一种消除输入侧二次功率脉动的逆变器及其控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种消除输入侧二次功率脉动的逆变器及其控制方法，属于隔离、微 型逆变器，其利用增加的辅助电路来实现直流输入侧二次功率脉动的消除。
【背景技术】
[0002] 在新能源及其它分布式发电系统中，为获得负载所需的高压交流电，逆变器一般 都带有前级直流变换器。对于这种系统，输出功率中含有的两倍工频功率脉动分量将反馈 传输到直流输入侧，使得输入侧出现两倍输出频率的低频电流纹波，影响蓄电池、燃料电池 等输入源的使用寿命，严重时会影响直流电源系统的稳定性。传统方法采用大电解电容来 平衡功率脉动，从而达到消除电流纹波的目的，然而电解电容寿命有限，限制了逆变器的整 体寿命。近年来，出现了很多缓冲功率脉动的方法，特别是通过增加额外的辅助电路实现直 流输入侧功率脉动消除的方法引起了很多学者和工程师的关注。Fukushima K，N〇rigoe I， Shoyama M, et al，"Input current-ripple consideration for the pulse-link DC-AC converter for fuel cells by small series LC circuit'，，Proceedings of IEEE 24th Annual Applied Power Electronics Conference and Exposition，2009 :447-451 提出了 通过加入LC串联谐振电路，并将其谐振频率设计为两倍输出频率的方案，如附图I所示， 能够较好的消除直流输入侧功率脉动，但所需的电感和电容值都比较大，导致系统的功率 密度降低，又限制了系统的使用寿命。Kwon J，Kim E，Kwon B，Nam K，"High-Efficiency Fuel Cell Power Conditioning System With Input Current Ripple Reduction'，， IEEE Transaction on Industry Electronics，2009, 56 (3) :826-834 利用电力电子变换器的高 频特性，控制主功率管的占空比，在实现电压变换所需的占空比基础上再加上一个变化的 占空比量，能够有效的抑制输入侧电流纹波，对于提高燃料电池利用率及使用寿命是有利 的，该功率调节系统如附图2所示，但此方案控制精度要求高，且控制算法复杂。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的在于针对上述变换器所存在的技术缺陷提供一种消除输入侧二次 功率脉动的逆变器及其控制方法，采用这种逆变器和控制方法，既实现了电能变换，又消除 了直流输入侧二次功率脉动，从而减小了输入电流纹波对输入源的干扰，提高了系统的效 率。
[0004] 本发明为实现上述目的，采用如下技术方案：
[0005] 本发明的一种消除输入侧二次功率脉动的逆变器，包括直流电源、输入电容、原边 开关管、隔离变压器、副边开关管、中间直流母线电容、结构相同的第一逆变桥臂和第二逆 变桥臂以及滤波电路；其中隔离变压器原边绕组同名端分别接直流电源正极和输入电容的 输入端，隔离变压器原边绕组的异名端接原边开关管的集电极，原边开关管的发射极分别 接直流电源的负极和输入电容的输出端；每个逆变桥臂都包括二个开关管，第一开关管的 集电极作为逆变桥臂的正输入端，第一开关管的发射极与第二开关管的集电极连接构成逆 变桥臂的输出端，第二开关管的发射极作为逆变桥臂的负输入端；副边开关管的发射极、中 间直流母线电容的输入端和逆变桥臂的正输入端连接，逆变桥臂的负输入端、中间直流母 线电容的输出端和隔离变压器副边绕组的同名端连接，隔离变压器副边绕组的异名端接副 边开关管的集电极；第一逆变桥臂和第二逆变桥臂的输出端接滤波电路；还包括由辅助开 关管、辅助电容和隔离变压器原边辅助绕组凡构成的辅助电路，其中辅助开关管包括两个 开关管，第一辅助开关管的发射极接隔离变压器原边辅助绕组凡的同名端，隔离变压器原 边辅助绕组Nx的异名端分别接直流电源的正极和辅助电容的输入端，辅助电容的输出端、 第一辅助开关管的集电极和第二辅助开关管的发射极相连接，第二辅助开关管的集电极接 隔离变压器原边绕组的异名端。
[0006] 所述的一种消除输入侧二次功率脉动的逆变器，其中逆变桥臂的控制方法为传统 单级性PffM调制；该逆变器的控制方法还包括以下步骤：
[0007] 步骤A，检测辅助电容电压信号，中间直流母线电容电压信号，逆变桥臂的输入电 流ig号；
[0008] 步骤B，将步骤A得到的辅助电容电压信号经过低通滤波器，获得其直流分量；
[0009] 步骤C，计算辅助电容电压参考信号与辅助电容电压信号直流分量的差值；
[0010] 步骤D，将步骤C得到的电压差值用PI控制器进行调节后，与步骤A得到的中间直 流母线电容电压信号、逆变桥臂的输入电流信号一同输进输入电流基准生成电路，获得输 入电流参考信号；
[0011] 步骤E，计算中间直流母线电容电压参考信号与中间直流母线电容电压信号的差 值；
[0012] 步骤F，将步骤E得到的电压差值用PI控制器进行调节后，与步骤A得到的中间直 流母线电容电压信号、逆变桥臂的输入电流信号一同输入副边电流基准生成电路，获得副 边电流参考信号；
[0013] 步骤G，将步骤D得到的输入电流参考信号和步骤F得到的副边电流参考信号输入 调制波生成电路，获得第一、第二、第二调制波?目号；
[0014] 步骤Η，将前述第一、第二调制波信号分别输入PffM控制电路，获得第一、第二逻辑 信号；
[0015] 步骤I，将步骤G得到的第三调制波信号输入过零比较器，获得第三逻辑信号；
[0016] 步骤J，将前述第一逻辑信号输入逻辑电路，直接得到原边开关管的控制信号；
[0017] 将前述第一、第二、第三逻辑信号分别输入逻辑电路，在逻辑电路中第一、第二逻 辑信号经过逻辑异或门，同时第三逻辑信号经过非门后，再一起接入逻辑与门，得到第一辅 助开关管的控制信号；
[0018] 将前述第一、第二、第三逻辑信号分别输入逻辑电路，在逻辑电路中第一、第二逻 辑信号经过逻辑异或门后，和第三逻辑信号一起接入逻辑与门，得到第二辅助开关管的控 制信号；
[0019] 将前述第一、第二、第三逻辑信号分别输入逻辑电路，在逻辑电路中第一逻辑信 号、第一辅助开关管的控制信号和第二辅助开关管的控制信号一起接入逻辑或非门，得到 副边开关管的控制信号；
[0020] 步骤Κ，将步骤J得到的原边开关管的控制信号，第一、第二辅助开关管的控制信 号，以及副边开关管的控制信号分别输入驱动电路，得到原边开关管的驱动信号、副边开关 管的驱动信号以及两个辅助开关管的驱动信号，控制逆变器。
[0021] 有益效果：
[0022] 本发明披露了一种消除输入侧二次功率脉动的逆变器及其控制方法，其消除了直 流输入侧二次功率脉动，使得输入电流表现为恒定的直流量，进而系统可以采用容值和体 积更小的薄膜电容替代电解电容，系统的功率密度得到提高、使用寿命得到延长。本发明与 原有技术相比的主要技术特点是，通过在直直变换环节加入辅助电路来处理功率脉动，辅 助电容上电压呈现二倍频波动，而输入电流基本不含有低频纹波，从而直流输入侧可以避 免使用体积大、