单相逆变器电路及单相逆变器的制作方法

1.本技术涉及逆变器技术领域，特别涉及一种单相逆变器电路及单相逆变器。


背景技术：

2.电气设备常常会需要不同电压等级的供电，例如需要380v以及220v的供电等，目前通常采用多级式供电来满足不同电压等级的供电需求，例如单相逆变器加变压器的供电形式或者三相逆变器的供电形式等，但是目前多级式供电方式的供电设备整机体积较大，因此多级式供电设备的功率密度较低。


技术实现要素：

3.本技术的主要目的是提供一种单相逆变器电路，旨在满足不同电压等级的供电需求的同时，提升多级式供电设备的功率密度。
4.为实现上述目的，本技术提出一种单相逆变器电路，该单相逆变器电路包括：
5.直流源；
6.逆变电桥，包括第一桥臂和第二桥臂，所述第一桥臂分别连接所述直流源的正极和负极，所述第二桥臂分别连接所述直流源的正极和负极；
7.母线电容，所述母线电容分别连接所述直流源的正极和负极；
8.滤波模块，所述滤波模块的第一输入端连接所述母线电容的中点，所述滤波模块的第二输入端连接所述第一桥臂的中点，所述滤波模块的第三输入端连接所述第二桥臂的中点，所述滤波模块用于对所述母线电容的中点、所述第一桥臂的中点和所述第一桥臂的中点三者之间的电压进行滤波，以输出不同电压等级的目标交流电压。
9.可选地，所述母线电容包括串联连接的第一电容和第二电容，所述第一电容分别与所述直流源的正极和第二电容连接，所述第二电容相对所述第一电容的一端与所述直流源的负极连接。
10.可选地，所述第一电容的电容值和所述第二电容的电容值相等。
11.可选地，所述单相逆变器电路还包括调制模块，所述调制模块的第一输出端连接所述第一桥臂，用于向所述第一桥臂输入根据第一预设调制波生成的第一控制信号，以控制所述第一桥臂中的开关元件组的开关动作，所述调制模块的第二输出端连接所述第二桥臂，用于向所述第二桥臂输入根据第二预设调制波生成的第二控制信号，以控制所述第二桥臂中的开关元件组的开关动作。
12.可选地，所述第一预设调制波的相位与所述第二预设调制波的相位不同。
13.可选地，所述不同电压等级的目标交流电压包括第一目标交流电压、第二目标交流电压和第三目标交流电压，所述第一预设调制波的调制比和所述第二预设调制波的调制比共同用于控制所述第一目标交流电压的电压等级和所述第二目标交流电压的电压等级，所述第一预设调制波和所述第二预设调制波之间的相位差用于控制由所述第一目标交流电压和所述第二目标交流电压叠加得到的第三目标交流电压的电压等级。
14.可选地，所述滤波模块为如下任一滤波电路：l滤波电路、lc滤波电路和lcl滤波电路。
15.可选地，所述lc滤波电路包括第一电感、第二电感、第三电感、第三电容和第四电容，所述第一电感的一端作为所述滤波模块的第一输入端，所述第二电感的一端作为所述滤波模块的第二输入端，所述第三电感的一端作为所述滤波模块的第三输入端，所述第三电容连接所述第一电感的另一端与所述第二电感的另一端，所述第四电容连接所述第二电感的另一端和所述第三电感的另一端，所述第一电感的另一端、所述第二电感的另一端和所述第三电感的另一端三端之间形成不同电压等级的目标交流电压。
16.可选地，所述第一桥臂由第一开关元件组和第二开关元件组串联连接形成，所述第二桥臂由第三开关元件组和第四开关元件组串联连接形成。
17.为实现上述目的，本技术还提供一种单相逆变器电路的控制方法，所述单相逆变器电路包括逆变电桥、滤波模块和直流源，所述逆变电桥包括第一桥臂和第二桥臂，所述第一桥臂分别连接所述直流源的正极和负极，所述第二桥臂分别连接所述直流源的正极和负极，所述单相逆变器电路还包括母线电容，所述母线电容分别连接所述直流源的正极和负极，所述滤波模块的第一输入端连接所述母线电容的中点，所述滤波模块的第二输入端连接所述第一桥臂的中点，所述滤波模块的第三输入端连接所述第二桥臂的中点，所述单相逆变器电路的控制方法包括：
18.获取第一控制信号和第二控制信号，其中，所述第一控制信号由调制模块根据第一预设调制波生成，所述第二控制信号由调制模块根据第二预设调制波生成；
19.根据所述第一控制信号控制所述第一桥臂的开关元件组的开关动作，以及根据所述第二控制信号控制所述第二桥臂的开关元件组的开关动作，以在所述母线电容的中点、所述第一桥臂的中点和所述第一桥臂的中点三者之间产生不同电压等级的初始交流电压；
20.通过所述滤波模块对所述不同电压等级的初始交流电压进行滤波，得到不同电压等级的目标交流电压。
21.为实现上述目的，本技术还提出一种单相逆变器，所述单相逆变器包括上述单相逆变器电路，具体参照上述，此处不再赘述。
