專利名稱：逆變器和不間斷電源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電力電子技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種逆變器和不間斷電源。
背景技術(shù)：
逆變器是一種將直流電轉(zhuǎn)化為交流電的裝置，被廣泛應(yīng)用。發(fā)展至今，逆變器有許多電路拓?fù)?，以電壓型逆變器為例，可以為半橋逆變器、全橋逆變器、多電平逆變器等。如圖I所示，不論哪種拓?fù)?，逆變器主要包?部分直流源I、斬波電路2、LC濾波電路、檢測電路4和控制電路3。其中濾波電感L的電流需要被檢測，一是為了使控制電路根據(jù)測量信號進(jìn)行環(huán)路控制以穩(wěn)定輸出，二是為了逐波限流以防止斬波電路中的開關(guān)管損壞?，F(xiàn)有技術(shù)中檢測電路4采用單獨(dú)的電流互感器(Current Transformer,簡稱CT)或者霍爾傳感器(Hall Current Transformer,簡稱HCT)對濾波電感電流進(jìn)行檢測并輸出 電壓信號至控制電路，控制電路根據(jù)電壓信號對電路進(jìn)行控制。如果使用HCT對濾波電感電流進(jìn)行檢測，由于相同容量的HCT相對于CT價(jià)格高很多，從而增大了成本，并且，HCT的輸出信號相對于實(shí)際的電流信號有幾微秒的延時，從而增加了環(huán)路控制的延時并且在進(jìn)行逐波限流時會使實(shí)際的限流點(diǎn)高于理論限流點(diǎn)，增大了逐波限流時的電流應(yīng)力。如果使用CT對濾波電感電流進(jìn)行檢測，如果逆變器的負(fù)載為半波載或者在多個逆變器進(jìn)行并機(jī)時，濾波電感電流中會包括直流分量，由于CT自身的特性，無法檢測出直流分量，因此無法實(shí)現(xiàn)精確控制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種逆變器和不間斷電源，能夠使用較低成本對濾波電感電流進(jìn)行檢測，并且避免了延時以及無法檢測直流分量的問題。為解決上述技術(shù)問題，一方面，本發(fā)明提供了一種逆變器，包括斬波電路、連接于所述斬波電路的控制電路以及連接于所述斬波電路的濾波電感，其特征在于，所述濾波電感包括η股導(dǎo)線，其中為大于或等于2的自然數(shù)，所述η股導(dǎo)線長度相同并繞在同一磁芯上，且所述η股導(dǎo)線的橫截面積相同，所述η股導(dǎo)線包括P股第一導(dǎo)線，其中η>ρ彡1，所述逆變器還包括與所述P股第一導(dǎo)線連接的霍爾傳感器、與所述霍爾傳感器連接的低通濾波器、與所述η股導(dǎo)線連接的電流互感器、與所述低通濾波器和所述電流互感器連接的計(jì)算單元；所述霍爾傳感器用于檢測所述P股第一導(dǎo)線上的總電流，并輸出第一測量值至所述低通濾波器；所述低通濾波器用于濾除所述第一測量值中的交流分量以得到第二測量值，并輸出所述第二測量值至所述計(jì)算單元；所述電流互感器用于檢測所述η股導(dǎo)線上總電流，并輸出第三測量值至所述計(jì)算單元；
所述計(jì)算單元用于根據(jù)所述第二測量值獲得所述η股導(dǎo)線上總電流的直流分量的第四測量值，并輸出所述第四測量值與所述第三測量值之和至所述控制電路；所述控制電路用于根據(jù)所述第四測量值與所述第三測量值之和對斬波電路進(jìn)行環(huán)路控制和逐波限流。進(jìn)一步地，還包括連接于所述斬波電路的直流源和連接于所述直流源的濾波電容；所述η股導(dǎo)線中每股導(dǎo)線的一端連接于所述斬波電路；所述η股導(dǎo)線還包括η-ρ股第二導(dǎo)線，其中所述P股第一導(dǎo)線的另一端連接于第一節(jié)點(diǎn)，所述η-ρ股第二導(dǎo)線的另一端連接于第二節(jié)點(diǎn)所述第一節(jié)點(diǎn)連接于所述第二節(jié)點(diǎn)，所述第二節(jié)點(diǎn)連接于所述濾波電容的一端，所述濾波電容的另一端連接于所述直流源；所述霍爾傳感器的輸入端連接于所述第一節(jié)點(diǎn)和第二節(jié)點(diǎn)之間，其輸出端連接于所述低通濾波器的輸入端；所述電流互感器的輸入端連接于所述第二節(jié)點(diǎn)與所述濾波電容之間；計(jì)算單元的輸入端連接于所述低通濾波器的輸出端和所述電流互感器的輸出端，
