CN101702591A - 直流-交流电压转换电路 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种直流-交流电压转换电路，以将一直流低电压转换输出一交流输出电压，该直流电压通过一升压电路获得高频交流高电压再进行桥式整流电路整流获得直流高压，将跨接于该桥式整流电路并串联的第一电容和第二电容的公共节点连接至交流输出电路的第一输出端，将跨接于该桥式整流电路并串联的第一开关和第二开关的公共节点连接至该交流输出电路的第二输出端，并通过波形产生电路对第一开关和第二开关控制导通或截止以使该交流输出电路(或交流输出电压)输出工频交流电压，该直流低电压经该升压电路后逆变升压获得一交流工频高电压，本发明输出电路仅采用两个开关元件，且不需高压驱动电路，使得本发明电路相对简单，节约电路成本和空间。

Description

直流-交流电压转换电路
技术领域
本发明关于一种电压转换电路，特别是关于一种将直流电压转换为交流电压的转换电路。
背景技术
直流-交流电压转换电路是应用功率半导体器件，将蓄电池、太阳能电池或燃料电池等直流电能转换成恒压50Hz(220V、115V等)恒频(50Hz、60Hz、400Hz等)交流电能的一种静止变流装置，供交流负载使用或与交流电并网发电，这种逆变技术在新能源开发应用上起着至关重要的作用。
图1为目前用于把直流DC低电压转换成交流AC高电压的直流-交流电压转换电路的常用电路。其工作原理为：输入DC直流低电压给一个高频振荡电路和相应的高频功率放大电路供电，该高频振荡电路输出一高频开关信号，该高频开关信号经功率放大后被送至高频变压器T1的初级；经过该高频变压器T1升压后，在高频变压器次级得到需要的高频交流高电压；此高频交流高电压经过高频高压桥式整流电路整流，经过耐高压的大电容平滑滤波得到直流高压HV(High Voltage)；此直流高压HV经S1～S4四个功率开关元件组成的桥式逆变开关电路后，得到恒压HV恒频(如50Hz、60Hz或400Hz，其具体频率取决于波形产生器)的交流AC输出：当VC1和VC3为高电压且VC2和VC4为低电压时，开关S1和S3导通而开关S2和S4截止，直流高压HV经开关S1至A点，再经负载ZL接至B点，然后由开关S3接到直流地；当VC1和VC3为低电压且VC2和VC4为高电压时，开关S1和S3截止而开关S2和S4导通，直流高压HV经开关S4至B点，再经负载ZL接至A点，然后由开关S2接到直流地；直流高电压HV经负载ZL以波形产生器的频率交替从A点流至B点然后从B点流至A点形成恒压HV恒频(如50Hz、60Hz或400Hz，其具体频率取决于波形产生器)交流电压AC，由此获得直流对交流的转换。
然而，在此电路中，DC-AC逆变电路需要4个功率开关S1、S2、S3和S4，且开关S1和S4的工作电压在HV和GND间，为了使开关S1和S4能够导通，往往需要高压驱动电路1和高压驱动电路2以完成高压驱动，那就使得这样的电路形式使用的功率控制开关较多，高压驱动控制电路也较为复杂，成本也较高。
综上所述，可知先前技术中将直流电压转换为交流电压时需要四个功率开关及高压驱动电路会使得高压驱动控制电路复杂化且成本较高的问题，因此实有必要提出改进的技术手段，来解决此一问题。
发明内容
为克服上述现有技术的种种缺点，本发明的主要目的在于提供一种直流-交流转换电路，其仅采用两个开关元件且不需高压驱动电路，就可以达到将直流低电压转换成交流高电压的目的。
为达上述及其它目的，本发明一种直流-交流电压转换电路，电连接一直流电压，将该直流电压转换输出，一提供稳定的一交流输出电压，其包含：
一升压电路，与该直流电压电连接，该直流电压经该升压电路后获得一高频交流高电压；
一桥式整流电路，具有两个交流输入端和两个直流输出端，该升压电路跨接于该两个交流输入端之间，该高频交流高电压被送至该桥式整流电路进行整流，以获得一正负直流高压和一个该正负直流高压的参考中点电压；
一滤波电容组，跨接于该桥式整流电路的两个正负直流输出端和一参考中点之间，用于对该正负直流高压进行滤波，
一交流输出电路，用以输出交流工频输出电压，该交流输出电路的第一输出端与该参考中点连接；
