CN102347704A - 低压推挽逆变的直接dc-ac变换电路 - Google Patents

低压推挽逆变的直接dc-ac变换电路 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种低压推挽逆变的直接DC-AC变换电路，其包括逆变电路、变压器电路、及滤波电路，通过使逆变电路中功率MOSFET工作在准谐振软开关状态，由此将输入的低压直流转换为低压交流脉冲电压，再通过变压器电路转换为高压交流脉冲电压，并由滤波电路转换为有效值为220V的正弦半波电压或方波电压，此电路设计根据谐振软开关和工频逆变工作原理，设计了低压推挽逆变的直接DC-AC变换电路设计方案，具有结构简单、实现容易、通用性强、效率较高等优点。

Description

低压推挽逆变的直接DC-AC变换电路
技术领域
本发明涉及一种直接DC-AC变换电路，特别涉及一种低压推挽逆变的直接DC-AC变换电路。
背景技术
在蓄电池和太阳电池供电的应用场合，由于输入的直流电压等级较低，常为+12VDC、+24VDC等等，与常用的电器设备的供电等级不符，因此，往往需要采用升压的DC-AC变换器将输入的低压直流电压转换为有效值为220V的交流正弦波电压或交流方波电压。输出电压较高的DC-AC变换器一般都需要升压的隔离高频变压器，都会有一个有整流桥和电解电容构成的直流环节，而且输出端需要高频斩波的逆变器，因而存在设计复杂，整机庞大和效率较低等不足。
如何改进现有DC-AC变换器的不足，实已成为本领域技术人员亟待解决的技术课题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种电路结构简单的低压推挽逆变的直接DC-AC变换电路。
为了达到上述目的及其他目的，本发明的低压推挽逆变的直接DC-AC变换电路，包括：各自包含功率MOSFET管的两组逆变电路，分别用于将输入的低压直流电压转换为基波为工频的高频低压的PWM电压脉冲；两组参数相同的变压器电路，各自连接在一组逆变电路输出端，通过与相应逆变电路的功率MOSFET的漏源之间寄生电容产生谐振来将接入的高频低压的PWM电压脉冲电磁耦合成基波为工频的高压高频电压；以及串接的两组滤波电路，各自连接在一组变压电路的输出端，各自包含高速二极管和第一电解电容，分别将接入的高压高频电压整流和滤波以便分别得到基波为工频的正弦正向半波和负相半波，进而在输出端成为全波，其中半波为正弦波或方波。
其中，每一组逆变电路都包括：并接在输入端的第二电解电容、及连接在所述第二电解电容一端的两MOSFET管。
其中，每一组变压器电路包括一变压器和连接在变压器次级绕组一端的电感，其中，所述变压器初级绕组的两端分别与一MOSFET管连接，其中间抽头连接所述第二电解电容的另一端。
其中，每一组滤波电路包括：输入端分别与相应变压器次级绕组另一端及电感连接且由4个高速二极管构成的整流桥、并联在所述整流桥输出端的RC滤波电路，其中，所述RC滤波电路由电容、第一电解电容和电阻并联而成。
综上所述，本发明的低压推挽逆变的直接DC-AC变换电路使逆变电路中功率MOSFET工作在准谐振软开关状态，由此将输入的低压直流转换为低压交流脉冲电压，再通过变压电路转换为高压交流脉冲电压，并由滤波电路转换为有效值为220V的正弦半波电压或方波电压，此电路设计根据谐振软开关和工频逆变工作原理，设计了低压推挽逆变的直接DC-AC变换电路设计方案，具有结构简单、实现容易、通用性强、效率较高等优点。
附图说明
图1为本发明的低压推挽逆变的直接DC-AC变换电路的电路图。
具体实施方式
以下将结合附图来对本发明的低压推挽逆变的直接DC-AC变换电路进行详细阐述。
请参阅图1，本发明的低压推挽逆变的直接DC-AC变换电路主要包括：逆变电路1、变压器电路2、以及滤波电路3。
所述逆变电路1包括两组，一组由电解电容E1、功率MOSFET管S1、S2组成，另一组由电解电容E2、功率MOSFET管S3、S4组成；所述变压器电路2也包括两组，一组由变压器HFT1和电感L1构成，一组由变压器HFT2和电感L2构成；所述滤波电路3也包括两组，一组由高速二极管D1-D4、电容C1、电解电容E3和电阻R1组成，另一组由高速二极管D5-D8、电容C2、电解电容E4组成。
在逆变电路1中，功率MOSFET S1的漏极与高频变压器HFT1初级绕组的一端相连，功率MOSFET S2的漏极与高频变压器HFT1初级绕组的另一端相连，功率MOSFET S3的漏极与高频变压器HFT2初级绕组的一端相连，功率MOSFET S4的漏极与变压电路中高频变压器HFT2初级绕组的另一端相连，电解电容E1的阳极与高频变压器HFT1初级绕组的中心端相连后与输入电压正极相连，电解电容E2的阳极与高频变压器HFT2初级绕组的中心端相连后与输入电压正极相连，功率MOSFET S1的源极与功率MOSFET S2的源极相连后与电解电容E1的阴极相连后与输入电压负极相连，功率MOSFET S3的源极与功率MOSFET S4的源极相连后与电解电容E2的阴极相连后与输入电压负极相连。
在变压器电路中，平面变压器HFT1次级绕组的一端与谐振电感L1的一端相连，谐振电感L1的另一端与滤波电路中高速二极管D1的阳极、高速二极管D3的阴极相连，平面变压器HFT1次级绕组的另一端与滤波电路中高速二极管D2的阳极、高速二极管D4的阴极相连，平面变压器HFT2次级绕组的一端与谐振电感L2的一端相连，谐振电感L2的另一端与滤波电路中高速二极管D5的阴极、高速二极管D7的阳极相连，平面变压器HFT2次级绕组的另一端与滤波电路中高速二极管D6的阴极、高速二极管D4的阳极相连。
在滤波电路中，高速二极管D1的阴极、高速二极管D2的阴极、电解电容E3的阳极、交流电容C1的一端、电阻R1的一端相连后与一个交流输出端L相连，高速二极管D7的阴极、高速二极管D8的阴极、电解电容E4的阳极、交流电容C2的一端、电阻R2的一端相连后与另一个交流输出端-相连，高速二极管D3的阳极、高速二极管D4的阳极、高速二极管D5的阳极、高速二极管D6的阳极、电解电容E3的阴极、电解电容E4的阴极、交流电容C1的另一端、电阻R1的另一端相连。
上述电路的工作原理为：
逆变电路中，采用传统推挽PWM调制算法，S1与S2一组，S3与S43一组，可以将输入的低压直流电压变换成基波为工频的高频低压的PWM电压脉冲，为后级变压电路供电。变压器电路中，两只参数一致的高频平面变压器，分别接收输入的基波为工频的高频低压的PWM电压脉冲，经过独立的电磁耦合，各自输出基波为工频的高压高频电压。滤波电路中，通过高速二极管以及电解电容整流和滤波作用，得到基波为工频的正弦半波或方波。其中，功率MOSFETS1～S2、高频变压器HFT1、谐振电感L1、高速二极管D1～D4、电解电容E3等构成的独立变换器工作，输出正半周电压波形，功率MOSFET S3～S4、高频变压器HFT2、谐振电感L2、高速二极管D5～D8、电解电容E4等构成的独立变换器工作，输出负半周电压波形，两部分采取分时工作，周期为输出周期，输出电压串联构成交流输出电压。整个装置完成由低压直流电压-高压交流电压的变换，无需直流环节。
变压电路中平面变压器谐振电感折算到初级、等效初级漏感与功率MOSFET S1～S4的漏源之间的传输电容发生谐振作用，通过选择合适谐振电感量大小，使得谐振频率等于开关频率，可以实现功率MOSFET S1～S4的零电压开通和满载附近的零电流关断，减少开关损耗和降低EMI噪声。为了进一步提高效率和减少体积，高频变压器采用高性能的平面变压器。
上述器件中各电阻、二极管、变压器、电感均要求具有高性能；本发明一个实施例的参数为：输入直流电压12VDC，输出交流电压有效值为220VAC的交流正弦电压或交流方波电压。电解电容E1与E2分别取4x3300μF，16V，各自实际两只并联，分散就近布置。电解电容E3与E4取1x47μF，400V。均压电阻R1与R2取5.1kΩ，1W。高速二极管D1～D8为KSQ15A06B，快速反向恢复，实际两只并联，安装于散热器。功率MOSFET S1～S4取IRF3205，各自实际三只并联，安装于散热器。交流电容C1～C2取1x0.1μF，400V。平面变压器为EE43，初级2圈，次级44圈。谐振电感L1取300μH，载流量5A。
综上所述，本发明的低压推挽逆变的直接DC-AC变换电路由逆变电路、变压电路和滤波电路为三个密不可分的部分组成，其实质就是：逆变电路1完成直流低幅值电压到高频低幅值交流电压的变换，变压电路负责将高频低幅值交流电压变换为高频高幅值交流电压，并输送到滤波电路，同时变压电路中的谐振电感以及漏感与逆变电路中功率MOSFET的漏源之间寄生电容产生谐振，能够实现零电压软开关和满载附近的零电流软开关，降低开关损耗。平面变压器的使用能够降低体积和提高效率，初级绕组的串联可以简化变压器的设计。显然，此电路具有结构简单、实现容易、通用性强、效率较高等优点。
上述实施例仅列示性说明本发明的原理及功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此项技术的人员均可在不违背本发明的精神及范围下，对上述实施例进行修改。因此，本发明的权利保护范围，应如权利要求书所列。

