逆变器、逆变器电路及其构建方法
阅读说明：本技术 逆变器、逆变器电路及其构建方法 (Inverter, inverter circuit and construction method thereof ) 是由 汪洪亮 邱晓东 岳秀梅 罗安 于 2020-05-22 设计创作，主要内容包括：本申请公开了一种逆变器、逆变器电路及其构建方法。其中,逆变器电路,包括：相连接的逆变电路和分频电路；逆变电路,用于通过控制开关器件将输入的直流电变换成阶梯波并输出给分频电路；阶梯波包含多个不同频率的正弦波,各正弦波的频率为开关器件的开关频率的倍数；分频电路,用于滤除阶梯波中包含的不符合目标频率的正弦波,且提取阶梯波中包含的符合目标频率的正弦波作为输出的交流电；开关器件的开关频率为目标频率的1/N,N为大于1的正整数。通过一个较低的开关频率,就可以得到一个较高的交流电的频率,与相关技术相比,一方面,突破了开关器件的最高开关频率的制约,另一方面,也减少了开关器件的损耗。(The application discloses an inverter, an inverter circuit and a construction method thereof. Wherein, inverter circuit includes: the inverter circuit and the frequency division circuit are connected; the inverter circuit is used for converting the input direct current into step waves by controlling the switching device and outputting the step waves to the frequency dividing circuit; the step wave comprises a plurality of sine waves with different frequencies, and the frequency of each sine wave is a multiple of the switching frequency of the switching device; the frequency dividing circuit is used for filtering sine waves which do not accord with the target frequency and are contained in the step waves, and extracting the sine waves which accord with the target frequency and are contained in the step waves as output alternating current; the switching frequency of the switching device is 1/N of the target frequency, and N is a positive integer greater than 1. Compared with the related technology, on one hand, the limitation of the highest switching frequency of the switching device is broken through, and on the other hand, the loss of the switching device is also reduced.)
技术领域
本申请涉及逆变器技术领域，尤其涉及一种逆变器、逆变器电路及其构建方法。
背景技术
逆变器，是将输入的直流电变换成交流电的变换器。
相关技术中，逆变器主要是基于脉冲等效原理使用正弦脉冲宽度调制(Sinusoidal Pulse Width Modulation，SPWM)实现直流电到交流电的变换。SPWM是用脉冲宽度按正弦规律变化而和正弦波等效的PWM波形，即SPWM波形，控制逆变器中开关器件的通断，使其输出的脉冲电压的面积与所希望输出的正弦波在相应区间内的面积相等，通过改变调制波的频率和幅值，则可调节逆变器输出电压的频率和幅值，从而得到正弦交流电。
