基于碳化硅MOSFET的单相双推挽升压电路及升压方法技术

本发明专利技术公开了一种基于碳化硅MOSFET的单相双推挽升压电路及升压方法，前级采用推挽升压电路并用模拟推挽控制电路进行控制，后级采用全桥整流电路；推挽式电路使用两个开关管，并将其连接成推挽功率放大器，两个推挽变压器初级并联，次级串联；变换电路在控制电路PWM波信号的驱动下，两个开关管不断交替通断，将直流输入电压变换成交流高频脉冲电压，再经整流滤波将脉冲交流变成直流高压；本设计具有低损耗、效率高、安全性高、电路简单、电磁干扰小等优点。

Single-phase double push-pull boost circuit and boost method based on silicon carbide MOSFET

【技术实现步骤摘要】
基于碳化硅MOSFET的单相双推挽升压电路及升压方法
本专利技术涉及电气设备
，更具体地说，涉及一种基于碳化硅MOSFET的单相双推挽升压电路及升压方法。
技术介绍
随着汽车行业地不断发展，人们在使用中对汽车功能的要求也越来也高。在坐车的长途旅途中，由于没有交流电源可供使用，人们的野营大灯、笔记本电脑，数码相机等设备一旦没电就影响了正常使用，造成诸多不便。这些产品基本上都是由工频交流电供电，而车上大多只提供12V的直流电，故车载逆变电源逐步成为汽车必不可少的电器设备。目前市场上车载逆变电源具有损耗大、价格高、功率低等缺点，这对提高汽车室内舒适度带来极大的影响。车载供电一般为直流12V左右，为了能向后级用电电器提供交流电能，逆变装置至关重要。而在直流升压模块是逆变装置中一个至关重要的组成，它的发展水平对逆变器的性能起到了决定性作用。考虑汽车内恶劣的工作环境对开关电源的电气性能、空间大小、抗干扰能力和安全性都有较高的要求，因此提高开关电源的前级升压的效率显得及其重要。目前广泛采用的升压电路往往是半桥变换电路、全桥变换电路、推挽变换电路等，推挽式电路所用开关器件少，拓扑结构简单，驱动也简单。而且变压器铁芯双向励磁，因此在铁芯尺寸相同的情况下，推挽电路能够比正激式电路输出更大的功率，所以适用于原边电压比较低的功率变换器。所以本专利技术专利基于推挽电路进行改进。
技术实现思路
1、专利技术目的。本专利技术提出了一种基于碳化硅MOSFET的单相双推挽升压电路及升压方法，实现了12V电压转360V，并且本专利技术专利对推挽式直流升压部分的关键器件，如高频变压器和MOSFET功率器件进行了重点设计和选取，提高了车载逆变电源的抗干扰性和工作稳定性。2、本专利技术所采用的技术方案。本专利技术公开了一种模拟控制的车载逆变器直流升压电路，前级采用推挽升压电路并用模拟推挽控制电路进行控制，后级采用全桥整流电路；推挽式电路使用两个开关管，并将其连接成推挽功率放大器，两个推挽变压器初级并联，次级串联；变换电路在控制电路PWM波信号的驱动下，两个开关管不断交替通断，将直流输入电压变换成交流高频脉冲电压，再经整流滤波将脉冲交流变成直流高压。所述的推挽升压电路中DC/DC直流升压系统由第一开关管Q1、第二开关管Q2、第三开关管Q3、第四开关管Q4、第一二极管D1、第二二极管(D4)、第三二极管D7、第四二极管D10、第一高频变压器T1、第二高频变压器T2共同构成；其初级的两个独立的推挽主电路分别连接输入电源，并采用相同时序的控制信号；该电路利用两个变压器次级漏感之和作为串联谐振电感。更进一步，所述推挽升压中的开关管为Cree公司的碳化硅MOSFET，型号为C3D20060D。更进一步，所述的电路中高频变压器T1、T2选择EE55作为磁芯。