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WO2024139564A1 - Dc/ac电路的控制方法及dc/ac电路 - Google Patents

Dc/ac电路的控制方法及dc/ac电路 Download PDF

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WO2024139564A1
WO2024139564A1 PCT/CN2023/125313 CN2023125313W WO2024139564A1 WO 2024139564 A1 WO2024139564 A1 WO 2024139564A1 CN 2023125313 W CN2023125313 W CN 2023125313W WO 2024139564 A1 WO2024139564 A1 WO 2024139564A1
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WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
bridge arm
phase shift
shift angle
side bridge
circuit
Prior art date
Application number
PCT/CN2023/125313
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
施科研
禹红斌
赵一
杨波
Original Assignee
杭州禾迈电力电子股份有限公司
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Filing date
Publication date
Application filed by 杭州禾迈电力电子股份有限公司 filed Critical 杭州禾迈电力电子股份有限公司
Publication of WO2024139564A1 publication Critical patent/WO2024139564A1/zh

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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/08—Circuits specially adapted for the generation of control voltages for semiconductor devices incorporated in static converters
    • H02M1/088—Circuits specially adapted for the generation of control voltages for semiconductor devices incorporated in static converters for the simultaneous control of series or parallel connected semiconductor devices
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of AC power input into DC power output; Conversion of DC power input into AC power output
    • H02M7/42—Conversion of DC power input into AC power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of DC power input into AC power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of DC power input into AC power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/53—Conversion of DC power input into AC power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M7/537—Conversion of DC power input into AC power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters
    • H02M7/5387—Conversion of DC power input into AC power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters in a bridge configuration
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B70/00—Technologies for an efficient end-user side electric power management and consumption
    • Y02B70/10—Technologies improving the efficiency by using switched-mode power supplies [SMPS], i.e. efficient power electronics conversion e.g. power factor correction or reduction of losses in power supplies or efficient standby modes

Definitions

  • DC/AC circuits are widely used in power conversion applications such as renewable energy power generation, energy storage systems, and electric vehicle charging.
  • the switching time is limited due to the working requirements of the soft switch.
  • high requirements are placed on the switching frequency and switching time of the power switch device.
  • the traditional DC/AC circuit controls the grid-connected current or AC side voltage based on the feedback control of the AC side current/voltage, which requires additional sensors and sampling circuits, is costly, and the response speed of the feedback loop is slow.
  • a control method of a DC/AC circuit and a DC/AC circuit are provided.
  • the present application provides a control method for a DC/AC circuit, wherein the circuit is used to convert direct current into alternating current, and comprises an input-side bridge arm, an output-side bridge arm, and a resonance unit connected between the input-side bridge arm and the output-side bridge arm, and the method comprises:
  • the switching frequency of the switching elements in the input side bridge arm and the output side bridge arm and the phase shift angle of the DC/AC circuit are determined.
  • the phase shift angle includes a first phase shift angle between the bridge arm output voltage of the input side bridge arm and the bridge arm output voltage of the output side bridge arm, and the switching frequency is determined based on the first phase shift angle, the output voltage of the DC/AC circuit, the input voltage, the resonance parameters of the resonance unit and the instantaneous control instruction.
  • the phase shift angle when the input side bridge arm is a full-bridge structure, includes a first phase shift angle between the bridge arm output voltage of the input side bridge arm and the bridge arm output voltage of the output side bridge arm and a second phase shift angle between the output voltages of the two half-bridge bridge arms of the input side bridge arm, and the switching frequency is determined based on the first phase shift angle, the second phase shift angle, the output voltage of the DC/AC circuit, the input voltage, the resonance parameters of the resonance unit and the instantaneous control instruction.
  • the circuit further includes a transformer unit connected between the input side bridge arm and the output side bridge arm, and the switching frequency is determined based on the first phase shift angle, the second phase shift angle, the input voltage of the DC/AC circuit, the output voltage, the resonant cavity parameters of the resonant unit, the instantaneous control instruction, and the transformer parameters of the transformer unit.
  • Vin represents the input voltage
  • Vg represents the instantaneous value of the output voltage
  • n represents the voltage transformation parameter
  • the first phase shift angle satisfy:
  • a driving signal is generated based on the phase shift angle and the switching frequency to drive corresponding switching elements in the input-side bridge arm and the output-side bridge arm.
  • the controller determines the switching frequency of the switching elements in the input side bridge arm and the output side bridge arm and the phase shift angle of the DC/AC circuit based on the output voltage, input voltage, resonance parameters of the resonance unit and instantaneous control instructions characterizing power transmission of the DC/AC circuit.
  • the circuit further includes a transformer unit connected between the input side bridge arm and the output side bridge arm, and the switching frequency is determined based on the first phase shift angle, the second phase shift angle, the input voltage of the DC/AC circuit, the output voltage, the resonant cavity parameters of the resonant unit, the instantaneous control instruction, and the transformer parameters of the transformer unit.
  • the first phase shift angle satisfy:
  • the controller generates a driving signal based on the phase shift angle and the switching frequency to drive corresponding switching elements in the input-side bridge arm and the output-side bridge arm.
  • the present application also provides a control method for a DC/AC circuit, wherein the circuit is used to convert direct current into alternating current, and comprises an input side bridge arm, an output side bridge arm, and a resonance unit connected between the input side bridge arm and the output side bridge arm, and the method comprises:
  • a second phase shift angle between the output voltages of two half-bridge arms of the input side bridge arm is determined based on the output voltage and the input voltage of the DC/AC circuit, wherein the input side bridge arm is a full-bridge structure, and the second phase shift angle ⁇ satisfies:
  • V in represents the input voltage
  • V g represents the instantaneous value of the output voltage
  • the first phase shift angle between the bridge arm output voltage of the input side bridge arm and the bridge arm output voltage of the output side bridge arm is satisfy:
  • the switching frequency is determined based on the first phase shift angle, the second phase shift angle, the output voltage of the DC/AC circuit, the input voltage, the resonance parameter of the resonance unit, and the instantaneous control command representing power transmission.
  • the circuit further includes a transformer unit connected between the input side bridge arm and the output side bridge arm, and the switching frequency is determined based on the first phase shift angle, the second phase shift angle, the input voltage of the DC/AC circuit, the output voltage, the resonant cavity parameters of the resonant unit, the instantaneous control instruction, and the transformer parameters of the transformer unit.
  • the instantaneous control instruction is an instantaneous power instruction or an instantaneous current instruction.
  • a driving signal is generated based on the first phase shift angle, the second phase shift angle and the switching frequency to drive corresponding switching elements in the input-side bridge arm and the output-side bridge arm.
  • the present application also provides a DC/AC circuit, the circuit comprising an input side bridge arm, an output side bridge arm, a resonance unit connected between the input side bridge arm and the output side bridge arm, and a controller connected to the input side bridge arm and the output side bridge arm;
  • the controller determines a second phase shift angle between the output voltages of two half-bridge arms of the input side bridge arm based on the output voltage and the input voltage of the DC/AC circuit, wherein the input side bridge arm is a full-bridge structure, and the second phase shift angle ⁇ satisfies:
  • V in represents the input voltage
  • V g represents the instantaneous value of the output voltage
  • the first phase shift angle between the bridge arm output voltage of the input side bridge arm and the bridge arm output voltage of the output side bridge arm is satisfy:
  • the switching frequency is determined based on the first phase shift angle, the second phase shift angle, the output voltage of the DC/AC circuit, the input voltage, the resonance parameter of the resonance unit, and the instantaneous control command representing power transmission.
