单相全桥逆变器的SPWM调制方法

摘要

本发明提供一种单相全桥逆变器的SPWM调制方法，该单相全桥逆变器包括一主电路和一控制系统，该SPWM调制方法包括步骤：A.控制系统检测一调制电压与单相全桥逆变器的一输出电压是否同相；当调制电压与输出电压不同相时，执行下述步骤B；当调制电压与输出电压同相时，执行下述步骤C；B.控制系统启动双极性的SPWM调制方式；C.控制系统启动单极性的SPWM调制方式；以及D.返回上述步骤A，循环执行。本发明结合了双极性调制方式不存在过零畸变的优点与单极性调制方式损耗低的优点。即在输出电压过零区间，逆变器工作在双极性调制方式；在其他区间，逆变器工作在单极性调制方式，从而综合了两种调制方式的优点又摒弃了它们各自的缺点。

说明书

技术领域

本发明涉及电力转换设备技术领域，具体来说，本发明涉及一种单相全桥逆变器的SPWM调制方法。

背景技术

单相全桥式电压型SPWM逆变器，是由正弦脉宽调制(SPWM)产生的开关控制信号去控制功率开关器件的导通和关断的逆变器。

图1为现有技术中的一个单相全桥逆变器的主电路的电路示意图。如图1所示，该单相全桥逆变器100的主电路包括全桥电路101和低通滤波电路102。全桥电路101的输入端与一直流母线电压E相连接，其输出端经过该低通滤波电路102与一负载相连接。该低通滤波电路102包括滤波电感L和滤波电容C，连接于全桥电路101的输出端与负载之间，将全桥电路101的输出电压v_ab滤波为单相全桥逆变器100的输出电压v_o，供所述负载使用。该全桥电路101共包括4个全桥开关管Q1～Q4，它们可以为MOS管或者三极管。

根据单相全桥逆变器的桥臂输出电压的极性，正弦脉宽调制可以分为单极性调制方式和双极性调制方式。其中，图2为现有技术中的一个单相全桥逆变器的双极性正弦脉宽调制(SPWM)的波形图；图3为现有技术中的一个单相全桥逆变器的单极性正弦脉宽调制(SPWM)的波形图。在图2、图3中，v_ab为全桥电路的输出电压，+E和-E分别为正的母线直流电压和负的母线直流电压，ω_c为逆变器的工作频率，t为时间。

对于传统的单相全桥双极性SPWM调制方式，四个全桥开关管Q1～Q4均为高频工作，其优点是输出电压调节方便。但存在的问题是：全桥双极性SPWM四个全桥开关管Q1～Q4都是以高频工作，各全桥开关管的开关损耗较大，存在很大的开关谐波，电磁干扰大。

对于传统的单相全桥单极性SPWM调制方式，一对桥臂上的两个全桥开关管Q1和Q2是以高频工作，另外一对桥臂上的两个全桥开关管Q3和Q4是以工频工作，所以各全桥开关管的开关损耗较小，可以提高逆变器的转换效率，电磁干扰小，无高频开关谐波。但存在的主要问题为：由于输出滤波电感L和滤波电容C和负载变化引入的全桥电路的输出电压v_ab与逆变器的输出电压v_o相位变化，闭环控制(PID)引入的相位变化，使得调制波与输出电压存在相位差，输出电压/电流存在过零畸变。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种单相全桥逆变器的SPWM调制方法，使得逆变器既具有较低的开关损耗，又不存在过零畸变。

为解决上述技术问题，本发明提供一种单相全桥逆变器的SPWM调制方法，所述单相全桥逆变器包括一主电路和一控制系统，所述SPWM调制方法包括步骤：

A.所述控制系统检测一调制电压与所述单相全桥逆变器的一输出电压是否同相；当所述调制电压与所述输出电压不同相时，执行下述步骤B；当所述调制电压与所述输出电压同相时，执行下述步骤C；

