專利名稱：大功率逆變器系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電源領(lǐng)域，具體而言，涉及一種大功率逆變器系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
隨著電子設(shè)備對電源系統(tǒng)功率等級的需求越來越高，為了實(shí)現(xiàn)大功率輸出，目前普遍采用多個小功率單機(jī)并聯(lián)或者多個小功率模塊并聯(lián)的模塊化系統(tǒng)，直到滿足負(fù)載的功率需求。圖1是相關(guān)技術(shù)中多個功率單體(單機(jī)或模塊)并聯(lián)的逆變器系統(tǒng)框圖。如圖1 所示，該系統(tǒng)包括并聯(lián)連接的η個功率單體。上述逆變器系統(tǒng)可以提高整個電源系統(tǒng)的功率等級，并且可以構(gòu)成n+x冗余，提高了供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性。但是多個單體并聯(lián)不僅增加了整個系統(tǒng)的體積，而且一個突出的問題就是如何減小各個單體間的環(huán)流，實(shí)現(xiàn)負(fù)載均分。由于各個單體參數(shù)的不一致性，并聯(lián)的單體數(shù)量越多，均流和環(huán)流控制就越困難。為了解決上面提到的均流和環(huán)流問題，如圖1所示，可以在逆變控制單元中增加環(huán)流控制單元，分別對流經(jīng)每個功率單體的電流大小進(jìn)行采樣，并反饋至環(huán)流控制單元以進(jìn)行均衡處理。雖然上述處理方式解決了環(huán)流問題，但是需要增加額外的硬件電路和軟件控制邏輯，使系統(tǒng)變得復(fù)雜，成本增加，可靠性降低。針對這種情況，提高單體功率等級，減少功率單體并聯(lián)數(shù)量尤為重要。

發(fā)明內(nèi)容
針對相關(guān)技術(shù)中為了解決環(huán)流問題，需要增加額外的硬件電路和軟件控制邏輯， 使系統(tǒng)變得復(fù)雜等問題，本發(fā)明提供了一種大功率逆變器系統(tǒng)，以解決上述問題至少之一。根據(jù)本發(fā)明，提供了一種大功率逆變器系統(tǒng)。根據(jù)本發(fā)明的大功率逆變器系統(tǒng)包括并聯(lián)連接的多個支路，每個所述支路包括 串聯(lián)連接的功率處理單元和輸出濾波電感，其中，每個所述功率處理單元的輸入端均與帶中性點(diǎn)N的正負(fù)直流輸入點(diǎn)相連接；電流互感器，其輸入端與各個所述輸出濾波電感的連接節(jié)點(diǎn)相連接；電流檢測反饋單元，其輸入端與所述電流互感器的輸出端相連接；電壓檢測反饋單元，其輸入端與所述大功率逆變器系統(tǒng)的輸出端相連接；控制單元，其一個輸入端連接至所述電流檢測反饋單元的輸出端，其另一個輸入端連接至所述電壓檢測反饋單元的輸出端；一個或多個驅(qū)動單元，連接在所述控制單元的輸出端與所述功率處理單元的驅(qū)動端口之間，用于驅(qū)動各個所述功率處理單元。通過本發(fā)明，采用多個支路并聯(lián)的方式增大電源裝置的輸出功率等級，其中，每個支路包括串聯(lián)連接的功率處理單元和輸出濾波電感，系統(tǒng)不需要采樣各個支路的電流進(jìn)行環(huán)流控制，而是采樣并聯(lián)后總的電壓、電流信號對各個支路進(jìn)行閉環(huán)控制，解決了相關(guān)技術(shù)中為了解決環(huán)流問題，需要增加額外的硬件電路和軟件控制邏輯，使系統(tǒng)變得復(fù)雜等問題，進(jìn)而可以使軟硬件控制電路得以簡化，降低成本并提高系統(tǒng)可靠性。


此處所說明的附圖用來提供對本發(fā)明的進(jìn)一步理解，構(gòu)成本申請的一部分，本發(fā)明的示意性實(shí)施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的不當(dāng)限定。在附圖中圖1為相關(guān)技術(shù)中多個功率單體并聯(lián)的逆變器系統(tǒng)框圖；圖2為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的大功率逆變器系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的大功率逆變器系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為根據(jù)本發(fā)明實(shí)例一的大功率逆變器系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為根據(jù)本發(fā)明實(shí)例二的大功率逆變器系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式圖2為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的大功率逆變器系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖2所示，該大功率逆變器系統(tǒng)包括并聯(lián)連接的多個支路(圖中示出了 η個)，每個支路包括串聯(lián)連接的功率處理單元(圖中所示的功率處理單元1、功率處理單元2...