技术摘要：
本发明涉及DC‑AC变换器中使用的限流系统和限流方法，具体涉及DC‑AC变换器逐开关周期峰值电流限流系统和方法，解决传统DC‑AC变换器难以实现峰值电流限流的问题。本发明DC‑AC变换器的逐开关周期峰值电流限流系统包括控制驱动电路、DC‑AC变换电路和电流限流控制电路  全部
背景技术：
传统的限流电路有两种：一种是基于平均电流控制的限流技术；另一种是基于峰 值电流控制的限流技术。采用平均电流控制的限流电路，其性能很大程度上取决于控制器 的响应速度：控制器响应速度快，容易引起系统环路裕量不足而振荡；控制器调节速度慢， 则容易引起系统超调，导致限流点超调数倍，不能达到理想的限流保护目的。而采用峰值电 流限流模式的响应速度快，延迟时间可以小到几十纳秒到几百纳秒数量级，同时不受控制 器的影响。通常情况下，峰值电流限流模式多应用于AC-DC和DC-DC变换器中，且集成于模拟 集成芯片的PWM控制器中，而在DC-AC变换器中难以实现峰值电流限流模式，主要因为峰值 电流限流模式对控制器的响应速度和时序控制有较高要求，DC-AC变换器的控制相对复杂， 一般通过数字控制器实现，数字控制器的响应速度无法满足峰值电流限流模式的要求。
技术实现要素：
本发明针对现有技术中DC-AC变换器难以实现峰值电流限流的问题，提出DC-AC变 换器逐开关周期峰值电流限流系统和方法，采用模拟电路，响应速度快，且增加斜坡补偿单 元以消除次谐波振荡。本发明可实现DC-AC变换器在过载或短路下的限流状态稳定运行，提 高系统可靠性。 本发明所采用的技术方案是：一种DC-AC变换器逐开关周期峰值电流限流系统，包 括控制驱动电路、DC-AC变换电路，其特殊之处在于：还包括电流限流控制电路； 所述电流限流控制电路包括逻辑综合单元113、斜坡补偿单元114、求和单元115、 限流比较器116、SR锁存器117、非门121； 所述逻辑综合单元113的两个输入端分别输入PWM控制信号PWMA和PWMB，逻辑综合 单元113的输出端连接斜坡补偿单元114的输入端以及SR锁存器117的复位端； 所述斜坡补偿单元114的输出端连接求和单元115的一个输入端； 所述求和单元115的另一个输入端连接电流感测信号ISENSE，求和单元115的输出 端与限流比较器116的反相输入端相连； 所述限流比较器116的同相输入端连接预定限流电平Vref，限流比较器116输出端 连接SR锁存器117的置位端； 所述SR锁存器117的输出Q端连接非门121的输入端； 所述控制驱动电路包括死区单元118、削波单元119、驱动单元120； 所述死区单元118的两个输入端分别连接PWM控制信号PWMA和PWMB，死区单元118 的四个输出端分别与削波单元119四个与门的一个输入端相连； 所述削波单元119四个与门的另一输入端均与非门121的输出端连接； 5 CN 111585426 A 说　明　书 2/7 页 所述驱动单元120的四个输入端分别与削波单元119四个与门的输出端相连； 所述DC-AC变换电路包括H桥以及设置在H桥和输入地之间的电流传感器107； 所述H桥的4个开关晶体管的控制端分别连接驱动单元120的四个输出端； 所述电流传感器107输出的电流感测信号ISENSE输入到求和单元115。 同时，本发明还给出上述DC-AC变换器逐开关周期峰值电流限流系统的限流方法， 其特殊之处在于： 步骤1、对H桥的直流供电电流进行采样，得到电流感测信号ISENSE； 步骤2、对输入PWM控制信号PWMA和PWMB进行异或操作，产生PWM综合信号R’，同时， PWMA信号经过死区单元产生带死区的互补的两路死区控制信号PWM1和PWM1’，PWMB信号经 过死区单元产生带死区的互补的两路死区控制信号PWM2和PWM2’； 步骤3、将R’信号经过斜坡补偿单元转换为斜坡补偿信号Vramp；将Vramp信号与电 流感测信号ISENSE求和，进行斜坡补偿，产生感测电压Vsum； 步骤4、将感测电压Vsum作为反相输入和预定限流电平Vref经限流比较器进行比 较，当Vsum小于Vref时，执行步骤5；当Vsum大于Vref时，执行步骤6； 步骤5、直接工作模式： 5.1)限流比较器输出电流限定信号S’＝1，提供SR锁存器置位信号；PWM综合信号 R’提供SR锁存器复位信号； 5.2)SR锁存器输出Q端信号经逻辑非运算后输出信号LOCK＝1； 5.3)LOCK信号与死区控制信号PWM1、PWM1’、PWM2、PWM2’分别通过逻辑与运算产生 