22.本技术技术方案，通过设置直流源、逆变电桥、母线电容及滤波模块等组成了单相逆变器电路，该单相逆变器电路中，所述滤波模块的第一输入端连接所述母线电容的中点，所述滤波模块的第二输入端连接所述第一桥臂的中点，所述滤波模块的第三输入端连接所述第二桥臂的中点，从而在单相逆变器电路中构造出了类似三相结构的电路结构，进而滤波模块对所述母线电容的中点、所述第一桥臂的中点和所述第一桥臂的中点三者之间的电压进行滤波后，即可输出具备不同电压等级的目标交流电压，相比于目前的单相逆变器加变压器的供电形式，无需设置变压器即可提供不同电压等级的目标交流电压供电，而相比于目前的三相逆变器的供电形式，减少了逆变电桥中桥臂的数量，无需通过设置三相逆变电桥即可提供不同电压等级的目标交流电压供电，因此降低了多级式供电的供电设备的整机体积，所以在满足不同电压等级的供电需求的同时，提升了多级式供电设备的功率密度。
附图说明
23.为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现
有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
24.图1为本技术中滤波模块为lc滤波电路时，单相逆变器电路的电路功能框图；
25.图2为本技术中滤波模块为l滤波电路时，单相逆变器电路的电路功能框图；
26.图3为当前单相逆变器加变压器的供电形式对应的多级式供电设备的电路结构示意图；
27.图4为当前三相逆变器的供电形式对应的多级式供电设备的电路结构示意图；
28.图5为本技术中包含调制模块的单相逆变器电路的电路结构示意图；
29.图6为本技术中单相逆变器电路的控制方法一实施例的流程示意图。
30.本技术目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
31.附图标号说明：
32.标号名称标号名称100第一桥臂c1第一电容200第二桥臂c2第二电容u
dc
直流源c3第三电容s1第一开关元件组c4第四电容s2第二开关元件组l1第一电感s3第三开关元件组l2第二电感s4第四开关元件组l3第三电感
具体实施方式
33.下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
34.需要说明，本技术实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后
……
)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
35.另外，在本技术中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本技术要求的保护范围之内。
36.针对目前多级式供电方式的供电设备整机体积较大，因此多级式供电设备的功率密度低的问题，本技术提出一种单相逆变器电路，参照图1，在本技术一实施例中，单相逆变器电路包括主功率模块和滤波模块，主功率模块包括直流源u
dc
、逆变电桥和母线电容。
37.本实施例中，逆变电桥具有第一桥臂100和第二桥臂200，第一桥臂100和第二桥臂
200并联连接，第一桥臂100分别连接直流源u
dc
的正极和负极，第二桥臂200分别连接直流源u
dc
的正极和负极；母线电容分别连接直流源u
dc
的正极和负极；滤波模块具有第一输入端n、第二输入端r和第三输入端s，滤波模块的第一输入端n连接母线电容的中点n’，滤波模块的第二输入端连接r第一桥臂100的中点r’，滤波模块的第三输入端s连接第二桥臂200的中点s’。
38.本实施例中，所述滤波模块为如下任一滤波电路：l滤波电路、lc滤波电路和lcl滤波电路。
39.作为一种示例，参照图1，所述lc滤波电路包括第一电感l1、第二电感l2、第三电感l3、第三电容c4和第四电容c5，所述第一电感l1的一端作为所述滤波模块的第一输入端，所述第二电感l2的一端作为所述滤波模块的第二输入端，所述第三电感l3的一端作为所述滤波模块的第三输入端，所述第三电容c3连接所述第一电感的另一端与所述第二电感的另一端，所述第四电容c4连接所述第二电感的另一端和所述第三电感的另一端，所述第一电感l1的另一端、所述第二电感l2的另一端和所述第三电感l3的另一端三端之间形成不同电压等级的目标交流电压。