基于SPWM的逆变器的主要特点是，输出的交流电的频率受开关器件的开关频率的限制，且开关器件的开关频率远远高于输出的交流电的频率。一般，开关器件的开关频率约为输出交流电的频率的50倍以上，比如，如果需要输出频率为30kHz的交流电，则开关器件的开关频率约需要达到1.5MHz，且若要提高输出交流电的质量，减小装置的体积，提高功率密度，则需要更高的开关频率。基于此，一方面，开关器件的开关频率的提高，将增大开关器件的损耗，另一方面，目前的技术手段有限，导致开关器件能够达到的最高开关频率也是受限的，进而导致输出的交流电的频率受限。
发明内容
本申请的目的是提供一种逆变器、逆变器电路及其构建方法，以解决相关技术中逆变器输出的正弦交流电的频率受开关器件的开关频率限制且开关器件的频率提升会导致开关器件损耗增大的问题。
本申请的目的是通过以下技术方案实现的：
一种逆变器电路，包括：相连接的逆变电路和分频电路；
所述逆变电路，用于通过控制开关器件将输入的直流电变换成阶梯波并输出给所述分频电路；所述阶梯波包含多个不同频率的正弦波，各所述正弦波的频率为所述开关器件的开关频率的倍数；
所述分频电路，用于滤除所述阶梯波中包含的不符合目标频率的所述正弦波，且提取所述阶梯波中包含的符合目标频率的所述正弦波作为输出的交流电；
所述开关器件的开关频率为所述目标频率的1/N，N为大于1的正整数。
可选的，所述分频电路包括LC谐振单元。
可选的，所述分频电路包括:
用于连接负载的第一输出端和第二输出端；
分别连接所述逆变电路的第一输入端和第二输入端；
第一LC谐振单元、第二LC谐振单元和第三LC谐振单元；
其中，所述第一LC谐振单元的第一端连接所述第一输入端，第二端分别连接所述第二LC谐振单元的第一端和第三LC谐振单元的第一端；
所述第二LC谐振单元的第二端连接所述第一输出端；
所述第三LC谐振单元的第二端分别连接所述第二输入端和所述第二输出端。
可选的，所述分频电路包括:
用于连接负载的第一输出端和第二输出端；
分别连接所述逆变电路的第一输入端和第二输入端；
第四LC谐振单元和第五LC谐振单元；
其中，所述第四LC谐振单元的第一端分别连接所述第一输入端和所述第五LC谐振单元的第一端，第二端连接所述第一输出端；
所述第五LC谐振单元的第二端分别连接所述第二输入端和所述第二输出端。
可选的，所述分频电路包括:
用于连接负载的第一输出端和第二输出端；
分别连接所述逆变电路的第一输入端和第二输入端；
第六LC谐振单元和第七LC谐振单元；
其中，所述第六LC谐振单元的第一端连接所述第一输入端，第二端分别连接所述第七LC谐振单元的第一端和所述第一输出端；
所述第七LC谐振单元的第二端分别连接所述第二输入端和所述第二输出端。
可选的，所述第六LC谐振单元包括第一电感、第二电感和第一电容；所述第一电感的第一端作为所述第六LC谐振单元的第一端；所述第一电感的第一端连接第一电容的第一端，第二端分别连接所述第一电容的第二端和所述第二电感的第一端；所述第二电感的第二端作为所述第六LC谐振单元的第二端；
所述第七LC谐振单元包括第三电感；所述第三电感的第一端作为所述第七LC谐振单元的第一端，第二端作为所述第七LC谐振单元的第二端。
可选的，所述第六LC谐振单元包括第四电感和第二电容；所述第四电感的第一端作为所述第六LC谐振单元的第一端，第二端连接所述第二电容的第一端；所述第二电容的第二端作为所述第六LC谐振单元的第二端；
所述第七LC谐振单元包括第五电感和第三电容；所述第五电感的第一端作为所述第七LC谐振单元的第一端，第二端连接所述第三电容的第一端；所述第三电容的第二端作为所述第七LC谐振单元的第二端。
一种逆变器，包括如以上任一项所述的逆变器电路。
一种如以上任一项所述的逆变器电路的构建方法，包括：
确定分频电路需输出的交流电的目标频率；
根据所述目标频率确定逆变电路中开关器件的开关频率；
根据所述开关频率确定开关器件的参数，以便根据确定的开关器件的参数搭建逆变电路；
针对预设的多个不同形状的阶梯波，判断每个所述阶梯波包含的符合所述目标频率的所述正弦波的含量是否符合要求；
对符合要求的所述阶梯波，获取预设的分频电路的多个不同拓扑结构，基于每个拓扑结构求解能够使得分频电路满足预设约束条件的元件参数；
从有解的拓扑结构中选择一个拓扑结构，使得基于选择的拓扑结构及求得的元件参数搭建的分频电路能够滤除所述阶梯波中包含的不符合所述目标频率的所述正弦波且提取所述阶梯波中包含的符合所述目标频率的所述正弦波。
