全桥逆变器驱动方法及全桥逆变器

摘要

本发明实施例公开了一种全桥逆变器驱动方法，包括：根据正弦调制信号调制生成全桥逆变器的第一桥臂上的开关管的脉冲驱动信号和全桥逆变器的第二桥臂上的开关管的脉冲驱动信号，并且将第二桥臂上的开关管的脉冲驱动信号相对于第一桥臂上的开关管的脉冲驱动信号错开预设角度，其中，该预设角度大于0°且小于360°；将第一桥臂上的开关管的驱动信号和第二桥臂上的开关管的驱动信号分别输入到相应的开关管驱动端，控制相应的开关管的开通或关断。本发明能有效降低逆变器输出电压谐波的大小。

说明书

技术领域

本发明涉及开关电源领域，具体涉及全桥逆变器驱动方法及全桥逆变器。

背景技术

目前常见的逆变器调制方法是正弦脉宽调制（Sinusoidal Pulse Width  Modulation，SPWM）和空间矢量脉宽调制（Space Vector Pulse Width Modulation， SVPWM）。SPWM和SVPWM的都是利用电压冲量等效原理，通过载波与调制 波比较或矢量合成生成逆变器开关器件的高频脉冲驱动信号，驱动开关器件的 开通或关断，从而在逆变器输出端生成与正弦波等效的脉冲宽度调制 （Pulse-Width Modulation，PWM）波，PWM波经滤波器滤波后输出正统波到负 载。

当前的调制方式中，逆变器输出的PWM波电压谐波大，需要采用电感-电 容-电感（LCL）滤波器滤除谐波中的高频成分。LCL滤波器成本较高，且会引 入LCL谐振问题。

发明内容

本发明实施例提供了一种全桥逆变器驱动方法及全桥逆变器，输出电压谐 波小。

本申请第一方面提供一种全桥逆变器驱动方法，包括：

根据正弦调制信号调制生成所述全桥逆变器的第一桥臂上的开关管的脉冲 驱动信号和所述全桥逆变器的第二桥臂上的开关管的脉冲驱动信号，并且所述 第二桥臂上的开关管的脉冲驱动信号的相位相对于所述第一桥臂上的开关管的 脉冲驱动信号的相位错开预设角度，其中，所述预设角度大于0°且小于360°；

将所述第一桥臂上的开关管的脉冲驱动信号和所述第二桥臂上的开关管的 脉冲驱动信号分别输入到相应的开关管驱动端，控制相应的开关管的开通或关 断。

在本申请第一方面的第一种可能的实现方式中，所述的根据正弦调制信号 调制生成所述全桥逆变器的第一桥臂上的开关管的脉冲驱动信号和所述全桥逆 变器的第二桥臂上的开关管的脉冲驱动信号，并且所述第二桥臂上的开关管的 脉冲驱动信号的相位相对于所述第一桥臂上的开关管的脉冲驱动信号的相位错 开一个预设角度，包括：

将第一正弦调制信号与第一载波比较生成第一桥臂上的开关管的脉冲驱动 信号，将第二正弦调制信号与第二载波比较生成第二桥臂上的开关管的脉冲驱 动信号，其中，所述第二载波的相位相对于所述第一载波的相位错开预设角度， 所述第二正弦调制信号的相位与所述第一正弦调制信号的相位相差180°。

结合本申请第一方面的第一种可能的实现方式，在第二种可能的实现方式 中，所述第一载波和所述第二载波为三角波或锯齿波。

在本申请第一方面的第三种可能的实现方式中，所述的根据正弦调制信号 调制生成所述全桥逆变器的第一桥臂上的开关管的脉冲驱动信号和所述全桥逆 变器的第二桥臂上的开关管的脉冲驱动信号，并且所述第二桥臂上的开关管的 脉冲驱动信号的相位对于所述第一桥臂上的开关管的驱动信号的相位错开一个 预设角度，包括：

根据正弦调制信号利用空间矢量合成方法计算出第一桥臂上的开关管的脉 冲驱动信号的第一占空比和第二桥臂上的开关管的脉冲驱动信号的第二占空 比，根据所述第一占空比生成所述第一桥臂上的开关管的脉冲驱动信号，根据 所述第二占空比生成所述第二桥臂上的开关管的脉冲驱动信号，并且所述第二 桥臂上的开关管的脉冲驱动信号的相位相对于述第一桥臂上的开关管的脉冲驱 动信号的相位错开预设角度。

结合本申请第一方面、第一方面的第一种可能的实现方式、第一方面的第 二种可能的实现方式或第一方面的第三种可能的实现方式，在第四种可能的实 现方式中所述全桥逆变器为单相二电平全桥逆变器、单相多电平全桥逆变器、 三相串联二电平全桥逆变器或三相串联多电平全桥逆变器。