功率處理單元η)和輸出濾波電感(圖中所示的L1、L2. . . Ln)，其中，每個所述功率處理單元的輸入端均與帶中性點(diǎn)N的正負(fù)直流輸入點(diǎn)(+BUS，-BUS)相連接；電流互感器CT，其輸入端與各個輸出濾波電感的連接節(jié)點(diǎn)相連接；電流檢測反饋單元，其輸入端與電流互感器的輸出端相連接；電壓檢測反饋單元，其輸入端與大功率逆變器系統(tǒng)的輸出端相連接；控制單元，其一個輸入端連接至電流檢測反饋單元的輸出端，其另一個輸入端連接至電壓檢測反饋單元的輸出端；一個或多個驅(qū)動單元，連接在控制單元的輸出端與功率處理單元的驅(qū)動端口之間，用于驅(qū)動各個功率處理單元。上述大功率逆變器系統(tǒng)中，通過多個支路并聯(lián)的方式可以增大電源裝置的輸出功率等級。可以在每個單體內(nèi)部采用n(n ^ 2)個相同的功率支路直接并聯(lián)組成η支路并聯(lián)系統(tǒng)。系統(tǒng)不需要采樣各個支路的電流進(jìn)行環(huán)流控制，而是采樣并聯(lián)后總的電壓、電流信號對各個支路進(jìn)行閉環(huán)控制，確保了每個支路控制參數(shù)的一致性。根據(jù)需要，上述單體可以實(shí)現(xiàn)單相或三相輸出。在優(yōu)選實(shí)施過程中，如圖2所示，上述驅(qū)動單元可以與功率處理單元一一對應(yīng)，即一個驅(qū)動單元驅(qū)動一個功率處理單元。但是，在具體實(shí)施過程中，還存在一個驅(qū)動單元驅(qū)動多個功率處理單元的情況。優(yōu)選地，如圖3所示，大功率逆變器系統(tǒng)，還可以包括輸出濾波電容C，其一端連接至大功率逆變器系統(tǒng)的輸出端L，其另一端連接至中性點(diǎn)N。優(yōu)選地，上述各個功率處理單元，可以用于將來自于正負(fù)直流輸入點(diǎn)的高壓直流電轉(zhuǎn)換為高頻高壓的正弦脈寬調(diào)制(Sinusoidal Pulse Width Modulation，簡稱為SPWM) 波；之后，經(jīng)過該功率處理單元后級的輸出濾波電感和上面提到的輸出濾波電容C構(gòu)成的 LC濾波電路得到標(biāo)準(zhǔn)的正弦電源。在具體實(shí)施過程中，上述輸出濾波電感和輸出濾波電容也可以通過一個或多個串并聯(lián)的形式實(shí)現(xiàn)。
在優(yōu)選實(shí)施過程中，上述功率處理單元可以包括以下至少之一串聯(lián)連接和/或并聯(lián)連接的多個功率金屬氧化物半導(dǎo)體型場效應(yīng)管(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor，簡稱為MOSFET)；串聯(lián)連接和/或并聯(lián)連接的多個絕緣柵雙極型晶體管(Insulated Gate BipolarTransistor,簡禾爾為 IGBT)。優(yōu)選地，控制單元，用于對電流檢測反饋單元和電壓檢測反饋單元輸入的信號進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換和逆變控制處理，輸出驅(qū)動信號。在優(yōu)選實(shí)施過程中，上述控制單元可以包括但不限于以下至少之一數(shù)字信號處理器(Digital Signal Processor，簡稱為 DSP)、現(xiàn)場可編程門陣列(Field Programmable Gate Array,簡稱為FPGA)、單片機(jī)。優(yōu)選地，驅(qū)動單元包括接收子單元(圖中未示出)，用于接收來自于控制單元的驅(qū)動信號；控制子單元(圖中未示出)，用于對驅(qū)動信號經(jīng)過隔離和放大后，控制驅(qū)動單元對應(yīng)的功率處理單元的功率開關(guān)管的打開或關(guān)閉。在具體應(yīng)用中，本發(fā)明涉及的大功率逆變器系統(tǒng)可以應(yīng)用在單相或三相大功率逆變器系統(tǒng)中。以下結(jié)合圖4和圖5進(jìn)一步描述上述優(yōu)選實(shí)施方式。