发明内容
针对现有技术的缺陷,本发明的目的在于提供一种推挽逆变电路,本电路基本上一级变换,旨在解决现有技术中逆变电路功率转换级数较多折算效率不高的问题。
本发明提供了一种推挽逆变电路,包括:推挽电路,用于将外部的DC直流源中的直流电压接入至主功率管,在外部逻辑控制电路的控制下所述主功率管轮流导通使得所述DC直流源中的能量经变压器进行高频隔离转换;互锁电路,输出端连接至所述推挽电路的第一输入端,用于实现推挽电路主功率管的控制信号互锁功能;钳位回馈电路,输出端连接至所述推挽电路的第二输入端,用于实现推挽电路主功率管的尖峰电压钳位及主功 率管的零电压导通或零电流关断;整流滤波电路,输入端连接至所述推挽电路的输出端,用于对所述变压器副边的高频电压进行整流及滤波;换相回馈电路,输入端连接至所述整流滤波电路的输出端,所述换相回馈电路的输出端用于与外部电网连接,通过逻辑控制电路控制换相回馈电路中的功率管轮流导通并将滤波后的电压回馈至电网中。
更进一步地,所述推挽电路包括:第一主功率管、第二主功率管和变压器;所述变压器的初级绕组分别与所述第一主功率管的漏极和所述第二主功率管的漏极连接;所述变压器的次级绕组与所述整流滤波电路连接;所述第一主功率管的栅极和第二主功率管的栅极分别与外部的逻辑控制电路连接;所述第一主功率管的源极与所述第二主功率管的源极连接到地。
更进一步地,所述推挽电路还包括:连接在所述逻辑控制电路与所述第一主功率管的栅极之间的第一电阻和连接在所述逻辑控制电路与所述第二主功率管的栅极之间的第二电阻。
更进一步地,所述互锁电路包括第三功率管和第四功率管;所述第三功率管的漏极连接至所述第一主功率管的栅极,所述第四功率管的漏极连接至所述第二主功率管的栅极;所述第三功率管的源极与第四功率管的源极连接到地;所述第三功率管的栅极与第四功率管的栅极分别与所述逻辑控制电路连接。
更进一步地,所述互锁电路还包括:连接在所述逻辑控制电路与所述第四功率管的栅极之间的第三电阻和连接在所述逻辑控制电路与所述第三功率管的栅极之间的第四电阻。
更进一步地,所述钳位回馈电路包括:电容、第一二极管、第二二极管、第五功率管、第三二极管和电感;所述第五功率管的漏极通过所述电容连接至所述第一主功率管和第二主功率管的源极;所述第五功率管的源极通过所述电感连接至所述变压器的初级绕组的中心抽头,所述第五功率管的栅极通过连接所述逻辑控制电路;第一二极管的阳极连接至所述第一 主功率管的漏极,所述第一二极管的阴极连接至所述第五功率管的漏极;第二二极管的阳极连接至所述第二主功率管的漏极,所述第二二极管的阴极连接至所述第五功率管的漏极;第三二极管阴极连接至第五功率管的源极,第三二极管的阳极接地。
更进一步地,第一二极管的阴极和所述第二二极管的阴极均连接至所述第五功率管的漏极,第一二极管的阳极连接至第一主功率管的漏极,第二二极管的阳极连接至第二主功率管的漏极;第三二极管的阴极连接至第五功率管的源极,第三二极管的阳极接地;第五功率管的源极通过所述电感连接至所述变压器的初级绕组的中心抽头。
更进一步地,所述换相回馈电路包括:串联连接的第六功率管和第七功率管,第六功率管的源极连接至第七功率管的漏极并复接至外部电网的一端;串联连接的第八功率管和第九功率管,第八功率管的源极连接至第九功率管的漏极并复接至外部电网的另一端;所述第四二极管和第六二极管,第四二极管的阴极连接至第六功率管的漏极,第六二极管的阴极连接至第八功率管的漏极,第四二极管和第六二极管的阳极连接于整流滤波电路的一端;所述第五二极管和第七二极管,第五二极管的阳极连接至第七功率管的源极,第七二极管的阳极连接至第九功率管的源极,第五二极管和第七二极管的阴极连接于整流滤波电路的另一端;所述第六功率管的栅极、第七功率管的栅极、第八功率管的栅极和第九功率管的栅极均与所述逻辑控制电路连接;所述第六功率管与所述第七功率管的串联连接端和所述第八功率管与所述第九功率管的串联连接端分别与外部的电网连接。