控制信号CUT1＝PWM1，CUT1’＝PWM1’，CUT2＝PWM2，CUT2’＝PWM2’； 5.4)控制信号CUT1、CUT1’和CUT2、CUT2’经过驱动单元产生两组带死区的互补的 驱动信号DR1、DR2和DR3、DR4； 5.5)驱动信号DR1、DR2和DR3、DR4驱动H桥工作； 步骤6、峰值电流限流模式： t1时刻：Vsum大于Vref，信号传输延时，H桥维持原工作状态； t2时刻第一阶段：限流比较器输出电流限定信号S’由1跳变为0，提供SR锁存器置 位信号；PWM综合信号R’＝1，提供SR锁存器复位信号；SR锁存器输出Q＝1，经逻辑非运算后 输出信号LOCK＝0，则控制信号CUT1＝0，CUT1’＝0，CUT2＝0，CUT2’＝0，产生驱动信号DR1＝ 0，DR2＝0，DR3＝0，DR4＝0；此时，爬升过程中的电感电流立即转下降，同时H桥供电电流立 即反向； t2时刻第二阶段：电流感测信号ISENSE下降为负值，使Vsum小于Vref，限流比较器 输出S’由0跳变为1，PWM综合信号R’＝1，SR锁存器输出Q＝1，经逻辑非运算后输出信号LOCK ＝0，则控制信号CUT1＝0，CUT1’＝0，CUT2＝0，CUT2’＝0，产生驱动信号DR1＝0，DR2＝0，DR3 ＝0，DR4＝0；H桥供电电流保持反向； t3时刻：PWM综合信号R’由1跳变为0，SR锁存器输出Q＝0，经逻辑非运算后输出信 号LOCK＝1，则控制信号CUT1＝PWM1，CUT1’＝PWM1’，CUT2＝PWM2，CUT2’＝PWM2’，驱动单元 产生两组带死区的互补的驱动信号DR1、DR2和DR3、DR4，驱动H桥工作。 进一步地，上述步骤2中，PWM控制信号PWMA和PWMB为单极性调制、二重化单极性调 制或者双极性调制信号。 6 CN 111585426 A 说　明　书 3/7 页 此外，本发明还提出了一种功率大于10kW的DC-AC变换器逐开关周期峰值电流限 流系统，包括控制驱动电路、DC-AC变换电路，其特殊之处在于：还包括电流限流控制电路； 所述电流限流控制电路包括逻辑综合单元113、斜坡补偿单元114、求和单元115、 限流比较器116、SR锁存器117、非门121； 所述逻辑综合单元113的两个输入端分别输入PWM控制信号PWMA和PWMB，逻辑综合 单元113的输出端连接斜坡补偿单元114的输入端以及SR锁存器117的复位端； 所述斜坡补偿单元114的输出端连接求和单元115的一个输入端； 所述求和单元115的另一个输入端连接电流感测信号ISENSE，求和单元115的输出 端与限流比较器116的反相输入端相连； 所述限流比较器116的同相输入端连接预定限流电平Vref，限流比较器116输出端 连接SR锁存器117的置位端； 所述SR锁存器117的输出Q端连接非门121的输入端； 所述控制驱动电路包括死区单元118、削波单元119、驱动单元120； 所述死区单元118的两个输入端分别连接PWM控制信号PWMA和PWMB，死区单元118 的四个输出端分别与削波单元119四个与门的一个输入端相连； 所述削波单元119四个与门的另一输入端均与非门121的输出端连接； 所述驱动单元120的四个输入端分别与削波单元119四个与门的输出端相连； 所述DC-AC变换电路包括H桥、电流传感器107、整流电路122； 所述H桥的4个开关晶体管的控制端分别连接驱动单元120的四个输出端； 所述电流传感器107设置在H桥的电感器110与第一开关晶体管102和第二开关晶 体管104的连接点之间，电流传感器107的输出端与整流电路122的输入端连接； 所述整流电路122输出的电流感测信号ISENSE输入到求和单元115。 进一步地，为了适用于功率大于10kW的DC-AC变换器，上述限流系统中，所述电流 传感器107为霍尔传感器。 