實(shí)例一圖4為根據(jù)本發(fā)明實(shí)例一的大功率逆變器系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖4所示，上述大功率逆變器系統(tǒng)為采用IGBT作為主功率器件構(gòu)成的兩支路并聯(lián)三相逆變器系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要包括6個半橋橋臂、高壓直流母線、輸出濾波電感、輸出濾波電容、驅(qū)動電路、DSP控制單元、三相電流檢測反饋單元和三相電壓檢測反饋單元。其中，每個逆變并聯(lián)支路(相當(dāng)于上述功率處理單元)采用半橋拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，每個橋臂中點(diǎn)接各自的輸出濾波電感，每兩個支路在輸出濾波電感后直接并聯(lián)作為一相輸出；6 個橋臂兩兩并聯(lián)實(shí)現(xiàn)了三相輸出。在每相的輸出濾波電感之后濾波電容之前接有電流互感器，用于采樣兩個并聯(lián)支路的總電感電流；在每相的輸出濾波電容之后接有電壓檢測反饋單元。每相的電感電流和輸出電壓經(jīng)采樣單元送至DSP控制單元參與閉環(huán)控制?？刂茊卧恍枰蓸用總€支路的電感電流進(jìn)行均流控制，由于每相兩個支路的電壓、電流采樣點(diǎn)相同，故經(jīng)DSP運(yùn)算處理后生成的兩個并聯(lián)支路的控制參數(shù)相同，保證了并聯(lián)支路環(huán)流最小化。在DSP控制單元的控制下，PWM驅(qū)動信號經(jīng)驅(qū)動電路隔離和功率放大后驅(qū)動IGBT 工作。每兩個并聯(lián)支路橋臂對應(yīng)位置的IGBT同時導(dǎo)通或關(guān)斷，在橋臂中點(diǎn)得到幅值為+BUS 和-BUS的高頻高壓交變電源，經(jīng)后級LC濾波電路進(jìn)行高頻濾波處理后就將前級母線上的高壓直流電變換為標(biāo)準(zhǔn)的正弦波電源。實(shí)例二圖5為根據(jù)本發(fā)明實(shí)例二的大功率逆變器系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖5所示，上述大功率逆變器系統(tǒng)為采用功率MOSFET和快恢復(fù)二極管構(gòu)成的三支路并聯(lián)單相大功率逆變器系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要包括3個逆變并聯(lián)支路和外圍的高壓直流輸入單元、DSP控制單元、驅(qū)動單元、采樣單元、LC濾波單元。其中，每個逆變并聯(lián)支路(相當(dāng)于上述功率處理單元)為一個二極管鉗位三電平逆變電路，以支路1為例，包括依次串聯(lián)在正負(fù)母線間的4個帶體內(nèi)反并聯(lián)二極管的功率MOS管VT1、VT2、VT3、VT4 ；以及連接在MOS管和中性點(diǎn)之間的鉗位二極管VD1、VD2。MOS管和鉗位二極管可以是單管或多個并聯(lián)的形式。逆變器采用電壓電流雙閉環(huán)控制，電流環(huán)使用霍爾電流互感器采樣三個支路并聯(lián)后總的電感電流；電壓環(huán)采用高阻差分運(yùn)算放大器電路對輸出電壓進(jìn)行采樣。DSP控制單元將接收到的采樣信號經(jīng)過運(yùn)算處理后生成SPWM脈沖，通過驅(qū)動單元控制相關(guān)開關(guān)管的開通和關(guān)斷，可以在橋臂中點(diǎn)得到三種電平。三個支路從各自橋臂中點(diǎn)輸出的高頻高壓SPWM波經(jīng)各自的高頻濾波電感和并聯(lián)后共用的輸出濾波電容濾波后即可得到純凈的標(biāo)準(zhǔn)正弦波。其中逆變器用正電平和零電平合成輸出正弦波的正半周，用負(fù)電平和零電平合成輸出正弦波的負(fù)半周。從上面可以看出，此逆變器三個支路電壓、電流采樣為相同的采樣點(diǎn)，故經(jīng)DSP處理后各個支路的控制參數(shù)相同，其差異僅為硬件(主要是驅(qū)動電路和開關(guān)管)差異引起的微小差異，各支路間的高頻環(huán)流較模塊間并聯(lián)小很多，不需要單獨(dú)的環(huán)流控制，自然均流即可滿足環(huán)流要求。二極管鉗位三電平逆變電路中各個功率器件只承受直流電壓的一半，即一個BUS 電壓的大小，可用耐壓較低的器件實(shí)現(xiàn)高壓輸出。與傳統(tǒng)兩電平逆變器相比，通過電平數(shù)的增加，可以減少諧波分量和噪聲，改善了輸出電壓波形質(zhì)量。通過多個逆變支路并聯(lián)進(jìn)一步增大了系統(tǒng)的輸出功率等級，在高壓中大功率場合得到了廣泛的應(yīng)用。綜上所述，借助本發(fā)明提供的上述實(shí)施例，可以通過增減并聯(lián)支路的數(shù)量靈活地實(shí)現(xiàn)單體不同功率等級的輸出，尤其是向大功率等級方向擴(kuò)展變得更加容易；同時單體內(nèi)無需均流調(diào)整控制，從而使得軟硬件控制電路得以簡化，有效降低了成本，提高了系統(tǒng)可靠性。