Claims (5)

1.一种低压推挽逆变的直接DC-AC变换电路，其特征在于包括：
各自包含功率MOSFET管的两组逆变电路，分别用于将输入的低压直流电压转换为基波为工频的高频低压的PWM电压脉冲；
两组参数相同的变压器电路，各自连接在一组逆变电路输出端，通过与相应逆变电路的功率MOSFET的漏源之间寄生电容产生谐振来将接入的高频低压的PWM电压脉冲电磁耦合成基波为工频的高压高频电压；
串接的两组滤波电路，各自连接在一组变压电路的输出端，各自包含高速二极管和第一电解电容，分别将接入的高压高频电压整流和滤波以便分别得到基波为工频的正弦正向半波和负相半波，进而在输出端成为全波，其中半波为正弦波或方波。
2.如权利要求1所述的低压推挽逆变的直接DC-AC变换电路，其特征在于：每一组逆变电路都包括：并接在输入端的第二电解电容、及连接在所述第二电解电容一端的两MOSFET管。
3.如权利要求2所述的低压推挽逆变的直接DC-AC变换电路，其特征在于：每一组变压器电路包括一变压器和连接在变压器次级绕组一端的电感，其中，所述变压器初级绕组的两端分别与一MOSFET管连接，其中间抽头连接所述第二电解电容的另一端。
4.如权利要求3所述的低压推挽逆变的直接DC-AC变换电路，其特征在于：变压器为平面变压器。
5.如权利要求3或4所述的低压推挽逆变的直接DC-AC变换电路，其特征在于：每一组滤波电路包括：输入端分别与相应变压器次级绕组另一端及电感连接且由4个高速二极管构成的整流桥、并联在所述整流桥输出端的RC滤波电路，其中，所述RC滤波电路由电容、第一电解电容和电阻并联而成。
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