40.作为一种示例，参照图2，所述l滤波电路包括第一电感l1、第二电感l2和第三电感l3，所述第一电感l1的一端作为所述滤波模块的第一输入端，所述第二电感l2的一端作为所述滤波模块的第二输入端，所述第三电感l3的一端作为所述滤波模块的第三输入端，所述第一电感l1的另一端、所述第二电感l2的另一端和所述第三电感l3的另一端三端之间形成不同电压等级的目标交流电压。
41.本实施例中，所述母线电容包括串联连接的第一电容c1和第二电容c2，所述第一电容c1分别与所述直流源u
dc
的正极和第二电容c2连接，所述第二电容c2相对所述第一电容c1的一端与所述直流源u
dc
的负极连接，作为一种示例，可设置第一电容c1的电容值和第二电容c2的电容值相等。
42.本实施例中，第一桥臂100由第一开关元件组s1和第三开关元件组s3串联连接形成，第二桥臂200由第二开关元件组s2和第四开关元件组s4串联连接形成，通过控制第一开关元件组s1、第二开关元件组s2、第三开关元件组s3和第四开关元件组s4四者的开关动作，可将直流源u
dc
输出的直流电转换为交流电。当第一开关元件组s1以及第二开关元件组s2接通，而第三开关元件组s3和第四开关元件组s4断开时，第一桥臂100的中点r’与母线电容的中点n’之间的电压v
r’n’为udc/2，第二桥臂200的中点s’与母线电容的中点n’之间的电压v
s’n’为udc/2；当第一开关元件组s1以及第二开关元件组s2断开，而第三开关元件组s3和第四开关元件组s4接通时，第一桥臂100的中点r’与母线电容的中点n’之间的电压v
r’n’为-udc/2，第二桥臂200的中点s’与母线电容的中点n’之间的电压v
s’n’为-udc/2。
43.作为一种示例，可通过预设调制方法来控制第一开关元件组s1、第二开关元件组s2、第三开关元件组s3和第四开关元件组s4四者的开关动作来构造出spwm波，从而通过滤波模块进行滤波后输出所需电压等级的输出目标交流电压。
44.本实施例中，滤波模块还具有第一输出端n，第二输出端r以及第三输出端s。通过滤波模块对第一桥臂100的中点r’与母线电容的中点n’之间的电压v
r’n’进行滤波后，即得到具有第一电压等级的输出目标交流电压v
rn
，也即为滤波模块的第二输出端r和第一输出端n之间的电压；通过滤波模块对第二桥臂200的中点s’与母线电容的中点n’之间的电压vs’n’进行滤波后，即得到具有第一电压等级的输出目标交流电压v
sn
，也即为滤波模块的第三输出端s和第一输出端n之间的电压；进一步将输出电压v
rn
和输出电压v
sn
进行叠加即可得到具有第二电压等级的输出目标交流电压，也即为滤波模块的第二输出端r和第三输出端s之间的电压v
rs
，从而实现了利用单相逆变器电路输出不电压等级的输出目标交流电压。
45.本实施例通过在单相全桥逆变的基础上将母线中点引出，结合滤波模块构造出三相电压，相比于图3中示出的单相逆变器加变压器的供电形式，无需设置变压器即可提供不同电压等级的三相供电，相比于图4中示出的三相逆变器的供电形式，本技术实施例中单相逆变器电路的逆变电桥的桥臂数量更少，即可实现不同电压等级的三相供电，因此在保证进行不同电压等级的三相供电的基础上，减少了多级式供电方式的供电设备整机的体积，从而提升了多级式供电设备的功率密度，降低了多级式供电设备的成本。
46.进一步地，参照图5，所述单相逆变器电路还包括调制模块。
47.本实施例中，调制模块包括第一运算放大器和第二运算放大器，第一运算放大器的输出端分别连接第一桥臂100的第一开关元件组s1和第一桥臂100的第三开关元件组s3，第二运算放大器的输出端分别连接第二桥臂200的第二开关元件组s2和第二桥臂200的第四开关元件组s4。
48.本实施例中，第一预设调制波和三角波经第一运算放大器的输入端输入第一运算放大器，第一运算放大器通过比较第一预设调制波和三角波，产生第一控制信号，第一控制信号通过第一运算放大器的输出端流向第一桥臂100的第一开关元件组s1和第三开关元件组s3，从而实现控制第一桥臂100的第一开关元件组s1和第三开关元件组s3的开关动作。第二预设调制波和三角波经第二运算放大器的输入端输入第二运算放大器，第二运算放大器通过比较第二预设调制波和三角波，产生第二控制信号，第二控制信号通过第二运算放大器的输出端流向第二桥臂200的第二开关元件组s2和第四开关元件组s4，从而实现控制第二桥臂200的第二开关元件组s2和第四开关元件组s4的开关动作。
49.本实施例中，第一预设调制波与三角波之间具有第一调制比，第二预设调制波与三角波之间具有第二调制比，第一调制比和第二调制比可设置为相同，通过控制第一调制比的大小和第二调制比的大小，可控制输出电压v
