CN203984241U - 一种用于逆变器中直流bus电压控制的电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开一种用于逆变器中直流BUS电压控制的电路，包括电流采样模块、BUS电压调整模块和BUS电容；所述电流采样模块的输出端连接于BUS电压调整模块的输入端，BUS电压调整模块的输出端连接于BUS电容；所述电流采样模块用于获取逆变器的输出电流；所述BUS电压调整模块用于根据所述逆变器的输出电流值控制BUS电容电压值，当逆变器输出电流大于预设的电流值时，控制BUS电容电压降低；当逆变器输出电流小于预设的电流值时，控制BUS电容电压升高。本实用新型还公开一种用于逆变器中直流BUS电压控制的方法。本实用新型能够减小逆变器的无功功率，降低了DC-DC变换器的功率等级。
Description
技术领域
本实用新型涉及逆变器领域，特别是涉及一种用于逆变器中直流BUS电压控制的电路。
背景技术
如图1所示，为现有技术中逆变器的主要电路架构。当DC-AC变换为全桥逆变拓扑结构时，直流BUS的电压是稳定的380V的直流电压。当逆变器的220Vac输出后级所接的负载为容阻性负载时，与纯阻性负载相比，在同样的有功功率负载条件下，容阻性负载时，会有大量的无功功率，导致瞬时有功功率很大，而瞬时很大的功率会体现在前级的DC-DC变换器上。因此设计产品的时候，DC-DC变换器需要设计大几个倍数的功率等级，设计成本的难度和成本大大提升，同时也无法满足产品的小型化的设计理念。如图2所示，示波器的3通道为逆变器负荷为容阻性负载时的电压波形，2通道为电流波形，t1-t4为逆变器的半个周期，为10mS；t2-t3时间段为有输出电流的时间长度，为2.8mS。计算整个半波周期的有功功率为3.3KW，整个半波周期内的有效值电流为24.7A；但t2-t3时间段内的电流有效值却达到了24.7*10/2.8＝88.2A。也就是说，在有输出电流的t2-t3时间段内，逆变器的实际输出功率达到了88.2A*230V＝20.3KW，为有功功率的20.3/3.3＝6.1倍。此功率再加上变换器的损耗之后，在t2-t3时刻体现在前级的DC-DC变换器上。由于逆变器负载的不同特性，一个功率等级为5000VA/4000W的逆变器，DC-DC变换的功率等级却需要是20.3KW的，导致DC-DC变换器的设计难度和成本将大大增加。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题是：提供一种用于逆变器中直流BUS电压控制的电路，该电路能够减小逆变器中DC-DC变换器功率等级。
为了解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案为：
一种用于逆变器中直流BUS电压控制的电路，包括电流采样模块、BUS电压调整模块和BUS电容；
所述电流采样模块的输出端连接于BUS电压调整模块的输入端，BUS电压调整模块的输出端连接于BUS电容；
所述电流采样模块用于获取逆变器的输出电流；
所述BUS电压调整模块用于根据所述逆变器的输出电流值控制BUS电容电压值，当逆变器输出电流大于预设的电流值时，控制BUS电容电压降低；当逆变器输出电流小于预设的电流值时，控制BUS电容电压升高。
本实用新型的有益效果在于：区别于现有技术中，逆变器的DC-DC变换器的电压是稳定不变的，本实用新型通过电流采样模块采集逆变器的输出电流，并通过BUS电压调整模块调整调整BUS电容电压，当输出电流较小的时候控制BUS电容电压值升高，使DC-DC变换器往BUS电容充电提供能量；当输出电流较大的时候控制BUS电压值降低，使BUS电容通过放电补偿大部分后级DC-AC变换器所需要的能量，从而减小了逆变器的无功功率，降低了DC-DC变换器的功率等级要求。
附图说明
图1为现有技术中逆变器的主要电路框图；
图2为通过示波器检测到的现有技术中逆变器输出电流波形图；
图3为本实用新型一实施方式中用于逆变器中直流BUS电压控制的电路的电路图；
图4为本实用新型一实施方式中用于逆变器中直流BUS电压控制的电路的电路图；
图5为现有技术中BUS电容与DC-DC变换器的电路连接关系图；
主要标号说明：
10-电流采样模块；20-BUS电压调整模块；30-BUS电容。
具体实施方式
为详细说明本实用新型的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图详予说明。
本实用新型最关键的构思在于：通过BUS电压调整模块20调整BUS电容30的电压，使DC-DC变换器的功率均匀的分配在周期内各时刻，从而减小了逆变器的无功功率，降低了DC-DC变换器的功率等级要求。