本申请第二方面提供一种全桥逆变器，包括：

调制电路，根据正弦调制信号调制生成所述全桥逆变器的第一桥臂上的开 关管的脉冲驱动信号和所述全桥逆变器的第二桥臂上的开关管的脉冲驱动信 号，并且所述第二桥臂上的开关管的脉冲驱动信号的相位相对于所述第一桥臂 上的开关管的脉冲驱动信号的相位错开预设角度，其中，所述预设角度大于0° 且小于360°，所述调制电路的脉冲信号输出端连接至驱动电路的输入端；

所述驱动电路，将所述调制电路输出的所述第一桥臂上的开关管的脉冲驱 动信号和所述第二桥臂上的开关管的脉冲驱动信号分别输入到相应的开关管驱 动端，控制相应的开关管的开通或关断。

在本申请第二方面的第一种可能的实现方式中，，所述调制电路包括：

调制信号发生器，用于产生第一正弦调制信号和第二正弦调制信号；

第一载波发生器，用于将所述调制信号发生器产生的第一正弦调制信号与 第一载波比较生成所述第一桥臂上的开关管的脉冲驱动信号；

第二载波发生器，用于将所述调制信号发生器产生的第二正弦调制信号与 第二载波比较生成所述第二桥臂上的开关管的脉冲驱动信号，其中，所述第二 载波的相位相对于所述第一载波的相位错开预设角度，所述第二正弦调制信号 的相位与所述第一正弦调制信号的相位相差180°。

结合本申请第一方面的第一种可能的实现方式，在第二种可能的实现方式 中，所述第一载波和所述第二载波为三角波或锯齿波。

在本申请第二方面的第三种可能的实现方式中，，所述调制电路包括：

计算器，用于根据正弦调制信号利用空间矢量合成方法计算出第一桥臂上 的开关管的脉冲驱动信号的第一占空比和第二桥臂上的开关管的脉冲驱动信号 的第二占空比；

信号发生器，用于根据所述计算器得出的所述第一占空比生成所述第一桥 臂上的开关管的脉冲驱动信号，根据所述第二占空比生成所述第二桥臂上的开 关管的脉冲驱动信号，并且所述第二桥臂上的开关管的脉冲驱动信号相对于述 第一桥臂上的开关管的脉冲驱动信号错开预设角度。

结合本申请第二方面、第二方面的第一种可能的实现方式、第二方面的第 二种可能的实现方式或第二方面的第三种可能的实现方式，在第四种可能的实 现方式中，所述全桥逆变器为单相二电平逆变器、单相多电平逆变器、三相串 联二电平逆变器或三相串联多电平逆变器。

本发明通过将全桥逆变器两桥臂上的开关管的驱动脉冲错开一个任意角 度，使得输出滤波电感两端承受的等效电压减小，从而有效降低了输出电压谐 波大小，逆变器的输出可以采用单电感L滤波器替代LCL滤波器，提高了系统 稳定性，且降低了成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明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 中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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获得其他的附图。

图1是三相三电平半桥逆变器的主电路图；

图2是图1逆变器的调制波形图；

图3是本发明实施例提供的一种全桥逆变器驱动方法的流程图；

图4是载波波形图；

图5是移相载波驱动信号波形图；

图6是三相串联三电平全桥逆变器主电路图。

图7是载波未进行相移时的逆变器输出电流仿真波形图；

图8是载波进行相移时的逆变器输出电流仿真波形图；

图9是本发明实施例提供的一种全桥逆变器的结构图；

图10是本发明实施例提供的另一种全桥逆变器的结构图；

图11是本发明实施例提供的再一种全桥逆变器的结构图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是 全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

目前多电平逆变器的SPWM调制方式一般为载波层叠PWM调制方式。载 波层叠PWM调制方式是直接从两电平SPWM法发展而来的，对于n电平而言 采用n-1个幅值和频率相同的三角载波，分成两层上下连续层叠，且两组载波对 称分布于同一调制波的正负半周，与同一调制波进行调制，在采样时刻根据调 制波与各个三角载波的比较结果输出不同的电平。例如，如图1所示的三相三 电平半桥逆变器的主电路图，为了实现从DC/AC或AC/DC的能力转换，需要 控制逆变器电路的电力电子开关器件如IGBT的开通关断实现DC/AC的PWM 调制，三电平SPWM调制方法如图2所示，将正弦调制信号S_x与两个三角载波 T_r1、T_r2相比较，产生V_x1、V_x4驱动信号，驱动开关器件IGBT的开通与关断， 用调制出的脉冲波去等效模拟正弦或其他形状的调制信号。

