CN218276503U - 一种控制电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种控制电路，该控制电路包括中线模块、逆变模块和控制模块，中线模块与逆变模块连接，控制模块分别与中线模块和逆变模块连接，中线模块与直流电源连接，逆变模块与负载连接；控制模块用于采集中线模块的中线采样数据并根据中线采样数据输出中线控制信号至中线模块，采集逆变模块的逆变采样数据并根据逆变采样数据输出逆变控制信号至逆变模块；中线模块用于根据中线控制信号使中线模块的输出达到第一平衡状态；当中线模块的输出为第一平衡状态后，逆变模块用于根据逆变控制信号使逆变模块的输出达到第二平衡状态。该控制电路解决了三相四线制逆变器在母线不平衡状态下逆变器输出电压畸变和电流尖峰的问题。

Description

一种控制电路

技术领域

本实用新型涉及电力电子技术领域，特别涉及一种控制电路。

背景技术

为了提高三相逆变器带不平衡负载能力，常见的技术有：三相组合逆变器和三相四桥臂逆变器。三相组合逆变器要求的功率器件太多(12只)，一般通过三只单相变压器的次级组成，拓扑结构复杂、成本高，三相四桥臂逆变器在非隔离的三相逆变器中应用最为广泛。三相四桥臂逆变器的基本构成是在三相三桥臂逆变器基础上增加第四个桥臂。

维持中点平衡的常规类似技术方案有“直接电容***式”，“直接电容***式”由于是较大的***电容，故具有成本高、体积大的缺点，***电容的中点轻微漂移都会影响输出波形质量。还有通过检测零序电流直接通过电感元件与第四桥臂相连接的方式，具有无法保证中点电压为0，输出波形受影响的缺点。再就是提高直流电压利用率的***电容器三相四桥臂逆变器，该方案为了提高直流电压利用率，但采取***电容中点注入三次谐波的方式，采取垂直正交控制策略，控制复杂。

实用新型内容

本实用新型实施方式提供一种控制电路，能够解决三相四线制逆变器在母线不平衡状态下逆变器输出电压畸变和电流尖峰的问题，使得逆变器启动过程更加平稳。

为解决上述技术问题，本实用新型实施方式采用的一个技术方案是：提供一种控制电路，包括中线模块、逆变模块和控制模块，所述中线模块与所述逆变模块连接，所述控制模块分别与所述中线模块和所述逆变模块连接，所述中线模块与直流电源连接，所述逆变模块与负载连接；所述控制模块用于采集所述中线模块的中线采样数据并根据所述中线采样数据输出中线控制信号至所述中线模块，采集所述逆变模块的逆变采样数据并根据所述逆变采样数据输出逆变控制信号至所述逆变模块；所述中线模块用于根据所述中线控制信号使所述中线模块的输出达到第一平衡状态；当所述中线模块的输出为所述第一平衡状态后，所述逆变模块用于根据所述逆变控制信号使所述逆变模块的输出达到第二平衡状态。

在一些实施例中，所述中线模块包括第一开关单元和分压单元，所述第一开关单元分别与所述分压单元、所述直流电源、所述控制模块及所述逆变模块连接，所述分压单元分别与所述直流电源和所述逆变模块连接；所述第一开关单元用于根据所述控制模块的中线控制信号确定所述第一开关单元中开关的通断；所述分压单元用于与所述第一开关单元配合以使所述中线模块的输出达到所述第一平衡状态。

在一些实施例中，所述第一开关单元包括开关管Q1和开关管Q2，所述开关管Q1的第一端分别与所述直流电源、所述分压单元及所述逆变模块连接，所述开关管Q1的第二端分别与所述开关管Q2的第一端和所述分压单元连接，所述开关管Q2的第二端分别与所述直流电源、所述分压单元及所述逆变模块连接，所述开关管Q1的控制端和所述开关管Q2的控制端均与所述控制模块连接。

在一些实施例中，所述分压单元包括电容C1、电容C2及电感L1，所述电容C1的第一端与所述开关管Q1的第一端连接，所述电容C2的第二端与所述开关管Q2的第二端连接，所述电感L1的第一端分别与所述开关管Q1的第二端和所述开关管Q2的第一端连接，所述电感L1的第二端分别与所述电容C1的第二端、电容C2的第一端及所述逆变模块连接。

在一些实施例中，所述逆变模块包括第二开关单元和滤波单元，所述第二开关单元分别与所述中线模块和所述滤波单元连接，所述滤波单元分别与所述第二开关单元、所述中线模块及所述负载连接；所述第二开关单元用于根据所述控制模块的逆变控制信号确定所述第二开关单元中开关的通断；所述滤波单元用于与所述第二开关单元配合以使所述逆变模块的输出达到所述第二平衡状态。

