一種逆變電路及電源系統的製作方法
2023-06-08 15:30:36 2
專利名稱：一種逆變電路及電源系統的製作方法
技術領域：
本發明屬於電源逆變技術領域，尤其涉及一種逆變電路及電源系統。
背景技術：
隨著電力電子技術的發展，電源逆變技術得到越來越廣泛的應用，圖l是
現有技術提供的逆變電路的模塊結構圖，包括整流器11和逆變器12，整流器 11的輸入端連接至交流電源的輸出端，將交流電源輸出的交流電壓信號進行整 流變換後輸出直流電壓信號，通過直流母線將整流器11輸出的直流電壓信號輸 送至逆變器12的輸入端，逆變器12將直流電壓信號進^f亍轉換後輸出交流電壓 信號給負載供電。這樣，交流電源必須經過兩次變換才能給負載供電，在變換 的過程中會有損耗，從而造成了逆變器的效率低。
發明內容
本發明實施例的目的在於提供一種逆變電路，旨在解決現有的逆變電路導 致逆變器效率低的問題。
本發明實施例是這樣實現的， 一種逆變電路，所述拓樸結構包括
整流器，其輸入端接收交流電源輸出的交流電壓信號，經過整流變換後輸 出直流電壓信號；以及
通過直流母線與所述整流器連接的逆變器；
所述逆變器的直流輸入端與直流母線連接；其交流輸入端與所述交流電源 的輸出端連接，將兩路輸入經過合成處理後輸出交流電壓信號給負載。
本發明實施例的另 一 目的在於提供一種採用上述逆變電路實現的電源系統。
本發明實施例提供的逆變電路採用交流電源直接引入逆變器的方式，使得 交流電源無需經過變換，直接與逆變器合成後給負載供電，提高了逆變器的效 率。
圖l是現有技術提供的逆變電路的模塊結構圖； 圖2是本發明實施例提供的逆變電路的模塊結構圖； 圖3是本發明第一實施例提供的逆變器的電路圖； 圖4是本發明第二實施例提供的逆變器的電路圖； 圖5是本發明第三實施例4是供的逆變器的電路圖。
具體實施例方式
為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實 施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅 僅用以解釋本發明，並不用於限定本發明。
本發明實施例提供的逆變電路採用交流電源直接引入逆變器的方式，使得 交流電源無需經過變換，直接與逆變器合成後給負載供電，提高了逆變器的效 率。
本發明實施例提供的逆變電路可以應用於UPS電源、穩壓電源等電源系統 中，其模塊結構如圖2所示，為了便於說明，僅示出了與本發明實施例相關的 部分，詳述如下。
逆變電路包括整流器21和逆變器22,其中，整流器21的輸入端接收交 流電源輸出的交流電壓信號，經過整流變換後輸出直流電壓信號；逆變器22 通過直流母線與整流器21連接，逆變器22的直流輸入端與直流母線連接；其 交流輸入端與交流電源的輸出端連接，將兩路輸入經過合成處理後輸出交流電 壓信號給負載。
本發明第一實施例提供的逆變器的電路如圖3所示，為了便於說明，僅示 出了與本發明第一實施例相關的部分，詳述如下。
逆變器22包括控制器30、第一可控開關31、第二可控開關32以及第三 可控開關33;其中，第一可控開關31的一端連接至直流母線的正極，其另一 端與第二可控開關32連接，其控制端連接至控制器30;第二可控開關32的一 端與第一可控開關31連接；其另一端連接至直流母線的負極，其控制端連接至 控制器30;第三可控開關33的一端連接至交流電源的輸出端，另一端連接至 第一可控開關31與第二可控開關32的連接端，其控制端連接至控制器30;控 制器30給出控制信號控制第一可控開關31、第二可控開關32以及第三可控開 關33的通斷，由第一可控開關31與第二可控開關32的連接端S輸出交流電壓 信號。
在本發明實施例中，逆變器22進一步包括濾波電路34;濾波電路34的輸 入端連接至第一可控開關31與第二可控開關32的連接端S;將第一可控開關 31與第二可控開關32的連接端S輸出的交流電壓信號濾波後輸出給負載。作 為本發明的一個實施例，逆變器22還包括電容C1、 C2,其中電容C1與電容 C2串接於直流母線正極與直流母線負極之間，且電容C1與電容C2的連接端 與零線連接。
