一种车载逆变电源系统设计实现的电路结构技术方案

本发明专利技术涉及电子线路技术领域，且公开了一种车载逆变电源系统设计实现的电路结构，该电路结构由输入滤波保护电路、推挽控制电路、全桥升压开关电路、逆变前级检测保护电路、高频隔离变压器、LrCr串联谐振电路、整流滤波电路、DC‑AC逆变控制电路、逆变开关电路、LC低频滤波电路、逆变后级检测保护电路以及EMC滤波电路组成。该车载逆变电源系统设计实现的电路结构，通过采用具有准谐振软开关全桥升压驱动电路，极大的降低了MOS管的开关损耗和发热量，变压器选型设计尺寸更小，而选择半桥式电路的输入电流是全桥式电路的2倍，即在开关电流一样的设计下，电源输入电压也相等，半桥式的输出功率将是全桥式的一半。

【技术实现步骤摘要】
一种车载逆变电源系统设计实现的电路结构
本专利技术涉及电子线路
，具体为一种车载逆变电源系统设计实现的电路结构。
技术介绍
车载蓄电池提供的是非线性的直流电源，很多负载设备不可以直接使用，尤其是工频用电设备，尤其在没有市电的情况下，使用车载逆变电源给一些交流供电设备供电时，无法满足感性、容性等负载设备启动或正常工作的需求，尤其是更高负载功率的交流用电设备。随着汽车越来越多，小汽车装配的都是小功率150W或300W左右逆变设备，根本不适合长途卡车在外做饭、作业的需求，现有的逆变电源设备，选择的都是专用的大功率逆变电源，不仅价格特别高，而且输出效率低，根本不具有节能和市场竞争性。目前市面上头部企业设计采用的是推挽半桥，变压器副边输出非LC谐振，集成式的整流电路，输出效率低，加上逆变非电流模式控制，采用电压模式的SPWM控制方式，不具有带感性负载的能力，变压器尺寸较大，整体设备尺寸大，待机和工作时热损耗都高。而传统的逆变电源以光耦隔离的方式驱动，也未采用LC串联谐振，前后控制电路使用电平转换芯片进行不同电平的转换，整体热损耗很高，转换效率非常的低，甚至带载1000W都需要加辅助的风扇来进行主动散热，电路器件和组装成本都比较高现有的部分设备利用两路推挽半桥驱动后逆变并行输出，变压器副边电压相同，采用功率叠加的设计方式来满足负载设备的用电需求，设计上同样是输出转换效率低，热损耗大，电路板设计布局面积紧凑，占板面积更大，总体设计成本高，输出精度不高，输出带载不稳定。专利技术内容针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种车载逆变电源系统设计实现的电路结构，解决了现有的部分设备两路并行输出，采用具有电流控制模式的SPWM波取代电压模式的SPWM波，满足不同容性，感性用电负载设备的需求，解决了设计上输出转换效率不仅低，热损耗大，电路板设计布局面积紧凑，占板面积更大的问题；同时采用电阻检流运放的设计方式实现过流检测，避免设计使用价格更贵的电流耦合器带来的插件焊接、组装穿线等操作复杂的工序；总之避免了当前总体设计成本高，输出精度不高，输出带载能力不稳定等问题。为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种车载逆变电源系统设计实现电路结构，该电路结构由输入滤波保护电路、推挽控制电路、全桥升压开关电路、逆变前级检测保护电路、高频隔离变压器、LrCr串联谐振电路、整流滤波电路、DC-AC逆变控制电路、逆变开关电路、LC低频滤波电路、逆变后级检测保护电路以及EMC滤波电路组成。所述推挽控制电路，由PWM推挽输出和PWM输出自举升压电源部分组成，输出PWM波驱动全桥N-MOSFET的开启和关断，所述驱动PWM波分别接到全桥MOS管的栅极G端。所述逆变前级检测保护电路，由输入防反接、输入工作电压大小检测判断、功率MOS管工作温度检测，以及变压器原边工作过流检测电路组成。所述变压器原边工作过流检测电路，主要由低压侧检流电阻和检流放大器构成，所述低压侧检流电阻的一端同时接到MOS管Q3，Q4的源极端，低压侧检流电阻的另一端接到高频隔离变压器前边的系统数字地，工作时检流电阻上对地会存在ΔI*R的电压变化，经差分检流放大器采样放大后输出相应的电平大小，与参考预设过流对应的电平进行比较判断是否过流，控制N-MOSFET的开启和关闭。所述LrCr串联谐振电路为串联谐振电路，Lr为磁环绕线电感，Cr为CBB22类型的金属化聚丙烯膜谐振电容，调整变压器原边PWM驱动波形的频率使变压器副边输出的PWM波形频率落在该串联谐振电路的工作频率点上，所述变压器的副边同向输出端接到Lr的一端。优选的，所述输入滤波保护电路由多个具有低ESR的MLCC陶瓷滤波电容C1并联和具有极性的多个铝电解电容EC1并联组成，其输出接到MOS管Q1，Q2的漏极D端。