更进一步地,所述第四二极管,所述第五二极管,所述第六二极管,所述第七二极管;第四二极管的阳极和第六二极管的阳极均与滤波电路连接,第四二极管的阴极与第六功率管的漏极连接,第六二极管的阴极与第八功率管的漏极连接;第五二极管的阴极和第七二极管的阴极均与滤波电路连接,第五二极管的阳极与第七功率管的源极连接,第七二极管的阳极 与第九功率管的源极连接。
本发明提供的推挽逆变电路能实现大功率转换,行业内通常推挽架构的电路只适合做中小功率开关电源,本电路在克服推挽电路的不足之外,充分发挥了推挽电路结构简单、控制电路简单优势。主电路能实现软开关控制,功率管损耗低,副边换相开关桥可选用低频低成本的开关器件。在电路中互锁电路能提高主功率管的抗扰能力从而稳定可靠导通或关断,钳位回馈电路能实现主功率管零电压开通和零电流关断,大大降低的开关损耗,进而提高了整机的效率。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
本发明提供的推挽逆变电路是一种大功率DC/AC推挽逆变电路,特别涉及具备大功率输出的DC/AC逆变电路、UPS电源、光伏并网和能量回馈装置。逻辑控制电路将与市电同频同相的正弦波经电路转换为SPWM调制 波,解调后的SPWM波再作用于推挽逆变电路的推挽管,经高频变压器将输入端的直流电源隔离传送到副边,最后经简单的转化后直接馈送到电网,实现单级功率转换。
图1示出了本发明实施例提供的推挽逆变电路的模块结构,为了便于说明,仅示出了与本发明实施例相关的部分,详述如下:
推挽逆变电路包括推挽电路10、互锁电路11、钳位回馈电路12、整流滤波电路13和换相回馈电路14。其中推挽电路10用于将外部输入的DC直流源4中的直流电源接入推挽电路10中主功率管,通过外部逻辑控制电路2控制功率管的轮流导通或关断将DC直流源中的能量经变压器进行高频隔离转换传送到变压器副边整流滤波电路13,整流滤波电路13的输入端连接至推挽电路10的输出端,用于对高频变压器副边的高频电压进行整流及滤波,互锁电路11的第一输出端连接至推挽电路10的第一输入端,直接作用于推挽电路10主功率管的控制信号互锁,能有效的提高功率管的可靠开通或关断,钳位回馈电路12的输出端连接至推挽电路10的第二输入端,用于实现推挽电路主功率管的电源钳位及主功率管的零电压导通或零电流关断;换相回馈电路14的输入端连接至整流滤波电路13的输出端,换相回馈电路14的输出端与电网3连接,通过外部逻辑控制电路2控制换相回馈电路14中的功率管轮流导通或关断将滤波后的电压直接回馈至电网3。
本发明实施例提供的推挽逆变电路通过调整单极性SPWM的占空比驱动推挽管,将输入的DC直流源通过高频变压器隔离变送到整流换相电路进行转换,整流滤波后的正弦半波经4个可控器件按市电频率同相导通,还原成正弦波回馈到电网。本电路结构简单,能实现大功率转换,整流换相都为50HZ方波控制,无开关损耗,效率高,在每个桥背都有串接二极管,能很好的抑制在并网回馈中因电网频率抖动或其它因素产生的环流。
图2示出了本发明第一实施例提供的推挽逆变电路的具体电路,现结合图2详述如下:
推挽电路10包括第一主功率管Q1、第二主功率管Q2和变压器T1,变压器T1的初级绕组分别与第一主功率管Q1的漏极和第二主功率管Q2的漏极连接;变压器T1的次级绕组与整流滤波电路13连接;第一主功率管Q1的栅极和第二主功率管Q2的栅极分别与外部的逻辑控制电路2连接;第一主功率管Q1的源极与第二主功率管Q2的源极连接到地;第一主功率管Q1的栅极接收的逻辑控制电路2输出的控制信号,控制第一主功率管Q1的漏极与源极之间的导通或关断;第二主功率管Q2的栅极接收的逻辑控制电路2输出的控制信号,控制第二主功率管Q2的漏极与源极之间的导通或关断。
