CN204967650U - 一种单级可升降压车载电源逆变器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种单级可升降压车载电源逆变器，包括第一升压单元、第二升压单元、第一旁路开关管、第二旁路开关管，所述第一升压单元包括第一开关管、第二开关管、第一电感、第一电容，第二升压单元包括第三开关管、第四开关管、第二电感、第二电容，第一电感和第二电感均为耦合电感。该电路输入电压变化范围大，采用耦合电感，使得能够有效抑制纹波，减少器件损坏对电路造成的冲击，避免短路。

Description

一种单级可升降压车载电源逆变器

技术领域

本实用新型涉及一种单级可升降压车载电源逆变器，属于直流/交流(DC/AC)电能转换装置。

背景技术

逆变器广泛应用于电机驱动，不间断供电电源，感应加热，静态无功发生器和补偿器以及有源滤波等场合。传统的逆变器电路拓扑包括电压源逆变器和电流源逆变器两类。

电压源逆变器的输出交流电压低于直流母线电压，因此电压源逆变器本质上是一个降压型逆变器，为了实现升压变换的功能，需要额外增加一级升压变换电路，导致变换器整体结构复杂。

电流源逆变器本质上是一个升压型逆变器，为了实现降压变换的功能，需要额外增加一级降压变换电路，导致变换器整体结构复杂；电流源逆变器只能实现单向功率传输，能量不能双向流动。

为了解决电压源逆变器和电流源逆变器存在的上述问题，学者提出了Z源逆变器的概念，通过引入一个Z源网络将逆变器主电路与电源耦合起来。与电压源和电流源逆变器相比，Z源逆变器能够提供升降压变换的功能，但同样不能实现能量的双向传输，同时引入了额外的由电感，电容组成的无源元件，增加了***的体积，重量和实现成本，同时控制复杂。国内外又在此基础上陆续提出了一些改型的Z源逆变器电路，其本质都是通过引入无源元件来实现升压，都存在上述问题。

车载电源有类型，1.逆变器，是一种能够将DC12V直流电转换为和市电相同的AC220V交流电，供一般电器使用，是一种方便的电源转换器，由于常用于汽车而得名。2.DC/DC直流变换器电源,通常是把汽车电池的12VDC或24VDC转变为48VDC等直流电给汽车上的电器设备用。

车载电源不仅适用于车载***，只要有DC12V直流电源的场合，都可使用电源逆变器，将DC12V转换为AC220V交流电，给人们的生活带来方便。车载电源充分考虑到外部的使用环境，当发生过载或短路现象时将自动保护关机。车载电源的输出电压通过本身的反馈确认可以使电压稳定，空载与额定的电压值变化小于10V。需要说明的是，车载电源的目的是输出和市电相同的电压，满足用电器的需要，但实际上车载电源输出的是模拟正弦波，而市电是真正的正弦波，两者略有不同，一般不影响使用，这是车载电源的工作原理决定的。

单级功率变换器的逆变器有利于功率密度和效率的提升，单级式逆变器具有功率级只有一级，效率高，体积小等优点。双Boost变换器的逆变器,采用两组独立对称的双向DC/DC变换器差动输出，得到纯正弦交流电压。常见的调制方式是使两组Boost变换器各输出一路相差180°带直流偏置的电压，经差动输出得到可升降压的交流输出电压。这种调制方式下变换器所有功率开关在整个工频周期内均处于高频调制状态，且电感电流大、开关管电压电流应力也较大，导致电感损耗、开关管通态损耗与开关损耗增加，同时整个变换器存在内部环流，不利于效率的提升。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是：提供一种单级可升降压车载电源逆变器，解决了现有技术中车载电源开关管电压应力大、纹波强的问题。

本实用新型为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种单级可升降压车载电源逆变器，包括第一升压单元、第二升压单元、第一旁路开关管、第二旁路开关管，所述第一升压单元包括第一开关管、第二开关管、第一电感、第一电容，第二升压单元包括第三开关管、第四开关管、第二电感、第二电容，第一电容、第二电容均包括第一端、第二端，第一电感和第二电感均为耦合电感，其中，第一电感包括第一绕组和第二绕组，第二电感包括第三绕组和第四绕组，第一至第四绕组均包括第一端和第二端，第一绕组的第一端和第二绕组的第一端互为同名端，第三绕组的第一端和第四绕组的第一端互为同名端，第一绕组的第一端与直流电源的正极连接；所述第二绕组的第二端分别与第一开关管的输入端、第二开关管的输出端连接；第一开关管的输出端分别与第三开关管的输出端、第一电容的第二端、第二电容的第二端连接；所述第三绕组的第一端与直流电源的正极连接，第四绕组的第二端分别与第三开关管的输入端、第四开关管的输出端连接；所述第四开关管的输入端与第二电容的第一端连接；第一电容的第一端作为该逆变器的第一输出端；第二电容的第一端作为该逆变器的第二输出端；第一旁路开关管的输入端与该逆变器的第一输出端连接、第一旁路开关管的输出端分别与第一绕组的第二端、第二绕组的第一端连接；第二旁路开关管的输入端与该逆变器的第二输出端连接、第二旁路开关管的输出端分别与第三绕组的第二端、第四绕组的第一端连接。

