基于直流升压直接逆变的方案制造技术

本发明专利技术提供了一种基于直流升压直接逆变的方案，实现了直流升压与逆变两个功能合二为一，主体电路中有两个单功率管电感储能式直流升压电路工作在正弦调制的状态，正弦调制直流升压电路采用自感耦合升压方式，两个升压电路分正、负半周各承担半个周期的正弦升压交替输出，并且配合两个电位下拉开关管构成负载电流回路，在负载端口合成正、负完整的正弦电压。本发明专利技术的有益之处是免除了现有逆变技术中单纯将低压直流升为高压直流的环节，简化了逆变电路的结构，减少了功率器件数量，降低产品成本，提高逆变器的工作效率和工作可靠性。提高逆变器的工作效率和工作可靠性。提高逆变器的工作效率和工作可靠性。

【技术实现步骤摘要】
基于直流升压直接逆变的方案


[0001]本专利技术基于直流升压直接逆变的方案涉及的内容属于小功率电力电子逆变装置，可用作车载逆变电源或中小功率移动电源。

技术介绍

[0002]当前我国大多数的电气设备都是以市电作为供电电源而设计的，如电风扇、电视机、电磁炉、电饭煲、电水壶、充电器、实验室常用测量仪器等，都采用220V交流电网供电，一旦脱离了交流电网就无法工作。电能除了来自交流电网外，另一类电能来源一般是蓄电池，包括小型的太阳能、风能发电都有是通过蓄电池输出。如果取蓄电池的电能为这些电器供电，最基本的方法是进行逆变处理，将蓄电池的直流电压转换为频率和电压都合适的交流电输出。因此，逆变器是移动供电和应急供电设备的常用部件。
[0003]为了获得220V交流电压，目前普遍采用的逆变技术是在近400V的直流电压基础上，通过全桥式高频开关电路转换成220V正弦交流电压输出，基本电路结构如附图2所示。单相全桥式电路结构的左右两边对称，每一边分作上、下侧功率管串接，单相逆变至少需要4个功率场效应管组成。配合全桥式逆变开关电路工作的专用控制芯片有多种型号，如EG8011、U3990F6芯片等。甚至于有些结构简单的低成本逆变电路只是转换成220V工频方波输出，以降低开关损耗，也能适合大多数用电器的供电要求。
[0004]对于采用低压蓄电池组供电的场合，如依托普通汽车电池供电时，小汽车只有12V蓄电池，大货车有24V蓄电池，市场上与之配套的逆变器是采用先升压至直流220～400V再进行逆变的两步法。其中直流升压通常采用双功率管结构，或者是推挽式结构，或者是电压开关型结构。大量车载逆变器中推挽式升压电路采用的是硬开关方式，其实完全可以改为电流开关型的软开关工作方式，以降低开关损耗，提高工作效率，但实际产品中基本没有采用软开关工作方式。直流升压电路和逆变电路都是大功率电路，受两个电路的工作效率限制，现有逆变器的整体工作效率低，需采用的功率器件较多，生产成本较高，器件损坏率高。
[0005]其实升压功能和逆变功能两者可以合二为一，能够大幅度简化电路结构，减少功率器件数量，提高工作可靠性。本专利技术正是基于这一思想而实现的。