  • the circuit also includes a transformer unit connected between the input side bridge arm and the output side bridge arm, and the switching frequency is determined based on the first phase shift angle, the second phase shift angle, the input voltage of the DC/AC circuit, the output voltage, the resonant cavity parameters of the resonant unit, the instantaneous control instruction, and the transformer parameters of the transformer unit.
  • the second phase shift angle ⁇ satisfies:
  • Vin represents the input voltage
  • Vg represents the instantaneous value of the output voltage
  • n represents the voltage transformation parameter
  • the instantaneous control instruction is an instantaneous power instruction or an instantaneous current instruction.
  • the instantaneous control instruction is calculated based on the grid voltage phase, the system power instruction and the power factor.
  • the output-side bridge arm includes a cycloconverter for performing AC-AC conversion.
  • the present application determines the switching frequency of the switching elements in the input side bridge arm and the output side bridge arm based on the phase shift angle and the instantaneous control instruction of the DC/AC circuit, and generates a driving signal based on the phase shift angle and the switching frequency to drive the corresponding switching elements in the input side bridge arm and the output side bridge arm.
  • the present application realizes open-loop predictive control of instantaneous power or instantaneous current by coordinating the phase shift angle and the switching frequency of the DC/AC circuit, and the control is simple and the response speed is fast.
  • the control method omits the current sampling circuit, simplifies the circuit structure, and reduces the cost.
  • FIG1 is a schematic diagram of the structure of a DC/AC circuit in an embodiment provided by the present application.
  • FIG. 2 is a schematic diagram of the structure of a DC/AC circuit in another embodiment provided by the present application.
  • FIG3 is a flow chart of a method for controlling a DC/AC circuit in an embodiment provided in the present application.
  • FIG. 4 is a schematic flow chart of a method for determining the second phase shift angle and the first phase shift angle in an embodiment provided by the present application.
  • the switching frequency has a limiting value, that is, a frequency threshold
  • the switching frequency when the switching frequency is greater than the frequency threshold, the switching frequency needs to be adjusted, and the first phase shift angle needs to be adjusted at the same time.
  • the driving signal is generated based on the first phase shift angle, the second phase shift angle, and the switching frequency.
  • the system power instruction may be preset or obtained through other means.
  • the first phase shift angle may be any value within the corresponding value range
  • the second phase shift angle may be any value within the corresponding value range.
  • the circuit further includes a voltage transformation unit connected between the input-side bridge arm and the output-side bridge arm, and the second phase shift angle ⁇ satisfies:
  • the phase shift angle determination method of the embodiment of the present application reduces the complexity of determining the values of the first phase shift angle and the second phase shift angle, reduces the calculation time of the controller, and has a wide range of applications.
  • the method when the switching frequency is greater than the frequency threshold, the method further includes:
  • S506 Regenerate a driving signal based on the re-determined first phase shift angle, the re-determined second phase shift angle and the re-determined switching frequency to drive corresponding switching elements in the input-side bridge arm and the output-side bridge arm.
  • the first phase shift angle and the second phase shift angle are re-determined so that the switching frequency meets the requirement.
  • the frequency threshold may be used as the re-determined switching frequency, and the first phase shift angle and the second phase shift angle may be re-determined based on the re-determined switching frequency, so that the switching frequency meets the requirement.
  • the overall flow chart of the control method of the DC/AC circuit is shown in Figure 6.
  • the second phase shift angle is determined based on the boundary conditions of the soft switch
  • the first phase shift angle is determined based on the boundary conditions of the soft switch
  • the switching frequency is determined based on the second phase shift angle, the first phase shift angle and the instantaneous control instruction, and it is judged whether the switching frequency is greater than the frequency threshold. If so, the second phase shift angle, the first phase shift angle and the switching frequency are re-determined, and finally a driving signal for the switching element is generated based on the second phase shift angle, the first phase shift angle and the switching frequency.
  • FIG7 a circuit schematic diagram of a DC/AC circuit is shown in FIG7 .
  • An input side bridge arm 101 of the DC/AC circuit adopts an H-bridge structure.
  • a capacitor Cin is connected in parallel to the input end.
  • the input side bridge arm 101 includes a switch tube Q1H, a switch tube Q1L, a switch tube Q2H, and a switch tube Q2L.
  • the switch tube Q1H and the switch tube Q1L are connected in series at the input end to form a half bridge arm.
  • the midpoint of the half bridge arm provides an output voltage v 1 to ground.
  • the switch tube Q2H and the switch tube Q2L are connected in series at the input end to form another half bridge arm.
  • the midpoint of the half bridge arm provides an output voltage v 2 to ground.
  • the bridge arm output voltage v x is the difference in output voltages of the two half-bridge arms;
  • the output side bridge arm 102 is composed of two groups of switch elements connected in series in a common source connection mode. Specifically, the two groups of switch elements are connected in series between the two output ends of the output side bridge arm 102 to form a bridge arm.
  • the first group of switch elements of the output side bridge arm 102 includes switch tubes Q3 and Q4 connected in common source, and the second group of switch elements includes switch tubes Q5 and Q6 connected in common source.
  • the two groups of switch elements are connected together at the midpoint of the bridge arm.
  • the output end of the output side bridge arm 102 is connected to the AC side power grid through a filter unit 106.
  • the filter unit 106 includes a capacitor Cf connected in parallel with the output end of the output side bridge arm 102 and an inductor Lf connected to the first output end of the output side bridge arm 102.
  • the second output end of the output side bridge arm 102 is connected to one end of the secondary winding of the transformer unit 105, and the other end of the secondary winding of the transformer unit 105 is connected to the midpoint of the bridge arm of the output side bridge arm 102 through the resonance unit 103, and the resonance unit 103 includes an inductor Lr and a capacitor Cr connected in series.
  • the voltage transformation unit 105 is a transformer, and the turns ratio between the primary and secondary sides of the transformer is 1:n.
  • the working waveform of the DC/AC circuit when the output voltage is in the positive half cycle is shown in FIG8
  • the working waveform of the DC/AC circuit when the output voltage is in the negative half cycle is shown in FIG9 .
  • the switch tubes Q1H and Q1L, and the switch tubes Q2H and Q2L of the input side bridge arm 101 work complementarily at a duty cycle of 50% respectively, and the bridge arm voltage vx obtained by phase shift control between the two half-bridge arms is shown in the figure, wherein the second phase shift angle ⁇ is the phase difference between the output voltages of the two half-bridge arms of the input side bridge arm 101 (between the output voltage v1 and the output voltage v2 ).
  • the driving logic of the switch tube of the output side bridge arm 102 is as follows: in the positive half cycle of the output voltage, the switch tubes Q4 and Q6 remain in the normally on state, and the switch tubes Q3 and The switch tube Q5 works complementary with a duty cycle of 50%, the switch dead time is T d , and the first phase shift angle is It is the phase difference between the zero-crossing point of the fundamental component of the bridge arm output voltage vx of the input side bridge arm 101 and the zero-crossing point of the fundamental component of the bridge arm output voltage vy of the output side bridge arm 102 (the voltage across the switch tubes Q5 and Q6).
  • the driving logic of the input side bridge arm 101 remains unchanged, the switch tubes Q3 and Q5 remain in a normally-on state, and the switch tubes Q4 and Q6 work complementarily with a duty cycle of 50%.
  • n represents the turns ratio of the transformer
  • Xs represents the impedance of the resonant unit
  • ⁇ s represents the angular frequency corresponding to the switching frequency
  • Vg represents the instantaneous value of the output voltage
  • Vin is the input voltage of the DC/AC circuit.
  • the switch tube Q2H is turned off and the switch tube Q2L is turned on.
