一种逆变器系统和储能系统的制作方法

1.本公开实施例涉及电路设计技术领域，更具体地，涉及一种逆变器系统及一种储能系统。


背景技术：

2.逆变器是把直流电能转变成定频定压或调频调压交流电的转换器。在现有技术中，逆变器广泛适用于空调、家庭影院、电动砂轮、电动工具、缝纫机、dvd、vcd、电脑、电视、洗衣机、抽油烟机、冰箱、录像机、按摩器、风扇、照明等各种电子设备。
3.在现有技术中，anpc拓扑的逆变器具有更改的转换效率。现有的逆变器的控制方式，通常是控制芯片产生2路pwm波，然后经过fpga处理后，由fpga产生6路pwm波(3对互补的pwm波)去控制逆变器中单相6个igbt的工作。这种控制方法，fpga实现代码较为复杂，且不易于实现，另外fpga价格较贵，导致整个系统的成本较高。


技术实现要素：

4.本公开实施例的一个目的是提供一种控制逆变器的技术方案。
5.根据本公开实施例的第一方面，提供了一种逆变器系统，包括第一信号生成模块、第二信号生成模块和逆变器，所述逆变器包括三对互补导通的功率开关管，所述第一信号生成模块被设置为根据预设的调制信号的信号参数，生成互锁的第一对控制信号、互锁的第二对控制信号和表示所述调制信号的电平状态的状态信号；所述第二信号生成模块被设置为根据所述状态信号生成互锁的第三对控制信号；所述逆变器被设置为根据所述第一对控制信号、所述第二对控制信号和所述第三对控制信号，输出所述调制信号。
6.可选的，所述第二信号生成模块还被设置为根据预设时间，设置所述第三对控制信号的死区时间，并将设置后的第三对控制信号输出至所述逆变器。
7.可选的，所述第二信号生成模块还被设置为根据预设时间，分别设置所述第一对控制信号的死区时间和所述第二对控制信号的死区时间，并将设置后的第一对控制信号和设置后的第二对控制信号输出至所述逆变器。
8.可选的，所述第一对控制信号被设置为控制所述逆变器中第一对互补导通的功率开关管的开关状态，所述第二对控制信号被设置为控制所述逆变器中第二对互补导通的功率开关管的开关状态；所述第三对控制信号被设置为控制所述逆变器中第三对互补导通的功率开关管的开关状态。
9.可选的，所述逆变器还包括串联连接在第一电源端和所述第二电源端之间的第一电容和第二电容，所述第一对互补导通的功率开关管包括第一功率开关管和第五功率开关管，所述第二对互补导通的功率开关管包括第四功率开关管和第六功率开关管，所述第三对互补导通的功率开关管包括第二功率开关管和第三功率开关管，所述第二功率开关管和所述第三功率开关管之间的电位点作为所述调制信号的输出端，所述第一功率开关管连接在所述第二功率开关管与所述第一电源端之间，所述第四功率开关管连接在所述第三功率
开关管与所述第二电源端之间，所述第五功率开关管和所述第六功率开关管串联连接在第一电位点和第二电位点之间，第三电位点与第四电位点连接；其中，所述第一电位点为所述第一功率开关管和所述第二功率开关管之间的电位点，所述第二电位点为所述第三功率开关管和所述第四功率开关管之间的电位点，所述第三电位点为所述第五功率开关管和所述第六功率开关管之间的电位点，所述第四电位点为所述第一电容和所述第二电容之间的电位点。
10.可选的，所述第二信号生成模块被设置为在所述状态信号表示所述调制信号的电平状态为正电平的情况下，输出用于控制所述第二功率开关管导通、所述第三功率开关管断开的第三对控制信号；在所述状态信号表示所述调制信号的电平状态为负电平的情况下，输出用于控制所述第二功率开关管断开、所述第三功率开关管导通的第三对控制信号。
11.可选的，所述第一信号生成模块由数字信号处理芯片提供。
12.可选的，所述第二信号生成模块由复杂可编程逻辑器件提供。
13.可选的，所述信号参数包括频率、相位、幅值中的至少一项。
14.根据本公开的第二方面，提供了一种储能系统，包括根据本公开第一方面所述的逆变器系统。
15.通过本公开的实施例，第一信号生成模块产生的两对控制信号无法实现对逆变器的控制的情况下，通过第一信号生成模块产生一个状态信号，使得第二信号生成模块输出一对控制信号，来满足逆变器的控制方式。而且，只增加一个状态信号来生成一对控制信号，可以使得第二信号生成模块的逻辑代码较为简洁，且占用第一信号生成模块和第二生成模块的内存较少，代付不易失效或因为复杂时序而出现死机、跑飞等问题。
