[发明专利]正弦逆变系统输出直流量采样方法和电路

说明书

技术领域

本发明涉及逆变电源、变频器、不间断电源系统领域，尤其涉及正弦逆变输出直流成分采样方法和电路。

背景技术

在逆变器、变频器、不间断电源系统等包含有逆变电路的控制系统中，在很多情况下，目的都是将直流电源转变为单相或者三相交流电输出，为负载提供稳定幅度的正弦交流电，随着电力电子技术的发展，半导体电力电子器件不断推陈出新，逆变电路拓扑也不断发展，电源高频化，高功率密度，低成本需求成为基本的要求。尤其是为了降低成本和减少输出电能的损耗，很多逆变系统输出级不再通过隔离变压器给负载供电，而是直接输出给负载，但是这样的输出交流电由于逆变电路输入的变化和功率变换器件参数的离散性，不受控的状态下总是会包含一些直流成分，尽管这些直流量只是一小部分，但对于很多使用交流电的负载而言，比如电动机，变压器等，由于对输入的直流量难以自行平衡和消耗，会产生不可接受的“抖动”和“磁饱和”现象，严重时会烧毁负载，同时也给逆变电源本身带来危害。

为了降低逆变器直接输出带负载时的直流量，几乎所有的正弦交流逆变器都需要对所输出的直流成分进行控制，而这种直流成分可能同时由多种原因导致，因此难以直接从源头上进行消除和减少，有些因素甚至是不可克服的，在这个领域多是采用反馈式控制，即通过分离获得输出直流成分，然后对其产生原因中的一个或少数几个可控量进行调节，从而降低或减少最终输出的直流量，实现在一定程度下可接受的直流量控制目标。

从反馈式控制系统的特点来说，这种方式属于滞后性控制，利用前一时刻输出量对下一时刻进行“纠偏”，只有准确的知道前一时刻的偏差量，且偏差的方向判断正确，才有正确的控制目标。在交流输出系统中，理论上这个控制偏差是可逼近消除却不能完全消除直流量的，而能减少到的程度则与控制方式和前一时刻输出量的度量准确性有很大关系，不至于因为控制目标达到了，与检测到的情况出入太大而失去意义。实际情况是控制方式可以有多种选择且能达到同样的控制效果，对前一时刻输出量的快速精确度量才是决定最终控制后直流量能消除的程度，而且直接影响控制方式的有效性。

所以精确度量逆变电源系统输出直流量的一个重要要求，有好的直流量采样方法和电路，才能实现尽可能减小直流量的控制目标。

现有技术中提供了一种技术，该技术采用滤波方式衰减交流量分离出直流量，该技术的特点在于对含有直流成分的逆变输出交流电进行衰减，同时使用对直流量和交流量不同衰减比例的电路，获得主要为直流成分的信号，然后根据需要放大或直接用此信号作为逆变输出直流量的采样值进行控制。这种方式存在以下缺陷：

1、逆变输出交流电一般幅值很高，而直流成分量较小，往往两者相差几百倍，同时对其进行衰减要求同一个电路对交流和直流的衰减比例差别很大，而这个交流电频率多数只是50Hz或60Hz，与直流量频率差别不大，滤波电路实现不易。

2、在技术研究领域内，涉及的多是介绍对逆变输出直流量的控制方法，采用的是的反相运算放大电路，这样的电路一级很难做到交流和直流衰减比例相差几百倍，且直流成分要尽可能不衰减，往往需要多级电路串联，成本稍高，且很容易受到干扰。

3、一般的运算放大集成电路，总是会有一定的直流偏差量，即使采用偏置调节可以减少直至消除其静态直流偏差，其偏差量对于本就不大的待检测信号产生很不利识别的问题，多级电路更加严重，而温度等环境条件的变化也会导致修正后的输出产生新的偏差，需要分别修正且难以配合。

4、在较大功率输出的逆变电源系统中，为了实现稳定可靠的控制性能，往往需要将功率地与控制地分离，在多相输出的逆变电源系统中，因运算电路参考点不一致，则无法用反相运算放大电路实现各相直流偏差量的准确采样。

5、本来幅度就比较小的直流量经过衰减后信号的信噪比更低，信号解析度低，控制精度差。

在现有解决方案的上述几个缺陷中，一般都是强调用更好的控制方式去达到控制目标，对信号采样却不够关注，很多情况往往也能通过复杂的处理算法优化取得一些成效，还有的是采用复杂的电路将逆变输出量转换为其它信号处理，但都会因此增加成本和控制系统的复杂性，或者降低控制目标要求，从而限制一些对直流成分有高要求的负载，缩小适用范围。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，针对逆变系统输出直流量，提出具有更高精确度和更高信号解析度的采样方法和电路，从正弦逆变输出电压信号中分离出直流量成分并且放大其幅度，简化电路并降低成本，为控制正弦输出逆变电源系统减小直流量成分降低控制技术复杂程度，提高控制目标精确度，满足更多负载供电需求。