  • the resonant current i rs is less than 0, after the switch tube Q2H is turned off, the diode of the switch tube Q2L is first turned on for freewheeling, and the switch tube Q2L is turned on after the dead time, thereby realizing the zero voltage turn-on of the switch tube Q2L. Therefore, the resonant current i rs needs to satisfy the following expression:
  • the switch tube Q5 is turned off and the switch tube Q3 is turned on.
  • the resonant current i rs is greater than 0, the diode of the switch tube Q3 will be turned on first after the switch tube Q5 is turned off, and the switch tube Q3 will be turned on after the dead time, thereby realizing the zero voltage turn-on of the switch tube Q3.
  • the second phase shift angle ⁇ and the first phase shift angle ⁇ that can simultaneously realize the soft switching operation of the switch elements of the input side bridge arm and the output side bridge arm can be obtained.
  • FIG11 is a control block diagram of a controller in an exemplary embodiment provided by the present application. As shown in the figure, it includes:
  • a predictive control module is used to determine the switching frequency of the switching elements in the input side bridge arm and the output side bridge arm and the phase shift angle of the DC/AC circuit based on the output voltage, input voltage, resonance parameters of the resonance unit and instantaneous control instructions characterizing power transmission of the DC/AC circuit.
  • the prediction control module includes: a phase shift angle determination unit, used to determine the second phase shift angle and the first phase shift angle based on the output voltage Vg of the DC/AC circuit, the input voltage Vin and the transformation parameter of the transformation unit; a frequency determination unit, used to determine the second phase shift angle and the first phase shift angle based on the first phase shift angle
  • the second phase shift angle ⁇ , the input voltage Vin of the DC/AC circuit, the output voltage Vg , the resonance cavity parameters of the resonance unit, the instantaneous control instruction, and the transformation parameters of the transformation unit determine the switching frequencies of the switching elements in the input side bridge arm 101 and the output side bridge arm 102.
  • a driving signal generating module for generating a signal according to the second phase shift angle ⁇ and the first phase shift angle And the switching frequency fs generates a driving signal that drives the switching element.
  • the instantaneous power transmission of the DC/AC circuit satisfies:
  • fs is the switching frequency
  • Vin is the input voltage
  • Vg is the instantaneous value of the output voltage
  • n is the turns ratio of the transformer.
  • Lr represents the value of inductance Lr
  • Cr represents the value of capacitance Cr
  • the first phase shift angle ⁇ the first phase shift angle
  • the switching frequency fs can obtain the driving signal of the switching tube to achieve soft switching control and system power control.
  • the controller 104 determines the switching frequency of the switching elements in the input side bridge arm and the output side bridge arm and the phase shift angle of the DC/AC circuit based on the output voltage, input voltage, resonance parameters of the resonance unit and instantaneous control instructions characterizing power transmission of the DC/AC circuit.
  • the input side bridge arm is a half-bridge structure
  • the phase shift angle includes a first phase shift angle between the bridge arm output voltage of the input side bridge arm and the bridge arm output voltage of the output side bridge arm