本發明第一實施例提供的逆變器的工作原理詳述如下通過控制第一可控 開關31和第二可控開關32可以將直流母線輸出的直流電壓轉換為交流電壓。 在控制器30的控制下，第一可控開關31、第二可控開關32以及第三可控開關 33在任何時刻，只能有一個可控開關閉合。當第一可控開關31閉合時，第一 可控開關31與第二可控開關32的連接端S的電壓為正母線電壓VP;當第二 可控開關32閉合時，第一可控開關31與第二可控開關32的連接端S的電壓為 負母線電壓VN，當第三可控開關33閉合時，第一可控開關31與第二可控開 關32的連4妄端S的電壓為交流電源的電壓VI。由控制器30控制第一可控開關 31、第二可控開關32以及第三可控開關33的導通時間，從而有效的控制第一可控開關31與第二可控開關32的連接端S輸出的交流電壓的大小。再通過濾 波電路34進行濾波處理，濾掉高頻信號後輸出給負載供電。
現舉例說明第一可控開關31與第二可控開關32的連接端S的電壓與各個 可控開關的導通時間之間的關係假設在一個時間周期T內，第一可控開關31 的導通時間為Tl;第二可控開關32導通時間為T2;第三可控開關33導通時 間為T3;則第一可控開關31與第二可控開關32的連接端S最終輸出的交流電 壓VS= ( VP x T1+VN x T2+VI x T3 ) /T;即第一可控開關31與第二可控開關 32的連接端S最終輸出的交流電壓為三個輸入電壓的時間加權平均值。
在本發明實施例中，三個可控開關的控制方式4艮靈活，如果交流電源輸出 的交流電壓信號完全滿足交流電壓輸出的要求，則第一可控開關31和第二可控 開關32可以停止工作，只讓第三可控開關33導通，則交流電源通過第三可控 開關33直接給負載供電，效率大大提高。
本發明第二實施例提供的逆變器的電路如圖4所示，為了便於說明，僅示 出了與本發明第二實施例相關的部分，詳述如下。
逆變器22包括控制器40、第四可控開關41、第五可控開關42、第六可 控開關43、第七可控開關44、第一二極體D1、第二二極體D2;其中，第四可 控開關41的一端連接至直流母線的正極，其另一端與第五可控開關42連接， 其控制端連接至控制器40;第五可控開關42的一端與第四可控開關41連接， 同時還通過第一二極體Dl連接至交流電源的輸出端，其另一端與第六可控開 關43連接，其控制端連接至控制器40;第六可控開關43與第五可控開關42 連接，其另一端與第七可控開關44連接，同時通過第二二極體D2連接至交流 電源的輸出端，其控制端連接至控制器40;第七可控開關44的一端連接至第 六可控開關43的另一端，其另一端連接至直流母線的負極，其控制端連接至控 制器40;控制器40給出控制信號控制第四可控開關41、第五可控開關42、第 六可控開關43以及第七可控開關44的通斷，由第五可控開關42與第六可控開 關43的連接端S輸出交流電壓信號。
在本發明實施例中，逆變器22進一步包括濾波電路45;濾波電路45的輸 入端連接至第五可控開關42與第六可控開關43的連接端S;將第五可控開關 42與第六可控開關43的連接端S輸出的交流電壓信號濾波後輸出給負載。作 為本發明的一個實施例，逆變器22還包括電容C1、 C2，其中電容C1與電容 C2串接於直流母線正極與直流母線負極之間，且電容C1與電容C2的連接端 與零線連接。
本發明第二實施例提供的逆變器的工作原理與上述第一實施例提供的逆變 器的工作原理類似，在此不再贅述。區別在於，交流電源的輸出端通過第一二 極管Dl和第二二極體D2分別連接至第四可控開關41與第五可控開關42的連 接端Sl以及第六可控開關43與第七可控開關44的連接端S2;第一二極體Dl 和第二二極體D2反向並聯，同一時刻， 一個二極體導通，另一個二極體處於 截止狀態；那麼二極體的的正反向壓降就會被鉗制在二極體正嚮導通壓降 0.5-0.7V以下，從而達到保護電路的目的。