16.通过以下参照附图对本发明的示例性实施例的详细描述，本发明的其它特征及其优点将会变得清楚。
附图说明
17.被结合在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了本发明的实施例，并且连同其说明一起用于解释本发明的原理。
18.图1是根据本公开一个实施例的逆变器系统的方框原理图；
19.图2是根据本公开另一个实施例的逆变器系统的方框原理图；
20.图3是根据本公开一个例子的逆变器的电路原理图；
21.图4是根据本公开一个例子的信号时序图。
具体实施方式
22.现在将参照附图来详细描述本发明的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。
23.以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。
24.对于相关领域普通技术人物已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。
25.在这里示出和讨论的所有例子中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它例子可以具有不同的值。
26.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
27.本公开提供了一种逆变器系统。图1为根据本公开实施例的逆变器系统的方框原理图。
28.根据图1所示，该逆变器系统1000可以包括第一信号生成模块1100、第二信号生成模块1200和逆变器1300。
29.在本实施例中，逆变器1300可以包括三对互补导通的功率开关管。具体的，对于每一对互补导通的功率开关管，在其中一个功率开关管导通的情况下，另一个功率开关管断开。也就是说，一对互补导通的功率开关管不能同时导通。
30.第一信号生成模块1100被设置为根据预设的调制信号的信号参数，生成互锁的第一对控制信号、互锁的第二对控制信号和表示调制信号的电平状态的状态信号io1。
31.对于互锁的一对控制信号，用于控制一对互补导通的功率开关管的开关状态。具体的，在其中一个控制信号用于控制一对互补导通的功率开关管中的一个导通的情况下，另一个控制信号用于控制一对互补导通的功率开关管中的另一个断开。也就是说，一对互锁的控制信号不能控制一对互补导通的功率开关管同时导通。
32.在功率开关管是高电平导通的情况下，互锁的一对控制信号中，其中一个控制信号为高电平的情况下，另一个控制信号为低电平。也就是说，互锁的一对控制信号不能同时为高电平。
33.本实施例中的信号参数，可以是预先根据应用场景或具体需求所设定的，调制信号的信号参数。其中，调制信号为逆变器需要输出的信号。具体的，信号参数可以包括频率、相位、幅值中的至少一项。
34.第一信号生成模块1100根据信号参数，可以确定调制信号的电平状态，并输出表示调制信号的电平状态的状态信号io1。例如，在调制信号的电平状态为正电平的情况下，可以是输出高电平的状态信号io1；在调制信号的电平状态为负电平的情况下，可以是输出低电平的状态信号io1。
35.第二信号生成模块1200被设置为根据状态信号io1生成互锁的第三对控制信号。
36.逆变器1300被设置为根据第一对控制信号、第二对控制信号和第三对控制信号，输出调制信号。
37.在如图1所示的例子中，第一对控制信号可以包括pwm1和pwm5，第二对控制信号可以包括pwm4和pwm6，第三对控制信号可以包括pwm2和pwm3。
38.在本实施例中，第一对控制信号、第二对控制信号和第三对控制信号，分别用于控制三对互补导通的功率开关管的开关状态，逆变器根据三对互补导通的功率开关管的开关状态，将输入的直流信号转换为交流的调制信号。
39.通过本公开的实施例，第一信号生成模块产生的两对控制信号无法实现对逆变器的控制的情况下，通过第一信号生成模块产生一个状态信号，使得第二信号生成模块输出一对控制信号，来满足逆变器的控制方式。而且，只增加一个状态信号来生成一对控制信号，可以使得第二信号生成模块的逻辑代码较为简洁，且占用第一信号生成模块和第二生