  • the switching frequency is determined based on the first phase shift angle, the output voltage of the DC/AC circuit, the input voltage, the resonance parameters of the resonance unit and the instantaneous control instruction.
  • the input side bridge arm is a full-bridge structure
  • the phase shift angle includes a first phase shift angle between the bridge arm output voltage of the input side bridge arm and the bridge arm output voltage of the output side bridge arm, and a second phase shift angle between the output voltages of the two half-bridge bridge arms of the input side bridge arm
  • the switching frequency is determined based on the first phase shift angle, the second phase shift angle, the output voltage of the DC/AC circuit, the input voltage, the resonance parameters of the resonance unit, and the instantaneous control instruction.
  • the instantaneous control instruction is an instantaneous power instruction or an instantaneous current instruction.
  • the controller 104 further generates a driving signal based on the phase shift angle and the switching frequency to drive corresponding switching elements in the input-side bridge arm and the output-side bridge arm.
  • the driving logic of the switch tube of the output side bridge arm 102 is as follows: in the positive half cycle of the output voltage, the switch tubes Q4 and Q6 remain in the normally on state, the switch tubes Q3 and Q5 work complementary to each other at a duty cycle of 50%, the switch dead time is Td , and the first phase shift angle ⁇ is ⁇ . It is the phase difference between the zero-crossing point of the fundamental component of the bridge arm output voltage vx of the input side bridge arm 101 and the zero-crossing point of the fundamental component of the bridge arm output voltage vy of the output side bridge arm 102 (the voltage across the switch tubes Q5 and Q6).
  • the driving logic of the input side bridge arm 101 remains unchanged, the switch tubes Q3 and Q5 remain in a normally-on state, and the switch tubes Q4 and Q6 work complementarily with a duty cycle of 50%.

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Abstract

一种DC/AC电路的控制方法及DC/AC电路。所述控制方法包括：基于所述DC/AC电路的输出电压、输入电压、谐振单元的谐振参数以及表征功率传输的瞬时控制指令，确定所述输入侧桥臂和所述输出侧桥臂中开关元件的开关频率以及所述DC/AC电路的移相角。

Description

DC/AC电路的控制方法及DC/AC电路
相关申请
本申请要求2022年12月30日申请的，申请号为202211729940.5，发明名称为“DC/AC电路的控制方法及DC/AC电路”的中国专利申请的优先权，其全部内容通过引用结合在本申请中。
技术领域
本申请涉及逆变领域，特别是涉及一种DC/AC电路的控制方法及DC/AC电路。
背景技术
DC/AC电路被广泛应用到可再生能源发电、储能系统以及电动车充电等并网工作的功率变换场合。
在谐振式软开关DC/AC电路中，由于软开关的工作要求，使开关切换的时刻点受到限制，要同时实现软开关工作和功率控制对功率开关器件的开关频率以及切换时刻点有很高的要求。传统的DC/AC电路对并网电流或交流侧电压的控制基于交流侧电流/电压的反馈控制实现，需要额外的传感器和采样电路，成本较高，且反馈环路的响应速度慢。
发明内容
根据本申请的各种实施例，提供一种DC/AC电路的控制方法及DC/AC电路。
本申请提供一种DC/AC电路的控制方法，所述电路用于将直流电转换为交流电，包括输入侧桥臂、输出侧桥臂、连接在所述输入侧桥臂和所述输出侧桥臂之间的谐振单元，所述方法包括：
基于所述DC/AC电路的输出电压、输入电压、谐振单元的谐振参数以及表征功率传输的瞬时控制指令，确定所述输入侧桥臂和所述输出侧桥臂中开关元件的开关频率以及所述DC/AC电路的移相角。
在一实施例中，在所述输入侧桥臂为半桥结构的情况下，所述移相角包括所述输入侧桥臂的桥臂输出电压和所述输出侧桥臂的桥臂输出电压间的第一移相角，所述开关频率基于所述第一移相角、所述DC/AC电路的输出电压、输入电压、谐振单元的谐振参数以及所述瞬时控制指令所确定。
在一实施例中，在所述输入侧桥臂为全桥结构的情况下，所述移相角包括所述输入侧桥臂的桥臂输出电压和所述输出侧桥臂的桥臂输出电压间的第一移相角以及所述输入侧桥臂的两个半桥桥臂的输出电压间的第二移相角，所述开关频率基于所述第一移相角、第二移相角、所述DC/AC电路的输出电压、输入电压、谐振单元的谐振参数以及所述瞬时控制指令所确定。
在一实施例中，所述电路还包括连接在所述输入侧桥臂和所述输出侧桥臂之间的变压单元，所述开关频率基于所述第一移相角、所述第二移相角、所述DC/AC电路的输入电压、输出电压、所述谐振单元的谐振腔参数、所述瞬时控制指令，以及所述变压单元的变压参数所确定。
在一实施例中，所述瞬时控制指令为瞬时功率指令或瞬时电流指令。
在一实施例中，基于电网电压相位和系统功率指令以及功率因数，计算得到所述瞬时控制指令。
在一实施例中，所述第二移相角θ满足：
其中，Vin表示所述输入电压，Vg表示所述输出电压的瞬时值；n表示所述变压参数。
在一实施例中，所述第一移相角满足：
在一实施例中，基于所述移相角以及所述开关频率生成驱动信号，以驱动所述输入侧桥臂和所述输出侧桥臂中的对应开关元件。
本申请还提供一种DC/AC电路，所述电路包括输入侧桥臂、输出侧桥臂、连接在所述输入侧桥臂和所述输出侧桥臂之间的谐振单元、以及与所述输入侧桥臂、输出侧桥臂连接的控制器；
所述控制器基于所述DC/AC电路的输出电压、输入电压、谐振单元的谐振参数以及表征功率传输的瞬时控制指令，确定所述输入侧桥臂和所述输出侧桥臂中开关元件的开关频率以及所述DC/AC电路的移相角。