可选的，所述分别获取每个所述阶梯波包含的正弦波的频率及含量，包括：
对于每个所述阶梯波，进行傅里叶变换，分解得到所述阶梯波包含的所述正弦波的频率和含量。
本申请采用以上技术方案，具有如下有益效果：
由逆变电路通过控制开关器件先将输入的直流电变换成阶梯波，该阶梯波进行傅里叶变换可以分解成多个不同频率的正弦波，其中，除包含与开关器件的开关频率一致的、最低频率的正弦波以外，还包含频率大于开关频率且为开关频率的倍数的正弦波。另外，LC谐振具有如下特征：LC串联谐振阻抗为零(相当于短路)、LC并联阻抗为无穷大(相当于开路)，基于此构造谐振网络，使其对于目标频率的正弦波的输出增益趋于最大，同时对于傅里叶变换分解得到的其他频率的正弦波输出增益趋于零，目标频率的正弦波便可输出至负载，而非目标频率的正弦波不能输出至负载。基于此，本申请的方案中提出了一种新的概念，即分频，是指逆变电路的开关器件的开关频率为实际需要的交流电的目标频率的1/N，N为大于1的正整数，换言之，目标频率是开关频率的N倍，此时，将频率大于开关频率的正弦波作为提取目标，通过分频电路可以将阶梯波中包含的不符合目标频率的正弦波滤除，将符合目标频率的正弦波提取出来作为输出的交流电，从而实现了比开关频率更高频率的交流电的输出，提升了交流电的频率，也就是说，通过一个较低的开关频率，就可以得到一个较高的交流电的频率，与相关技术相比，一方面，突破了开关器件的最高开关频率的制约，另一方面，也减少了开关器件的损耗。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是一种阶梯波的示意图。
图2是另一种阶梯波的示意图。
图3是另一种阶梯波的示意图。
图4是本申请一个实施例提供的一种逆变器电路的结构示意图。
图5是本申请另一个实施例提供的一种分频电路的结构示意图。
图6是本申请另一个实施例提供的一种分频电路的结构示意图。
图7是本申请另一个实施例提供的一种分频电路的结构示意图。
图8是本申请另一个实施例提供的一种分频电路的结构示意图。
图9是本申请另一个实施例提供的一种分频电路的结构示意图。
图10是本申请另一个实施例提供的一种逆变器电路的结构示意图。
图11是本申请另一个实施例提供的一种波形输出示意图。
图12是本申请另一个实施例提供的一种逆变器电路的构建方法流程图。
具体实施方式
为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本申请的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本申请所保护的范围。
逆变器，是将输入的直流电变换成交流电的变换器。
相关技术中，逆变器主要是基于脉冲等效原理使用正弦脉冲宽度调制(Sinusoidal Pulse Width Modulation，SPWM)实现直流电到交流电的变换。SPWM是用脉冲宽度按正弦规律变化而和正弦波等效的PWM波形，即SPWM波形，控制逆变器中开关器件的通断，使其输出的脉冲电压的面积与所希望输出的正弦波在相应区间内的面积相等，通过改变调制波的频率和幅值，则可调节逆变器输出电压的频率和幅值，从而得到正弦交流电。
基于SPWM的逆变器的主要特点是，输出的交流电的频率受开关器件的开关频率的限制，且开关器件的开关频率远远高于输出的交流电的频率。一般，开关器件的开关频率约为输出交流电的频率的50倍以上，比如，如果需要输出频率为30kHz的交流电，则开关器件的开关频率约需要达到1.5MHz，且若要提高输出交流电的质量，减小装置的体积，提高功率密度，则需要更高的开关频率。基于此，一方面，开关器件的开关频率的提高，将增大开关器件的损耗，另一方面，目前的技术手段有限，导致开关器件能够达到的最高开关频率也是受限的，进而导致输出的交流电的频率受限。
针对逆变器中开关器件的开关频率远远大于输出正弦交流电的频率的问题，国内外学者对该问题开展相关研究，只有开关频率等于输出逆变频率的相关研究，没有实现输出正弦交流电的频率高于开关器件的开关频率的研究。一种实现方案中，使用LLCC谐振单元，实现了开关频率为40kHz输出频率也为40kHz的逆变器，另一种实现方案中，实现输出频率等于开关频率120kHz。
为了解决以上技术问题，本申请创造性的提出了新的技术方案，下面进行详细说明。
