本發(fā)明涉及電力電子技術(shù)領(lǐng)域，具體而言，涉及一種單相正弦波逆變器及其控制方法。

背景技術(shù)：

單相正弦波逆變器是把直流變成單相正弦波交流的逆變器，輸出交流是正弦波。傳統(tǒng)單相正弦波逆變器電路原理如圖1所示，其中，l1、s5、d5、c組成boost升壓電路，以滿足輸出ac的電壓；s1、d1、s2、d2、s3、d3、s4、d4組成逆變電路，以將直流電逆變成滿足要求的交流電輸出。

上述電路中，s1、d1、s2、d2、s3、d3、s4、d4組成的逆變電路工作時，有單極性調(diào)制和雙極性調(diào)制之分。單極性調(diào)制時，兩個晶體管高頻開關(guān)，另外兩個晶體管工頻開關(guān)，并且需要功率濾波電感(圖1中的l2、l3)把逆變電流濾波成正弦波輸出；雙極性調(diào)制時，四個晶體管全高頻開關(guān)，并且同樣需要功率濾波電感(圖1中的l2、l3)把逆變電流濾波成正弦波輸出。

傳統(tǒng)單相正弦波逆變器中的逆變電路部分，不管是單極性調(diào)制和雙極性調(diào)制，逆變部分至少有兩個晶體管工作在高頻開關(guān)，并且需要功率濾波電感濾波電流。因為晶體管工作在高頻開關(guān)時，會降低效率。功率濾波電感濾波逆變電流也會降低效率，并且還會增加成本和帶來發(fā)熱問題。

針對相關(guān)技術(shù)中單相正弦波逆變器效率低的問題，目前尚未提出有效地解決方案。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供了一種單相正弦波逆變器及其控制方法，以至少解決現(xiàn)有技術(shù)中單相正弦波逆變器效率低的問題。

為解決上述技術(shù)問題，根據(jù)本公開實施例的一個方面，本發(fā)明提供了一種單相正弦波逆變器，包括：升壓控制電路，與輸入直流電壓連接，用于將輸入直流電壓升壓為滿足所需輸出電壓伏值的半正弦饅頭波形的電壓，其中，半正弦饅頭波形為將正弦波形后半周期進(jìn)行180度相位翻轉(zhuǎn)后對應(yīng)的波形；

換向控制電路，與升壓控制電路連接，用于將升壓控制電路輸出的半正弦饅頭波形進(jìn)行換向，以輸出正弦波形的單相正弦波交流電。

進(jìn)一步地，升壓控制電路包括：第一電感l(wèi)1、第二電感l(wèi)2、第一電容c1、第二電容c2、第三電容c3、第四電容c4、第五晶體管s5、第六晶體管s6、第一二極管d1以及第二二極管d2，其中，

第一電感l(wèi)1的第一端分別與輸入直流電壓vdc的正極、第三電容c3的第一端連接，第一電感l(wèi)1的第二端分別與第一二極管d1的正極、第五晶體管s5的第一端連接；

第三電容c3的第二端與第四電容c4的第一端，并連接至第一節(jié)點，第五晶體管s5的第二端、第六晶體管s6的第一端連接至第一節(jié)點；

第一電容c1的第一端與第一二極管d1的負(fù)極連接，第一電容c1的第二端與第二電容c2的第一端連接，并連接至第一節(jié)點，第二電容c2的第二端與第二二極管d2的正極連接；

第二電感l(wèi)2的第一端分別與輸入直流電壓vdc的負(fù)極、第四電容c4的第二端連接，第二電感l(wèi)2的第二端分別與第六晶體管s6的第二端、第二二極管d2的負(fù)極連接。

進(jìn)一步地，換向控制電路包括：第一晶體管s1、第二晶體管s2、第三晶體管s3以及第四晶體管s4，其中，

第一晶體管s1的第一端分別與第一二極管d1的負(fù)極、第一電容c1的第一端連接，第一晶體管s1的第二端與第三晶體管的第一端連接，并連接至換向控制電路的第一輸出端，第三晶體管的第二端分別與第二電容c2的第二端、第二二極管d2的正極連接，并連接至第四晶體管s4的第二端；