本实用新型所涉及的名词的解释
BUS电容：直流母线电容，接在DC-DC变换器DC-AC变换器之间，作为储能装置的电容；
DC-DC变换器：直流-直流变换器，将直流电压转换成另外一个直流电压的电路；
DC-AC变换器：直流-交流变换器，将直流电压转换成交流电压的电路；
请参阅图3，一种用于逆变器中直流BUS电压控制的电路，包括电流采样模块10、BUS电压调整模块20和BUS电容30；
所述电流采样模块10的输出端连接于BUS电压调整模块20的输入端，BUS电压调整模块20的输出端连接于BUS电容30；
所述电流采样模块10用于获取逆变器的输出电流；
所述BUS电压调整模块20用于根据所述逆变器的输出电流值控制BUS电容30电压值，当逆变器输出电流大于预设的电流值时，控制BUS电容30电压降低；当逆变器输出电流小于预设的电流值时，控制BUS电容30电压升高。
请参阅图5，在本实施方式中，所述BUS电容30在DC-DC变换器DC-AC变换器之间，BUS电容的两端与DC-DC变换器的输出端并联连接，通过调整BUS电容30的电压可以实现DC-DC变换器与BUS电容30相互之间进行充电或放电。
其中，所述BUS电压调整模块20包括BUS电压基准控制电路U1和PWM控制器；所述BUS电压基准控制电路的输入端与所述处理器的输出端连接，BUS电压基准控制电路的输出端与PWM控制器的输入端连接，PWM控制器的输出端与BUS电容30连接。
所述电流采样模块10的检测端设置于逆变器的交流输出端，电流采样模块10根据逆变器输出电流的大小得到不同的电压信号DSP_VERF。BUS电压基准控制电路将电压信号DSP_VERF与预设的参考电压5V-REV进行比较，得到控制BUS电容30电压的基准电压BUS_REF。
其中，在本实施方式中，所述BUS电压基准控制电路U1为减法器，BUS电压基准控制电路将电压信号DSP_VERF与参考电压5V-REV进行相减，得到基准电压BUS_REF。在其他实施方式中，所述BUS电压基准控制电路可以为单片机等具有一定比较运算功能的处理芯片。
PWM控制器根据所述BUS_REF基准电压输出不同占空比的控制信号，控制BUS电容30上的电压值。当逆变器输出电流较小时(即小于预设的电流值)，电流采样模块10得到的DSP_VERF电压值较小，因此，得到的BUS电容30的基准电压BUS_REF较大，此时PWM控制器控制BUS电容30电压升高，DC-DC变换器往BUS电容30上充电；当逆变器输出电流较大时，电流采样模块10得到的DSP_VERF电压值较大，得到BUS基准参考电压BUS_REF较小，此时PWM控制器控制BUS电容30电压降低，BUS电容30通过自身放电往DC-AC变换器提供大部分能量，DC-DC变换器提供小部分能量。
从上述描述可知，本实用新型的有益效果在于：本实用新型利用逆变器输出的电流值小大来控制BUS电容30上的电压值大小，使得逆变器电流较小的时候DC-DC变换器往BUS电容30充电；当逆变输出电流较大时，BUS电容30自身放电补偿能量，由此达到减小DC-DC变换器所需的功率等级的目的。
请参阅图4，在一实施方式中，所述BUS电压基准控制电路U1与PWM控制器之间还设置有电压误差反馈电路U2，电压误差反馈电路U2一方面通过运算得出BUS电压和基准电压的误差信号，用于控制BUS电容电压值，另一方面加入反馈环节，使***具有更高的稳定性。
进一步的，在本实施方式中，所述电流采样模块10包括霍尔传感器和处理器，所述霍尔传感器的输出端连接于处理器的输入端，处理器的输出端连接于所述BUS电压调整模块20。霍尔传感器采集逆变器的输出电流，并将采集到的输出电流信号送至处理器，处理器根据输出电流的大小进行运算之后，给出不同的电压信号DSP_VERF。
在本实施方式中，所述霍尔传感器可以将采集到的输出电流信号传送至逆变器的处理器，由逆变器的处理器对接收到的输出电流的大小进行运算之后，给出不同的电压信号DSP_VERF。其中，所述逆变器的处理器可以选用DSP芯片。在其他的实施方式中，所述处理器可以选用其他常用的数字处理器。
下面结合附图和具体实例对本实用新型进行详细说明。
本例子以输出为220V/50Hz，额定功率为5000VA，最大功率为0.8的逆变器为例进行举例说明。逆变器的BUS电容30的容值为4个820uF/450V电解电容并联，其总容值为820*4＝3280uF。当逆变器的负载为阻性负载时，功率因数为1，此时输出电流最大值为(5000*0.8/220)*1.414＝25.7A，最大的输出电流出现在输出电压的波峰和波谷处。