在一些实施例中，所述第二开关单元包括开关管Q3、开关管Q4、开关管Q5、开关管Q6、开关管Q7及开关管Q8，所述开关管Q3的第一端分别与所述开关管Q5的第一端、开关管Q7的第一端、所述直流电源及所述中线模块连接，所述开关管Q3的第二端分别与所述开关管Q4的第一端和所述滤波单元连接，所述开关管Q5的第二端分别与所述开关管Q6的第一端和所述滤波单元连接，所述开关管Q7的第二端分别与所述开关管Q8的第一端和所述滤波单元连接，所述开关管Q4的第二端分别与所述开关管Q6的第二端、所述开关管Q8的第二端、所述直流电源及所述中线模块连接，所述开关管Q3的控制端、开关管Q4的控制端、开关管Q5的控制端、开关管Q6的控制端、开关管Q7的控制端及开关管Q8的控制端均与所述控制模块连接。

在一些实施例中，所述滤波单元包括电感Lr、电感Ls、电感Lt、电容Cr、电容Cs及电容Ct，所述电感Lr的第一端分别与所述开关管Q7的第二端和所述开关管Q8的第一端连接，所述电感Ls的第一端分别与所述开关管Q5的第二端和所述开关管Q6的第一端连接，所述电感Lt的第一端分别与所述开关管Q3的第二端和所述开关管Q4的第一端连接，所述电感Lr的第二端分别与所述电容Cr的第一端和所述负载连接，所述电感Ls的第二端分别与所述电容Cs的第一端和所述负载连接，所述电感Lt的第二端分别与所述电容Ct的第一端和所述负载连接，所述电容Cr的第二端分别与所述电容Cs的第二端、所述电容Ct的第二端及所述中线模块连接。

在一些实施例中，所述控制模块包括中线控制单元和逆变控制单元，所述中线控制单元与所述中线模块连接，所述逆变控制单元与所述逆变模块连接；所述中线控制单元用于采集所述中线模块的所述中线采样数据，根据所述中线采样数据输出中线控制信号至所述中线模块；所述逆变控制单元用于采集所述逆变模块的所述逆变采样数据，根据所述逆变采样数据输出逆变控制信号至所述逆变模块。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：本实用新型实施例中提供了一种控制电路，所述控制电路包括中线模块、逆变模块和控制模块，所述中线模块与所述逆变模块连接，所述控制模块分别与所述中线模块和所述逆变模块连接，所述中线模块与直流电源连接，所述逆变模块与负载连接；所述控制模块用于采集所述中线模块的中线采样数据并根据所述中线采样数据输出中线控制信号至所述中线模块，采集所述逆变模块的逆变采样数据并根据所述逆变采样数据输出逆变控制信号至所述逆变模块；所述中线模块用于根据所述中线控制信号使所述中线模块的输出达到第一平衡状态；当所述中线模块的输出为所述第一平衡状态后，所述逆变模块用于根据所述逆变控制信号使所述逆变模块的输出达到第二平衡状态。因此，控制电路能够解决三相四线制逆变器在母线不平衡状态下逆变器输出电压畸变和电流尖峰的问题，使得逆变器启动过程更加平稳。

附图说明

一个或多个实施例通过与之对应的附图进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件表示为类似的元件，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。

图1是本实用新型实施例提供的一种控制***的结构示意图；

图2是本实用新型实施例提供的一种控制电路的结构示意图；

图3是本实用新型实施例提供的中线模块的结构示意图；

图4是本实用新型实施例提供的逆变模块的结构示意图；

图5是本实用新型实施例提供的控制模块的结构示意图；

图6是本实用新型实施例提供的中线控制单元的结构示意图；

图7是本实用新型实施例提供的逆变控制单元的结构示意图；

图8是本实用新型实施例提供的控制电路的电路结构示意图；

图9是本实用新型实施例提供的中线模块工作时的等效电路示意图；

图10是本实用新型实施例提供的单相逆变工作时的等效电路示意图；

图11是本实用新型实施例提供的控制模块的控制流程示意图；

图12是在第一条件下，使用常规的控制电路进行启动时的仿真波形图；

图13是在第一条件下，使用本实用新型实施例提供的控制电路进行启动时的仿真波形图；

图14是在第二条件下，使用常规的控制电路进行启动时的仿真波形图；

图15是在第二条件下，使用本实用新型实施例提供的控制电路进行启动时的仿真波形图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

需要说明的是，如果不冲突，本实用新型实施例中的各个特征可以相互组合，均在本实用新型的保护范围之内。另外，虽然在装置示意图中进行了功能模块的划分，在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于装置示意图中的模块划分，或流程图中的顺序执行所示出或描述的步骤。

除非另有定义，本说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是用于限制本实用新型。本说明书所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

在离网逆变电源***中，为保障带不平衡负载能力，本实用新型实施例提供了一种控制电路，该控制电路采用带独立中线三相四线逆变拓扑结构，控制电路的中线模块为零序电流提供通路。其中，为了保证输出电压为纯正的正弦波，母线中点电压必须保持为恒定的直流母线电压的一半。为了保证可靠性，需要对各相电感的电流进行控制，以满足逆变输出谐波要求，防止出现功率管损坏的情况发生。

请参阅图1，图1是本实用新型实施例提供的一种控制***1000的结构示意图。如图1所示，该控制***1000包括直流电源200、控制电路100及负载300。其中，控制电路100分别与直流电源200和负载300连接。