一开关电路，跨接于该桥式整流电路的两个正负直流输出端之间，并连接至该交流输出电路的第二输出端；
一波形产生电路，与该开关电路连接，用以控制该开关电路的导通与截止。
该升压电路至少包括一高频变压器，该高频变压器与该桥式整流电路相连。
该升压电路包括一高频开关电路和高频变压器，该高频开关电路包括一高频振荡电路和一高频功率放大电路，该直流电压经过该高频开关电路功率放大后被送至该高频变压器。
该滤波电容组至少包含串联的第一电容和第二电容，该串联的第一电容和第二电容跨接于该桥式整流电路的两个直流输出端之间，该第一电容和该第二电容公共的参考中点被连接至该交流输出电路的第一输出端。
该高频变压器次级有中心抽头，且该第一电容和第二电容的公共节点被接至该中心抽头。
该第一电容和该第二电容均为耐高压大电容。
该开关电路包括串联的第一开关和第二开关，且该串联的第一开关和第二开关跨接于该桥式整流电路的两个正负直流输出端之间，该第一开关和该第二开关的公共节点与该交流输出电路的第二输出端连接。
该第二输出端为参考地。
该第一开关和该第二开关均为功率级晶体管开关，且该第一开关和该第二开关为互补极性的开关元件。
该波形产生电路为一波形产生器，该波形产生器分别与该第一开关和该第二开关连接。
在该波形产生器和该第二开关之间至少还设有一第三电容，用于将该波形产生器对该第二开关的控制信号变为含负电压的负极性控制信号。
在该第三电容与该第二开关之间，还设有一钳位电路，用于把该控制信号钳位于负电压。
该钳位电路为一二极管，该二极管阴极接地，阳极接于该第三电容与该第二开关之间。
与现有技术相比，本发明直流-交流电压转换电路通过将交流输出电路的第一输出端接至两个串联的耐高压电容的公共节点，将交流输出电路的第二输出端接至两个串联的开关的公共节点，并通过一波形产生电路直接分时驱动该两个串联的开关，达到了将直流低电压转为工频交流高电压的目的，由于相对现有技术，本发明的输出电路仅采用两个开关元件，且不需要高压驱动电路，使得本发明的直流转交流输出电路变得非常简单，节约了电路的成本和空间。
附图说明
图1是现有技术直流-交流电压转换电路的电路图；
图2是本发明直流-交流电压转换电路的电路图；
图3是图2中各节点的电压波形示意图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例并结合附图说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其它优点与功效。本发明亦可通过其它不同的具体实例加以施行或应用，本说明书中的各项细节亦可基于不同观点与应用，在不背离本发明的精神下进行各种修饰与变更。
图2为本发明一种直流-交流电压转换电路的电路示意图。如图2所示，一种直流-交流电压转换电路，其电连接一直流低电压DC，将该直流低电压DC转换输出，以提供一稳定的一交流输出电压AC，其包含一升压电路201、桥式整流电路202、滤波电容器组203、交流输出电路204、开关电路205以及波形产生电路206。
该升压电路201与该桥式整流电路202相连接，其包含一高频开关电路和高频变压器，具体该高频开关电路可以由一高频振荡电路和高频功率放大电路组成，该升压电路201接收该直流低电压，通过该高频振荡电路后形成高频放大信号，该高频放大信号经该高频功率放大电路放大后被送至该高频变压器，经该高频变压器升压后，在高频变压器次级获得一需要的高频交流高电压；该桥式整流电路202为一由四整流二极管组成的桥式整流电路，其具有两个交流输入端和两个正负直流输出端，该高频交流高电压输出经过该桥式整流电路202后，获得一正负直流高压和一个此正负直流高压的参考中点电压。
滤波电容组203跨接于该桥式整流电路202的两个正负直流输出端之间，其包含两个串联的第一电容C1和第二电容C2，该第一电容C1与该第二电容C2均为耐高压的大电容，其串联跨接于该桥式整流电路202的两个正负直流输出端之间，其作为参考中点的公共节点5不仅与该交流输出电路204的第一输出端A连接，而且连接至该高频变压器的中心抽头，该高压直流经过该滤波电容组203的滤波后，得到一较为平稳的正负高压直流；开关电路205也跨接于该桥式整流电路202的两个正负直流输出端之间，并与该滤波电容组成并联结构，其串联后跨接于该桥式整流电路202的正负两个直流输出端之间，该第一开关S1和该第二开关S2的公共节点6与该交流输出电路204的第二输出端B相接，本发明中第二输出端B同时为参考地，另外，该第一开关S1和第二开关S2分别与该波形产生电路206相连，以通过该波形产生电路206产生相应的控制信号以使该第一开关和第二开关S2导通或截止，以控制该交流输出电路204输出50HZ/60HZ/400HZ的交流工频输出电压AC(其具体频率取决于该波形产生电路206)。