B.所述控制系统启动双极性的SPWM调制方式；

C.所述控制系统启动单极性的SPWM调制方式；以及

D.返回上述步骤A，循环执行。

可选地，所述单相全桥逆变器的主电路包括：

全桥电路，其输入端与一直流母线电压相连接，其输出端与一负载相连接。

可选地，所述单相全桥逆变器的主电路还包括：

低通滤波电路，连接于所述全桥电路的输出端与所述负载之间，将所述全桥电路的输出电压滤波为所述单相全桥逆变器的输出电压，供所述负载使用。

可选地，所述低通滤波电路包括滤波电感和滤波电容。

可选地，所述全桥电路包括4个全桥开关管，所述全桥开关管为MOS管或者三极管。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明提出了一种新的适用于单相全桥逆变器的SPWM调制方式，结合了双极性调制方式不存在过零畸变的优点与单极性调制方式损耗低的优点。即在输出电压过零区间，逆变器工作在双极性调制方式；在其他区间，逆变器工作在单极性调制方式，从而综合了两种调制方式的优点又摒弃了它们各自的缺点。

附图说明

本发明的上述的以及其他的特征、性质和优势将通过下面结合附图和实施例的描述而变得更加明显，其中：

图1为现有技术中的一个单相全桥逆变器的主电路的电路示意图；

图2为现有技术中的一个单相全桥逆变器的双极性正弦脉宽调制(SPWM)的波形图；

图3为现有技术中的一个单相全桥逆变器的单极性正弦脉宽调制(SPWM)的波形图；

图4为本发明一个实施例的单相全桥逆变器的SPWM调制方法的流程示意图；

图5为本发明一个实施例的单相全桥逆变器的SPWM调制的波形图。

具体实施方式

下面结合具体实施例和附图对本发明作进一步说明，在以下的描述中阐述了更多的细节以便于充分理解本发明，但是本发明显然能够以多种不同于此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下根据实际应用情况作类似推广、演绎，因此不应以此具体实施例的内容限制本发明的保护范围。

图4为本发明一个实施例的单相全桥逆变器的SPWM调制方法的流程示意图；图5为本发明一个实施例的单相全桥逆变器的SPWM调制的波形图。另外，在本发明接下来的描述中，还需要借用图1所示的单相全桥逆变器的主电路的电路示意图。需要注意的是，这些附图均仅作为示例，其并非是按照等比例的条件绘制的，并且不应该以此作为对本发明实际要求的保护范围构成限制。请先参考图1所示，该单相全桥逆变器100包括一主电路和一控制系统(未图示)，该主电路包括全桥电路101和低通滤波电路102。全桥电路101的输入端与一直流母线电压E相连接，其输出端经过该低通滤波电路102与一负载相连接。该低通滤波电路102包括滤波电感L和滤波电容C，连接于全桥电路101的输出端与负载之间，将全桥电路101的输出电压v_ab滤波为单相全桥逆变器100的输出电压v_o，供该负载使用。该全桥电路101共包括4个全桥开关管Q1～Q4，它们可以为MOS管或者三极管。

结合图1、图4和图5来理解，该单相全桥逆变器100的SPWM调制方法主要包括：

执行步骤S401，控制系统检测一调制电压v_r与单相全桥逆变器100的一输出电压v_o是否同相。当调制电压v_r与输出电压v_o不同相时，转到下述步骤S402；当调制电压v_r与输出电压v_o同相时，转到下述步骤S403。

执行步骤S402，当控制系统检测到调制电压v_r与逆变器的输出电压v_o不同相时，即该输出电压v_o超前或者滞后于调制电压v_r，控制系统启动双极性的SPWM调制方式，如图5中的t₁～t₃时间区间。

执行步骤S403，当控制系统检测到调制电压v_r与逆变器的输出电压v_o同相时，即该输出电压v_o并不超前或者滞后于调制电压v_r时，控制系统启动单极性的SPWM调制方式，如图5中的t₀～t₁时间区间和t₃～t₄时间区间。

执行步骤S404，返回上述步骤S401，循环执行。

从图5中可见，在一个调制波的整个正弦周期内，除了过零点附近出现调制电压v_r与输出电压v_o不同相时，如t₁～t₃时间区间，其它的时间区间均为单极性的SPWM调制方式。

本发明的调制方式在过零点附近采用了双极性调制方式，解决了单极性调制有过零畸变的缺陷；而在除了过零点附近以外的其他时间采用单极性调制方式，又解决了传统双极性调制损耗大的问题。

综上所述，本发明提出了一种新的适用于单相全桥逆变器的SPWM调制方式，结合了双极性调制方式不存在过零畸变的优点与单极性调制方式损耗低的优点。即在输出电压过零区间，逆变器工作在双极性调制方式；在其他区间，逆变器工作在单极性调制方式，从而综合了两种调制方式的优点又摒弃了它们各自的缺点。

本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何修改、等同变化及修饰，均落入本发明权利要求所界定的保护范围之内。