请参考图3，图3是本发明实施例提供的一种全桥逆变器驱动方法的流程图， 包括：

101、根据正弦调制信号调制生成全桥逆变器的第一桥臂上的开关管的脉冲 驱动信号和全桥逆变器的第二桥臂上的开关管的脉冲驱动信号，并且第二桥臂 上的开关管的脉冲驱动信号的相位相对于第一桥臂上的开关管的驱动信号的相 位错开预设角度，其中，该预设角度大于0°且小于360°。

其中，根据调制信号调制生成开关管的脉冲驱动信号的方法可以为SPWM， 或SVPWM，SPWM和SVPWM调制方式这里不再赘述。

102、将第一桥臂上的开关管的脉冲驱动信号和第二桥臂上的开关管的脉冲 驱动信号分别输入到相应的开关管驱动端，控制相应的开关管的开通或关断。

其中，若开关管直接通过调制得到的信号驱动则开关管驱动端为各开关管 的驱动引脚，如MOSFET管的栅极引脚；若开关管通过驱动电路驱动，则开关 管的驱动端为驱动电路的脉冲信号输入端。

可选地，若调制方式为SPWM调制，则上述的根据正弦调制信号调制生成 全桥逆变器的第一桥臂上的开关管的脉冲驱动信号和全桥逆变器的第二桥臂上 的开关管的脉冲驱动信号，并且将第二桥臂上的开关管的脉冲驱动信号的相位 相对于第一桥臂上的开关管的脉冲驱动信号的相位移相一个预设角度，包括：

将第一正弦调制信号与第一载波比较生成第一桥臂上的开关管的脉冲驱动 信号，将第二正弦调制信号与第二载波比较生成第二桥臂上的开关管的脉冲驱 动信号，其中，第二载波的相位相对于第一载波的相位错开所述预设角度，第 二正弦调制信号的相位与所述第一正弦调制信号的相位相差180°。

其中，调制信号为正弦波，第二正弦调制信号为第一正弦调制信号反相 180°。

载波的波形图如图4所示，其中图4中波形1为移相前的载波波形，波形2 为移相α角后的载波波形。

其中，第一载波用于调制产生全桥逆变器第一桥臂上的开关管的驱动信号， 若全桥逆变器为n电平逆变器，需要n-1个幅值和频率相同的载波，则第一载波 为该n-1个幅值和频率相同的载波。同理，第二载波也可能包括n-1个幅值和频 率相同的载波。

可选地，若调制方式为SPWM调制，则第一载波和所述第二载波为三角波 或锯齿波或其它可用作的波形。

其中，本实施例中载波移相可以通过模拟电路实现，也可以采用数字信号 处理器（Digital Signal Processor，DSP）运行算法程序实现。

采用DSP实现载波移相主要通过对PWM寄存器赋不同的初值实现，以三 相逆变器为例，DSP实现载波移相的SPWM调制步骤包括：

第一，将DSP通用定时器Tx配置为增减计数模式，根据载波频率设定相 应的周期寄存器的TxPR的值。根据三相错相位度和开关频率计算计数寄存器 TxCNT的初值并初始化赋TxCNT的值，初值=移相位度/周期角度*时钟周期数。 然后启动定时器，作为三角载波的发生器。

第二，在中断服务程序中，通过接收三相电压指令，在正半周期，即Ua（b、 c）>0，用Ua（b、c）作为调制波，标幺化处理后得到占空比，将该占空比乘 以周期寄存器的值，得到相应的时钟周期数，将该时钟周期数加载到第一比较 寄存器TxCMPRA。在负半周期，即Ua（b、c）<0，用用1+Ua（b、c）作为 调制波，标幺化处理后得到占空比，将该占空比乘以周期寄存器的值，得到相 应的时钟周期数，将时钟周期数加载到第二比较寄存器TxCMPRB。其中，Ua （b、c）指调制波为a相正弦波，或b相正弦波，或c相正弦波。

第三，在正半周期，DSP PWM计数器上升沿与时钟周期数比较发生时输出 低电平，下降沿比较发生时输出高电平；在负半周期，计数器上升沿比较发生 时输出高电平，下降沿比较发生时输出低电平。

DSP产生的移相载波驱动信号如图5示，

其中，EPWM1A1、EPWM1B1分别为第一桥臂的Sa1、Sa4的驱动信号， Sa3、Sa2驱动信号分别通过Sa1、Sa4信号互补得到；EPWM1A2、EPWM1B2 分别为第二桥臂的Sa1、Sa4的驱动信号，Sa3、Sa2驱动信号分别通过Sa1、Sa4 信号互补得到；

可选地，若调制方式为SVPWM调制，则上述的根据调制信号调制生成全 桥逆变器的第一桥臂上的开关管的驱动信号和全桥逆变器的第二桥臂上的开关 管的驱动信号，并且将第二桥臂上的开关管的驱动信号相对于第一桥臂上的开 关管的驱动信号移相一个预设角度，包括：