同时，本发明还给出了上述功率大于10kW的DC-AC变换器逐开关周期峰值电流限 流系统的限流方法，其特殊之处在于： 步骤1、对H桥的电感电流进行采样，将采样信号进行整流后，得到电流感测信号 ISENSE； 步骤2、对输入PWM控制信号PWMA和PWMB进行异或操作，产生PWM综合信号R’，同时， PWMA信号经过死区单元产生带死区的互补的两路死区控制信号PWM1和PWM1’，PWMB信号经 过死区单元产生带死区的互补的两路死区控制信号PWM2和PWM2’； 步骤3、将R’信号经过斜坡补偿单元转换为斜坡补偿信号Vramp；将Vramp信号与电 流感测信号ISENSE求和，进行斜坡补偿，产生感测电压Vsum； 步骤4、将感测电压Vsum作为反相输入和预定限流电平Vref经过限流比较器进行 比较，当Vsum小于Vref时，执行步骤5；当Vsum大于Vref时，执行步骤6； 步骤5、直接工作模式： 5.1)限流比较器输出电流限定信号S’＝1，提供SR锁存器置位信号；PWM综合信号 R’提供SR锁存器复位信号； 5.2)SR锁存器输出Q端信号经逻辑非运算后输出信号LOCK＝1； 7 CN 111585426 A 说　明　书 4/7 页 5.3)LOCK信号与死区控制信号PWM1、PWM1’、PWM2、PWM2’分别通过逻辑与运算产生 控制信号CUT1＝PWM1，CUT1’＝PWM1’，CUT2＝PWM2，CUT2’＝PWM2’； 5.4)控制信号CUT1、CUT1’和CUT2、CUT2’经过驱动单元产生两组带死区的互补的 驱动信号DR1、DR2和DR3、DR4； 5.5)驱动信号DR1、DR2和DR3、DR4驱动H桥工作； 步骤6、峰值电流限流模式： t1时刻：Vsum大于Vref，信号传输延时，H桥维持原工作状态； t2时刻：限流比较器输出电流限定信号S’由1跳变为0，提供SR锁存器置位信号； PWM综合信号R’＝1，提供SR锁存器复位信号；SR锁存器输出Q＝1，经逻辑非运算后输出信号 LOCK＝0，则控制信号CUT1＝0，CUT1’＝0，CUT2＝0，CUT2’＝0，产生驱动信号DR1＝0，DR2＝ 0，DR3＝0，DR4＝0；此时，爬升过程中的电感电流立即转下降； t3时刻：PWM综合信号R’由1跳变为0，SR锁存器输出Q＝0，逻辑非运算后输出信号 LOCK＝1，则控制信号CUT1＝PWM1，CUT1’＝PWM1’，CUT2＝PWM2，CUT2’＝PWM2’，驱动单元产 生两组带死区的互补的驱动信号DR1、DR2和DR3、DR4，驱动信号驱动H桥工作。 进一步地，上述步骤2中，PWM控制信号PWMA和PWMB为单极性调制、二重化单极性调 制或者双极性调制信号。 本发明的有益效果是： 1)本发明采用模拟比较器，延迟时间最小到纳秒数量级，响应速度快。 2)本发明在DC-AC变换器的峰值电流限流系统增加斜坡补偿单元，解决了峰值电 流模式下的次谐波振荡问题，使系统工作更加稳定。 3)本发明将电流限流控制电路串联到DC-AC变换器的PWM控制电路与控制驱动电 路之间，电路简单；电流传感器采样方式灵活，可以采集H桥的直流供电电流，也可以采集H 桥的电感电流。 4)本发明提出的电感电流采样峰值电流限流系统可用于功率大于10kW的DC-AC变 换器。 5)本发明在DC-AC变换器的逐个开关周期内进行峰值电流限流，工作状态稳定，可 防止开关晶体管过大的冲击电流发生，可靠性高。 6)本发明适用于DC-AC变换器的单极性调制、二重化单极性调制、双极性PWM调制 等多种PWM调制方式。 附图说明 图1是本发明实施例一采用H桥直流输入电流采样的DC-AC变换器逐开关周期峰值 电流限流系统的电路示意图； 图2是本发明实施例一中的DC-AC变换器在普通单极性调制方式下直接模式到峰 值限流模式工作关联的数个波形； 图3是本发明实施例一中的DC-AC变换器在二重化单极性调制方式下直接模式到 峰值限流模式工作关联的数个波形； 图4是本发明实施例一中的DC-AC变换器在双极性调制方式下直接模式到峰值限 流模式工作关联的数个波形； 8 CN 111585426 A 说　明　书 5/7 页 图5是本发明实施例二采用电感电流采样的DC-AC变换器逐开关周期峰值电流限 流系统的电路示意图； 图6是本发明实施例二中的DC-AC变换器在普通单极性调制方式下直接模式到峰 值限流模式工作关联的数个波形； 图7是本发明实施例二中的DC-AC变换器在二重化单极性调制方式下直接模式到 峰值限流模式工作关联的数个波形； 图8是本发明实施例二中的DC-AC变换器在双极性调制方式下直接模式到峰值限 流模式工作关联的数个波形。 附图标记说明： 101-输入电压，102-第一开关晶体管，103-第一电压节点，104-第二开关晶体管， 105-输入地，106-第四开关晶体管，107-电流传感器，108-第二电压节点，109-第三开关晶 体管，110-电感器，111-电容器，112-第三电压节点，113-逻辑综合单元，114-斜坡补偿单 元，115-求和单元，116-限流比较器，117-SR锁存器，118-死区单元，119-削波单元，120-驱 动单元，121-非门，122-整流电路。