该控制电路100用于接入直流电源200，并经过控制电路100进行逆变处理，然后输出交流电至负载300。

具体的，该控制电路100首先采集中线采样数据，然后根据中线采样数据输出中线控制信号，再根据中线控制信号使该控制电路100达到第一平衡状态。当该控制电路100为第一平衡状态后，采集逆变采样数据并根据逆变采样数据输出逆变控制信号，最后根据逆变控制信号使该控制电路100达到第二平衡状态。

其中，第一平衡状态指的是中点电压稳定在母线电压(即直流电源200的电压)的一半。第二平衡状态指的是控制电路100的三相的输出电压波形稳定为标准正弦波。

本实用新型实施例提供的控制***1000通过先将控制电路100控制在第一平衡状态后，再将控制电路100稳定在第二平衡状态，从而能够避免交流电的电压畸变和电流尖峰等问题，结构交简单，成本较低。

请参阅图2，图2是本实用新型实施例提供的一种控制电路100的结构示意图。如图2所示，该控制电路100包括中线模块10、逆变模块20和控制模块30，中线模块10与逆变模块20连接，控制模块30分别与中线模块10和逆变模块20连接，中线模块10与直流电源200连接，逆变模块20与负载300连接。

控制模块30用于采集中线模块10的中线采样数据并根据中线采样数据输出中线控制信号至中线模块10，采集逆变模块20的逆变采样数据并根据逆变采样数据输出逆变控制信号至逆变模块20。中线模块10用于根据中线控制信号使中线模块10的输出达到第一平衡状态。当中线模块10的输出为第一平衡状态后，逆变模块20用于根据逆变控制信号使逆变模块20的输出达到第二平衡状态。

其中，中线采样数据为控制模块30在中线模块10中的指定位置采集的电流数据或电压数据。中线控制信号为控制中线模块10中的开关管的通断的信号。第一平衡状态指的是中线模块10的中点电压稳定在母线电压(即直流电源200的电压)的一半。逆变采样数据为控制模块30在逆变模块20中的指定位置采集的电流数据或电压数据。逆变控制信号为控制逆变模块20中的开关管的通断的信号。第二平衡状态指的是逆变模块20的三相输出的电压波形稳定为标准正弦波。

具体的，该控制模块30通过控制各个开关管的通断，以使逆变模块20的输出达到第二平衡状态。

本实用新型实施例提供的控制电路100包括中线模块10、逆变模块20和控制模块30，中线模块10与逆变模块20连接，控制模块30分别与中线模块10和逆变模块20连接，中线模块10与直流电源200连接，逆变模块20与负载300连接；控制模块30用于采集中线模块10的中线采样数据并根据中线采样数据输出中线控制信号至中线模块10，采集逆变模块20的逆变采样数据并根据逆变采样数据输出逆变控制信号至逆变模块20；中线模块10用于根据中线控制信号使中线模块10的输出达到第一平衡状态；当中线模块10的输出为第一平衡状态后，逆变模块20用于根据逆变控制信号使逆变模块20的输出达到第二平衡状态。该控制电路100解决了三相四线制逆变器在母线不平衡状态下逆变器输出电压畸变和电流尖峰的问题。

在一些实施例中，请参阅图3，图3是本实用新型实施例提供的中线模块10的结构示意图。如图3所示，中线模块10包括第一开关单元101和分压单元102，第一开关单元101分别与分压单元102、直流电源200、控制模块30及逆变模块20连接，分压单元102分别与直流电源200和逆变模块20连接。

第一开关单元101用于根据控制模块30的中线控制信号确定第一开关单元101中开关的通断。

分压单元102用于与第一开关单元101配合以使中线模块10的输出达到第一平衡状态。

在一些实施例中，请参阅图4，图4是本实用新型实施例提供的逆变模块20的结构示意图。如图4所示，逆变模块20包括第二开关单元201和滤波单元202，第二开关单元201分别与中线模块10和滤波单元202连接，滤波单元202分别与第二开关单元201、中线模块10及负载300连接。

第二开关单元201用于根据控制模块30的逆变控制信号确定第二开关单元201中开关的通断。

滤波单元202用于与第二开关单元201配合以使逆变模块20的输出达到第二平衡状态。

在一些实施例中，请参阅图5，图5是本实用新型实施例提供的控制模块30的结构示意图。如图5所示，控制模块30包括中线控制单元301和逆变控制单元302，中线控制单元301与中线模块10连接，逆变控制单元302与逆变模块20连接。

中线控制单元301用于采集中线模块10的中线采样数据，根据中线采样数据输出中线控制信号至中线模块10。

逆变控制单元302用于采集逆变模块20的逆变采样数据，根据逆变采样数据输出逆变控制信号至逆变模块20。

在一些实施例中，请参阅图6，图6是本实用新型实施例提供的中线控制单元301的结构示意图。如图6所示，中线控制单元301包括中线采样子单元3011、中线控制子单元3012及中线调制子单元3013，中线采样子单元3011与分别中线模块10和中线控制子单元3012连接，中线调制子单元3013分别与中线模块10和中线控制子单元3012连接。