第二晶體管s2的第一端與第一晶體管s1的第一端連接，第二晶體管s2的第二端與第四晶體管s4的第一端連接，并連接至換向控制電路的第二輸出端。

進(jìn)一步地，第一二極管d1和/或第二二極管d2為快恢復(fù)二極管。

進(jìn)一步地，第一晶體管s1和/或第二晶體管s2為晶閘管。

進(jìn)一步地，第五晶體管s5和/或第六晶體管s6為場效應(yīng)晶體管。

進(jìn)一步地，第三晶體管s3和/或第四晶體管s4為場效應(yīng)晶體管。

根據(jù)本公開實施例的另一方面，提供了一種單相正弦波逆變器的控制方法，該方法包括：控制升壓控制電路中第五晶體管s5、第六晶體管s6高頻交錯工作；控制換向控制電路中第一晶體管s1和第四晶體管s4同時序開通與關(guān)斷，控制換向控制電路中第二晶體管s2和第三晶體管s3同時序開通與關(guān)斷。

進(jìn)一步地，控制換向控制電路中第一晶體管s1和第四晶體管s4同時序開通與關(guān)斷，控制換向控制電路中第二晶體管s2和第三晶體管s3同時序開通與關(guān)斷，包括：在升壓控制電路輸出電壓伏值的半正弦饅頭波形的第n個半正弦饅頭波形時，控制第一晶體管s1和第四晶體管s4開通，第二晶體管s2和第三晶體管s3關(guān)斷；在升壓控制電路輸出電壓伏值的半正弦饅頭波形的第n+1個半正弦饅頭波形時，控制第一晶體管s1和第四晶體管s4關(guān)斷，第二晶體管s2和第三晶體管s3開通，其中，n為自然數(shù)。

進(jìn)一步地，該方法還包括：控制換向控制電路輸出的單相正弦波交流電為低頻，第一晶體管s1、第二晶體管s2、第三晶體管s3以及第四晶體管s4與換向控制電路輸出的單相正弦波交流電同頻率工作。

在本發(fā)明中，對傳統(tǒng)的單相正弦波逆變器中boost升壓電路進(jìn)行改進(jìn)，提供一種升壓控制電路，輸入直流電壓vdc經(jīng)過此升壓控制電路，得到能滿足單相正弦波交流輸出的半正弦饅頭波，然后經(jīng)過換向控制電路進(jìn)行換向，輸出正弦波的單相正弦波交流電。這種電路結(jié)構(gòu)省去傳統(tǒng)單相正弦波逆變器功率濾波電感，改善了現(xiàn)有技術(shù)中單相正弦波逆變器效率低的問題，提高效率的同時，降低成本，減小體積。

附圖說明

圖1是現(xiàn)有技術(shù)中單相正弦波逆變器的一種可選的電路結(jié)構(gòu)圖；

圖2是根據(jù)本發(fā)明實施例的單相正弦波逆變器的一種可選的結(jié)構(gòu)框圖；

圖3是根據(jù)本發(fā)明實施例的單相正弦波逆變器的一種可選的電路結(jié)構(gòu)圖；

圖4是根據(jù)本發(fā)明實施例的單相正弦波逆變器的一種可選的電路分析圖；以及

圖5是根據(jù)本發(fā)明實施例的單相正弦波逆變器的另一種可選的電路分析圖。

具體實施方式

這里將詳細(xì)地對示例性實施例進(jìn)行說明，其示例表示在附圖中。下面的描述涉及附圖時，除非另有表示，不同附圖中的相同數(shù)字表示相同或相似的要素。以下示例性實施例中所描述的實施方式并不代表與本發(fā)明相一致的所有實施方式。相反，它們僅是與如所附權(quán)利要求書中所詳述的、本發(fā)明的一些方面相一致的裝置和方法的例子。

實施例1

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明提供的單相正弦波逆變器進(jìn)行說明。

圖2示出本發(fā)明的單相正弦波逆變器的一種可選的電路結(jié)構(gòu)圖，其中，單相正弦波逆變器包括升壓控制電路10，與輸入直流電壓vdc連接，用于將輸入直流電壓升壓為滿足所需輸出電壓伏值的半正弦饅頭波形的電壓，其中，半正弦饅頭波形為將正弦波形后半周期進(jìn)行180度相位翻轉(zhuǎn)后對應(yīng)的波形；換向控制電路20，與升壓控制電路10連接，用于將升壓控制電路輸出的半正弦饅頭波形進(jìn)行換向，以輸出正弦波形的單相正弦波交流電。

在本發(fā)明中，對傳統(tǒng)的單相正弦波逆變器中boost升壓電路進(jìn)行改進(jìn)，提供一種升壓控制電路，輸入直流電壓vdc經(jīng)過此升壓控制電路，得到能滿足單相交流輸出的半正弦饅頭波，然后經(jīng)過換向控制電路進(jìn)行換向，輸出正弦波的單相正弦波交流電壓。這種電路結(jié)構(gòu)省去傳統(tǒng)單相正弦波逆變器功率濾波電感，改善了現(xiàn)有技術(shù)中單相正弦波逆變器效率低的問題，提高效率的同時，降低成本，減小體積。