權(quán)利要求
1.一種大功率逆變器系統(tǒng)，其特征在于，包括并聯(lián)連接的多個支路，每個所述支路包括串聯(lián)連接的功率處理單元和輸出濾波電感， 其中，每個所述功率處理單元的輸入端均與帶中性點(diǎn)N的正負(fù)直流輸入點(diǎn)相連接； 電流互感器，其輸入端與各個所述輸出濾波電感的連接節(jié)點(diǎn)相連接； 電流檢測反饋單元，其輸入端與所述電流互感器的輸出端相連接； 電壓檢測反饋單元，其輸入端與所述大功率逆變器系統(tǒng)的輸出端相連接； 控制單元，其一個輸入端連接至所述電流檢測反饋單元的輸出端，其另一個輸入端連接至所述電壓檢測反饋單元的輸出端；一個或多個驅(qū)動單元，連接在所述控制單元的輸出端與所述功率處理單元的驅(qū)動端口之間，用于驅(qū)動各個所述功率處理單元。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大功率逆變器系統(tǒng)，其特征在于，所述大功率逆變器系統(tǒng)，還包括輸出濾波電容，其一端連接至所述大功率逆變器系統(tǒng)的輸出端，其另一端連接至所述中性點(diǎn)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大功率逆變器系統(tǒng)，其特征在于，所述功率處理單元，用于將來自于所述正負(fù)直流輸入點(diǎn)的高壓直流電轉(zhuǎn)換為高頻高壓的正弦脈寬調(diào)制信號。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的大功率逆變器系統(tǒng)，其特征在于，所述功率處理單元包括以下至少之一串聯(lián)連接和/或并聯(lián)連接的多個功率金屬氧化物半導(dǎo)體型場效應(yīng)管； 串聯(lián)連接和/或并聯(lián)連接的多個絕緣柵雙極型晶體管。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大功率逆變器系統(tǒng)，其特征在于，所述控制單元，用于對所述電流檢測反饋單元和所述電壓檢測反饋單元輸入的信號進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換和逆變控制處理，輸出驅(qū)動信號。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的大功率逆變器系統(tǒng)，其特征在于，所述控制單元包括以下至少之一數(shù)字信號處理器DSP、現(xiàn)場可編程門陣列FPGA、單片機(jī)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大功率逆變器系統(tǒng)，其特征在于，所述驅(qū)動單元包括 接收子單元，用于接收來自于所述控制單元的所述驅(qū)動信號；控制子單元，用于對所述驅(qū)動信號經(jīng)過隔離和放大后，控制所述驅(qū)動單元對應(yīng)的所述功率處理單元的功率開關(guān)管的打開或關(guān)閉。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項所述的大功率逆變器系統(tǒng)，其特征在于，所述驅(qū)動單元與所述功率處理單元一一對應(yīng)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項所述的大功率逆變器系統(tǒng)，其特征在于，所述大功率逆變器系統(tǒng)應(yīng)用于單相或三相大功率逆變器系統(tǒng)中。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種大功率逆變器系統(tǒng)，上述系統(tǒng)包括并聯(lián)連接的多個支路，每個支路包括串聯(lián)連接的功率處理單元和輸出濾波電感；電流互感器，其輸入端與各個輸出濾波電感的連接節(jié)點(diǎn)相連接；電流檢測反饋單元，其輸入端與電流互感器的輸出端相連接；電壓檢測反饋單元，其輸入端與大功率逆變器系統(tǒng)的輸出端相連接；控制單元，其一個輸入端連接至電流檢測反饋單元的輸出端，其另一個輸入端連接至電壓檢測反饋單元的輸出端；一個或多個驅(qū)動單元，連接在控制單元的輸出端與功率處理單元的驅(qū)動端口之間，用于驅(qū)動各個功率處理單元。根據(jù)本發(fā)明提供的技術(shù)方案，可以使軟硬件控制電路得以簡化，降低成本并提高系統(tǒng)可靠性。
文檔編號H02M7/539GK102480244SQ20101055780
公開日2012年5月30日 申請日期2010年11月24日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月24日
發(fā)明者王海林 申請人:中興通訊股份有限公司