在一实施例中，所述输入侧桥臂为半桥结构，所述移相角包括所述输入侧桥臂的桥臂输出电压和所述输出侧桥臂的桥臂输出电压间的第一移相角，所述开关频率基于所述第一移相角、所述DC/AC电路的输出电压、输入电压、谐振单元的谐振参数以及所述瞬时控制指令所确定。
在一实施例中，所述输入侧桥臂为全桥结构，所述移相角包括所述输入侧桥臂的桥臂输出电压和所述输出侧桥臂的桥臂输出电压间的第一移相角以及所述输入侧桥臂的两个半桥桥臂的输出电压间的第二移相角，所述开关频率基于所述第一移相角、第二移相角、所述DC/AC电路的输出电压、输入电压、谐振单元的谐振参数以及所述瞬时控制指令所确定。
在一实施例中，所述电路还包括连接在所述输入侧桥臂和所述输出侧桥臂之间的变压单元，所述开关频率基于所述第一移相角、所述第二移相角、所述DC/AC电路的输入电压、输出电压、所述谐振单元的谐振腔参数、所述瞬时控制指令，以及所述变压单元的变压参数所确定。
在一实施例中，所述瞬时控制指令为瞬时功率指令或瞬时电流指令。
在一实施例中，基于电网电压相位和系统功率指令以及功率因数，计算得到所述瞬时控制指令。
在一实施例中，所述第二移相角θ满足：
其中，Vin表示所述输入电压，Vg表示所述输出电压的瞬时值；n表示所述变压参数。
在一实施例中，所述第一移相角满足：
在一实施例中，所述输出侧桥臂包括周波变换器，用于进行交交变换。
在一实施例中，控制器基于所述移相角以及所述开关频率生成驱动信号，以驱动所述输入侧桥臂和所述输出侧桥臂中的对应开关元件。
本申请还提供一种DC/AC电路的控制方法，所述电路用于将直流电转换为交流电，包括输入侧桥臂、输出侧桥臂、连接在所述输入侧桥臂和所述输出侧桥臂之间的谐振单元，所述方法包括：
基于所述DC/AC电路的输出电压、输入电压确定输入侧桥臂的两个半桥桥臂的输出电压间的第二移相角，其中，所述输入侧桥臂为全桥结构，所述第二移相角θ满足：
其中，Vin表示所述输入电压，Vg表示所述输出电压的瞬时值。
在一实施例中，所述输入侧桥臂的桥臂输出电压和所述输出侧桥臂的桥臂输出电压间的第一移相角满足：
在一实施例中，所述开关频率基于所述第一移相角、第二移相角、所述DC/AC电路的输出电压、输入电压、谐振单元的谐振参数以及表征功率传输的瞬时控制指令所确定。
在一实施例中，所述电路还包括连接在所述输入侧桥臂和所述输出侧桥臂之间的变压单元，所述开关频率基于所述第一移相角、所述第二移相角、所述DC/AC电路的输入电压、输出电压、所述谐振单元的谐振腔参数、所述瞬时控制指令，以及所述变压单元的变压参数所确定。
在一实施例中，所述第二移相角θ满足：
其中，Vin表示所述输入电压，Vg表示所述输出电压的瞬时值；n表示所述变压参数。
在一实施例中，所述瞬时控制指令为瞬时功率指令或瞬时电流指令。
在一实施例中，基于电网电压相位和系统功率指令以及功率因数，计算得到所述瞬时控制指令。
在一实施例中，基于所述第一移相角、第二移相角以及所述开关频率生成驱动信号，以驱动所述输入侧桥臂和所述输出侧桥臂中的对应开关元件。
本申请还提供一种DC/AC电路，所述电路包括输入侧桥臂、输出侧桥臂、连接在所述输入侧桥臂和所述输出侧桥臂之间的谐振单元、以及与所述输入侧桥臂、输出侧桥臂连接的控制器；
所述控制器基于所述DC/AC电路的输出电压、输入电压确定输入侧桥臂的两个半桥桥臂的输出电压间的第二移相角，其中，所述输入侧桥臂为全桥结构，所述第二移相角θ满足：
其中，Vin表示所述输入电压，Vg表示所述输出电压的瞬时值。
在一实施例中，所述输入侧桥臂的桥臂输出电压和所述输出侧桥臂的桥臂输出电压间的第一移相角满足：
在一实施例中，所述开关频率基于所述第一移相角、第二移相角、所述DC/AC电路的输出电压、输入电压、谐振单元的谐振参数以及表征功率传输的瞬时控制指令所确定。
在一实施例中，所述电路还包括连接在所述输入侧桥臂和所述输出侧桥臂之间的变压单元，所述开关频率基于所述第一移相角、所述第二移相角、所述DC/AC电路的输入电压、输出电压、所述谐振单元的谐振腔参数、所述瞬时控制指令，以及所述变压单元的变压参数所确定。
在一实施例中，所述第二移相角θ满足：
其中，Vin表示所述输入电压，Vg表示所述输出电压的瞬时值；n表示所述变压参数。
在一实施例中，所述瞬时控制指令为瞬时功率指令或瞬时电流指令。
在一实施例中，基于电网电压相位和系统功率指令以及功率因数，计算得到所述瞬时控制指令。
在一实施例中，所述输出侧桥臂包括周波变换器，用于进行交交变换。
在一实施例中，控制器基于所述第一移相角、第二移相角以及所述开关频率生成驱动信号，以驱动所述输入侧桥臂和所述输出侧桥臂中的对应开关元件。
相比于传统技术，本申请基于DC/AC电路的移相角以及瞬时控制指令，确定输入侧桥臂和输出侧桥臂中开关元件的开关频率，基于移相角以及开关频率生成驱动信号，以驱动输入侧桥臂和输出侧桥臂中的对应开关元件。本申请通过DC/AC电路的移相角以及开关频率配合来实现瞬时功率或瞬时电流的开环预测控制，控制简单，响应速度快。此外，该控制方法省去了电流采样电路，简化了电路结构，降低了成本。
本申请的一个或多个实施例的细节在下面的附图和描述中提出。本申请的其它特征、目的和优点将从说明书、附图以及权利要求书变得明显。
附图说明
为了更好地描述和说明这里公开的那些申请的实施例和/或示例，可以参考一幅或多幅附图。用于描述附图的附加细节或示例不应当被认为是对所公开的申请、目前描述的实施例和/或示例以及目前理解的这些申请的最佳模式中的任何一者的范围的限制。
图1为本申请提供的一实施例中DC/AC电路的结构示意图。
图2为本申请提供的另一实施例中DC/AC电路的结构示意图。
图3为本申请提供的一实施例中DC/AC电路的控制方法的流程示意图。
图4为本申请提供的一实施例中第二移相角和第一移相角确定方法的流程示意图。
图5为本申请提供的一实施例中开关频率校正的流程示意图。
图6为本申请提供的一实施例中DC/AC电路的控制方法的整体流程示意图。
图7为本申请提供的一示例实施例中DC/AC电路的电路原理图。
图8为本申请提供的一示例实施例中输出电压处于正半周期的工作波形示意图。
图9为本申请提供的一示例实施例中输出电压处于负半周期的工作波形示意图。
图10为本申请提供的一示例实施例中DC/AC电路的等效模型示意图。
图11为本申请提供的一示例实施例中控制器的控制框图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行描述和说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。基于本申请提供的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。此外，还可以理解的是，虽然这种开发过程中所作出的努力可能是复杂并且冗长的，然而对于与本申请公开的内容相关的本领域的普通技术人员而言，在本申请揭露的技术内容的基础上进行的一些设计，制造或者生产等变更只是常规的技术手段，不应当理解为本申请公开的内容不充分。
在本申请中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域普通技术人员显式地和隐式地理解的是，本申请所描述的实施例在不冲突的情况下，可以与其它实施例相结合。
除非另作定义，本申请所涉及的技术术语或者科学术语应当为本申请所属技术领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本申请所涉及的“一”、“一个”、“一种”、“该”等类似词语并不表示数量限制，可表示单数或复数。本申请所涉及的术语“包括”、“包含”、“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含；例如包含了一系列步骤或模块(单元)的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可以还包括没有列出的步骤或单元，或可以还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。本申请所涉及的“连接”、“相连”、“耦接”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电气的连接，不管是直接的还是间接的。本申请所涉及的“多个”是指大于或者等于两个。“和/或”描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，“A和/或B”可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。本申请所涉及的术语“第一”、“第二”、“第三”等仅仅是区别类似的对象，不代表针对对象的特定排序。