控制器40控制四個可控開關的通斷，在第五可控開關42與第六可控開關 43的連接端S的電壓只有三種狀態，當第四可控開關41和第五可控開關42導 通，第六可控開關43和第七可控開關44斷開時，第五可控開關42與第六可控 開關43的連接端S的電壓為正母線電壓VP;當第六可控開關43和第七可控 開關44導通，第四可控開關41和第五可控開關42斷開時，第五可控開關42 與第六可控開關43的連接端S的電壓為負母線電壓VN;當第四可控開關41 和第七可控開關44斷開，第五可控開關42和第六可控開關43交替導通時，第 五可控開關42與第六可控開關43的連接端S的電壓為交流電源的電壓VI，與 第一實施例提供的逆變器類似，第五可控開關42與第六可控開關43的連接端 S最終輸出的交流電壓為三個輸入電壓的時間加權平均值。
同樣，四個可控開關的的導通有4艮多種組合方式，如果交流電源輸出的交 流電壓信號完全滿足交流電源輸出的要求，則交流電源通過第五可控開關42 和第六可控開關43直接給負載供電，效率大大提高。
本發明第三實施例提供的逆變器的電路如圖5所示，為了便於說明，僅示 出了與本發明第三實施例相關的部分，詳述如下。
逆變器22包括控制器50、第八可控開關51、第九可控開關52、第十可 控開關53、第十一可控開關54、第十二可控開關55;其中，第八可控開關51 的一端連接至直流母線的正極，其另一端與第九可控開關52連接，其控制端連 接至控制器50;第九可控開關52的一端與第八可控開關51連接，其另一端連 接至直流母線的負極，其控制端連接至控制器50;第八可控開關51和第九可 控開關52的連接端Sl連接至零線。第十可控開關53的一端連接至直流母線的 正極，其另一端與第十一可控開關54連接，其控制端連接至控制器50;第十 一可控開關54的一端與第十可控開關53連接，其另一端連接至直流母線的負 極，其控制端連接至控制器50;第十二可控開關55的一端連接至交流電源的 輸出端，其另一端連接至第十可控開關53與第十一可控開關54的連接端S, 其控制端連接至控制器50。控制器50給出控制信號控制第八可控開關51、第 九可控開關52、第十可控開關53、第十一可控開關54以及第十二可控開關55 的通斷，由第十可控開關53與第十一可控開關54的連接端S輸出交流電壓信 號給負載供電。
作為本發明的一個實施例，逆變器22還包括電容C，電容C連接至直流 母線正極與直流母線負極之間。
本發明第三實施例提供的逆變器的工作原理與上述第一實施例提供的逆變 器的工作原理類似，在此不再贅述。
作為本發明的 一個實施例，文中提到的所有可控開關均可以為三極體、 MOS管、IGBT、 IGCT、 SCR等半導體開關或者其並聯或串聯的形式。
在本發明實施例中，可以將逆變器22並聯使用，從而實現單相、兩相、三 相以及多相逆變器。
本發明實施例提供的逆變電路採用交流電源直接引入逆變器的方式，使得 交流電源無需經過變換，直接與逆變器合成後給負載供電，提高了逆變器的效率。
以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，並不用以限制本發明，凡在本發 明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明 的保護範圍之內。
權利要求
1、一種逆變電路，其特徵在於，所述逆變電路包括整流器，其輸入端接收交流電源輸出的交流電壓信號，經過整流變換後輸出直流電壓信號；以及通過直流母線與所述整流器連接的逆變器；所述逆變器的直流輸入端與直流母線連接；其交流輸入端與所述交流電源的輸出端連接，將兩路輸入經過合成處理後輸出交流電壓信號給負載。
2、 如權利要求1所述的逆變電路，其特徵在於，所述逆變器包括 控制器、第一可控開關、第二可控開關以及第三可控開關； 所述第一可控開關的一端連接至所述直流母線的正極，其另一端與所述第二可控開關連接，其控制端連接至所述控制器；所述第二可控開關的一端與所述第一可控開關連接；其另一端連接至所述 直流母線的負極，其控制端連接至所述控制器；所述第三可控開關的一端連接至所述交流電源的輸出端，另一端連接至所 述第一可控開關與所述第二可控開關的連接端，其控制端連接至所述控制器；所述控制器給出控制信號控制所述第一可控開關、第二可控開關以及第三 可控開關的通斷，由所述第一可控開關與所述第二可控開關的連接端輸出交流 電壓信號。