更进一步，所述的高频变压器T1、T2频率均为50kHz，高频变压器T1的原边LP1、LP2和高频变压器原边LP3、LP4的匝数均为2匝，副边匝数均为31匝。更进一步，所述的高频变压器T1、T2中原边绕组均采用1.4mm线径的漆包线20股并绕的方法；副边绕组均采用0.8mm线径的漆包线2股并绕。更进一步，输出整流模块采用肖特基二极管构成的全桥整流结构。本专利技术提出的一种直流升压方法，状态1、Q1，Q3在零电压条件下导通，Q2，Q4截止，输入端通过Q1，Q3向变压器原边提供能量，同时变压器副边电流通过D1、D7向负载供电，也同时给滤波电容C6充电。状态2、处于死区时间，Q1，Q2，Q3，Q4均为截止状态，蓄电池的电压不能加到原边，因此副边也不能从原边获得能量，则负载由滤波电容C6供电。状态3、Q1，Q3关断，Q2，Q4导通，原边电流通过Q2，Q4向变压器原边提供能量，同时变压器副边电流通过D4，D7向负载供电，同时给滤波电容C6充电；状态4、处于死区时间，Q1，Q2，Q3，Q4均关断，蓄电池的电压不能加到原边，因此副边也不能从原边获得能量，则负载由滤波电容C6供电。更进一步，设t＝0时，流过Q1的电流是I0，电容电压分别是νc2(0)＝V10，νc3(0)＝V20，这时Q1从导通状态切换到截止状态，吸收电路的工作过程可分为三个模式：模式1：D3导通D5截止D3导通，变压器线圈N1存储的能量将通过D3释放，同时给C2充电，模式1电路的主要电压方程为：当D5导通后，模式1结束，此时，t＝t1E＝νc1(t1)+νc2(t2)即当模式1结束时，C2和C3上的电压表达式分别为νc2(t1)＝V20模式2：D3、D5同时导通变压器线圈N1中的能量通过D3、D5反馈回电源，同时给C2、C3充电，还有一部分存储于电感L2当中，电感电流可表达为：在t＝t2时刻D3由导通变截止，模式2结束。模式3：D3截止D5导通D3截止D5导通，变压器线圈N2中的能量和电感L2储存的能量经过D5向蓄电池反馈，同时给C3充电。此模式电路的主要方程是：在t＝t3时刻，模式3结束，这时电感L2的电流为零而且D5变为反偏截止状态。整个T1的缓冲吸收过程也同时结束。T2的缓冲吸收过程与T1相同。更进一步，上述的缓冲吸收电路加入到功率主电路中以后，开关管上的最大电压表达式可表示为Vs,max＝2E+Vm，其中Vm表示电压在一个周期内的电压最大值。3、本专利技术所产生的技术效果。(1)本专利技术是一种基于碳化硅MOSFET的单相双推挽升压电路，前级采用双推挽升压电路并加入缓冲吸收电路，后级采用全桥整流电路，把低压直流电(12V)斩波成较高的直流电(约360V)，减小了电压冲击和输出谐波成份，较好解决了初、次级的耦合问题，减小了损耗，有效的提高了效率。(2)本专利技术是一种基于碳化硅MOSFET的单相双推挽升压电路，对推挽直流升压部分的关键器件：高频变压器和MOSFET进行了重点设计和选取，提高了电路的效率，有效改善了电路中的电流尖峰。(3)本专利技术是一种基于碳化硅MOSFET的单相双推挽升压电路，推挽升压模块采用推挽模拟控制电路，推挽模拟控制电路输出驱动信号到推挽升压电路，这将会减少成本、提高可靠性和稳定性，HPWM调制技术的使用，将大大减少MOSFET的开关损耗。此外，其优点还有：①变压器匝比减为原先单个变压器时的一半，在输入电压一定时，次级电压减为原先的一半，次级串联后得到的电压等于原先的电压。由于匝比减小，较好解决了初、次级的耦合问题，减小了损耗。②输出功率一定时，流过开关管和变压器初级的电流都减半。