需要说明的是，本发明的直流-交流电压转换电路在直流低电压DC输入与该升压电路201之间还可设置一第四电容C4，其作用是对来自直流电源或尖峰干扰脉冲进行平滑滤波，以提供质量较好的直流电，此为常规做法，在此不予详述。
本发明的工作原理为：当输入直流低电压DC至该升压电路201后，经该高频变压器升压后，得到一需要的高压交流高电压，然后将该高频交流高电压输出送入该桥式整流电路202进行整流，得到正负直流高压+/-HV，当通过波形产生电路206控制使得第一开关S1导通，第二开关S2截止时，此时第一电容C1正极为地，由于电容上的电压不能突变，此时第一电容C1上的电压依旧为HV，故该第一电容C1负极电压等效为-HV；而当通过波形产生电路206控制使得第一开关S1截止，第二开关S2导通时，此时第二电容C2负极为地，由于电容上的电压不能突变，该第二电容C2上的电压依旧HV，故该第二电容C2正极电压等效为+HV。这样，在以该波形产生电路206产生的频率交替为正电压或负电压的控制信号的控制下，AB两点就可输出恒压HV恒频(如50Hz、60Hz或400Hz，其具体频率取决于波形产生器)的交流工频输出电压AC。
下面，将配合图2对本发明较佳实施例进一步说明。相对于现有技术，本发明较佳实施例中的高频变压器需要使用次级有中心抽头的，相应次级总圈数是原来的2倍；该桥式整流电路202采用四整流二极管组成的高频高压桥式整流电路，其中D1-D4为整流二极管，D1和D3阴极相连，其公共节点1为直流输出正极，D2和D4阳极相连，其公共节点2为直流输出负极，本发明中该公共节点1和该公共节点2均定义为直流输出端；D1阳极和D4阴极相连并接至该高频变压器次级之一端，D3阳极和D2阴极相连并接至高频变压器次级之另一端，但其整流后直流输出为2×HV，D1和D4的公共节点4与D2和D3的公共节点3被定义为交流输入端；耐高压的大电容第一电容C1和第二电容C2串联，其公共节点5接至高频变压器次级中心抽头，同时这个公共节点5也连接着恒压恒频交流输出电压AC的第一输出端A；功率晶体管开关第一开关S1和第二开关S2串联，其中第一开关S1为NPN功率三极管(或N沟道MOS管或其他等效器件，为叙述方便，下文仅描述三极管开关)，第二开关S2为PNP功率三极管(或P沟道MOS管或其他互补等效器件，为叙述方便，下文仅描述三极管开关)，其公共节点6与该恒压恒频交流输出电压AC的第二输出端B连接，此节点B同时被定义为波形产生器的地；该波形产生电路206为一波形产生器，其产生控制电压VC1、VC2，控制电压VC1接至第一开关S1，控制电压VC2接至第二开关S2，以通过控制电压VC1、VC2控制第一开关S1和第二开关S2导通或截止。较佳的，将一第三电容C3藕接在控制电压VC2和第二开关S2之间，用于将控制电压VC2变为负电压的控制信号，该控制信号的负脉冲能使第二开关S2导通，另外，本较佳实施例还设有一钳位电路，具体为一二极管D5，该二极管D5的阳极藕接于该第三电容C3输出端及该第二开关S2输入端，其阴极接地，用于将波形产生电路206输出的正控制信号钳位成负控制信号，以驱动第二开关S2
图3为各节点的电压波形示意图。请同时参考图2，第一开关S1的驱动信号为高电平的控制电压VC1，t1为导通时间；第二开关S2的驱动信号为低电平的控制电压VC2，t2为导通时间；波形产生电路206所产生的作为驱动信号的控制电压VC1和控制电压VC2在时序上不允许导通时间t1、t2.重叠，否则形成短路，轻则损坏器件，重则产生危险。第二输出端B点为参考地，在t1时间内，控制电压VC1为高电平，控制电压VC2为高电平，此段时间第一开关S1导通，第二开关S2截止，第一电容C1正极为地，由于电容上的电压不能突变，此时第一电容C1上的电压依旧为HV，故第一电容C1负极电压等效为-HV；在t2时间内，控制电压VC1为低电平，控制电压VC2为低电平，此段时间第一开关S1截止，第二开关S2导通，此时第二电容C2负极为地，由于电容上的电压不能突变，第二电容C2上的电压依旧为HV，故第二电容C2正极电压等效为+HV。这样，第一输出端A点电压相对于第二输出端B点在以波形产生器产生的控制信号的频率交替为正电压或负电压，AB两点就可输出恒压HV恒频(如50Hz、60Hz或400Hz，其具体频率取决于波形产生器)的交流工频输出电压AC。