图1为本申请提供的一实施例中DC/AC电路的结构示意图，电路包括输入侧桥臂101、输出侧桥臂102、连接在所述输入侧桥臂101和所述输出侧桥臂102之间的谐振单元103、以及与所述输入侧桥臂101、输出侧桥臂102连接的控制器104。
输入侧桥臂101为逆变单元，包括至少两个开关元件，用于将直流电逆变为交流电。
输出侧桥臂102例如包括至少一个周波变换器，包括多组开关元件，用于进行交交变换。其中，每组开关元件包括至少两个反向连接的开关元件，输出侧桥臂102的输出端提供交流输出，例如提供至电网。
谐振单元103用于实现DC/AC电路中开关元件的软开关，从而降低电路损耗。
谐振单元103其电路形式可以为单L、LC以及CLLC等多种结构。
控制器104用于对所述输入侧桥臂101和输出侧桥臂102进行控制，实现功率变换。
在一些实施例中，如图2所示，DC/AC电路还包括连接在所述输入侧桥臂101和所述输出侧桥臂102之间的变压单元105。变压单元105的原边侧连接输入侧桥臂101，副边侧经过谐振单元103连接输出侧桥臂102，用于对DC/AC电路输入电压进行升压。
在一些实施例中，DC/AC电路还包括连接在输出侧桥臂102输出端的滤波单元106，用于滤波。
基于上述DC/AC电路，本申请提出一种DC/AC电路的控制方法，如图3所示，所述 方法包括：
S302：基于所述DC/AC电路的输出电压、输入电压、谐振单元的谐振参数以及表征功率传输的瞬时控制指令，确定所述输入侧桥臂和所述输出侧桥臂中开关元件的开关频率以及所述DC/AC电路的移相角。
其中，所述DC/AC电路的移相角满足所述输入侧桥臂和所述输出侧桥臂中的对应开关元件的软开关工作的条件。
在所述输入侧桥臂为半桥结构的情况下，所述移相角包括所述输入侧桥臂的桥臂输出电压和所述输出侧桥臂的桥臂输出电压间的第一移相角。
在所述输入侧桥臂为全桥结构的情况下，所述移相角包括所述输入侧桥臂的桥臂输出电压和所述输出侧桥臂的桥臂输出电压间的第一移相角以及所述输入侧桥臂的两个半桥桥臂的输出电压间的第二移相角。
其中，所述瞬时控制指令为瞬时功率指令或瞬时电流指令。
可以理解的是，DC/AC电路输出的瞬时功率和瞬时电流在电路模型上与开关频率相关联。
S304：基于所述移相角以及所述开关频率生成驱动信号，以驱动所述输入侧桥臂和所述输出侧桥臂中的对应开关元件。
在一实施例中，基于所述移相角以及所述开关频率生成驱动信号，以驱动所述输入侧桥臂和所述输出侧桥臂中的对应开关元件。
可以理解的是，通过DC/AC电路的移相角以及开关频率配合来实现瞬时功率或瞬时电流的开环预测控制，控制简单，响应速度快。此外，该控制方法省去了电流采样电路，简化了电路结构，降低了成本。
在一实施例中，在所述输入侧桥臂为半桥结构的情况下，所述移相角包括所述输入侧桥臂的桥臂输出电压和所述输出侧桥臂的桥臂输出电压间的第一移相角，所述开关频率基于所述第一移相角、所述DC/AC电路的输出电压、输入电压、谐振单元的谐振参数以及所述瞬时控制指令所确定。
基于所述第一移相角以及所述开关频率所生成所述驱动信号。
其中，瞬时控制指令为瞬时功率指令或瞬时电流指令。
瞬时控制指令基于电网电压相位和系统功率指令以及功率因数计算得到。
在所述电路还包括连接在所述输入侧桥臂和所述输出侧桥臂之间的变压单元的情况下，所述开关频率基于所述第一移相角、所述DC/AC电路的输出电压、输入电压、谐振单元的谐振参数、所述瞬时控制指令，以及所述变压单元的变压参数所确定。
根据软开关的边界条件，确定第一移相角的取值范围，再基于第一移相角的取值范围确定第一移相角的取值，从而实现DC/AC电路的开关元件能够全功率范围零电压开关。
考虑到开关频率具有限制值，也就是频率阈值，开关频率大于频率阈值的情况下，需要对开关频率进行调整，同时对第一移相角进行调整。
具体的，基于所述频率阈值，重新确定所述开关频率，基于重新确定的开关频率，重新确定所述第一移相角，基于所述重新确定的第一移相角以及所述重新确定的开关频率重新生成驱动信号，以驱动所述输入侧桥臂和所述输出侧桥臂中的对应开关元件。
在一实施例中，在所述输入侧桥臂为全桥结构的情况下，所述移相角包括所述输入侧桥臂的桥臂输出电压和所述输出侧桥臂的桥臂输出电压间的第一移相角以及所述输入侧桥臂的两个半桥桥臂的输出电压间的第二移相角，所述开关频率基于所述第一移相角、第二移相角、所述DC/AC电路的输出电压、输入电压、谐振单元的谐振参数以及所述瞬时控制指令所确定。
所述驱动信号基于所述第一移相角、第二移相角以及所述开关频率所生成。
在所述电路还包括连接在所述输入侧桥臂和所述输出侧桥臂之间的变压单元的情况下，所述开关频率基于所述第一移相角、所述第二移相角以及所述瞬时控制指令，利用所 述DC/AC电路的输入电压、输出电压、所述谐振单元的谐振腔参数以及所述变压单元的变压参数所确定。
其中，所述瞬时功率指令基于电网电压相位和系统功率指令以及功率因数计算得到。
系统功率指令可以为正或者为负，代表了功率的正负两种流动方向。
系统功率指令可以预设、也可以通过其他方式获得。
根据软开关的边界条件，确定第一移相角和第二移相角的取值范围，再基于取值范围确定第一移相角和第二移相角的取值，从而实现DC/AC电路的开关元件能够全功率范围零电压开关。
针对第一移相角和第二移相角的取值，如图4所示，所述方法还包括：
S402：基于软开关的边界条件，确定所述第一移相角和所述第二移相角的取值范围；
S404：基于所述取值范围，确定所述第一移相角和所述第二移相角。
具体的，边界条件包括第一边界条件以及第二边界条件，所述第一边界条件用于限定所述输入侧桥臂对应开关元件的软开关工作，所述第二边界条件用于限定所述输出侧桥臂对应开关元件的软开关工作。
可以理解的是，输入侧桥臂的同一个桥臂的开关元件互补导通，一个开关元件关断后另外一个与其互补的开关元件导通时，若开关切换时刻谐振电流小于0，实现开关元件的零电压开关。同理，对于输出侧桥臂，对于互补导通的两个开关元件，一个开关元件关断后另外一个与其互补的开关元件导通时，若开关切换时刻谐振电流大于0时，实现开关元件的零电压开关。基于此，根据谐振电流小于0和大于0的时刻分别设定第一边界条件和第二边界条件。
第一移相角可以是对应取值范围内的任意取值，第二移相角可以是对应取值范围内的任意取值。
考虑到现有的移相角计算算法复杂、计算时间较久，在进一步的实施例中，提出了改进的移相角确定方法，具体的，第二移相角的取值与第一移相角解耦，因此可以直接根据边界条件确定第二移相角的取值范围，之后根据确定的第二移相角确定第一移相角，降低了第一移相角和第二移相角取值的复杂度，减少控制器的计算时间。
在一实施例中，在所述输入侧桥臂为全桥结构的情况下，基于所述DC/AC电路的输出电压、输入电压确定输入侧桥臂的两个半桥桥臂的输出电压间的第二移相角，所述第二移相角θ满足：
其中，Vin表示所述输入电压，Vg表示所述输出电压的瞬时值。
在一实施例中，所述输入侧桥臂的桥臂输出电压和所述输出侧桥臂的桥臂输出电压间的第一移相角满足：
在一实施例中，所述电路还包括连接在所述输入侧桥臂和所述输出侧桥臂之间的变压单元，所述第二移相角θ满足：
其中，Vin表示所述输入电压，Vg表示所述输出电压的瞬时值；n表示所述变压参数。
需要说明的是，该改进的移相角确定方法还可用于基于交流侧电流/电压的反馈控制实现电流/功率的闭环控制的DC/AC电路或DC-DC电路中，因此适用范围比较广。
因此，本申请实施例的移相角确定方法，降低了第一移相角和第二移相角取值的复杂度，减少控制器的计算时间，适用范围广。
考虑到开关频率具有限制值，也就是频率阈值，开关频率大于频率阈值的情况下，需要对开关频率进行调整，同时对第一移相角和第二移相角进行调整。
在一实施例中，如图5所示，在所述开关频率大于频率阈值的情况下，所述方法还包括：
S502：基于所述频率阈值，重新确定所述开关频率；
S504：基于重新确定的开关频率，重新确定所述第一移相角以及所述第二移相角；
S506：基于所述重新确定的第一移相角、所述重新确定的第二移相角以及所述重新确定的开关频率重新生成驱动信号，以驱动所述输入侧桥臂和所述输出侧桥臂中的对应开关元件。
在本实施例中，对第一移相角、第二移相角重新确定，从而使得开关频率满足要求。
具体的，还可以将频率阈值作为重新确定的开关频率，基于重新确定的开关频率，重新确定第一移相角以及第二移相角，从而使得开关频率满足要求。