其輸出端連接于所述控制電路。
π具體地，U4 = :U2其中U2為所述第二測量值，U4為所述第四測量值。
P ，另一方面，本發(fā)明還提供了一種不間斷電源，包括上述的逆變器；用于給所述逆變器提供直流電的電池；用于給所述逆變器提供直流電和給所述電池充電的整流器。具體地，所述逆變器為半橋逆變器、全橋逆變器或多電平逆變器。本發(fā)明提供的逆變器，由于可以使用較低容量等級的霍爾傳感器，因此成本更低，且由于同時使用了電流互感器進(jìn)行電感電流檢測，減少了延時和逐波限流時的電流應(yīng)力。與現(xiàn)有技術(shù)中單獨(dú)使用電流互感器進(jìn)行電感電流檢測相比，能夠同時對電感電流直流分量進(jìn)行檢測，使得環(huán)路控制更加精確。


為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。圖I為現(xiàn)有技術(shù)中一種逆變器的示意圖；圖2為本發(fā)明實(shí)施例中一種逆變器的示意圖。
具體實(shí)施例方式下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。如圖2所示，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種逆變器，包括直流源1，與直流源I連接的斬波電路2，與斬波電路2連接的控制電路3，連接于直流源I和斬波電路2的濾波電路，濾波電路包括濾波電感和濾波電容C，濾波電容C并聯(lián)于負(fù)載兩端，為輸出濾波電容；需要說明的是，若逆變器為電壓型逆變器，則直流源I為電壓源，若逆變器為電流型逆變器，則直流源I為電流源。濾波電感包括η股導(dǎo)線，其中η為大于或等于2的自然數(shù)；η股導(dǎo)線長度相同并繞在同一磁芯上，且上述η股導(dǎo)線的橫截面積相同；其中，每股導(dǎo)線的一端連接于斬波電路2 ;η股導(dǎo)線包括P股第一導(dǎo)線el，其中n>p彡1，
逆變器還包括 與P股第一導(dǎo)線el連接的霍爾傳感器HCT、與霍爾傳感器HCT連接的低通濾波器4、與η股導(dǎo)線連接的電流互感器CT、與低通濾波器4和電流互感器CT連接的計(jì)算單元5 ；霍爾傳感器HCT用于檢測P股第一導(dǎo)線el上的總電流，并輸出第一測量值Ul至所述低通濾波器4，第一測量值Ul為能夠反映P股第一導(dǎo)線el上的總電流大小的電壓信號;低通濾波器4用于濾除第一測量值Ul中的交流分量以得到第二測量值U2，并輸出第二測量值U2至計(jì)算單元5，第二測量值U2為能夠反映P股第一導(dǎo)線el上總電流中直流分量大小的電壓信號；電流互感器CT用于檢測η股導(dǎo)線上總電流，并輸出第三測量值U3至計(jì)算單元5，第三測量值U3為能夠反映η股導(dǎo)線上總電流中交流分量大小的電壓信號；計(jì)算單元5用于根據(jù)第二測量值U2獲得η股導(dǎo)線上總電流的直流分量的第四測量值U4，并輸出第四測量值U4與第三測量值U3之和至控制電路3，第四測量值U4為能夠反映η股導(dǎo)線上總電流中直流分量大小的電壓信號，第三測量值U3與第四測量值U4之和為能夠反映η股導(dǎo)線上包括直流分量和交流分量的實(shí)際總電流大小的電壓信號；控制電路3用于根據(jù)第四測量值U4與第三測量值U3之和對斬波電路2進(jìn)行環(huán)路控制和逐波限流。