中线采样子单元3011用于采集中线模块10的中线采样数据并发送中线采样数据至中线控制子单元3012。其中，中线采样子单元3011由电流传感器、电压传感器或万用表等能够测试电流或电压的装置组成。

中线控制子单元3012用于根据中线采样数据计算获得第一调制信号并发送第一调制信号至中线调制子单元3013。其中，中线控制子单元3012一般为PI控制器(proportional integral controller)。

中线调制子单元3013用于根据第一调制信号发送中线控制信号至中线模块10。其中，中线调制子单元3013一般为可以进行脉冲宽度调制(Pulse width modulation，PWM)的装置，例如微控制器、DSP(Digital Signal Processing，数字信号处理技术)芯片等，现有的或将来的实现PWM的装置或芯片均可以运用到本实用新型实施例中。

在一些实施例中，请参阅图7，图7是本实用新型实施例提供的逆变控制单元302的结构示意图。如图7所示，逆变控制单元302包括第一逆变采样子单元3021、第二逆变采样子单元3022、第一逆变控制子单元3023、第二逆变控制子单元3024及逆变调制子单元3025，第一逆变采样子单元3021分别与逆变模块20和第一逆变控制子单元3023连接，第一逆变控制子单元3023与第二逆变控制子单元3024连接，第二逆变采样子单元3022分别与逆变模块20和第二逆变控制子单元3024连接，第二逆变控制子单元3024与逆变调制子单元3025连接，逆变调制子单元3025与逆变模块20连接。

第一逆变采样子单元3021用于采集逆变模块20的第一逆变采样数据并发送第一逆变采样数据至第一逆变控制子单元3023。其中，第一逆变采样子单元3021由电压传感器或万用表等能够测试电压的装置组成。

第一逆变控制子单元3023用于根据第一逆变采样数据计算获得第一参考数据并发送第一参考数据至第二逆变控制子单元3024。其中，第一逆变控制子单元3023一般为PR(Proportion Resonant)控制器。

第二逆变采样子单元3023用于采集逆变模块20的第二逆变采样数据并发送第二逆变采样数据至第二逆变控制子单元3024。其中，第二逆变采样子单元3023由电流传感器或万用表等能够测试电流的装置组成。

第二逆变控制子单元3024用于根据第二逆变采样数据和第一参考数据计算获得第二调制信号至逆变调制子单元3025。其中，第二逆变控制子单元3024一般为P控制器，即比例控制器。

逆变调制子单元3025用于根据第二调制信号发送逆变控制信号至逆变模块20。其中，逆变调制子单元3025一般为可以进行正弦脉宽调制(Sinusoidal Pulse WidthModulation，SPWM)的装置，现有的或将来的实现SPWM的装置或芯片均可以运用到本实用新型实施例中。

请参阅图8，图8是本实用新型实施例提供的控制电路100的电路结构示意图。

在一些实施例中，第一开关单元101包括开关管Q1和开关管Q2。开关管Q1的第一端分别与直流电源200、分压单元102及逆变模块20连接，开关管Q1的第二端分别与开关管Q2的第一端和分压单元102连接，开关管Q2的第二端分别与直流电源200、分压单元102及逆变模块20连接，开关管Q1的控制端和开关管Q2的控制端均与控制模块30连接。

在一些实施例中，分压单元102包括电容C1、电容C2及电感L1。电容C1的第一端与开关管Q1的第一端连接，电容C2的第二端与开关管Q2的第二端连接，电感L1的第一端分别与开关管Q1的第二端和开关管Q2的第一端连接，电感L1的第二端分别与电容C1的第二端、电容C2的第一端及逆变模块20连接。

在一些实施例中，第二开关单元201包括开关管Q3、开关管Q4、开关管Q5、开关管Q6、开关管Q7及开关管Q8。开关管Q3的第一端分别与开关管Q5的第一端、开关管Q7的第一端、直流电源200及中线模块10连接，开关管Q3的第二端分别与开关管Q4的第一端和滤波单元202连接，开关管Q5的第二端分别与开关管Q6的第一端和滤波单元202连接，开关管Q7的第二端分别与开关管Q8的第一端和滤波单元202连接，开关管Q4的第二端分别与开关管Q6的第二端、开关管Q8的第二端、直流电源200及中线模块10连接，开关管Q3的控制端、开关管Q4的控制端、开关管Q5的控制端、开关管Q6的控制端、开关管Q7的控制端及开关管Q8的控制端均与控制模块30连接。

在一些实施例中，滤波单元202包括电感Lr、电感Ls、电感Lt、电容Cr、电容Cs及电容Ct。电感Lr的第一端分别与开关管Q7的第二端和开关管Q8的第一端连接，电感Ls的第一端分别与开关管Q5的第二端和开关管Q6的第一端连接，电感Lt的第一端分别与开关管Q3的第二端和开关管Q4的第一端连接，电感Lr的第二端分别与电容Cr的第一端和负载300连接，电感Ls的第二端分别与电容Cs的第一端和负载300连接，电感Lt的第二端分别与电容Ct的第一端和负载300连接，电容Cr的第二端分别与电容Cs的第二端、电容Ct的第二端及中线模块20连接。