DC/AC电路的控制方法的整体流程图如图6所示，基于软开关的边界条件确定第二移相角，基于软开关的边界条件确定第一移相角，基于第二移相角、第一移相角以及瞬时控制指令，确定开关频率，判断开关频率是否大于频率阈值，若是，重新确定第二移相角、第一移相角以及开关频率，最后基于第二移相角、第一移相角以及开关频率生成开关元件的驱动信号。
在一示例实施例中，DC/AC电路的电路原理图如图7所示，DC/AC电路的输入侧桥臂101采用H桥结构，输入端并联电容Cin，输入侧桥臂101包括开关管Q1H、开关管Q1L、开关管Q2H、以及开关管Q2L，具体的，开关管Q1H和开关管Q1L串联在输入端构成一半桥桥臂，该半桥桥臂的桥臂中点提供对地的输出电压v1，开关管Q2H和开关管Q2L串联在输入端构成另一半桥桥臂，该半桥桥臂的桥臂中点提供对地的输出电压v2，输入侧桥臂101的桥臂输出电压vx为两个半桥桥臂的输出电压之差；输出侧桥臂102由两组共源极连接方式的开关元件串联组成，具体的，两组开关元件串联连接在输出侧桥臂102的两个输出端之间，构成一桥臂，输出侧桥臂102的第一组开关元件包括共源极连接的开关管Q3、开关管Q4，第二组开关元件包括共源极连接的开关管Q5、开关管Q6，两组开关元件共同连接于桥臂中点，输出侧桥臂102的输出端通过滤波单元106与交流侧电网相连，滤波单元106包括与输出侧桥臂102的输出端并联的电容Cf以及与输出侧桥臂102的第一输出端连接的电感Lf，同时输出侧桥臂102的第二输出端与变压单元105的副边绕组的一端连接，变压单元105的副边绕组的另一端通过谐振单元103与输出侧桥臂102的桥臂中点连接，谐振单元103包括串联连接的电感Lr、电容Cr。
在本示例实施例中，变压单元105为变压器，变压器原副边的匝比为1：n。
DC/AC电路在输出电压处于正半周期的工作波形如图8所示，DC/AC电路在输出电压处于负半周期的工作波形如图9所示。输入侧桥臂101的开关管Q1H和开关管Q1L、开关管Q2H和开关管Q2L分别以50％的占空比互补工作，两个半桥桥臂之间通过移相控制得到的桥臂电压vx如图所示，其中，第二移相角θ为输入侧桥臂101的两个半桥桥臂的输出电压间(输出电压v1和输出电压v2之间)的相位差。输出侧桥臂102的开关管的驱动逻辑如下：在输出电压正半周期，开关管Q4和开关管Q6保持常通状态，开关管Q3和 开关管Q5以50％的占空比互补工作，开关死区时间为Td，第一移相角为输入侧桥臂101的桥臂输出电压vx的基波分量过零点与输出侧桥臂102的桥臂输出电压(开关管Q5和Q6两端的电压)vy的基波分量过零点之间的相位差。
在输出电压的负半周期，输入侧桥臂101的驱动逻辑保持不变，开关管Q3和开关管Q5保持常通状态，开关管Q4和开关管Q6以50％的占空比互补工作。
只考虑基波，电路等效模型如图10所示，根据图中vx和vy的波形，谐振电流表达式可写为：
其中，n表示所述变压器的匝比、Xs表示谐振单元的阻抗、ωs表示开关频率对应的角频率，Vg表示输出电压的瞬时值，Vin为所述DC/AC电路的输入电压。
在θ/2角度时刻，开关管Q2H关断，开关管Q2L开通，此时若谐振电流irs小于0，则开关管Q2H关断后开关管Q2L的二极管先续流导通，开关管Q2L在死区时间后导通，从而实现开关管Q2L的零电压开通，因此，谐振电流irs需满足以下表达式：
将上述条件代入谐振电流irs的表达式中，可以解得，当第二移相角θ和第一移相角满足以下第一边界条件时，可以保证输入侧桥臂的开关管实现零电压开通。
第一边界条件：
其中：
由正弦信号波形的对称性可知，只要谐振电流满足上述条件，当开关管Q2L关断，开关管Q2H开通时，开关管Q2H同样能够实现零电压开通。由电路对称性可知，开关管Q1H和开关管Q1L换流时同样能够实现软开关工作。
在角度时刻，开关管Q5关断，开关管Q3开通，此时若谐振电流irs大于0，则开关管Q5关断后开关管Q3的二极管先续流导通，在死区时间后开关管Q3开通，从而实现开关管Q3的零电压开通。
由以上可知，当第二移相角θ和第一移相角满足第二边界条件时，可以保证输出侧桥臂的开关管实现零电压开通。
第二边界条件：
由正弦信号波形的对称性可知，只要谐振电流满足上述条件，当开关管Q3关断，开关管Q5开通时，开关管Q5同样能够实现零电压开通。
在输出电压的负半周期，原理相同，谐振电流irs需满足的条件与正半周期时一致。
综上所述，根据第一边界条件和第二边界条件，可以得到能够同时实现输入侧桥臂和所述输出侧桥臂的开关元件的软开关工作的第二移相角θ、第一移相角的取值范围。
第二移相角θ、第一移相角可以在对应的取值范围内任意取值，作为优选，可以将第二移相角与第一移相角解耦，即首先通过对第二移相角θ取值的限制，使第二移相角θ、第一移相角的取值范围总在第一边界条件内，从而降低算法的复杂度，减少计算时间，此时需满足：
在此基础上，再根据选取的第二移相角θ对第一移相角进行选择：
图11为本申请提供的一示例实施例中控制器的控制框图。如图所示，包括：
预测控制模块，用于基于所述DC/AC电路的输出电压、输入电压、谐振单元的谐振参数以及表征功率传输的瞬时控制指令，确定所述输入侧桥臂和所述输出侧桥臂中开关元件的开关频率以及所述DC/AC电路的移相角。
具体的，所述预测控制模块包括：移相角确定单元，用于基于所述DC/AC电路的输出电压Vg、输入电压Vin以及所述变压单元的变压参数确定第二移相角和第一移相角；频率确定单元，用于基于所述第一移相角所述第二移相角θ、所述DC/AC电路的输入电压Vin、输出电压Vg、所述谐振单元的谐振腔参数、所述瞬时控制指令，以及所述变压单元的变压参数确定所述输入侧桥臂101和所述输出侧桥臂102中开关元件的开关频率。
进一步的，还包括瞬时控制指令计算模块，用于根据电网电压相位θg、系统功率指令Pdc和功率因数PF获得瞬时功率指令Psavg或瞬时电流指令Isavg。
进一步的，还包括PLL模块，用于获取所述电网电压相位θg；
进一步的，还包括驱动信号生成模块，用于根据第二移相角θ、第一移相角以及开关频率fs产生驱动开关元件的驱动信号。
只考虑基波，以瞬时控制指令为瞬时功率指令为例，DC/AC电路的瞬时功率传输满足：
其中fs为开关频率，Vin为输入电压，Vg为输出电压的瞬时值，n为变压器的匝比。在给定上述第二移相角θ、第一移相角的情况下，根据系统功率指令Pdc，可求得开关频率fs：
其中，Lr表示电感Lr的值，Cr表示电容Cr的值。
由此，根据第二移相角θ、第一移相角开关频率fs可以得到开关管的驱动信号，实现软开关控制和系统功率控制。
可以理解的是，只考虑基波，DC/AC电路的瞬时电流传输满足电流传输模型，基于电流和功率的关系，电流传输模型可以通过功率传输模型转换得到。在给定上述第二移相角θ、第一移相角的情况下，根据瞬时电流指令Isavg，可求得开关频率fs，且此时计算开关频率fs只需要电网电压的极性信息。
由此，根据第二移相角θ、第一移相角开关频率fs可以得到开关管的驱动信号，实现软开关控制和输出瞬时电流控制。
需要说明的是，对于其他电路结构的DC/AC电路，根据其电路结构、电路参数以及输出电压处于正负半周期的工作波形，建立谐振电流表达式。根据谐振电流表达式建立软开关的边界条件，确定DC/AC电路的移相角。此外，再建立与该DC/AC电路对应的功率传输模型或电流传输模型，得到开关频率的表达式，根据开关频率的表达式计算得到开关频率。根据DC/AC电路的移相角、开关频率可以得到开关管的驱动信号，实现软开关控制和输出瞬时功率控制。
根据本申请的实施例，还提供了对应于上述控制方法的一种DC/AC电路。参见图1-2所示本申请提供的一实施例中DC/AC电路的结构示意图。所述电路包括输入侧桥臂101、输出侧桥臂102、连接在所述输入侧桥臂101和所述输出侧桥臂102之间的谐振单元103、以及与所述输入侧桥臂101、输出侧桥臂102连接的控制器104。
所述控制器104基于基于所述DC/AC电路的输出电压、输入电压、谐振单元的谐振参数以及表征功率传输的瞬时控制指令，确定所述输入侧桥臂和所述输出侧桥臂中开关元件的开关频率以及所述DC/AC电路的移相角。
在本实施例中，控制器基于所述DC/AC电路的输出电压、输入电压、谐振单元的谐振参数以及表征功率传输的瞬时控制指令，确定所述输入侧桥臂和所述输出侧桥臂中开关元件的开关频率以及所述DC/AC电路的移相角。本申请通过DC/AC电路的移相角以及开关频率配合来实现瞬时功率或瞬时电流的开环预测控制，控制简单，响应速度快。此外，该控制方法省去了电流采样电路，简化了电路结构，降低了成本。