技术实现思路

[0006]本专利技术基于直流升压直接逆变的方案是直流升压与逆变两功能合一的方案，结构框图如附图1所示，主电路原理图如附图3所示，从技术层面上看，具有以下特征：
[0007]基于直流升压直接逆变的方案中主体电路由两个单功率管电感储能式直流升压电路、两个串联有二极管的电位下拉场效应管Q3、Q4、两个独立的SPWM电路及其驱动电路、电位下拉场效应管的逻辑处理及其驱动电路和正弦基准信号产生电路五部分组成，两个单功率管电感储能式直流升压电路均是共地升压模式，都相对于输入电源负极线独立升压，交替输出工频半周期正弦电压，取两个直流升压电路输出的电压差值作为逆变输出电压，两个串联有单向二极管的电位下拉场效应管Q3、Q4构成负载电流回路。
[0008]所述基于直流升压直接逆变的方案中，单功率管电感储能式直流升压电路采用自耦升压方式，如附图4所示，自耦升压比取为1∶5.0～1∶5.2，每一个单功率管电感储能式直流升压电路相对于输入电源正极线输出工频半周期正弦电压，根据输出电压反馈值与正弦基准信号幅度作误差比较后控制SPWM电路占空比，其中功率管选用耐压100V的功率场效应管。
[0009]所述基于直流升压直接逆变的方案中，两个电位下拉场效应管Q3、Q4的源极连接于输入电源正极线，漏极串联单向二极管后连接于本通道的负载端，如附图3所示，两个电位下拉场效应管工作于工频半周期开关状态，开通条件是对应另一通道升压的半周期，并且本通道无升压驱动脉冲，由逻辑处理电路管理。
[0010]所述基于直流升压直接逆变的方案中，两路单功率管电感储能式直流升压电路输出端与对应两个负载端之间各串联一个铁粉芯磁环绕制的电感器L3、L4。
[0011]基于直流升压直接逆变的方案所产生的有益效果：
[0012]基于直流升压直接逆变的方案是直接将直流低压升压成交流电压输出，相比现有的两步法逆变方案，免除了单纯将低压直流升为高压直流的环节，简化了逆变电路的结构，减少了功率器件数量，降低产品成本，并且可以提高逆变器的工作效率，提高工作可靠性。
[0013]附图3是单相逆变主体电路，PWM芯片IC1、脉冲驱动芯片IC3的A通道、功率场效应管Q1、自耦升压电感L1、整流二极管D1等构成升压通道1，承担正半周期逆变输出；PWM芯片IC2、脉冲驱动芯片IC3的B通道、功率场效应管Q2、自耦升压电感L2、整流二极管D2等构成升压通道2，承担负半周期逆变输出。两个升压通道的电路结构一致，但SPWM的调制极性互为相反。在无正弦基准信号输入时，两个升压通道都处于停顿状态，即控制升压的PWM脉冲占空比均为0％。当输入正弦基准信号后，两个半周期分别启动1通道或2通道升压。
[0014]PWM芯片选用TL494，并且将TL494的第13端连接GND，如附图3和附图4所示，使得脉宽调制的最大占空比不小于90％，大功率输出时能够进入连续电流工作模式。PWM脉冲频率设置在90～100kHz之间。
[0015]本专利技术所述的直流升压电路属于Boost工作模式，只能向负载端输出单向电流，本身无法吸收负载回路反向电流，因此，本方案设置了电位下拉场效应管Q3、Q4，以构成负载的回路电流。两个电位下拉场效应管可以简单地工作于工频开关状态，但为了防止对输出滤波电容构成短路效应，需要串联一个滤波电感器以抑制脉冲电流，对滤波电感器L3、L4的电感量没有严格要求，一般设在100～200μH之间为宜，其载流能力基本适合负载电流需求即可。
[0016]以Boost模式工作的单功率管电感储能式直流升压电路最低输出电压就是输入的电源电压，如果输入电压为24V，则升压输出电压不会低于24V，相对于GND可变化的升压值在24V以上。因此，逆变输出的交流电压是以24V电源正极线为参考，构成负载电流回路的电位下拉场效应管源极应当连接于输入电源正极线，正半周期的负载电流路径如附图3中的虚线所示，负半周期的负载电流路径则经过场效应管Q3构成回路，负载上的电流方向反转。
[0017]电位下拉场效应管的逻辑处理电路如附图5所示，取正弦基准信号过零电压比较后形成的方波信号控制开关管。以开关管驱动脉冲默认为低电平方案设计，VH1和VH2是两个开关管控制电平，无工频方波信号时，VH1和VH2均为低电平。
[0018]正半周期期间电压比较器输出负电平，脉冲驱动芯片IC5的输入端INA电位被置
低，脉冲输出VH1为低电平，连接升压通道1的电位下拉场效应管Q3关闭。正常情况下脉冲驱动芯片IC5的输入端INB电位被置高，脉冲输出VH2为高电平，连接升压通道2的电位下拉场效应管Q4导通，构成正半周期负载电流回路，如附图3中的虚线所示。但倘若在正半周期期间升压通道2也出现调制脉冲，则在该调制脉冲作用下，通过三极管Q5将脉冲驱动芯片的输入端INB电位置低，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于直流升压直接逆变的方案，其结构特征在于：主体电路由两个单功率管电感储能式直流升压电路、两个串联有二极管的电位下拉场效应管Q3、Q4、两个独立的SPWM电路及其驱动电路、电位下拉场效应管的逻辑处理及其驱动电路和正弦基准信号产生电路五部分组成，两个单功率管电感储能式直流升压电路均是共地升压模式，都相对于输入电源负极线独立升压，交替输出工频半周期正弦电压，取两个直流升压电路输出的电压差值作为逆变输出电压，两个串联有单向二极管的电位下拉场效应管Q3、Q4构成负载电流回路。2.根据权利要求1所述的基于直流升压直接逆变的方案，其特征是：单功率管电感储能式直流升压电路采用自耦升压方式，自耦升压比取为1∶5.0～1∶5.2，每一个单功率管电感储...

【专利技术属性】
技术研发人员：周梦娜，陈贤雷，陈庭勋，刘欢，陈益敏，洪辉，
申请(专利权)人：宁波市岽源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：