所示的控制器332之一具体实现范例的局部电路示意图。由图4可知，控制器332可藉由检测电容C的电压VC来得知控制信号SC的信息，其中控制器332可经由二极管DL、电阻R1及电阻R2来接收左臂控制信号SCL，以及经由二极管DR、电阻R1及电阻R2来接收与右臂控制信号SCR。然而，图4所示的信号撷取架构是仅供说明之需，并非用来作为本发明之限制。
控制电路330可对输入电源VPV的一电压准位与参考电源VCMD的一电压准位作比较以产生一比较结果，以及依据该比较结果来产生控制信号SC(左臂控制信号SCL与右臂控制信号SCR)。举例来说，处理电路336可包含一比较器(未绘示于图3中)，用以进行电压准位的比较以产生该比较结果，处理电路336便可依据该比较结果来产生控制信号SC。其中，前述比较器的功能，亦可由一运算放大器、一电阻及一电容所组成的控制器电路来达成。藉由调整控制信号SC的频率、责任周期...等，使直流转直流转换器310(LLC谐振式转换器322)可于不同的太阳能输出电力，操作于不同的模式下，例如正常模式或间歇模式。另外，为了避免直流转直流转换器310持续处于关闭状态的时间过长而造成供电异常，控制电路330可依据检测结果DR来调整参考电源VCMD的该电压准位以调整控制信号SC(例如，调整信号准位及/或责任周期)。
举例来说，当检测结果DR指示出直流转直流转换器310持续处于关闭状态的时间超过一特定时间时，控制电路330可降低参考电源VCMD的电压准位以调整控制信号SC的责任周期，使直流转直流转换器310开启。请连同图3来参阅图5。图5为图3所示的控制信号SC之一具体实现范例的信号波形图。于此具体实现范例中，直流转直流转换器310是于时间点Ta～Tb的期间开启，以及于时间点Tb～Tc的期间关闭。当直流转直流转换器310依据控制信号SC来操作于一间歇模式时(例如，光照强度于时间点Tb骤减)，控制器332可藉由检测直流转直流转换器310的关闭时间来产生检测结果DR，并依据检测结果DR调整参考电源VCMD的电压准位VCA。当检测结果DR指示出直流转直流转换器310的关闭时间超过一特定时间时，控制电路330可藉由降低参考电源VCMD的电压准位VCA来调整控制信号SC，其中控制电路330可降低电压准位VCA直到控制信号SC使直流转直流转换器310开启为止(例如，时间点Tc)。由图5可知，在未将参考电源VCMD的电压准位VCA调降为电压准位VCB之前，处理电路336原订于时间点Td切换左臂控制信号SCL及右臂控制信号SCR的信号准位；当参考电源VCMD的电压准位VCA调整为电压准位VCB时，处理电路336便可提前于时间点Tc切换左臂控制信号SCL及右臂控制信号SCR的信号准位，以避免直流转直流转换器310持续处于关闭状态的时间过长。
以上调整控制信号SC的具体实现方式是仅供说明之需，并非用来作为本发明之限制。另外，在采用其它形式的电源转换器来实现图3所示的直流转直流转换器310的情形下，直流转直流转换器310所接收的控制信号的类型/个数可能会有相应的调整，而控制信号的调整方式可能也会有所不同。
再者，只要图3所示的控制电路330可藉由检测控制信号SC来调整参考电源VCMD，进而调整控制信号SC的责任周期，采用其它电路架构来实现控制电路330也是可行的。举例来说，控制电路330也可储存输入电源VPV、参考电源VCMD与控制信号SC的责任周期的关系表，控制电路330便可根据检测结果DR来选择参考电源VCMD的电压准位。
值得注意的是，以上所述关于图3所示的逆变装置300的控制机制也可应用于图1所示的逆变装置100。综合上述，本发明的逆变装置可藉由侦测初级侧转换电路的控制信号来得知其工作状态，并适应性地调整控制信号的信号准位/责任周期，故可于间歇模式中维持稳定的运作，而广泛应用于各种能量转换架构之中。
以上所揭露的仅为本发明的优选实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明申请专利范围所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (14)

1.一种逆变装置，其特征在于，包含：