3、 如權利要求2所述的逆變電路，其特徵在於，所述逆變器還包括 濾波電路，其輸入端連接至所述第一可控開關與所述第二可控開關的連接端，將所述第一可控開關與所述第二可控開關的連接端輸出的交流電壓信號濾 波後輸出給負載。
4、 如權利要求2所述的逆變電路，其特徵在於，所述第一可控開關、第二 可控開關或第三可控開關為半導體開關或半導體開關並聯或串聯而成的開關。
5、 如權利要求1所述的逆變電路，其特徵在於，所述逆變器包括 控制器、第四可控開關、第五可控開關、第六可控開關、第七可控開關、第一二極體、第二二極體；所述第四可控開關的一端連接至所述直流母線的正;f及，其另一端與所述第 五可控開關連接，其控制端連接至所述控制器；所述第五可控開關的一端與所述第四可控開關連接，同時還通過所述第一 二極體連接至所述交流電源的輸出端，其另一端與所述第六可控開關連接，其 控制端連接至所述控制器；所述第六可控開關的一端與所述第五可控開關連接，其另一端與所述第七 可控開關連接，同時通過所述第二二極體連接至所述交流電源的輸出端，其控 制端連接至所述控制器；所述第七可控開關的一端與所述第六可控開關連接，其另一端連接至所述 直流母線的負極，其控制端連接至所述控制器；所述控制器給出控制信號控制所述第四可控開關、第五可控開關、第六可 控開關以及第七可控開關的通斷，由所述第五可控開關與所述第六可控開關的 連接端輸出交流電壓信號。
6、 如權利要求5所述的逆變電路，其特徵在於，所述逆變器還包括濾波 電路，其輸入端連接至所述第五可控開關與所述第六可控開關的連接端，將所 述第五可控開關與所述第六可控開關的連接端輸出的交流電壓信號濾波後輸出 給負載。
7、 如權利要求5所述的逆變電路，其特徵在於，所述第四可控開關、第五 可控開關、第六可控開關或第七可控開關為半導體開關或半導體開關並聯或串 聯而成的開關。
8、 如權利要求1所述的逆變電路，其特徵在於，所述逆變器包括 控制器、第八可控開關、第九可控開關、第十可控開關、第十一可控開關、第十二可控開關；所述第八可控開關的一端連接至直流母線的正才及，其另一端與所述第九可 控開關連接，其控制端連接至所述控制器；所述第九可控開關的一端與所述第八可控開關連接，其另一端連接至直流母線的負極，其控制端連接至所述控制器；所述第八可控開關與所述第九可控 開關的連接端連接至零線；所述第十可控開關的一端連接至直流母線的正極，其另一端與所述第十一 可控開關連接，其控制端連接至所述控制器；所述第十一可控開關的一端與所述第十可控開關連4妻，其另一端連接至直 流母線的負極，其控制端連接至所述控制器；所述第十二可控開關的一端連接至所述交流電源的輸出端，其另一端連接 至所述第十可控開關與所述笫十一可控開關的連"t秦端，其控制端連接至所述控 制器；所述控制器給出控制信號控制所述第八可控開關、第九可控開關、第十可 控開關、第十一可控開關以及第十二可控開關的通斷，由所述第十可控開關與 所述第十 一可控開關的連接端輸出交流電壓信號。
9、 如權利要求8所述的逆變電路，其特徵在於，所述逆變器還包括一連接 至直流母線的正極與直流母線負極之間的電容。
10、 一種採用權利要求1的逆變電路實現的電源系統。
全文摘要
本發明適用於電源逆變技術領域，提供了一種逆變電路及電源系統，包括整流器，其輸入端接收交流電源輸出的交流電壓信號，經過整流變換後輸出直流電壓信號；以及通過直流母線與所述整流器連接的逆變器；所述逆變器的直流輸入端與直流母線連接；其交流輸入端與所述交流電源的輸出端連接，將兩路輸入經過合成處理後輸出交流電壓信號給負載。本發明提供的逆變電路採用交流電源直接引入逆變器的方式，使得交流電源無需經過變換，直接與逆變器合成後給負載供電，提高了逆變器的效率。
文檔編號H02M7/48GK101340158SQ200810067869
公開日2009年1月7日 申請日期2008年6月17日 優先權日2008年6月17日
發明者璞 李 申請人:璞 李