sn
和输出电压v
rn
的电压等级；可设置第一预设调制波和第二预设调制波之间的相位不同，通过控制第一预设调制波和第二预设调制波之间的相位差，可控制输出电压v
sn
和输出电压v
rn
叠加后得到的输出电压v
rs
的大小。
50.作为一种示例，假设直流源u
dc
＝700v，第一预设调制波第二预设调制波第一预设调制波和第二预设调制波之间的相位差第一调制比和第二调制比均为311/350，从而输出电压v
sn
的峰值电压为311v，有效电压为220v，输出电压v
rn
的峰值电压为311v，有效电压为220v，而输出电压v
rs
＝v
sn
*sin(δp)+v
rn
*sin(δp)，所以输出电压v
rs
的峰值电压为539v，有效电压为380v。因此本实施例中在直流源的电压和调制比不变的情况下，可以通过调整第一预设调制波和第二预设调制波之间的相位差，来调整输出电压v
rs
的大小，从而得到需要的电压等级的输出目标交流电压，所以本实
施例中单相逆变器可提供多种电压等级的输出电压，在直流源的输出电压不变的情况下，可通过调整第一预设调制波对应的调制比、第二预设调制波对应的调制比以及第一预设调制波与第二预设调制波之间的相位差，来控制输出电压的电压等级的大小。
51.基于上述单相逆变器电路，本技术还提供一种单相逆变器电路的控制方法。
52.参照图6，且结合图1至图5，在一实施例中，所述单相逆变器电路的控制方法包括：
53.步骤s10，获取第一控制信号和第二控制信号，其中，所述第一控制信号由调制模块根据第一预设调制波生成，所述第二控制信号由调制模块根据第二预设调制波生成；
54.步骤s20，根据所述第一控制信号控制所述第一桥臂的开关元件组的开关动作，以及根据所述第二控制信号控制所述第二桥臂的开关元件组的开关动作，以在所述母线电容的中点、所述第一桥臂的中点和所述第一桥臂的中点三者之间产生不同电压等级的初始交流电压；
55.步骤s30，通过所述滤波模块对所述不同电压等级的初始交流电压进行滤波，得到不同电压等级的目标交流电压。
56.作为一种示例，步骤s10至步骤s30包括：通过将第一预设调制波和三角波输入调制模块的第一运算放大器，生成第一控制信号，以及通过将第二预设调制波和三角波输入调制模块的第二运算放大器，生成第二控制信号；通过将第一控制信号传输至第一桥臂100，控制所述第一桥臂100中的第一开关元件组s1的开关动作以及第三开关元件组s3的开关动作，以及通过将第二控制信号传输至第二桥臂200，控制所述第二桥臂200中的第二开关元件组s2和第四开关元件组s4的开关动作，以控制逆变电桥将直流源输出的直流电转换为交流电，从而在所述母线电容的中点、所述第一桥臂100的中点和所述第二桥臂100的中点三者之间产生不同电压等级的初始交流电压；通过所述滤波模块对所述不同电压等级的初始交流电压进行滤波，在所述滤波模块的第一输出端n、第二输出端r和第三输出端s三端之间产生不同电压等级的目标交流电压。其中，所述第一预设调制波对应的第一调制比和所述第二预设调制波对应的第二调制比两者共同用于控制滤波模块的第一输出端n和第二输出端r之间的电压v
rn
的电压等级以及用于控制滤波模块的第一输出端n和第三输出端s之间的电压v
sn
的电压等级，而由于滤波模块的第二输出端r和第三输出端s之间的电压由v
rn
和v
sn
叠加得到，因此所述第一预设调制波对应的第一调制比、所述第二预设调制波对应的第二调制比、所述第一预设调制波和所述第二预设调制波之间的相位差三者用共同控制滤波模块的第二输出端r和第三输出端s之间的电压v
rs
的电压等级，因此通过调整第一调制比的大小、第二调制比的大小以及所述第一预设调制波和所述第二预设调制波之间的相位差的大小，可控制上述单相逆变器电路输出不同电压等级的目标交流电压，而上述单相逆变器电路的整机体积更小，因此功率密度更大，所以本技术实施例在满足不同电压等级的供电需求的同时，提升了多级式供电设备的功率密度。
57.此外，本技术还提供一种单相逆变器，该单相逆变器包括上述的单相逆变器电路，可以理解的是，由于在单相逆变器中使用了上述单相逆变器电路，因此，该单相逆变器的实施例包括上述单相逆变器电路全部实施例的全部技术方案，且所达到的技术效果也完全相同，在此不再赘述。
58.以上所述仅为本技术的优选实施例，并非因此限制本技术的专利范围，凡是在本技术的申请构思下，利用本技术说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用
在其他相关的技术领域均包括在本技术的专利保护范围内。