通过本发明，可以使得直流-交流电压转换电路变得非常简单，节约了电路的成本和空间。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何本领域技术人员均可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰与改变。因此，本发明的权利保护范围，应如权利要求书所列。

Claims (13)

1.一种直流-交流电压转换电路，电连接一直流电压，将该直流电压转换输出，一提供稳定的一交流输出电压，其包含：
一升压电路，与该直流电压电连接，该直流电压经该升压电路后获得一高频交流高电压；
一桥式整流电路，具有两个交流输入端和两个正负直流输出端，该升压电路跨接于该两个交流输入端之间，该高频交流高电压被送至该桥式整流电路进行整流，以获得一正负直流高压和一个该正负直流高压的参考中点电压；
一滤波电容组，跨接于该桥式整流电路的两个正负直流输出端和一参考中点之间，用于对该正负直流高压进行滤波，
一交流输出电路，用以输出交流工频输出电压，该交流输出电路的第一输出端与该参考中点连接；
一开关电路，跨接于该桥式整流电路的两个正负直流输出端之间，并连接至该交流输出电路的第二输出端；
一波形产生电路，与该开关电路连接，用以控制该开关电路的导通与截止。
2.如权利要求1所述的直流-交流电压转换电路，其特征在于，该升压电路至少包括一高频变压器，该高频变压器与该桥式整流电路相连。
3.如权利要求1所述的直流-交流电压转换电路，其特征在于，该升压电路包括一高频开关电路和高频变压器，该高频开关电路包括一高频振荡电路和一高频功率放大电路，该直流电压经过该高频开关电路功率放大后被送至该高频变压器。
4.如权利要求2或3所述的直流-交流电压转换电路，其特征在于，该滤波电容组至少包含串联的第一电容和第二电容，该串联的第一电容和第二电容跨接于该桥式整流电路的两个直流输出端之间，该第一电容和该第二电容公共的参考中点被连接至该交流输出电路的第一输出端。
5.如权利要求4所述的直流-交流电压转换电路，其特征在于，该高频变压器次级有中心抽头，且该第一电容和第二电容的公共节点被接至该中心抽头。
6.如权利要求5所述的直流-交流电压转换电路，其特征在于，该第一电容和该第二电容均为耐高压大电容。
7.如权利要求6所述的直流-交流电压转换电路，其特征在于，该开关电路包括串联的第一开关和第二开关，且该串联的第一开关和第二开关跨接于该桥式整流电路的两个正负直流输出端之间，该第一开关和该第二开关的公共节点与该交流输出电路的第二输出端连接。
8.如权利要求7所述的直流-交流电压转换电路，其特征在于，该第二输出端为参考地。
9.如权利要求8所述的直流-交流电压转换电路，其特征在于，该第一开关和该第二开关均为功率级晶体管开关，且该第一开关和该第二开关为互补极性的开关元件。
10.如权利要求9所述的直流-交流电压转换电路，其特征在于，该波形产生电路为一波形产生器，该波形产生器分别与该第一开关和该第二开关连接。
11.如权利要求10所述的直流-交流电压转换电路，其特征在于，在该波形产生器和该第二开关之间至少还设有一第三电容，用于将该波形产生器对该第二开关的控制信号变为含负电压的控制信号。
12.如权利要求11所述的直流-交流电压转换电路，其特征在于，在该第三电容与该第二开关之间，还设有一钳位电路，用于把该控制信号钳位于负电压。
13.如权利要求12所述的直流-交流电压转换电路，其特征在于，该钳位电路为一二极管，该二极管阴极接地，阳极接于该第三电容与该第二开关之间。
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