具體的濾波電感電流檢測方法為使用較低容量等級的霍爾傳感器HCT檢測電感中部分導(dǎo)線上的總電流，得到第一測量值，低通濾波器濾除第一測量值中的交流分量以得到只含有直流分量的第二測量值，由于電感中每股導(dǎo)線長度和橫截面積相同并繞在同一磁芯上，因此流過每股導(dǎo)線電流的直流分量大小相等，計(jì)算單元根據(jù)第二測量值計(jì)算能夠反映流過所有導(dǎo)線上電流中直流分量大小的第四測量值；使用電流互感器CT檢測電感中所有導(dǎo)線上的總電流，得到能夠反映流過所有導(dǎo)線上電流中交流分量大小的第三測量值；將第三測量值與第四測量值之和輸出至控制電路。本發(fā)明實(shí)施例中的逆變器，由于可以使用較低容量等級的霍爾傳感器，因此成本更低，且由于同時使用了電流互感器進(jìn)行電感電流檢測，減少了延時和逐波限流時的電流應(yīng)力。與現(xiàn)有技術(shù)中單獨(dú)使用電流互感器進(jìn)行電感電流檢測相比，能夠同時對電感電流直流分量進(jìn)行檢測，使得環(huán)路控制更加精確。進(jìn)一步地，上述η股導(dǎo)線中每股導(dǎo)線的一端連接于斬波電路2，η股導(dǎo)線還包括η-ρ股第二導(dǎo)線e2，其中P股第一導(dǎo)線el的另一端連接于第一節(jié)點(diǎn)A，n_p股第二導(dǎo)線e2的另一端連接于第二節(jié)點(diǎn)B ；第一節(jié)點(diǎn)A連接于第二節(jié)點(diǎn)B，第二節(jié)點(diǎn)B連接于濾波電容C的一端，濾波電容C的另一端連接于直流源I ;霍爾傳感器HCT的輸入端連接于第一節(jié)點(diǎn)A和第二節(jié)點(diǎn)之間B，其輸出端連接于低通濾波器4的輸入端電流互感器CT的輸入端連接于第二節(jié)點(diǎn)B與濾波電容C之間；計(jì)算單元5的輸入端連接于低通濾波器4的輸出端和電流互感器CT的輸出端，其輸出端連接于直流源I ;具體地，U4 = |lJ2唭中U2為第二測量值，U4為第四測量值。 以下通過對電感電流的檢測原理和方法來進(jìn)一步說明本實(shí)施例中的逆變器?；魻杺鞲衅鱄CT根據(jù)霍爾效應(yīng)對電流進(jìn)行檢測，即當(dāng)電流通過一個位于磁場中的導(dǎo)體時，磁場會對導(dǎo)體中的電子產(chǎn)生一個橫向的作用力，從而在導(dǎo)體兩端產(chǎn)生電壓差，這個電壓差與電流大小成線性比例關(guān)系。濾波電感L由η股導(dǎo)線并繞在同一磁芯上，由于流過電感的直流電流與其感量無關(guān)，僅與導(dǎo)線的直流電阻有關(guān)，因此保證每股導(dǎo)線的繞線長度相同且橫截面積相同，那么流過每股導(dǎo)線的直流電流分量大小相等。假設(shè)對所有的η股導(dǎo)線的總電流進(jìn)行檢測需要M安培等級的HCT，那么在本實(shí)施例中對其中P股第一導(dǎo)線el的
總電流進(jìn)行檢測則只需要￡M安培等級的HCT，得到能夠反映P股第一導(dǎo)線el上的總電流
η
大小的電壓信號，即第一測量值Ul ;由于HCT輸出的第一測量值Ul包括直流分量和交流分量，因此用低通濾波器對HCT輸出的第一測量值Ul進(jìn)行低通濾波，以濾除第一測量值Ul中的交流分量以得到只含有直流分量的第二測量值U2，由于電感中每股導(dǎo)線長度相同并繞在同一磁芯上，且每股導(dǎo)線的橫截面積相同，因此流過每股導(dǎo)線電流的直流分量大小相等，計(jì)算單元根據(jù)第二測量值Ul計(jì)算能夠反映流過所有導(dǎo)線上的總電流中直流分量大小的電壓
信號，即第四測量值U4，U4 = fu2。