具体的，开关管Q1、开关管Q2、开关管Q3、开关管Q4、开关管Q5、开关管Q6、开关管Q7及开关管Q8均为绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor)，图8中为NMOS晶体管。在实际运用中可以选择其它开关管。

请参阅图9，图9是本实用新型实施例提供的中线模块工作时的等效电路示意图。如图9所示，该中线模块工作时的等效电路50包括直流电源Vdc、开关管Q1、开关管Q2、电感Ln、电容C1及电容C2。

其中，中线模块工作的目标是，使N点的电压恒为直流电源Vdc的一半。中线模块的具体工作原理如下：

当电容C1的电压高于电容C2的电压时，控制模块30使开关管Q1导通，电容C1沿着回路(电容C1的正极，至开关管Q1，再至电感Ln，最后至电容C1的负极)放电，此过程中电感Ln储存能量。当控制模块30使开关管Q1断开后，电感Ln储存的能量沿着回路(电感Ln，至电容C2的正极，再至电容C2的负极，最后经过开关管Q2的体二极管)放电。

当电容C2的电压高于电容C1的电压时，控制模块30使开关管Q2导通，电容C2沿着回路(电容C2的正极，至电感Ln，再至开关管Q2，最后至电容C2的负极)放电，此过程中电感Ln储存能量。当控制模块30使开关管Q2断开后，电感Ln储存的能量沿着回路(电感Ln，至开关管Q1的体二极管，再至电容C1的正极，最后至电容C1的负极)放电。

请参阅图10，图10是本实用新型实施例提供的单相逆变工作时的等效电路示意图。

正常情况下，直流电源Vdc通电后，电容C1的电压和电容C2的电压均为直流电源Vdc电压的一半，即N点的电压为直流电源Vdc电压的一半，电容C1、电容C2平衡状态下同时启动中线模块与逆变模块，使得R点、S点、T点输出的电压波形均为标准正弦波。但是，由于某些因素(电容批次、PCB布板、短路保护后C1、C2未放电等问题)，电容C1与电容C2的电压会出现不平衡的情况，在电容C1和电容C2不平衡状态下同时启动独立中线模块与逆变模块时，R点、S点、T点输出的电压会发生畸变，严重影响逆变器输出波形的质量，并且中线模块的电感Ln的电流会出现较大的电流尖峰从而可能导致开关管损坏，因此电容C1、电容C2不平衡时需要通过控制模块的控制来避免R点、S点、点T输出的电压发生畸变和出现电流尖峰损坏功率管的情况。

具体的，图8中的控制电路100的工作原理是，当有母线不平衡(即N点的电压不是d点的电压的一半)的情况时，先启动中线模块10将N点的电压调节至d点的电压的一半，同时调节过程中需要设置软启动，根据初始的中点电压设置初始的开关占空比，防止出现电感Ln的电流尖峰，N点电压调节至d点的电压一半以后开始启动逆变模块20。控制电路100的具体工作原理如下：

启动中线模块10：首先，中线采样子单元3011采样的中线采样数据，中线采样数据包括：母线电压Udc(即d点的电压)、中点电压Un(即N点的电压)、中线电感电流In(即n点的电流)。然后，中线采样数据经过采样后送入到中线控制子单元3012(即PI控制器)中作为反馈，再经过中线控制子单元3012算出中线模块10的占空比(即第一调制信号)，最后经过中线调制子单元3013产生中线控制信号(即图8中的S1驱动信号和S2驱动信号)来控制开关管Q1、开关管Q2，从而使得中线模块10的输出为第一平衡状态。其中，S1驱动信号用于驱动开关管Q1，S2驱动信号用于驱动开关管Q2。

启动逆变模块20：当中线模块10的输出为第一平衡状态后，启动逆变控制单元302。首先，第一逆变采样子单元3021采样的第一逆变采样数据，第一逆变采样数据包括R点的电压Ur、S点的电压Us及T点的电压Ut，第一逆变采样数据送入到第一逆变控制子单元3023(即PR控制器)中作为反馈。第一逆变控制子单元3023根据第一逆变采样数据和逆变电压给定信号UrRef、UsRef、UtRef(逆变电压给定信号UrRef、UsRef、UtRef通过其它装置或人为给定)计算出第一参考数据(即图8中的信号IrRef、信号IsRef、信号ItRef)。第二逆变采样子单元3023采样第二逆变采样数据，第二逆变采样数据包括r点的电流Ir、s点的电流Is、t点的电流It。第二逆变采样数据送入第二逆变控制子单元3024(即P控制器)中作为反馈，第二逆变控制子单元3024根据第一参考数据和第二逆变采样数据计算出第二调制信号(即三相逆变模块每一相的占空比)，经过逆变调制子单元3025调制产生逆变控制信号(即图8中的S3驱动信号、S4驱动信号、S5驱动信号、S6驱动信号、S7驱动信号、S8驱动信号)来驱动开关管Q3、开关管Q4、开关管Q5、开关管Q6、开关管Q7及开关管Q8，从而使得逆变模块20的输出为第二平衡状态。其中，S3驱动信号用于驱动开关管Q3，S4驱动信号用于驱动开关管Q4，S5驱动信号用于驱动开关管Q5，S6驱动信号用于驱动开关管Q6，S7驱动信号用于驱动开关管Q7，S8驱动信号用于驱动开关管Q8。