所述开关管的输入端、输出端之间均并联二极管，二极管的阳极与开关管的输出端连接，二极管的阴极与开关管的输入端连接。

所述开关电路包括开关管，所述开关管包括MOS管、三极管或JFET。

所述第一电容和第二电容的容值为0.1uF～10uF，且容值相等。

所述第一电容和第二电容的容值均为1uF。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

1、共用一个升压电感及高频开关管，有利于提高功率密度，缩小了逆变器的体积。使得开关管的电压应力与电感的电流应力比传统方式小。

2、输入电压变化范围大，采用耦合电感，使得能够有效抑制纹波，减少器件损坏对电路造成的冲击，避免短路。

3、拓扑简单，效率高，可靠性高。

附图说明

图1为本实用新型逆变器的电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的结构及工作过程作进一步说明。

本技术领域技术人员可以理解的是，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有与本实用新型所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

如图1所示，一种单级可升降压车载电源逆变器，包括第一升压单元、第二升压单元、第一旁路开关管S5、第二旁路开关管S6，所述第一升压单元包括第一开关管S1、第二开关管S2、第一电感、第一电容C1，第二升压单元包括第三开关管S3、第四开关管S4、第二电感、第二电容C2，第一电容C1、第二电容C2均包括第一端、第二端，第一电感和第二电感均为耦合电感，其中，第一电感包括第一绕组L1和第二绕组L2，第二电感包括第三绕组L3和第四绕组L4，第一至第四绕组均包括第一端和第二端，第一绕组L1的第一端和第二绕组L2的第一端互为同名端，第三绕组L3的第一端和第四绕组L4的第一端互为同名端，第一绕组L1的第一端与直流电源Vin的正极连接；所述第二绕组L2的第二端分别与第一开关管S1的输入端、第二开关管S2的输出端连接；第一开关管S1的输出端分别与第三开关管S3的输出端、第一电容C1的第二端、第二电容C2的第二端连接；所述第三绕组L3的第一端与直流电源的正极连接，第四绕组L4的第二端分别与第三开关管S3的输入端、第四开关管S4的输出端连接；所述第四开关管S4的输入端与第二电容C2的第一端连接；第一电容C1的第一端作为该逆变器的第一输出端；第二电容C2的第一端作为该逆变器的第二输出端；第一旁路开关管S5的输入端与该逆变器的第一输出端连接、第一旁路开关管S5的输出端分别与第一绕组L1的第二端、第二绕组L2的第一端连接；第二旁路开关管S6的输入端与该逆变器的第二输出端连接、第二旁路开关管S6的输出端分别与第三绕组L3的第二端、第四绕组L4的第一端连接。

所述开关管的输入端、输出端之间均并联二极管，二极管的阳极与开关管的输出端连接，二极管的阴极与开关管的输入端连接。

所述开关电路包括开关管，所述开关管包括MOS管、三极管或JFET。

所述第一电容和第二电容的容值为0.1uF～10uF，且容值相等。

所述第一电容和第二电容的容值均为1uF。

该发明还具备如下优点：

共用一个升压电感及高频开关管，有利于提高功率密度，缩小了逆变器的体积。使得开关管的电压应力与电感的电流应力比传统方式小。

输入电压变化范围大，采用耦合电感，使得能够有效抑制纹波，减少器件损坏对电路造成的冲击，避免短路。

拓扑简单，效率高，可靠性高。

以上所述仅是本实用新型的部分实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (5)

1.一种单级可升降压车载电源逆变器，包括第一升压单元、第二升压单元、第一旁路开关管、第二旁路开关管，所述第一升压单元包括第一开关管、第二开关管、第一电感、第一电容，第二升压单元包括第三开关管、第四开关管、第二电感、第二电容，第一电容、第二电容均包括第一端、第二端，其特征在于：第一电感和第二电感均为耦合电感，其中，第一电感包括第一绕组和第二绕组，第二电感包括第三绕组和第四绕组，第一至第四绕组均包括第一端和第二端，第一绕组的第一端和第二绕组的第一端互为同名端，第三绕组的第一端和第四绕组的第一端互为同名端，第一绕组的第一端与直流电源的正极连接；所述第二绕组的第二端分别与第一开关管的输入端、第二开关管的输出端连接；第一开关管的输出端分别与第三开关管的输出端、第一电容的第二端、第二电容的第二端连接；所述第三绕组的第一端与直流电源的正极连接，第四绕组的第二端分别与第三开关管的输入端、第四开关管的输出端连接；所述第四开关管的输入端与第二电容的第一端连接；第一电容的第一端作为该逆变器的第一输出端；第二电容的第一端作为该逆变器的第二输出端；第一旁路开关管的输入端与该逆变器的第一输出端连接、第一旁路开关管的输出端分别与第一绕组的第二端、第二绕组的第一端连接；第二旁路开关管的输入端与该逆变器的第二输出端连接、第二旁路开关管的输出端分别与第三绕组的第二端、第四绕组的第一端连接。

2.根据权利要求1所述的单级可升降压车载电源逆变器，其特征在于：所述开关管的输入端、输出端之间均并联二极管，二极管的阳极与开关管的输出端连接，二极管的阴极与开关管的输入端连接。

3.根据权利要求1或2所述的单级可升降压车载电源逆变器，其特征在于：所述开关电路包括开关管，所述开关管包括MOS管、三极管或JFET。

4.根据权利要求1所述的单级可升降压车载电源逆变器，其特征在于：所述第一电容和第二电容的容值为0.1uF～10uF，且容值相等。

5.根据权利要求4所述的单级可升降压车载电源逆变器，其特征在于：所述第一电容和第二电容的容值均为1uF。