因最大的输出电流值为25.7A，在本例子中选择当霍尔传感器采集到的输出电流小于20A时(即所述预设的电流值为20A)，处理器控制图4中的DSP_VREF电压值为0V，此时BUS电容30电压的基准电压BUS_REF＝5V_REF－DSP_VREF＝5V-0V＝5V，通过设置BUS电容电压的反馈比例电阻，使当BUS_REF＝5V时，BUS电容30的电压值为390V。
设置BUS电容30的放电能量能满足80％的负载需求，则有
其中，C＝3280uF；u高＝390V；pout＝5000VA*0.8＝4000W；T＝1/100Hz＝10mS；
计算可得u低＝364V。
当需要控制BUS电压为364V时，BUS_REF电压应为5*364/390＝4.67V。此时DSP_VREF电压应被控制为5V-4.67V＝0.33V。也就是说，当处理器检测到逆变器输出电流大于20A时，控制DSP_VREF电压快速变为0.33V，此时BUS电容30的电压被设置到364V，因此本来为390V电压的BUS电容30开始放电，往DC-AC变换提供能量；当检测到输出电流小于20A时，控制DSP_VREF电压缓慢地由之前的0.33V降为0V，以0.33V/7mS的斜率下降。此时BUS电压被控制上升到390V，DC-DC变换器往BUS电容30补充能量。
因为逆变器规定需要满足输出有效值电流的3:1峰值的比。测试发现，当输出有效值电流为峰值电流的1/3时，功率因数约为0.7左右。波形如图1所示。此时的有效值电流为5000VA*0.7/220＝16A；峰值电流为3*16＝48A，持续有输出电流的时间为3mS左右。
参考图2，在t2-t3的时间内，输出功率为240V*48A＝11520W；由于BUS电压基准电路的作用，在输出电流大于20A之前的时刻，BUS电压被控制为390V，大于20A之后，BUS电压的基准BUS_REF被控制到4.67V，使得t2-t3时间内的大部分负载能量由BUS电容30放电提供，DC-DC变换器只需提供小部分能量。当输出电流再次小于20A时，BUS电压的基准BUS_REF被控制从4.67V上升到5V，上升时间根据逆变器输出电压的特性设定为7mS，在7mS的时间内DC-DC变换器往BUS电容30缓慢充电至390V，以限制DC-DC变换器的功率。因为设定值为20A，因此DC-DC变换器的最大瞬时功率约为20A*240V＝4800W。也就是说在逆变器输出的最大瞬时功率为11520W的时候，DC-DC变换器的最大设计功率仅需4800W即可，功率等级下降一倍，大大节约了DC-DC变换器的元器件成本和体积。
综上所述，本实用新型提供的用于逆变器中直流BUS电压控制的电路及方法能够减小逆变器的无功功率，降低逆变器中DC-DC变换器的功率等级要求，大大节约了DC-DC变换器的元器件成本和体积。
以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。
Claims (5)
1.一种用于逆变器中直流BUS电压控制的电路，其特征在于，包括电流采样模块、BUS电压调整模块和BUS电容；
所述电流采样模块的输出端连接于BUS电压调整模块的输入端，BUS电压调整模块的输出端连接于BUS电容；
所述电流采样模块用于获取逆变器的输出电流；
所述BUS电压调整模块用于根据所述逆变器的输出电流值控制BUS电容电压值，当逆变器输出电流大于预设的电流值时，控制BUS电容电压降低；当逆变器输出电流小于所述预设的电流值时，控制BUS电容电压升高。
2.根据权利要求1所述的用于逆变器中直流BUS电压控制的电路，其特征在于，所述电流采样模块包括霍尔传感器和处理器；
所述霍尔传感器的输出端连接于处理器的输入端，处理器的输出端连接于所述BUS电压调整模块。
3.根据权利要求2所述的用于逆变器中直流BUS电压控制的电路，其特征在于，所述处理器为DSP芯片。
4.根据权利要求2所述的用于逆变器中直流BUS电压控制的电路，其特征在于，所述BUS电压调整模块包括BUS电压基准控制电路和PWM控制器；
所述BUS电压基准控制电路的输入端与所述处理器的输出端连接，BUS电压基准控制电路的输出端与PWM控制器的输入端连接，PWM控制器的输出端与BUS电容连接。
5.根据权利要求3或4所述的用于逆变器中直流BUS电压控制的电路，其特征在于，所述BUS电压基准控制电路为减法器。
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| CN103997208A (zh) * | 2014-06-06 | 2014-08-20 | 深圳市英可瑞科技开发有限公司 | 一种用于逆变器中直流bus电压控制的电路及方法 |
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