根据调制信号利用空间矢量合成方法计算出第一桥臂上的开关管的驱动 信号的第一占空比和第二桥臂上的开关管的驱动信号的第二占空比，根据第一 占空比生成第一桥臂上的开关管的驱动信号，根据第二占空比生成第二桥臂上 的开关管的驱动信号，并且将第二桥臂上的开关管的驱动信号延后或提前所述 预设角度。

其中，空间矢量合成方法可以利用DSP运行算法程序实现。

可选地，本实施例提供的方法可应用于单相二电平全桥逆变器、单相多电 平全桥逆变器、三相串联二电平全桥逆变器或三相串联多电平全桥逆变器。其 中，三相串联三电平全桥逆变器如图6示。

本实施例可以有效减小逆变器输出纹波，图7图8分别为载波未进行相移 和载波进行相移的逆变器输出电流仿真波形图。图7为未进行载波相移的并网 电流，从图6可以看到未进行载波相移时输出电流有较大的电流纹波，图8为 载波进行90度相移时的并网电流，从图8可以看到载波进行相移后电流纹波相 比示进行载波相移时大大降低，仿真证明本实施例可以大大降低逆变器的并网 电流。

本实施例通过将全桥逆变器两桥臂上的开关管的驱动脉冲错开一个任意角 度，使得输出滤波电感两端承受的等效电压减小，从而有效降低了输出电压谐 波的大小，使得逆变器的输出可以采用单电感L滤波器替代LCL滤波器，提高 了系统稳定性，且降低了成本。

请参考图9，图9为本发明实施例提供的一种全桥逆变器的结构图，包括：

调制电路201，用于根据正弦调制信号调制生成全桥逆变器的第一桥臂上的 开关管的脉冲驱动信号和全桥逆变器的第二桥臂上的开关管的脉冲驱动信号， 并且将第二桥臂上的开关管的脉冲驱动信号的相位相对于所述第一桥臂上的开 关管的脉冲驱动信号的相位移相一个预设角度，其中，所述预设角度大于0°且 小于360°，所述调制电路的脉冲信号输出端连接至驱动电路的输入端；

驱动电路202，将调制电路电路输出的第一桥臂上的开关管的脉冲驱动信号 和移相后的所述第二桥臂上的开关管的脉冲驱动信号分别输入到相应的开关管 驱动端，控制相应的开关管的开通或关断。

其中，驱动电路将调制电路输出的脉冲驱动信号进行功率放大后驱动相应 的开关农牧民开通或关断。

若调制方法为SPWM调制，则如图10所示，调制电路201可以包括：

调制信号发生器2011，用于产生调制信号；

第一载波发生器2012，用于将调制信号发生器2011产生的第一正弦调制信 号与第一载波比较生成第一桥臂上的开关管的脉冲驱动信号；

第二载波发生器2013，用于将调制信号发生器2011产生的第二正弦调制信 号与第二载波比较生成第二桥臂上的开关管的脉冲驱动信号，其中，第二载波 的相位相对于第一载波的相位错开预设角度，第二正弦调制信号的相位与所述 第一正弦调制信号的相位相差180°。

其中，若调制电路由模拟电路元件实现，则调制信号发生器可以但不限制 为采用RC正弦波振荡电路，第一载波发生器和第一载波发生器可以但不限制为 三角波振荡电路。

若调制电路由单片机或DSP实现，则调制信号发生器、第一载波发生器和 第二载波发生器由单片机或DSP运算相应的算法实现。

其中，预设角度为大于0°且小于360°。

可选地，第一载波和第二载波可以为三角波、锯齿波或其它波形。

若调制方法为SVPWM调制，则如图11所示，调制电路201可以包括：

计算器2014，用于根据正弦调制信号利用空间矢量合成方法计算出第一桥 臂上的开关管的脉冲驱动信号的第一占空比和第二桥臂上的开关管的脉冲驱动 信号的第二占空比；

信号发生器2015，用于根据计算器2014计算得出的第一占空比生成第一桥 臂上的开关管的脉冲驱动信号，根据第二占空比生成第二桥臂上的开关管的脉 冲驱动信号，并且将第二桥臂上的开关管的脉冲驱动信号错开预设角度。

其中，信号发生器和计算器可以但不限制为通过单片机或DSP运行算法实 现。

可选地，本实施例所棕的全桥逆变器可以为单相二电平逆变器、单相多电 平逆变器、三相串联二电平逆变器或三相串联多电平逆变器。

本实施例提供的全桥逆变器两桥臂上的开关管的驱动脉冲错开一个任意角 度，使得输出滤波电感两端承受的等效电压减小，从而有效降低了输出电压谐 波大小，使得逆变器的输出可以采用单电感L滤波器替代LCL滤波器，提高了 系统稳定性，且降低了成本。

以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之 权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。