请参阅图11，图11是本实用新型实施例提供的控制模块的控制流程示意图。如图5所示，控制模块10的控制流程如下：

步骤S1：采样中线采样数据，中线采样数据包括母线电压Udc(d点的电压)、中点电压Un(N点的电压)及中线电感电流In(n点的电流)，然后转到步骤S2。

步骤S2：计算中线模块初始占空比InitPwm，计算的公式为InitPwm＝Un/Udc，然后转到步骤S3。

步骤S3：令UnRef＝Un，然后转到步骤S4。

令中点电压参考值UnRef设置为实际中点电压采样值Un(即N点的电压)，即令UnRef＝Un。

步骤S4：判断|Udc-2*Un|是否大于a，若是则转到步骤S5，若否则转到步骤S6。

其中a为一个给定的常数，例如5V、10V、20V等。本实施例中a取10V。

本步骤是为了判断电容C1的电压、电容C2的电压是否出现较大的不平衡，中点电压采样值Un对应电容C2的电压，Udc-Un对应电容C1的电压。

步骤S5：判断UnRef是否大于Udc/2，若是则转到步骤S7，若否则转到步骤S8。

当|Udc-2*Un|大于a，说明母线不平衡度较大，中点电压参考值UnRef进入软启动。

步骤S6：令UnRef＝Udc/2，转到步骤S9。

当|Udc-2*Un|小于或等于a，说明母线不平衡度较小，中点电压参考值UnRef设置为母线电压的一半Udc/2。

步骤S7：令UnRef＝UnRef-b，转到步骤S9。

其中b为一个给定的常数，例如0.1V、0.2V、1V等。当UnRef大于Udc/2，中点电压参考值UnRef以b的步长自减。本实施例中b取0.2V。

步骤S8：令UnRef＝UnRef+b，转到步骤S9。

其中b为一个给定的常数，例如0.1V、0.2V、1V等。当UnRef小于Udc/2，UnRef以b的步长自加。

步骤S9：判断|Udc/2-UnRef|是否小于h，若是则转到步骤S10，若否则转到步骤S5。

其中h为一个给定的常数，例如1V、3V、10V等。本实施例中h取1V。

步骤S10：计算PiPwm，转到步骤S11。

中线采样数据，即母线电压Udc(d点的电压)、中点电压Un(N点的电压)及中线电感电流In(n点的电流)，均被送入到中线控制子单元3012(PI控制器)中，中线控制子单元3012的计算后输出为占空比PiPwm。

步骤S11：计算中线模块驱动占空比Pwm，中线模块驱动S1、S2，中线模块驱动占空比Pwm的计算公式为：Pwm＝PiPwm+InitPwm，然后转到步骤S12。

PI控制器运算后进行中线模块驱动占空比Pwm的计算，中线模块驱动占空比Pwm为中线模块初始占空比InitPwm加PI控制器输出的占空比PiPwm，中线模块驱动占空比Pwm计算完成后，经过中线调制子单元3013产生S1驱动信号和S2驱动信号来控制开关管Q1和开关管Q2。

步骤S12：判断|Udc-2*Un|是否小于c，若是则转到步骤S13，若否则转到步骤S5。其中c为一个给定的常数，例如1V、3V、10V等。本实施例中c取1V。

判断Udc与2倍Un的电压差值的大小，如果小于c，说明中点电压Un为平衡状态，接下来将开启逆变模块20，如果大于或等于c，说明中点电压Un为不平衡状态，继续等待中线模块10调节中点电压Un直到平衡。

步骤S13：采样Ur、Us、Ut、Ir、Is、It，然后转到步骤S14。

采样三相逆变电压Ur、Us、Ut(即第一逆变采样数据)和三相电感电流Ir、Is、It(即第二逆变采样数据)。

步骤S14：判断Us是否小于d，若是则转到步骤S15，若否则转到步骤S16。

其中d为一个给定的常数，本实用新型实施例中的d可设置为325V。

步骤S15：令Us＝Us+f，转到步骤S17。

其中f为一个给定的常数，例如0.5V、1V、5V等。本实施例中f取0.5V。

步骤S16：令Us＝Us-f，转到步骤S17。

步骤S17：判断|Us-d|是否小于i，若是则转到步骤S18，若否则转到步骤S14。

其中i为一个给定的常数，例如1V、3V、10V等。本实用新型实施例中i取1V。

步骤S18：令UrRef＝Us*Sin(2*pi*50*t)，UsRef＝Us*Sin(2*pi*50*t+2*pi/3)，UtRef＝Us*Sin(2*pi*50*t+4*pi/3)，然后转到步骤S19。