因此，单个开关管的导通损耗和单个变压器的初级铜耗将减为原先的1/4,全部开关管的导通损耗和全部变压器的初级铜耗也将减为原先的一半，有效的提高了效率。因此缓冲吸收电路有效地抑制了开关管上的电压冲击量。通过正确地使用缓冲吸收可以部分或全部消除这个反冲窄脉冲。加入吸收电路以后，推挽电路中开关管的电压冲击与输出谐波成分得到了抑制，而且缓冲吸收电路也是无损耗的，因此逆变器的效率得到了一定的提升，波形质量也得到了改善。附图说明图1为典型的推挽式升压电路的原理图；图2为基于碳化硅MOSFET的单相双推挽升压电路；图3吸收电路工作模式1；图4吸收电路工作模式2；图5吸收电路工作模式3。具体实施方式实施例1结合附图，本实施例的一种单片机控制的车载逆变电源中的推挽升压电路，需完成12V直流电到36本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于碳化硅MOSFET的单相双推挽升压电路，其特征在于：前级采用推挽升压电路并用模拟推挽控制电路进行控制，后级采用全桥整流电路；推挽式电路使用两个开关管，并将其连接成推挽功率放大器，两个推挽变压器初级并联，次级串联；变换电路在控制电路PWM波信号的驱动下，两个开关管不断交替通断，将直流输入电压变换成交流高频脉冲电压，再经整流滤波将脉冲交流变成直流高压。

【技术特征摘要】
1.一种基于碳化硅MOSFET的单相双推挽升压电路，其特征在于：前级采用推挽升压电路并用模拟推挽控制电路进行控制，后级采用全桥整流电路；推挽式电路使用两个开关管，并将其连接成推挽功率放大器，两个推挽变压器初级并联，次级串联；变换电路在控制电路PWM波信号的驱动下，两个开关管不断交替通断，将直流输入电压变换成交流高频脉冲电压，再经整流滤波将脉冲交流变成直流高压。2.根据权利要求1所述的基于碳化硅MOSFET的单相双推挽升压电路，其特征在于：所述的推挽升压电路中DC/DC直流升压系统由第一开关管Q1、第二开关管Q2、第三开关管Q3、第四开关管Q4、第一二极管D1、第二二极管D4、第三二极管D7、第四二极管D10、第一高频变压器T1、第二高频变压器T2共同构成；其初级的两个独立的推挽主电路分别连接输入电源，并采用相同时序的控制信号；该电路利用两个变压器次级漏感之和作为串联谐振电感。3.根据权利要求2所述的基于碳化硅MOSFET的单相双推挽升压电路，其特征在于：所述推挽升压中的开关管为Cree公司的碳化硅MOSFET，型号为C3D20060D。4.根据权利要求2所述的基于碳化硅MOSFET的单相双推挽升压电路，其特征在于：高频变压器T1、T2选择EE55作为磁芯。5.根据权利要求4所述的基于碳化硅MOSFET的单相双推挽升压电路，其特征在于：所述的高频变压器T1、T2频率均为50kHz，高频变压器T1的原边LP1、LP2和高频变压器原边LP3、LP4的匝数均为2匝，副边匝数均为31匝。6.根据权利要求5所述的基于碳化硅MOSFET的单相双推挽升压电路，其特征在于：所述的高频变压器T1、T2中原边绕组均采用1.4mm线径的漆包线20股并绕的方法；副边绕组均采用0.8mm线径的漆包线2股并绕。7.根据权利要求1所述的基于碳化硅MOSFET的单相双推挽升压电路，其特征在于：输出整流模块采用肖特基二极管构成的全桥整流结构。8.一种根据权利要求2所述的升压电路的直流升压方法，其特征在于：状态1、Q1，Q...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘晓杰，张婧婕，张旻，贾子彦，刘超，薛波，罗印升，吴全玉，宋伟，俞洋，崔渊，
申请(专利权)人：江苏理工学院，
类型：发明
国别省市：江苏,32