为了更好的理解本申请的方案，首先对一些概念做简单介绍。
阶梯波，包括矩形波及方波等。阶梯波有不同阶数或者不同占空比。
图1为3阶阶梯波示意图，波形的具体形状则将根据需要由两个占空比D1、D2决定，其中，Δt1和Δt2均为时间差，T为周期，图中V表示电压值。
特殊地，矩形波为D1为0时的2阶阶梯波，矩形波的具体形状则将根据需要由占空比D2决定，如图2所示。
而方波为占空比D2为1的矩形波，如图3所示。
傅立叶变换，表示能将满足一定条件的某个函数表示成三角函数(正弦和/或余弦函数)或者它们的积分的线性组合。利用傅里叶变换可以将周期性非正弦交流量分解成基波以及大于基波频率整数倍的各次分量。
实施例
参见图4，图4是本申请一个实施例提供的一种逆变器电路的结构示意图。
如图4所示，本实施例提供的一种逆变器电路，包括：相连接的逆变电路41和分频电路42；
逆变电路41，用于通过控制开关器件将输入的直流电dc变换成阶梯波wave1并输出给分频电路；阶梯波包含多个不同频率的正弦波，各正弦波的频率为开关器件的开关频率的倍数；
分频电路42，用于滤除阶梯波中包含的不符合目标频率的正弦波，且提取阶梯波中包含的符合目标频率的正弦波wave2作为输出的交流电；
开关器件的开关频率为目标频率的1/N，N为大于1的正整数。
如图4所示，输出的交流电提供给负载43。
可以理解的是，一般，逆变电路包括多个开关器件，比如金属-氧化物半导体场效应晶体管、绝缘栅双极型晶体管等开关器件，通过一定的开关顺序以及调制手段，配合分频电路所需的阶梯波输出，该阶梯波可以是矩形波，也可以是方波，该阶梯波的频率与开关器件的开关频率一致。实施中，可以对阶梯波进行傅里叶变换，阶梯波经过傅里叶变换分解得到频率等于阶梯波的正弦波，以及大于且为阶梯波频率的整数倍的正弦波，并且可以得到阶梯波包含的正弦波的频率和含量。
逆变电路通过控制开关器件将输入的直流电变换成阶梯波，该阶梯波可以分解成多个不同频率的正弦波，其中，除包含与开关器件的开关频率一致的、最低频率的正弦波以外，还包含频率大于开关频率且为开关频率的倍数的正弦波，基于此，本申请的方案中提出了一种新的概念，即分频，是指逆变电路的开关器件的开关频率为实际需要的交流电的目标频率的1/N，N为大于1的正整数，换言之，目标频率是开关频率的N倍，此时，将频率大于开关频率的正弦波作为提取目标，通过分频电路可以将阶梯波中包含的不符合目标频率的正弦波滤除，将符合目标频率的正弦波提取出来作为输出的交流电，从而实现了比开关频率更高频率的交流电的输出，提升了交流电的频率，也就是说，通过一个较低的开关频率，就可以得到一个较高的交流电的频率，比如，输出频率为30kHz，只需要控制开关频率为10kHz即可，二者比值小于1，开关频率为输出频率的1/3。与相关技术相比，一方面，突破了开关器件的最高开关频率的制约，另一方面，也减少了开关器件的损耗。
以上分频电路的具体结构有多种。一些实施例中，分频电路包括LC谐振单元。相关技术中，在功率级，能够应用到逆变器中提取特定频率的正弦波的结构较少，为了解决该问题，发明人经过大量研究，发现通过搭建LC谐振网络可以很好的实现分频电路的功能，并且实现比较简单。由于电感L、电容C的阻抗大小与频率相关，另外利用谐振的特征：LC串联谐振阻抗为零(相当于短路)、LC并联阻抗为无穷大(相当于开路)，基于此构造谐振网络，使其对于目标频率的正弦波的输出增益趋于最大，而对于傅里叶变换分解得到的其他频率的正弦波的输出增益趋于零，目标频率的正弦波便可输出至负载，而非目标频率的正弦波不能输出至负载。因此，分频电路相当于目标频率的正弦波的选频网络，注意，此处不是用于弱电级的电子电路系统，而是用于功率级电路系统中。
在此，对分频电路的正弦波的输出增益进行说明，分频电路的正弦波输出增益与频率、谐振网络的参数有关，表示如下所示：
其中f即正弦波频率，L1,L2,...,C1,C2,…表示分频电路中包含的各个电感、电容元件的值，Zcd表示电路中cd两点间的阻抗，Zab表示电路中ab两点间的阻抗，如图4-图10所示。
需要说明的是，此处分频电路中的LC谐振网络并非只包含一个电感L和一个电容C，而是由多个电感L和电容C搭建的谐振单元，当然还可以根据需要加入电阻、二极管等其它元件。分频电路中的各类元件数目可根据构建需求改变，其中的电路拓扑结构可也根据构建需求进行不同结构的构建，连接形式包括但不限于并联、串联、串并联等。
下面列举但不限定几种分频电路的具体结构。