一直流转直流转换器，用以依据一控制信号来将一输入电源转换为一直流电源；
一直流转交流转换器，耦接于所述直流转直流转换器，用以接收所述直流电源，并依据所述直流电源来产生一交流电源；以及
一控制电路，耦接于所述直流转直流转换器，所述控制电路用以依据一参考电源及所述输入电源来产生所述控制信号以控制所述直流转直流转换器的操作，对所述控制信号进行检测以产生一检测结果，以及依据所述检测结果来控制所述参考电源以调整所述控制信号的一责任周期。
2.根据权利要求1所述的逆变装置，其特征在于，所述控制信号具有一第一准位与不同于所述第一准位的一第二准位；以及当所述直流转直流转换器依据所述控制信号来操作于一间歇模式时，所述控制信号会持续处于所述第二准位，以及所述控制电路检测所述控制信号持续处于所述第二准位的时间以产生所述检测结果。
3.根据权利要求2所述的逆变装置，其特征在于，当所述检测结果指示出所述控制信号持续处于所述第二准位超过一特定时间时，所述控制电路会调整所述参考电源的一电压准位。
4.根据权利要求1所述的逆变装置，其特征在于，所述控制电路对所述输入电源的一电压准位与所述参考电源的一电压准位作比较以产生一比较结果，以及依据所述比较结果来产生所述控制信号。
5.根据权利要求4所述的逆变装置，其特征在于，当所述比较结果指示出所述输入电源的所述电压准位小于所述参考电源的所述电压准位时，所述直流转直流转换器会依据所述控制信号来操作于一间歇模式。
6.根据权利要求4所述的逆变装置，其特征在于，所述控制电路依据所述检测结果来调整所述参考电源的所述电压准位，以调整所述控制信号的所述责任周期。
7.根据权利要求6所述的逆变装置，其特征在于，所述控制信号具有一第一准位与不同于所述第一准位的一第二准位；当所述直流转直流转换器依据所述控制信号来操作于所述间歇模式时，所述控制信号会持续处于所述第二准位，以及当所述检测结果指示出所述控制信号持续处于所述第二准位超过一特定时间时，所述控制电路会降低所述参考电源的所述电压准位。
8.根据权利要求7所述的逆变装置，其特征在于，所述控制电路会降低所述参考电源的所述电压准位直到所述控制信号自所述第二准位转换为所述第一准位为止。
9.一种逆变装置的控制方法，其特征在于，所述逆变装置包含一直流转直流转换器与一直流转交流转换器，所述直流转直流转换器将一输入电源转换为一直流电源，所述直流转交流转换器将所述直流电源转换为一交流电源，所述控制方法包含：
依据一参考电源及所述输入电源来产生一控制信号，以控制所述直流转直流转换器的操作；
对所述控制信号进行检测以产生一检测结果；以及
依据所述检测结果来控制所述参考电源以调整所述控制信号的一责任周期。
10.根据权利要求9所述的控制方法，其特征在于，依据一参考电源及所述输入电源来产生一控制信号的步骤包含：
对所述输入电源的一电压准位与所述参考电源的一电压准位作比较以产生一比较结果；以及
依据所述比较结果来产生所述控制信号。
11.根据权利要求10所述的控制方法，其特征在于，当所述比较结果指示出所述输入电源的所述电压准位小于所述参考电源的所述电压准位时，所述直流转直流转换器会依据所述控制信号来操作于所述间歇模式。
12.根据权利要求9所述的控制方法，其特征在于，依据所述检测结果来控制所述参考电源以调整所述控制信号的所述责任周期的步骤包含：
依据所述检测结果来调整所述参考电源的所述电压准位，以调整所述控制信号的所述责任周期。
13.根据权利要求12所述的控制方法，其特征在于，所述控制信号具有一第一准位与不同于所述第一准位的一第二准位；当所述直流转直流转换器依据所述控制信号来操作于所述间歇模式时，所述控制信号会持续处于所述第二准位；以及当所述检测结果指示出所述控制信号持续处于所述第二准位超过一特定时间时，依据所述检测结果来调整所述参考电源的所述电压准位的步骤包含：
降低所述参考电源的所述电压准位。
14.根据权利要求13所述的控制方法，其特征在于，降低所述参考电源的所述电压准位的步骤包含：
降低所述参考电源的所述电压准位直到所述控制信号自所述第二准位转换为所述第一准位为止。
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