优选的，所述全桥升压开关由4个型号一致的上下N-MOSFET管组成左右对称的全桥电路，MOS管Q1，Q2，Q3，Q4的驱动信号为可调整的PWM互补信号控制，占空比为50%，上下管的死区时间可调，所述MOS管Q1的源极和Q3的漏极短接输出接到变压器的原边输入端，右桥臂MOS管Q2的源极，Q4的漏极短接输出接到变压器的原边的另一端，所述N-MOSFET具有极低的Rds-ON内阻。优选的，所述高频隔离变压器的磁芯结构为PQ5050型，变压器原边绕线2TS，副边绕线15TS+15TS，所述开关MOS管Q1的源极和Q3的漏极输出端共同接到变压器原边的输入端，Q2的源极和Q4的漏极共同接到变压器输入原边的另一端。优选的，所述整流滤波电路是由4个高压快速恢复二极管组成的全桥整流电路，整流输出的高压直流接耐压500V的铝电解电容的正极端，所述变压器副边输出端接到快速恢复二极管的D4的负极、D2的正极端，所述Cr的输出端接到整流滤波电路中D1的正极、D3的负极端，所述滤波电路经D1、D2的样机输出后接到滤波电容EC2的正极端，所述EC2滤波平滑后的高压直流电平接到逆变开关电路IGBT管Q5、Q6的基极端，逆变开关的左右桥臂IGBT的发射极经检流电阻R3，R4输出后分别输出到单相逆变的L网络和N网络端。优选的，所述DC-AC逆变控制电路是逆变驱动控制的主控部分，具有输出具有电流模式，中心对齐的SPWM波，波形频率为20Khz，其控制IGBT功率管的开启与关断，所述逆变驱动控制电路通过输出电流模式的SPWM波接到IGBT管Q5，Q6，Q7，Q8的集电极端，SPWM输出死区可调。优选的，所述逆变开关电路由4颗型号一致的上下IGBT管Q5、Q6、Q7、Q8组成左右对称的全桥逆变开关电路，经SPWM驱动开关实现高压直流到单相交流的转换，所述IGBT管Q7的基极，检流电阻R3的一端的低频滤波电感L1的AC-L网络端，所述IGBT管Q8的基极，检流电阻R4的一端接L1的AC-N网络端，再接到低频滤波电感的另一端绕组N信号。优选的，所述后级检测保护电路由输出电压检测部分，输出过载部分，输出短路，主板PCBA工作温度检测组成，所述输出电压经过差分电路输入到控制电路中，进行比较判断，所述输出过载部分通过对电压和电流进行计算比较判断，所述输出短路通过对输出电压和电流进行检查检测判断。优选的，所述EMC滤波电路由磁环绕线共模电感和CBB22电容组成，所述AC-L网络经LC滤波电路输出接到L2电感的一端输出220VAC-L电源信号，所述AC-N网络经LC滤波电路输出接到L2电感的另一端输出220VAC-N电源信号。优选的，所述输入防反接由N-MOSFET串接在输入电源网络的负极端，输入车载电源VBAT负极端接N-MOSFET的漏极D端，系统GND端接N-MOSFET的源极S端，输入反接时负极N-MOSFET断开，对后端电路无任何影响；所述的输入工作电压大小检测判断，是通过对输入滤波后的电压通过ADC分压电阻采集比较判断后是否在预设工作电压范围内；所述的功率MOS管工作温度检测，是热敏电阻实时采样全桥电路N-MOSFET周围的工作温度，通过NT本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种车载逆变电源系统设计实现电路结构，其特征在于：该电路结构由输入滤波保护电路、推挽控制电路、全桥升压开关电路、逆变前级检测保护电路、高频隔离变压器、LrCr串联谐振电路、整流滤波电路、DC-AC逆变控制电路、逆变开关电路、LC低频滤波电路、逆变后级检测保护电路以及EMC滤波电路组成；/n所述推挽控制电路，由PWM推挽输出和PWM输出自举升压电源部分组成，输出PWM波驱动全桥N-MOSFET的开启和关断，所述驱动PWM波分别接到全桥MOS管的栅极G端；/n所述逆变前级检测保护电路，由输入防反接、输入工作电压大小检测判断、功率MOS管工作温度检测，以及变压器原边工作过流检测电路组成；/n所述变压器原边工作过流检测电路，主要由低压侧检流电阻和检流放大器构成，所述低压侧检流电阻的一端同时接到MOS管Q3，Q4的源极端，低压侧检流电阻的另一端接到高频隔离变压器前边的系统数字地，工作时检流电阻上对地会存在ΔI*R的电压变化，经差分检流放大器采样放大后输出相应的电平大小，与参考预设过流对应的电平进行比较判断是否过流，控制 N-MOSFET的开启和关闭；/n所述LrCr串联谐振电路，为串联谐振电路，Lr为磁环绕线电感，Cr为CBB22类型的金属化聚丙烯膜谐振电容，调整变压器原边PWM驱动波形的频率使变压器副边输出的PWM波形频率落在该串联谐振电路的工作频率点上，所述变压器的副边同向输出端接到Lr的一端。/n...