结构一、
一些实施例中，如图5所示，分频电路包括:用于连接负载的第一输出端c和第二输出端d；分别连接逆变电路的第一输入端a和第二输入端b；第一LC谐振单元421、第二LC谐振单元422和第三LC谐振单元423；其中，第一LC谐振单元421的第一端连接第一输入端，第二端分别连接第二LC谐振单元422的第一端和第三LC谐振单元423的第一端；第二LC谐振单元422的第二端连接第一输出端；第三LC谐振单元423的第二端分别连接第二输入端和第二输出端。
结构二、
一些实施例中，如图6所示，分频电路包括:用于连接负载的第一输出端和第二输出端；分别连接逆变电路的第一输入端和第二输入端；第四LC谐振单元424和第五LC谐振单元425；其中，第四LC谐振单元424的第一端分别连接第一输入端和所述第五LC谐振单元425的第一端，第二端连接所述第一输出端；第五LC谐振单元425的第二端分别连接第二输入端和第二输出端。
结构三、
一些实施例中，如图7所示，分频电路包括:用于连接负载的第一输出端和第二输出端；分别连接逆变电路的第一输入端和第二输入端；第六LC谐振单元426和第七LC谐振单元427；其中，所述第六LC谐振单元426的第一端连接所述第一输入端，第二端分别连接所述第七LC谐振单元427的第一端和所述第一输出端；第七LC谐振单元427的第二端分别连接第二输入端和第二输出端。
需要说明的是，以上仅是列举的几种分频电路的结构，还可以采用其它的结构，此处不再一一列举。其中，分频电路的每个LC谐振单元的具体结构也可以根据实际需要进行设置。下面以结构三为例进行示意说明。
上述结构三的一种具体结构可以是：
如图8所示，第六LC谐振单元426包括第一电感L1、第二电感L2和第一电容C1；第一电感L1的第一端作为第六LC谐振单元426的第一端；第一电感L1的第一端连接第一电容C1的第一端，第二端分别连接第一电容C1的第二端和第二电感L2的第一端；第二电感L2的第二端作为第六LC谐振单元426的第二端；第七LC谐振单元427包括第三电感L3；第三电感L3的第一端作为第七LC谐振单元427的第一端，第二端作为第七LC谐振单元427的第二端。
为方便理解本实施例的分频电路的结构所起的作用，以及后面其它实施例提供的分频电路所起的作用，下面首先简述电路基本原理，以图2所示2阶阶梯波为例，设其电压最大值为Vd，其一个周期波形可以表示为：
对其进行傅里叶变换，分解可得：
其中，
上式中的变量n代表谐波次数，ω为角频率，D2为前述定义的矩形波的占空比，T为阶梯波的周期，则公式(3)中各正弦项的系数即Vdbn代表了阶梯波中所含各次正弦波的幅值。
各次谐波输出至负载的含量由阶梯波中所含各次正弦波的幅值Vdbn以及分频电路的输出增益决定。最终输出至负载的幅值为：VdbnG(f,L1,L2,...,C1,C2,...)。
本方案的目的为，提取谐波次数n大于等于3的某一个频率正弦波，具体提取频率要依据设计要求，基于谐振相关原理利用谐振网络滤除非目标频率的正弦波，也即目标频率的正弦波被提取。
假设对图2所示的2阶阶梯波提取目标频率为3次正弦波，即n为3。则由公式(4)，需要将1次、5次、7次……正弦波尽量不输出至负载，3次正弦波尽量大的输出至负载，以保证输出的正弦波的波形质量；合理地设计分频电路中电感电容元件的参数，可保证输出正弦的波形质量。合理地设计分频电路中电感电容元件的参数，其含义为：1)对于3次正弦波，在分频电路参数设计时，应最大程度地保证ac两点间的阻抗为0，此时输出增益为1，以保证3次正弦波经过分频电路后幅值不会衰减；2)对于非目标频率次正弦波即1次、5次、7次、9次、11次……正弦波，应保证cd两点间的阻抗尽量接近0，即输出增益为0，以保证非目标频率的正弦波经过分频电路后幅值最大程度地衰减。
基于此，上述图8所示的结构，以阶梯波为占空比为1且关于原点对称的矩形波为例，矩形波的频率也即开关频率，对阶梯波进行傅里叶变换，分解得到频率为开关频率奇数次的正弦波，例如1次、3次、5次、7次、9次……。以提取3次正弦波为例，其频率为开关频率的3倍。此时，1)构建第一电感L1并联第一电容C1产生并联谐振，谐振频率为开关频率也即1次正弦波频率，则第六LC谐振单元对于1次正弦波相当于开路，输出增益为0，因此1次正弦波将不会输出至负载；2)构建第一电感L1并联第一电容C1、然后串联第二电感L2产生串联谐振，谐振频率为3次正弦波的频率，则第六LC谐振单元426对于3次正弦波相当于短路，输出增益为1，因此3次正弦波将输出至负载；3)合理地构建第三电感L3，滤除含量较少的5次及以上次的高次正弦波，使其输出增益尽量接近0；4)3次正弦波流经第六LC谐振单元426相当于短路，若负载为阻性或者阻感性，负载与第三电感L3并联后仍为阻感性，因此能够自动实现逆变电路中开关器件的零电压开通。