成模块的内存较少，代付不易失效或因为复杂时序而出现死机、跑飞等问题。
40.在本公开的一个实施例中，第一信号生成模块可以是由数字信号处理芯片提供。第二信号生成模块可以是由复杂可编程逻辑器件提供。
41.在本实施例中，使用复杂可编程逻辑器件来提供第二信号生成模块，可以降低逆变器系统的成本，还可以使得复杂可编程逻辑器件中设置的逻辑代码更为简洁，降低逆变器系统的设计难度。
42.在本公开的一个实施例中，第二信号生成模块1200还被设置为根据预设时间，设置第三对控制信号的死区时间，并将设置死区时间的第三对控制信号输出至逆变器。
43.进一步地，第二信号生成模块1200还被设置为根据预设时间，分别设置第一对控制信号和第二对控制信号的死区时间，并将设置死区时间的第一对控制信号和设置死区时间的第二对控制信号输出至逆变器。具体电路可以是如图2所示。
44.具体的，第一信号生成模块1100所输出的第一对控制信号和第二对控制信号，均输出至第二信号生成模块1200，由第二信号生成模块生成第一对控制信号和第二对控制信号进行死区时间后，再输出至逆变器1300，逆变器1300根据设置死区时间的三对控制信号，输出调制信号。
45.在本实施例中，死区时间是为了避免一对互补导通的功率开关管同时导通而引入的时间，可以防止一对互补导通的功率开关管因为开关速度问题发生同时导通而设置的一个保护时段。
46.在一个例子中，预设时间的时长与死区时间的时长可以相等。预设时间的时长可以是预先根据应用场景或具体需求所设定的。例如，该预设时间的时长可以是大于功率开关管的响应时间。
47.对于设置死区时间的一对控制信号，在一对互补导通的功率开关管中的一个由导通状态变为断开状态的情况下，该对互补导通的功率开关管中的另一个则经过死区时间后，再由断开状态切换至导通状态。
48.在死区时间内，一对互补导通的功率开关管都不会有输出，当然会使波形输出中断。但是，由于死区时间在一个周期中一般只占百分之几，在控制信号本身占空比小时，空出的部分要比死区时间还大，所以死区时间对逆变器输出的调制信号的影响可以忽略不计。
49.在理论上，互锁的控制信号不会控制一对互补导通的功率开关管同时导通，但由于器件的原因，控制信号不可能是瞬时电平跳变的，通常是梯形下降的，这样会可能使一对互补导通的功率开关管同时导通，为此，设一个极短的死区时间，一对互补导通的功率开关管都关闭，再选择性的开通，避免了一对互补导通的功率开关管同时导通，提高逆变器系统的可靠性。
50.在本公开的一个实施例中，第一对控制信号被设置为控制逆变器中第一对互补导通的功率开关管的开关状态；第二对控制信号被设置为控制逆变器中第二对互补导通的功率开关管的开关状态；第三对控制信号被设置为控制逆变器中第三对互补导通的功率开关管的开关状态。
51.具体的，如图3所示，逆变器1300还可以包括串联连接在第一电源端dc+和第二电源端dc-之间的第一电容c1和第二电容c2，第一对互补导通的功率开关管包括第一功率开
关管igbt1和第五功率开关管igbt5，第二对互补导通的功率开关管包括第四功率开关管igbt4和第六功率开关管igbt6，第三对互补导通的功率开关管包括第二功率开关管igbt2和第三功率开关管igbt3。
52.第二功率开关管igbt2和第三功率开关管igbt3之间的电位点作为调制信号的输出端out，第一功率开关管igbt1连接在第二功率开关管igbt2与第一电源端dc+之间，第四功率开关管igbt4连接在第三功率开关管igbt3与第二电源端dc-之间，第五功率开关管igbt5和第六功率开关管igbt6串联连接在第一电位点p1和第二电位点p2之间，第三电位点p3与第四电位点p4连接；其中，第一电位点p1为第一功率开关管igbt1和第二功率开关管igbt2之间的电位点，第二电位点p2为第三功率开关管igbt3和第四功率开关管igbt4之间的电位点，第三电位点p3为第五功率开关管igbt5和第六功率开关管igbt6之间的电位点，第四电位点p4为第一电容c1和第二电容c2之间的电位点。
53.通过本实施例中功率开关管的连接方式，构成anpc拓扑结构。
54.在本实施例中，第一对控制信号包括pwm1和pwm5，第二对控制信号包括pwm4和pwm6，第三对控制信号包括pwm2和pwm3。