【技术特征摘要】
1.一种车载逆变电源系统设计实现电路结构，其特征在于：该电路结构由输入滤波保护电路、推挽控制电路、全桥升压开关电路、逆变前级检测保护电路、高频隔离变压器、LrCr串联谐振电路、整流滤波电路、DC-AC逆变控制电路、逆变开关电路、LC低频滤波电路、逆变后级检测保护电路以及EMC滤波电路组成；
所述推挽控制电路，由PWM推挽输出和PWM输出自举升压电源部分组成，输出PWM波驱动全桥N-MOSFET的开启和关断，所述驱动PWM波分别接到全桥MOS管的栅极G端；
所述逆变前级检测保护电路，由输入防反接、输入工作电压大小检测判断、功率MOS管工作温度检测，以及变压器原边工作过流检测电路组成；
所述变压器原边工作过流检测电路，主要由低压侧检流电阻和检流放大器构成，所述低压侧检流电阻的一端同时接到MOS管Q3，Q4的源极端，低压侧检流电阻的另一端接到高频隔离变压器前边的系统数字地，工作时检流电阻上对地会存在ΔI*R的电压变化，经差分检流放大器采样放大后输出相应的电平大小，与参考预设过流对应的电平进行比较判断是否过流，控制N-MOSFET的开启和关闭；
所述LrCr串联谐振电路，为串联谐振电路，Lr为磁环绕线电感，Cr为CBB22类型的金属化聚丙烯膜谐振电容，调整变压器原边PWM驱动波形的频率使变压器副边输出的PWM波形频率落在该串联谐振电路的工作频率点上，所述变压器的副边同向输出端接到Lr的一端。


2.根据权利要求1所述的一种车载逆变电源系统设计实现电路结构，其特征在于：所述输入滤波保护电路由多个具有低ESR的MLCC陶瓷滤波电容C1并联和具有极性的多个铝电解电容EC1并联组成，其输出接到MOS管Q1，Q2的漏极D端。


3.根据权利要求1所述的一种车载逆变电源系统设计实现电路结构，其特征在于：所述全桥升压开关电路是由4个型号一致的上下N-MOSFET管组成左右对称的全桥电路，MOS管Q1，Q2，Q3，Q4的驱动信号为可调整的PWM互补信号控制，默认占空比为50%，上下管的死区时间可调，所述MOS管Q1的源极和Q3的漏极短接输出接到变压器的原边输入端；右桥臂MOS管Q2的源极和Q4的漏极短接输出接到变压器的原边的另一端，所述N-MOSFET具有极低的Rds-ON内阻。


4.根据权利要求1所述的一种车载逆变电源系统设计实现电路结构，其特征在于：所述高频隔离变压器的磁芯结构为PQ5050型，变压器原边绕线2TS，副边绕线15TS+15TS，所述开关MOS管Q1的源极和Q3的漏极输出端共同接到变压器原边的输入端，Q2的源极和Q4的漏极共同接到变压器输入原边的另一端。


5.根据权利要求1所述的一种车载逆变电源系统设计实现的电路结构，其特征在于：所述整流滤波电路是由4个高压快速恢复二极管组成的全桥整流电路，整流输出的高压直流接耐压500V的铝电解电容的正极端，所述变压器副边...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙凯瑾，黄楠楠，
申请(专利权)人：新阳荣乐上海汽车电子有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31