上述结构三的另一种具体结构可以是：
如图9所示，第六LC谐振单元426包括第四电感L4和第二电容C2；第四电感L4的第一端作为第六LC谐振单元426的第一端，第二端连接第二电容C2的第一端；第二电容C2的第二端作为第六LC谐振单元426的第二端；第七LC谐振单元427包括第五电感L5和第三电容C3；第五电感的第一端作为第七LC谐振单元427的第一端，第二端连接第三电容C3的第一端；第三电容C3的第二端作为第七LC谐振单元427的第二端。
基于本实施例的结构，仍以阶梯波为占空比为1且关于原点对称的矩形波为例，矩形波的频率也即开关频率，对阶梯波进行傅里叶变换，分解得到频率为开关频率奇数次的正弦波，例如1次、3次、5次、7次、9次……。以提取3次正弦波为例，其频率为开关频率的3倍：1)构建第四电感L4串联第三电容C3产生串联谐振，谐振频率为3倍的开关频率，也即3次正弦波的频率，则第六LC谐振单元426对于3次正弦波相当于短路，输出增益为1，因此3次正弦波将输出至负载；2)构建第五电感L5串联第三电容C3产生串联谐振，谐振频率为开关频率也即1次正弦波频率，则第七LC谐振单元427对于1次正弦波相当于短路，输出增益为0。由图9可以看到，第七LC谐振单元427并联连接两个输出端，因此1次正弦波将不会输出至负载，因此负载两端不存在1次正弦波；3)根据输出正弦波的电能质量要求，合理地构建图9中C2、C3、L4、L5元件的值，使5、7次及更高次正弦波尽量少的输出至负载。
实施中，分频电路对符合目标频率的正弦波的输出增益大于其预设值，且对不符合目标频率的正弦波的输出增益小于各自的预设值，目标频率的正弦波的预设值大于不符合目标频率的正弦波的预设值，使得目标频率的正弦波可输出至负载，而非目标频率的正弦波不能输出至负载。其中，预设值可以根据实际需要进行设置，此处不做具体限定，具体的元件参数也可以根据实际需要设置，此处不做限定。
在实际应用中，可以根据实际需要构建合适的逆变器电路，具体的，可以按照以下流程进行构建：
步骤一、确定分频电路需输出的交流电的目标频率。
步骤二、根据目标频率确定逆变电路中开关器件的开关频率。
步骤三、根据开关频率确定开关器件的参数，以便根据确定的开关器件的参数搭建逆变电路。
步骤四、针对预设的多个不同波形的阶梯波，判断每个阶梯波包含的符合目标频率的正弦波的含量是否符合要求。
其中，对于每个阶梯波，进行傅里叶变换，分解得到阶梯波包含的正弦波的频率和含量。
如果符合目标频率的正弦波的含量较少，将无法输出足够的交流电，所以需要依此进行粗略的选择。
步骤五、对符合要求的阶梯波，获取预设的分频电路的多个不同拓扑结构，基于每个拓扑结构求解能够使得分频电路满足预设约束条件的元件参数。
每个拓扑结构都可以推导出相应的阻抗表达式、增益表达式，进而可以推导出电压谐波总畸变率(Total Harmonic Distortion，THD)、无功电流、实现零电压开关(ZeroVoltage Switch，ZVS)的阻抗表达式等表达式，具体的表达式推导可以参考相关技术，此处不做详述，上述表达式均与正弦波频率、分频电路的结构及分频电路内部元件参数有关，可以从这些电路参数中选择一些指标作为预设约束条件，求解满足预设约束条件的元件参数，如果有解，说明该拓扑结构能够搭建出来以实现分频电路的功能，如果无解，说明该拓扑结构无法搭建出来。
THD可衡量输出交流电中非目标频率的正弦波的含量，通过THD的约束，可以进一步保证符合目标频率的正弦波的质量。无功电流的约束，则可以提高逆变器效率，减少无功损耗。
步骤六、从有解的拓扑结构中选择一个拓扑结构，使得基于选择的拓扑结构及求得的元件参数搭建的分频电路能够滤除阶梯波中包含的不符合目标频率的正弦波且提取阶梯波中包含的符合目标频率的正弦波。
步骤七、根据步骤三、步骤六的结果搭建逆变器电路。
下面以一个仿真试验为例，验证说明本申请的方案。