P電流互感器CT根據(jù)電磁感應(yīng)原理，原邊流過一個變化的電流時會在副邊感應(yīng)出一個根匝數(shù)比例相關(guān)的電流，而對于恒定的直流電流則不會在副邊感應(yīng)出電流，感應(yīng)出的電流流過檢測電阻后會產(chǎn)生一個電壓信號，這個電壓信號與電流大小成線性比例關(guān)系。在本實(shí)施例中即使用M安培等級的CT對所有η股導(dǎo)線上總電流進(jìn)行檢測，由于CT無法檢測電流中的直流分量，因此CT輸出能夠反映η股導(dǎo)線上總電流中交流分量大小的電壓信號，即第三測量值U3。通過計(jì)算單元輸出第四測量值U4與第三測量值U3之和至控制電路，即輸出能夠反映η股導(dǎo)線上包括直流分量和交流分量的實(shí)際總電流大小的電壓信號至控制電路，控制電路可以根據(jù)該電壓信號來進(jìn)行環(huán)路控制和逐波限流，當(dāng)該電壓信號大于基準(zhǔn)信號時，控制電路會將斬波電路中的開關(guān)管的驅(qū)動信號鎖死，以防止開關(guān)管因?yàn)檫^流而損壞。需要說明的是，本發(fā)明實(shí)施例中的逆變器只對現(xiàn)有的濾波電路和檢測電路進(jìn)行了改進(jìn)，對逆變器其他部分的拓?fù)錈o具體要求，上述的逆變器可以是半橋逆變器、全橋逆變器、多電平逆變器或光伏逆變器等等。本發(fā)明實(shí)施例中的逆變器，由于可以使用較低容量等級的霍爾傳感器，因此成本更低，且由于同時使用了電流互感器進(jìn)行電感電流檢測，減少了延時和逐波限流時的電流應(yīng)力。與現(xiàn)有技術(shù)中單獨(dú)使用電流互感器進(jìn)行電感電流檢測相比，能夠同時對電感電流直流分量進(jìn)行檢測，使得環(huán)路控制更加精確。本發(fā)明實(shí)施例還提供一種不間斷電源(Uninterrupted Power Supply, UPS),包括上述的逆變器；用于給逆變器提供直流電的電池；用于給逆變器提供直流電和給電池充電的整流器。具體地，上述逆變器可以為半橋逆變器、全橋逆變器或多電平逆變器。 當(dāng)市電輸入正常時，整流器將市電輸入提供給逆變器后輸出負(fù)載，當(dāng)市電中斷時，電池給逆變器供電以輸出負(fù)載，從而實(shí)現(xiàn)了不間斷供電。在UPS中，通常還包括旁路系統(tǒng)，用于在其他裝置無法正常使用時通過旁路系統(tǒng)為負(fù)載供電。逆變器的具體結(jié)構(gòu)、原理以及電感電流檢測方法與上述實(shí)施例相同，在此不再贅述。本發(fā)明實(shí)施例中的UPS，由于在逆變器中可以使用較低容量等級的霍爾傳感器，因此成本更低，且由于同時使用了電流互感器進(jìn)行電感電流檢測，減少了延時和逐波限流時的電流應(yīng)力。與現(xiàn)有技術(shù)中單獨(dú)使用電流互感器進(jìn)行電感電流檢測相比，能夠同時對電感電流直流分量進(jìn)行檢測，使得環(huán)路控制更加精確。通過以上的實(shí)施方式的描述，所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員可以清楚地了解到本發(fā)明可借助軟件加必需的通用硬件的方式來實(shí)現(xiàn)，當(dāng)然也可以通過硬件，但很多情況下前者是更佳的實(shí)施方式?；谶@樣的理解，本發(fā)明的技術(shù)方案本質(zhì)上或者說對現(xiàn)有技術(shù)做出貢獻(xiàn)的部分可以以軟件產(chǎn)品的形式體現(xiàn)出來，該計(jì)算機(jī)軟件產(chǎn)品存儲在可讀取的存儲介質(zhì)中，如計(jì)算機(jī)的軟盤，硬盤或光盤等，包括若干指令用以使得一臺計(jì)算機(jī)設(shè)備(可以是個人計(jì)算機(jī)，服務(wù)器，或者網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等)執(zhí)行本發(fā)明各個實(shí)施例所述的方法。以上所述，僅為本發(fā)明的具體實(shí)施方式