计算三相逆变电压参考值UrRef、UsRef、UtRef。三相逆变电压参考UrRef、UsRef、UtRef和三相逆变电压采样值Ur、Us、Ut(即第一逆变采样数据)输入到第一逆变控制子单元3023(即PR控制器)。

步骤S19：计算IrRef、IsRef、ItRef，然后转到步骤S20。

经过第一逆变控制子单元3023(即PR控制器)计算得到三相电感电流参考值IrRef、IsRef、ItRef(即第一参考数据)。

步骤S20：计算Pwm_r、Pwm_s、Pwm_t，然后转到步骤S21。

三相逆变电流参考IrRef、IsRef、ItRef和三相电感电流Ir、Is、It输入到第二逆变控制子单元3024(即P控制器)，经过第二逆变控制子单元3024(即P控制器)计算得到逆变模块20每一相的占空比Pwm_r、Pwm_s、Pwm_t。

步骤S21：逆变模块驱动S3、S4、S5、S6、S7、S8。

逆变模块20每一相的占空比Pwm_r、Pwm_s、Pwm_t经过逆变调制子单元3025调制后产生S3驱动信号、S4驱动信号、S5驱动信号、S6驱动信号、S7驱动信号、S8驱动信号，以分别控制开关管Q3、开关管Q4、开关管Q5、开关管Q6、开关管Q7、开关管Q8。从而实现了完整的控制过程。

本实用新型提供了一种控制电路100。用于对带独立中线三相四线制逆变器在母线不平衡的情况下进行启动控制。通过分别控制中线模块10和逆变模块20，在母线不平衡情况下先启动中线模块10将中点电压调节平衡，然后再启动逆变模块20，启动中线模块10过程中根据电压不平衡情况设置中线模块10的初始占空比，中线模块10启动过程设置软启动，解决了独立中线三相四线制逆变器在母线不平衡状态下逆变器输出电压畸变和电感出现电流尖峰等问题，使得逆变器启动过程更加平稳，减少了功率器件的应力，大大提高了产品的可靠性，并且无需增加额外的硬件装置，节省了生产成本。

请一并参阅图12和图13，图12是在第一条件下，使用常规的控制电路进行启动时的仿真波形图，图13是在第一条件下，使用本实用新型实施例提供的控制电路进行启动时的仿真波形图。

请一并参阅图14和图15，图14是在第二条件下，使用常规的控制电路进行启动时的仿真波形图，图15是在第二条件下，使用本实用新型实施例提供的控制电路进行启动时的仿真波形图。

在图12、图13、图14及图15中，上面的波形均为三相逆变电压Ur、Us、Ut的波形，中间的波形均为母线电压Udc和中点电压Un的波形，下面的波形均为中线电感电流In的波形。

其中，第一条件指的是，母线电压Udc为700V，初始的中点电压Un为300V，上母线电容(相当于电容C1)的电压为400V，下母线电容(相当于电容C2)的电压为300V，母线不平衡电压差值(上母线电容的电压减去下母线电容的电压的值)为100V。通过对比图12和图13可以发现，使用本实用新型实施例提供的控制电路进行启动时，中线模块的中线电感电流In的尖峰从120A降低到5.5A，在逆变模块启动的瞬间，三相逆变电压Ur、Us、Ut波形的畸变情况有明显好转。

其中，第二条件指的是，母线电压Udc为700V，中点电压Un为200V，上母线电容(相当于电容C1)的电压为500V，下母线电容(相当于电容C2)的电压为200V，母线不平衡电压差值(上母线电容的电压减去下母线电容的电压的值)为300V。通过对比图14和图15可以发现，使用常规的控制电路进行启动时，中点电压Un调节失败，三相逆变电压Ur、Us、Ut，中点电压Un及中线电感电流In均发生振荡。而使用本实用新型实施例提供的控制电路进行启动时，中点电压Un平稳上升至Udc/2，中线模块的中线电感电流In的尖峰为5.5A。由此可见，本实用新型实施例提供的控制电路，能够使得整个启动过程更平稳、安全可靠、大大减少了对功率器件的电流冲击。

本实用新型实施例提供的控制电路包括中线模块、逆变模块和控制模块，中线模块与逆变模块连接，控制模块分别与中线模块和逆变模块连接，中线模块与直流电源连接，逆变模块与负载连接；控制模块用于采集中线模块的中线采样数据并根据中线采样数据输出中线控制信号至中线模块，采集逆变模块的逆变采样数据并根据逆变采样数据输出逆变控制信号至逆变模块；中线模块用于根据中线控制信号使中线模块的输出达到第一平衡状态；当中线模块的输出为第一平衡状态后，逆变模块用于根据逆变控制信号使逆变模块的输出达到第二平衡状态。该控制电路解决了三相四线制逆变器在母线不平衡状态下逆变器输出电压畸变和电流尖峰的问题。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；在本实用新型的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本实用新型的不同方面的许多其它变化，为了简明，它们没有在细节中提供；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的范围。