在本申請的一個可選的實施方式中，還提供了一種上述升壓控制電路的具體實現(xiàn)方式，具體來說，如圖3所示，升壓控制電路包括：第一電感l(wèi)1、第二電感l(wèi)2、第一電容c1、第二電容c2、第三電容c3、第四電容c4、第五晶體管s5、第六晶體管s6、第一二極管d1以及第二二極管d2，其中，

第一電感l(wèi)1的第一端分別與輸入直流電壓vdc的正極、第三電容c3的第一端連接，第一電感l(wèi)1的第二端分別與第一二極管d1的正極、第五晶體管s5的第一端連接；

第三電容c3的第二端與第四電容c4的第一端，并連接至第一節(jié)點，第五晶體管s5的第二端、第六晶體管s6的第一端連接至第一節(jié)點；

第一電容c1的第一端與第一二極管d1的負(fù)極連接，第一電容c1的第二端與第二電容c2的第一端連接，并連接至第一節(jié)點，第二電容c2的第二端與第二二極管d2的正極連接；

第二電感l(wèi)2的第一端分別與輸入直流電壓vdc的負(fù)極、第四電容c4的第二端連接，第二電感l(wèi)2的第二端分別與第六晶體管s6的第二端、第二二極管d2的負(fù)極連接。

上述升壓控制電路，輸入直流電壓vdc經(jīng)過此升壓控制電路，得到能滿足單相正弦波交流輸出的半正弦饅頭波，結(jié)構(gòu)簡單，效果良好，同時，在進(jìn)行控制時，使s5、s6高頻交錯工作，可減小母線電壓高頻紋波。

在本申請的又一個可選的實施方式中，還提供了一種上述換向控制電路的具體實現(xiàn)方式，具體來說，如圖3所示，換向控制電路包括：第一晶體管s1、第二晶體管s2、第三晶體管s3以及第四晶體管s4，其中，

第一晶體管s1的第一端分別與第一二極管d1的負(fù)極、第一電容c1的第一端連接，第一晶體管s1的第二端與第三晶體管的第一端連接，并連接至換向控制電路的第一輸出端，第三晶體管的第二端分別與第二電容c2的第二端、第二二極管d2的正極連接，并連接至第四晶體管s4的第二端；

第二晶體管s2的第一端與第一晶體管s1的第一端連接，第二晶體管s2的第二端與第四晶體管s4的第一端連接，并連接至換向控制電路的第二輸出端。

在上述換向控制電路中，由于全橋四個開關(guān)管只實現(xiàn)換向，四個開關(guān)管均工作在低頻，這樣逆變器效率提高。同時省去功率濾波電感，逆變器效率提高，成本降低，體積減小。

下面結(jié)合圖4和圖5對上述方案進(jìn)行進(jìn)一步的說明，以便更好的理解本申請：

圖4將圖3中的單相正弦波逆變器電路結(jié)構(gòu)進(jìn)行了劃分，其中，a部分電路為升壓控制電路，包括：第一電感l(wèi)1、第二電感l(wèi)2、第一電容c1、第二電容c2、第三電容c3、第四電容c4、第五晶體管s5、第六晶體管s6、第一二極管d1以及第二二極管d2；其中，晶體管s5、s6高頻交錯工作，可減小母線電壓高頻紋波。b部分電路為換向控制電路，包括：第一晶體管s1、第二晶體管s2、第三晶體管s3以及第四晶體管s4。

其中，本發(fā)明為輸入為直流電vdc，輸出為正弦波交流電ac。本發(fā)明整體工作原理為：輸入vdc經(jīng)過a電路，得到能滿足ac輸出的半正弦饅頭波。然后經(jīng)過b電路，輸出正弦波ac。

具體工作過程分析參見圖5：

圖5中示出晶體管s5和s6驅(qū)動波形，其中，晶體管s5、s6采用高頻交錯工作，在經(jīng)過a電路之后，輸出的波形圖為半正弦饅頭波，半正弦饅頭波形為將正弦波形后半周期進(jìn)行180度相位翻轉(zhuǎn)后對應(yīng)的波形(參見圖5中經(jīng)過a后的波形圖)；然后，通過控制換向控制電路b中的晶體管，完成最終所需輸出的正弦波形的單相正弦波交流電(參見圖5中經(jīng)過b后的波形圖)。圖5中下半部分示出s1、s4，s2、s3的驅(qū)動波形，其均采用低頻工作。