，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)以所述權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種逆變器，包括斬波電路、連接于所述斬波電路的控制電路以及連接于所述斬波電路的濾波電感，其特征在于，所述濾波電感包括η股導(dǎo)線，其中η為大于或等于2的自然數(shù)，所述η股導(dǎo)線長度相同并繞在同一磁芯上，且所述η股導(dǎo)線的橫截面積相同，所述η股導(dǎo)線包括P股第一導(dǎo)線，其中n>p ^ 1， 所述逆變器還包括與所述P股第一導(dǎo)線連接的霍爾傳感器、與所述霍爾傳感器連接的低通濾波器、與所述η股導(dǎo)線連接的電流互感器、與所述低通濾波器和所述電流互感器連接的計(jì)算單元； 所述霍爾傳感器用于檢測所述P股第一導(dǎo)線上的總電流，并輸出第一測量值至所述低通濾波器； 所述低通濾波器用于濾除所述第一測量值中的交流分量以得到第二測量值，并輸出所述第二測量值至所述計(jì)算單元； 所述電流互感器用于檢測所述η股導(dǎo)線上總電流，并輸出第三測量值至所述計(jì)算單元; 所述計(jì)算單元用于根據(jù)所述第二測量值獲得所述η股導(dǎo)線上總電流的直流分量的第四測量值，并輸出所述第四測量值與所述第三測量值之和至所述控制電路； 所述控制電路用于根據(jù)所述第四測量值與所述第三測量值之和對斬波電路進(jìn)行環(huán)路控制和逐波限流。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的逆變器，其特征在于，還包括連接于所述斬波電路的直流源和連接于所述直流源的濾波電容； 所述η股導(dǎo)線中每股導(dǎo)線的一端連接于所述斬波電路； 所述η股導(dǎo)線還包括η-ρ股第二導(dǎo)線，其中所述P股第一導(dǎo)線的另一端連接于第一節(jié)點(diǎn)，所述η-ρ股第二導(dǎo)線的另一端連接于第二節(jié)點(diǎn) 所述第一節(jié)點(diǎn)連接于所述第二節(jié)點(diǎn)，所述第二節(jié)點(diǎn)連接于所述濾波電容的一端，所述濾波電容的另一端連接于所述直流源； 所述霍爾傳感器的輸入端連接于所述第一節(jié)點(diǎn)和第二節(jié)點(diǎn)之間，其輸出端連接于所述低通濾波器的輸入端； 所述電流互感器的輸入端連接于所述第二節(jié)點(diǎn)與所述濾波電容之間； 計(jì)算單元的輸入端連接于所述低通濾波器的輸出端和所述電流互感器的輸出端，其輸出端連接于所述控制電路。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的逆變器，其特征在于，
4.一種不間斷電源，其特征在于，包括 如權(quán)利要求I至3所述的逆變器； 用于給所述逆變器提供直流電的電池； 用于給所述逆變器提供直流電和給所述電池充電的整流器。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的不間斷電源，其特征在于， 所述逆變器為半橋逆變器、全橋逆變器或多電平逆變器。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種逆變器和不間斷電源，涉及電力電子技術(shù)領(lǐng)域，能夠使用較低成本對濾波電感電流進(jìn)行檢測，并且避免了延時以及無法檢測直流分量的問題。該逆變器包括斬波電路、連接于斬波電路的控制電路以及連接于斬波電路的濾波電感，濾波電感包括n股導(dǎo)線，其中n≥2，n股導(dǎo)線長度相同并繞在同一磁芯上，且n股導(dǎo)線的橫截面積相同，n股導(dǎo)線包括p股第一導(dǎo)線，其中n>p≥1，逆變器還包括用于檢測p股第一導(dǎo)線上的總電流的霍爾傳感器；連接于霍爾傳感器的低通濾波器；用于檢測n股導(dǎo)線上總電流并輸出第三測量值的電流互感器；計(jì)算單元，用于根據(jù)霍爾傳感器的輸出信號獲得反映n股導(dǎo)線上總電流的直流分量大小的第四測量值。
文檔編號H02M7/48GK102882402SQ20121037586
公開日2013年1月16日 申請日期2012年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月29日
發(fā)明者張維, 陳構(gòu)宜, 崔兆雪 申請人:華為技術(shù)有限公司