逆变电路部分选用经典的H桥拓扑，阶梯波选择方波并设定死区，实现开关频率为10kHz、输出的交流电频率为30kHz的正弦波，使用图9所示的拓扑结构进行构建，构建的电路图如图10所示，逆变电路为第一开关管T1、第二开关管T2、第三开关管T3、第四开关管T4构成的H桥逆变电路，最终分频电路部分元件参数构建为L4的值为1mH,C2的值为0.028uF,L5的值为0.0431mH,C3的值为5.8766uF。
使用PSIM搭建仿真电路，输出波形如图11所示，横坐标为时间Time(s),图11中下方的波形为H桥逆变电路中开关管的驱动脉冲Vs1、Vs2，对角开关管的驱动脉冲相同，Vs1为H桥左上角以及其对角两个开关管，即图10中T1和T4的驱动脉冲，Vs2为H桥左下角以及其对角两个开关管，即图10中T2和T3的驱动脉冲，上方的波形为逆变电路输出波形Voi对应阶梯波，以及最终输出波形Vo对应输出的正弦波交流电。可以看出，一个阶梯波周期中包含三个输出正弦波，因此输出的正弦波交流电的频率为阶梯波频率的3倍，也即开关器件的开关频率的3倍。中间的波形为逆变电路输出的阶梯波的电压Voi与电流Ioi的波形，可以看出电流滞后电压，分析电路的工作模态后可知该电路能够实现逆变电路中4个开关器件的ZVS。
从以上内容可以看出，本申请的方案中，对LC谐振单元赋予了新的作用，就是用于提取高次的正弦波，所述高次即正弦波频率高于开关频率，从而突破了原有的只提取频率等于开关频率的正弦波的实现思路，提取得到了更高频率的交流电。
本申请另一个实施例还提供一种逆变器，包括如以上任意实施例的逆变器电路。
参见图12，图12是本申请一个实施例提供的一种逆变器电路的构建方法的流程图。
本申请另一个实施例还提供一种如以上任意实施例的逆变器电路的构建方法，如图12所示，该方法至少包括如下步骤：
步骤1201、确定分频电路需输出的交流电的目标频率；
步骤1202、根据目标频率确定逆变电路中开关器件的开关频率；
步骤1203、根据开关频率确定开关器件的参数，以便根据确定的开关器件的参数搭建逆变电路；
其中，开关器件的参数是指能够承受上述开关频率的开关器件的参数，比如型号参数等。
步骤1204、针对预设的多个不同形状的阶梯波，判断每个阶梯波包含的符合目标频率的正弦波的含量是否符合要求；
步骤1205、对符合要求的阶梯波，获取预设的分频电路的多个不同拓扑结构，基于每个拓扑结构求解能够使得分频电路满足预设约束条件的元件参数。
每个拓扑结构都可以推导出相应的阻抗表达式、增益表达式，进而可以推导出THD、无功频率、ZVS等电路参数的表达式，具体的表达式推导可以参考相关技术，此处不做详述，这些电路参数与元件参数有关，可以从这些电路参数中选择一些指标作为预设约束条件，求解满足预设约束条件的元件参数，如果有解，说明该拓扑结构能够搭建出来以实现分频电路的功能，如果无解，说明该拓扑结构无法搭建出来。
步骤1206、从有解的拓扑结构中选择一个拓扑结构，使得基于选择的拓扑结构及求得的元件参数搭建的分频电路能够滤除阶梯波中包含的不符合目标频率的正弦波且提取阶梯波中包含的符合目标频率的正弦波。
实施中，根据以上步骤1203、1206的结果搭建逆变器电路。
可选的，分别获取每个阶梯波包含的正弦波的频率及含量，包括：
对于每个阶梯波，进行傅里叶变换，分解得到阶梯波包含的正弦波的频率和含量。
可以理解的是，上述各实施例中相同或相似部分可以相互参考，在一些实施例中未详细说明的内容可以参见其他实施例中相同或相似的内容。
需要说明的是，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是指至少两个。
流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本申请的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本申请的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
应当理解，本申请的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。
本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。
此外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。
上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。