Claims (8)

1.一种控制电路，其特征在于，包括中线模块、逆变模块和控制模块，所述中线模块与所述逆变模块连接，所述控制模块分别与所述中线模块和所述逆变模块连接，所述中线模块与直流电源连接，所述逆变模块与负载连接；

所述控制模块用于采集所述中线模块的中线采样数据并根据所述中线采样数据输出中线控制信号至所述中线模块，采集所述逆变模块的逆变采样数据并根据所述逆变采样数据输出逆变控制信号至所述逆变模块；

所述中线模块用于根据所述中线控制信号使所述中线模块的输出达到第一平衡状态；

当所述中线模块的输出为所述第一平衡状态后，所述逆变模块用于根据所述逆变控制信号使所述逆变模块的输出达到第二平衡状态。

2.根据权利要求1所述的控制电路，其特征在于，所述中线模块包括第一开关单元和分压单元，所述第一开关单元分别与所述分压单元、所述直流电源、所述控制模块及所述逆变模块连接，所述分压单元分别与所述直流电源和所述逆变模块连接；

所述第一开关单元用于根据所述控制模块的中线控制信号确定所述第一开关单元中开关的通断；

所述分压单元用于与所述第一开关单元配合以使所述中线模块的输出达到所述第一平衡状态。

3.根据权利要求2所述的控制电路，其特征在于，所述第一开关单元包括开关管Q1和开关管Q2，所述开关管Q1的第一端分别与所述直流电源、所述分压单元及所述逆变模块连接，所述开关管Q1的第二端分别与所述开关管Q2的第一端和所述分压单元连接，所述开关管Q2的第二端分别与所述直流电源、所述分压单元及所述逆变模块连接，所述开关管Q1的控制端和所述开关管Q2的控制端均与所述控制模块连接。

4.根据权利要求3所述的控制电路，其特征在于，所述分压单元包括电容C1、电容C2及电感L1，所述电容C1的第一端与所述开关管Q1的第一端连接，所述电容C2的第二端与所述开关管Q2的第二端连接，所述电感L1的第一端分别与所述开关管Q1的第二端和所述开关管Q2的第一端连接，所述电感L1的第二端分别与所述电容C1的第二端、电容C2的第一端及所述逆变模块连接。

5.根据权利要求1所述的控制电路，其特征在于，所述逆变模块包括第二开关单元和滤波单元，所述第二开关单元分别与所述中线模块和所述滤波单元连接，所述滤波单元分别与所述第二开关单元、所述中线模块及所述负载连接；

所述第二开关单元用于根据所述控制模块的逆变控制信号确定所述第二开关单元中开关的通断；

所述滤波单元用于与所述第二开关单元配合以使所述逆变模块的输出达到所述第二平衡状态。

6.根据权利要求5所述的控制电路，其特征在于，所述第二开关单元包括开关管Q3、开关管Q4、开关管Q5、开关管Q6、开关管Q7及开关管Q8，所述开关管Q3的第一端分别与所述开关管Q5的第一端、开关管Q7的第一端、所述直流电源及所述中线模块连接，所述开关管Q3的第二端分别与所述开关管Q4的第一端和所述滤波单元连接，所述开关管Q5的第二端分别与所述开关管Q6的第一端和所述滤波单元连接，所述开关管Q7的第二端分别与所述开关管Q8的第一端和所述滤波单元连接，所述开关管Q4的第二端分别与所述开关管Q6的第二端、所述开关管Q8的第二端、所述直流电源及所述中线模块连接，所述开关管Q3的控制端、开关管Q4的控制端、开关管Q5的控制端、开关管Q6的控制端、开关管Q7的控制端及开关管Q8的控制端均与所述控制模块连接。

7.根据权利要求6所述控制电路，其特征在于，所述滤波单元包括电感Lr、电感Ls、电感Lt、电容Cr、电容Cs及电容Ct，所述电感Lr的第一端分别与所述开关管Q7的第二端和所述开关管Q8的第一端连接，所述电感Ls的第一端分别与所述开关管Q5的第二端和所述开关管Q6的第一端连接，所述电感Lt的第一端分别与所述开关管Q3的第二端和所述开关管Q4的第一端连接，所述电感Lr的第二端分别与所述电容Cr的第一端和所述负载连接，所述电感Ls的第二端分别与所述电容Cs的第一端和所述负载连接，所述电感Lt的第二端分别与所述电容Ct的第一端和所述负载连接，所述电容Cr的第二端分别与所述电容Cs的第二端、所述电容Ct的第二端及所述中线模块连接。

8.根据权利要求1至7任一项所述的控制电路，其特征在于，所述控制模块包括中线控制单元和逆变控制单元，所述中线控制单元与所述中线模块连接，所述逆变控制单元与所述逆变模块连接；

所述中线控制单元用于采集所述中线模块的所述中线采样数据，根据所述中线采样数据输出中线控制信号至所述中线模块；

所述逆变控制单元用于采集所述逆变模块的所述逆变采样数据，根据所述逆变采样数据输出逆变控制信号至所述逆变模块。

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