在一实施例中，所述输入侧桥臂为半桥结构，所述移相角包括所述输入侧桥臂的桥臂输出电压和所述输出侧桥臂的桥臂输出电压间的第一移相角，所述开关频率基于所述第一移相角、所述DC/AC电路的输出电压、输入电压、谐振单元的谐振参数以及所述瞬时控制指令所确定。
在一实施例中，所述输入侧桥臂为全桥结构，所述移相角包括所述输入侧桥臂的桥臂输出电压和所述输出侧桥臂的桥臂输出电压间的第一移相角以及所述输入侧桥臂的两个半桥桥臂的输出电压间的第二移相角，所述开关频率基于所述第一移相角、第二移相角、所述DC/AC电路的输出电压、输入电压、谐振单元的谐振参数以及所述瞬时控制指令所确定。
在一实施例中，所述电路还包括连接在所述输入侧桥臂和所述输出侧桥臂之间的变压单元，所述开关频率基于所述第一移相角、所述第二移相角、所述DC/AC电路的输入电压、输出电压、所述谐振单元的谐振腔参数、所述瞬时控制指令，以及所述变压单元的变压参数所确定。
在一实施例中，所述瞬时控制指令为瞬时功率指令或瞬时电流指令。
在一实施例中，基于电网电压相位和系统功率指令以及功率因数，计算得到所述瞬时控制指令。
在一实施例中，所述第二移相角θ满足：
其中，Vin表示所述输入电压，Vg表示所述输出电压的瞬时值；n表示所 述变压参数；
所述控制器基于软开关的边界条件，确定所述第一移相角和所述第二移相角的取值范围；基于所述取值范围，确定所述第一移相角和所述第二移相角。
在一实施例中，所述第一移相角满足：
在一实施例中，所述输出侧桥臂包括周波变换器，用于进行交交变换。
在一实施例中，控制器104还基于所述移相角以及所述开关频率生成驱动信号，以驱动所述输入侧桥臂和所述输出侧桥臂中的对应开关元件。
在一具体实施例中，如图7所示，DC/AC电路的输入侧桥臂101采用H桥结构，输入端并联电容Cin，输入侧桥臂101包括开关管Q1H、开关管Q1L、开关管Q2H、以及开关管Q2L，具体的，开关管Q1H和开关管Q1L串联在输入端构成一半桥桥臂，该半桥桥臂的桥臂中点提供对地的输出电压v1，开关管Q2H和开关管Q2L串联在输入端构成另一半桥桥臂，该半桥桥臂的桥臂中点提供对地的输出电压v2，输入侧桥臂101的桥臂输出电压vx为所述两个半桥桥臂的输出电压之差；输出侧桥臂102由两组共源极连接方式的开关元件串联组成，具体的，两组开关元件串联连接在输出侧桥臂的两个输出端之间，构成一桥臂，输出侧桥臂102的第一组开关元件包括共源极连接的开关管Q3、开关管Q4，第二组开关元件包括共源极连接的开关管Q5、开关管Q6，两组开关元件共同连接于桥臂中点，输出侧桥臂102的输出端通过滤波单元106与交流侧电网相连，滤波单元106包括与输出侧桥臂102的输出端并联的电容Cf以及与输出侧桥臂102的第一输出端连接的电感Lf，同时输出侧桥臂102的第二输出端与变压单元105的副边绕组的一端连接，变压单元105的副边绕组的另一端通过谐振单元103与输出侧桥臂102的桥臂中点连接，谐振单元103包括串联连接的电感Lr、电容Cr。
在本示例实施例中，变压单元105为变压器，变压器原副边的匝比为1：n。
DC/AC电路在输出电压处于正半周期的工作波形如图8所示，DC/AC电路在输出电压处于负半周期的工作波形如图9所示。输入侧桥臂101的开关管Q1H和开关管Q1L、开关管Q2H和开关管Q2L分别以50％的占空比互补工作，两个桥臂之间通过移相控制得到的输入侧桥臂电压vx如图所示，其第二移相角θ为输入侧桥臂101的两个半桥桥臂的输出电压间(输出电压v1和输出电压v2之间)的相位差。输出侧桥臂102的开关管的驱动逻辑如下：在输出电压正半周期，开关管Q4和开关管Q6保持常通状态，开关管Q3和开关管Q5以50％的占空比互补工作，开关死区时间为Td，第一移相角为输入侧桥臂101的桥臂输出电压vx的基波分量过零点与输出侧桥臂102的桥臂输出电压(开关管Q5和Q6两端的电压)vy的基波分量过零点之间的相位差。
在输出电压负半周期，输入侧桥臂101的驱动逻辑保持不变，开关管Q3和开关管Q5保持常通状态，开关管Q4和开关管Q6以50％的占空比互补工作。
由于本实施例的DC/AC电路所实现的处理及功能相应于前述控制方法的实施例、原理和实例，故本实施例的描述中未详尽之处，可以参见前述实施例中的相关说明，在此不做赘述。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不 脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (17)

  1. 一种DC/AC电路的控制方法，所述电路用于将直流电转换为交流电，包括输入侧桥臂、输出侧桥臂、连接在所述输入侧桥臂和所述输出侧桥臂之间的谐振单元，其特征在于，所述方法包括：
    基于所述DC/AC电路的输出电压、输入电压、谐振单元的谐振参数以及表征功率传输的瞬时控制指令，确定所述输入侧桥臂和所述输出侧桥臂中开关元件的开关频率以及所述DC/AC电路的移相角。
  2. 根据权利要求1所述的方法，其中，在所述输入侧桥臂为半桥结构的情况下，所述移相角包括所述输入侧桥臂的桥臂输出电压和所述输出侧桥臂的桥臂输出电压间的第一移相角，所述开关频率基于所述第一移相角、所述DC/AC电路的输出电压、输入电压、谐振单元的谐振参数以及所述瞬时控制指令所确定。
  3. 根据权利要求1所述的方法，其中，在所述输入侧桥臂为全桥结构的情况下，所述移相角包括所述输入侧桥臂的桥臂输出电压和所述输出侧桥臂的桥臂输出电压间的第一移相角以及所述输入侧桥臂的两个半桥桥臂的输出电压间的第二移相角，所述开关频率基于所述第一移相角、第二移相角、所述DC/AC电路的输出电压、输入电压、谐振单元的谐振参数以及所述瞬时控制指令所确定。
  4. 根据权利要求3所述的方法，其中，所述电路还包括连接在所述输入侧桥臂和所述输出侧桥臂之间的变压单元，所述开关频率基于所述第一移相角、所述第二移相角、所述DC/AC电路的输入电压、输出电压、所述谐振单元的谐振腔参数、所述瞬时控制指令，以及所述变压单元的变压参数所确定。
  5. 根据权利要求1所述的方法，其中，所述瞬时控制指令为瞬时功率指令或瞬时电流指令。
  6. 根据权利要求1所述的方法，其中，基于电网电压相位和系统功率指令以及功率因数，计算得到所述瞬时控制指令。
  7. 根据权利要求4所述的方法，其中，所述第二移相角θ满足：
    其中，Vin表示所述输入电压，Vg表示所述输出电压的瞬时值；n表示所述变压参数。
  8. 根据权利要求7所述的方法，其中，所述第一移相角满足：
  9. 一种DC/AC电路，其特征在于，所述电路包括输入侧桥臂、输出侧桥臂、连接在所述输入侧桥臂和所述输出侧桥臂之间的谐振单元、以及与所述输入侧桥臂、输出侧桥臂连接的控制器；
    所述控制器基于所述DC/AC电路的输出电压、输入电压、谐振单元的谐振参数以及表征功率传输的瞬时控制指令，确定所述输入侧桥臂和所述输出侧桥臂中开关元件的开关频率以及所述DC/AC电路的移相角。
  10. 根据权利要求9所述的电路，其中，所述输入侧桥臂为半桥结构，所述移相角包括所述输入侧桥臂的桥臂输出电压和所述输出侧桥臂的桥臂输出电压间的第一移相角，所述开关频率基于所述第一移相角、所述DC/AC电路的输出电压、输入电压、谐振单元的谐振参数以及所述瞬时控制指令所确定。
  11. 根据权利要求9所述的电路，其中，所述输入侧桥臂为全桥结构，所述移相角包括所述输入侧桥臂的桥臂输出电压和所述输出侧桥臂的桥臂输出电压间的第一移相角以及所述输入侧桥臂的两个半桥桥臂的输出电压间的第二移相角，所述开关频率基于所述第一移相角、第二移相角、所述DC/AC电路的输出电压、输入电压、谐振单元的谐振参数以及所述瞬时控制指令所确定。
  12. 根据权利要求11所述的电路，其中，所述电路还包括连接在所述输入侧桥臂和所述输出侧桥臂之间的变压单元，所述开关频率基于所述第一移相角、所述第二移相角、所述DC/AC电路的输入电压、输出电压、所述谐振单元的谐振腔参数、所述瞬时控制指令，以及所述变压单元的变压参数所确定。
  13. 根据权利要求9所述的电路，其中，所述瞬时控制指令为瞬时功率指令或瞬时电流指令。
  14. 根据权利要求9所述的电路，其中，基于电网电压相位和系统功率指令以及功率因数，计算得到所述瞬时控制指令。
  15. 根据权利要求12所述的电路，其中，所述第二移相角θ满足：
    其中，Vin表示所述输入电压，Vg表示所述输出电压的瞬时值；n表示所述变压参数。
  16. 根据权利要求15所述的电路，其中，所述第一移相角满足：
  17. 根据权利要求9所述的电路，其中，所述输出侧桥臂包括周波变换器，用于进行交交变换。
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