互锁电路11包括第三功率管Q3和第四功率管Q4;第三功率管Q3的漏极连接至第一主功率管Q1的栅极,第四功率管Q4的漏极连接至第二主功率管Q2的栅极;第三功率管Q3的源极与第四功率管Q4的源极连接到地;第三功率管Q3的栅极与第四功率管Q4的栅极分别与逻辑控制电路2连接;第三功率管Q3根据栅极接收的逻辑控制电路2输出的控制信号,控制第三功率管Q3的漏极与源极之间的导通或关断;第四功率管Q4根据栅极接收的逻辑控制电路2输出的控制信号,控制第四功率管Q4的漏极与源极之间的导通或关断。互锁电路11作用于推挽管的驱动信号互锁控制能保证第一主功率管Q1和第二主功率管Q2稳定可靠地工作。
钳位回馈电路12包括:电容C1、第一二极管D1、第二二极管D2、第五功率管Q5、第三二极管D3和电感L1;第五功率管Q5的漏极连接到第一二极管D1、第二二极管D2的阴极及电容C1的一端,电容C1的另一端接地;第五功率管Q5的源极通过电感L1连接至变压器T1的初级绕组的中心抽头,第五功率管Q5的栅极连接逻辑控制电路2;第一二极管D1的阳极连接至第一主功率管Q1的漏极,第一二极管D1的阴极连接至第五功率管Q5的漏极;第二二极管D2的阴极连接至第五功率管Q5的漏极,第二二极管D2的阳极连接至第二主功率管Q2的漏极;第三二极管D3的 阴极连接至第五功率管Q5的源极,第三二极管D3的阳极接地;第五功率管Q5根据控制端接收的逻辑控制电路2输出的控制信号,控制第五功率管Q5的漏极与源极之间的导通或关断。钳位回馈电路12用于吸收回路中布线中产生的寄生漏感及变压器T1的漏感产生的尖峰能量,还实现功率管的零电压开通和零电流关断。其中,第五功率管Q5的控制端连接外部的逻辑控制电路2,用于控制第五功率管Q5的导通或关断;第三二极管D3为续流二极管,电感L1为储能电感,电容C1为储能电容;储能电容的能量释放是通过续流二级管、第五功率管Q5和电感L1传递到电源端,整个回路无能耗元器件。
在本发明实施例中,第一二极管D1的阴极和第二二极管D2的阴极均连接至第五功率管Q5的漏极,第一二极管D1的阳极连接至第一主功率管Q1的漏极,第二二极管D2的阳极连接至第二主功率管Q2的漏极;第三二极管D3的阴极连接至第五功率管Q5的源极,第三二极管D3的阳极接地。
整流滤波电路采用本领域普通技术人员公知的常见的滤波电路。
换相回馈电路14包括:第六功率管Q6、第七功率管Q7、第八功率管Q8、第九功率管Q8、第四二极管D4、第五二极管D5、第六二极管D6、第七二极管D7;串联连接的第六功率管Q6和第七功率管Q7,第六功率管Q6的源极连接至第七功率管Q7的漏极并复接至外部电网3的一端,串联连接的第八功率管Q8和第九功率管Q9,第八功率管Q8的源极连接至第九功率管Q9的漏极并复接至外部电网3的另一端;第四二极管D4和第六二极管D6,第四二极管D4的阴极连接至第六功率管Q6的漏极,第六二极管D6的阴极连接至第八功率管Q8的漏极,第四二极管D4和第六二极管D6的阳极连接于整流滤波电路13的一端;第五二极管D5和第七二极管D7,第五二极管D5的阳极连接至第七功率管Q7的源极,第七二极管D7的阳极连接至第九功率管Q9的源极,第五二极管D5和第七二极管D7 的阴极连接于整流滤波电路13的另一端。
在换相回馈电路14中,桥背第六功率管Q6的漏极串接第四二极管D4,第八功率管Q8的漏极串接第六二极管D6;下桥背第七功率管Q7的源极串接第五二极管D5,第九功率管Q9的源极串接第七二极管D7;第四二极管D4、第五二极管D5、第六二极管D6和第七二极管D7是为了防止逆变桥输出端并网回馈时,在环路内因电网频率抖动而产生任意方向的环流而设,若作为逆变器正弦波输出则可以不用这些二极管。