在進(jìn)行控制時，s1、s4同時序開通與關(guān)斷，s2、s3同時序開通與關(guān)斷。在b電路前，母線電壓已是半正弦饅頭波。在第一個半正弦饅頭波時，s1、s4開通，s2、s3關(guān)斷，s1、s4與與半正弦饅頭波同相位和同頻率，輸出正弦波ac正半周。在第二個半正弦饅頭波時，s2、s3開通，s1、s4關(guān)斷，s2、s3與與半正弦饅頭波同相位和同頻率，輸出正弦波ac負(fù)半周。這樣得到正弦波ac。

這樣省去了濾波電感，提高效率。同時大多數(shù)單相正弦波逆變器輸出ac頻率是低頻，如電網(wǎng)50hz等。由于s1、s2、s3、s4與輸出正弦波ac同頻率工作，這樣s1、s2、s3、s4均為低頻開關(guān)工作，這樣也很大提高了效率。

在上述實施方式中，對boost改進(jìn)設(shè)計成新的升壓電路，輸入直流vdc經(jīng)過此電路，得到能滿足ac輸出的半正弦饅頭波，然后經(jīng)過全橋四個開關(guān)管換向，輸出正弦波ac電壓。由于全橋四個開關(guān)管只實現(xiàn)換向，四個開關(guān)管均工作在低頻，這樣逆變器效率提高。同時省去功率濾波電感(圖1中電感l(wèi)2、l3)，逆變器效率提高，成本降低，體積減小。

實施例2

基于上述實施例1中提供的單相正弦波逆變器，本發(fā)明可選的實施例2還提供了一種單相正弦波逆變器的控制方法，該方法包括：控制升壓控制電路中第五晶體管s5、第六晶體管s6高頻交錯工作；控制換向控制電路中第一晶體管s1和第四晶體管s4同時序開通與關(guān)斷，控制換向控制電路中第二晶體管s2和第三晶體管s3同時序開通與關(guān)斷。

進(jìn)一步地，控制換向控制電路中第一晶體管s1和第四晶體管s4同時序開通與關(guān)斷，控制換向控制電路中第二晶體管s2和第三晶體管s3同時序開通與關(guān)斷，包括：在升壓控制電路輸出電壓伏值的半正弦饅頭波形的第n個半正弦饅頭波形(圖5中0～t/2周期段的饅頭波)時，控制第一晶體管s1和第四晶體管s4開通，第二晶體管s2和第三晶體管s3關(guān)斷；在升壓控制電路輸出電壓伏值的半正弦饅頭波形的第n+1個半正弦饅頭波形(圖5中t/2～t周期段的饅頭波)時，控制第一晶體管s1和第四晶體管s4關(guān)斷，第二晶體管s2和第三晶體管s3開通，其中，n為自然數(shù)。

進(jìn)一步地，該方法還包括：控制換向控制電路輸出的單相正弦波交流電為低頻，第一晶體管s1、第二晶體管s2、第三晶體管s3以及第四晶體管s4與換向控制電路輸出的單相正弦波交流電同頻率工作。

在上述實施方式中，對傳統(tǒng)的單相正弦波逆變器中boost升壓電路進(jìn)行改進(jìn)，提供一種升壓控制電路，輸入直流電壓vdc經(jīng)過此升壓控制電路，得到能滿足單相正弦波交流輸出的半正弦饅頭波，然后經(jīng)過換向控制電路進(jìn)行換向，輸出正弦波的單相正弦波交流電壓。這種電路結(jié)構(gòu)省去傳統(tǒng)單相正弦波逆變器功率濾波電感，改善了現(xiàn)有技術(shù)中單相正弦波逆變器效率低的問題，提高效率的同時，降低成本，減小體積。

本領(lǐng)域技術(shù)人員在考慮說明書及實踐這里公開的發(fā)明后，將容易想到本發(fā)明的其它實施方案。本申請旨在涵蓋本發(fā)明的任何變型、用途或者適應(yīng)性變化，這些變型、用途或者適應(yīng)性變化遵循本發(fā)明的一般性原理并包括本發(fā)明未發(fā)明的本技術(shù)領(lǐng)域中的公知常識或慣用技術(shù)手段。說明書和實施例僅被視為示例性的，本發(fā)明的真正范圍和精神由下面的權(quán)利要求指出。

應(yīng)當(dāng)理解的是，本發(fā)明并不局限于上面已經(jīng)描述并在附圖中示出的精確結(jié)構(gòu)，并且可以在不脫離其范圍進(jìn)行各種修改和改變。本發(fā)明的范圍僅由所附的權(quán)利要求來限制。