55.pwm1用于控制第一功率开关管igbt1的开关状态，pwm2用于控制第二功率开关管igbt2的开关状态，pwm3用于控制第三功率开关管igbt3的开关状态，pwm4用于控制第四功率开关管igbt4的开关状态，pwm5用于控制第五功率开关管igbt5的开关状态，pwm6用于控制第六功率开关管igbt6的开关状态。
56.在本实施例的基础上，第二信号生成模块1200被设置为在状态信号io1表示调制信号的电平状态为正电平的情况下，输出用于控制第二功率开关管igbt2导通、第三功率开关管igbt3断开的第三对控制信号；在状态信号io1表示调制信号的电平状态为负电平的情况下，输出用于控制第二功率开关管igbt2断开、第三功率开关管igbt3导通的第三对控制信号。
57.具体的，在状态信号io1表示调制信号的电平状态为正电平的情况下，输出高电平的pwm2和低电平的pwm3；在状态信号io1表示调制信号的电平状态为负电平的情况下，输出低电平的pwm2和高电平的pwm3。
58.在一个例子中，调制信号的频率可以为50hz或者60hz，第二功率开关管igbt2与第三功率开关管igbt3的频率与调制信号相同，其它功率开关管的控制信号为高频波，频率根据功率开关管的参数决定。
59.在一个例子中，pwm1～pwm6、以及调制信号的时序图可以是如图4所示。
60.在逆变器系统工作时，第一信号生成模块1100将产生的4路pwm信号(pwm1、pwm5、pwm4、pwm6)、及状态信号io1输出至第二信号生成模块1200。其中，pwm1和pwm5为一对互锁的控制信号，pwm4和pwm6为一对互锁的控制信号。pwm1、pwm5、pwm4、pwm6在第二信号生成模块1200中设置死区时间后，分别输出作用于第一功率开关管igbt1、第五功率开关管igbt5、第四功率开关管igbt4和第六功率开关管igbt6。
61.第一信号生成模块1100根据调制信号的电平状态输出状态信号io1，例如，在调制信号的电平状态为正电平的情况下，输出高电平的状态信号io1；在调制信号的电平状态为负电平的情况下，输出低电平的状态信号io1。
62.第二信号生成模块1200根据状态信号io1，产生带有死区时间、互锁的第三对控制
信号(pwm2和pwm3)，并将pwm2和pwm3分别输出作用于第二功率开关管igbt2和第三功率开关管igbt3。
63.如图4所示，在调制信号的正半轴时，逆变器输出p状态，第一信号生成模块1100输出高电平的状态信号io1，第二功率开关管igbt2一直以工频导通，第一功率开关管igbt1与第五功率开关管igbt5互补高频导通，第三功率开关管igbt3、第四功率开关管igbt4和第六功率开关管igbt6处于关断状态。
64.如图4所示，在调制信号的正半轴时，逆变器输出n状态，第一信号生成模块1100输出低电平的状态信号io1，第三功率开关管igbt3以工频导通，第六功率开关管igbt6与第四功率开关管igbt4互补高频导通，第一功率开关管igbt1、第二功率开关管igbt2和第五功率开关管igbt5处于关断状态。
65.如图4所示，在调制信号处于零点时，逆变器输出o状态，当逆变器由p状态切换为o状态时，第二功率开关管igbt2与第五功率开关管igbt5同时导通，其它功率开关管均处于关断状态。当逆变器由n状态切换为o状态时，第六功率开关管igbt6与第三功率开关管igbt3同时导通，其它功率开关管均处于关断状态。
66.本公开还提供了一种储能系统，该储能系统可以包括前述任意实施例的逆变器系统。
67.上述各实施例主要重点描述与其他实施例的不同之处，但本领域技术人员应当清楚的是，上述各实施例可以根据需要单独使用或者相互结合使用。
68.虽然已经通过示例对本公开的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上示例仅是为了进行说明，而不是为了限制本公开的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本公开的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改。本公开的范围由所附权利要求来限定。