图3示出了本发明第二实施例提供的推挽逆变电路的具体电路,与第一实施例提供的推挽逆变电路相比,推挽电路10、互锁电路11、钳位回馈电路12和换相回馈电路14有改进,整流滤波电路13没有改变,因此下面只描述推挽电路10、互锁电路11、钳位回馈电路12和换相回馈电路14,其它的电路在此不再赘述。
推挽电路10在第一实施例提供的推挽电路10的基础上还包括:连接在逻辑控制电路2与第一主功率管的栅极之间的第一电阻R1和连接在逻辑控制电路2与第二主功率管的栅极之间的第二电阻R2。
互锁电路11在第一实施例提供的互锁电路11的基础上还包括:连接在所述逻辑控制电路与第四功率管Q4的栅极之间的第三电阻R3和连接在所述逻辑控制电路与第三功率管Q3的栅极之间的第四电阻R4。
本发明实施例提供的推挽逆变电路能实现大功率转换,行业内通常推挽架构的电路只适合做中小功率开关电源,本电路在克服推挽电路的不足之外,充分发挥了推挽电路结构简单、控制简单优势。主电路能实现软开关控制,功率管及整流损耗低,副边换相开关桥可选用低频低成本的开关器件。在电路中互锁电路能保证主功率管的抗扰能力稳定可靠导通或关断,钳位回馈电路能实现主功率管零电压开通和零电流关断,大大降低的开关损耗,进而提高了整机的效率。
在本发明实施例中,功率管都可以为IGBT管或MOS管等开关器件。 本发明提供的大功率DC/AC推挽逆变电路,基本无开关损耗,次边换相电路开关器件工作频率50Hz的方波,可选用廉价的开关器件,不仅成本低且整机效率高。特别适用于逆变器、UPS及光伏并网装置。
为了更进一步的说明本发明实施例提供的推挽逆变电路,现功率管以MOS管为例并结合图1-图3详述如下:
推挽电路10由MOS管Q1、MOS管Q2、变压器T1组成推挽架构;互锁电路11由电阻R3、电阻R4、MOS管Q3、MOS管Q4组成,互锁电路中MOS管Q3、MOS管Q4的源极与地相连,MOS管Q3的漏极与MOS管Q1的栅极相连,MOS管Q4的漏极与MOS管Q2的栅极相连,作用于MOS管Q1和MOS管Q2的驱动信号互锁控制能保证MOS管Q1、MOS管Q2稳定可靠的工作;当图4(b)中的SPWM波作用于MOS管Q1栅极时,在MOS管Q1出高电平的同时,MOS管Q4的栅极也是高电平,此时MOS管Q4导通,MOS管Q4把MOS管Q2的栅极短接到地,这样,在MOS管Q1开通时,MOS管Q2必定是关断的。在图4(c)的SPWM波驱动下管时的原理也是一样的,直接作用于MOS管Q1和MOS管Q2栅极的互锁电路能有效的抑制各种干扰,保证推挽管即MOS管Q1、MOS管Q2稳定可靠的工作。钳位回馈电路12由二极管D1、二极管D2、电容C1、MOS管Q5、电感L1、二极管D3组成,其钳位回馈电路12中电容C1即为吸收电容也为储能电容,而储能电容的能量释放是通过续流二级管D3、MOS管Q5、电感L1传递到电源端,整个回路无能耗元器件;当图4b的SPWM控制信号加到MOS管Q1的栅极,图4c的SPWM控制信号加到MOS管Q2的栅极时,在MOS管Q1关断、MOS管Q2导通的死区时间内导通MOS管Q5,见图4(d),这时MOS管Q5的导通,电容C1上的电压经Q5、电感L1回到输入DC直流源的正端被DC直流源上的电压所钳位,相对MOS管Q1,MOS管Q2上的开关尖峰电压也被钳位,变压器T1中的磁通能量通过二极管D1、MOS管Q5、电感L1回到变压器T1的中心抽头 及DC直流源端,一方面为变压器的磁通保持提供通道,另一方面为MOS管Q2实现零电压开通提供条件,合理安排MOS管Q5的控制时序可以实现MOS管Q1、MOS管Q2的零电压开通和零电流关断,推挽管MOS管Q1、MOS管Q2施加单级性SPWM波驱动时,电容C1储存推挽管关断尖峰的能量,通过导通MOS管Q5把电容C1里储存的能量经过电感L1传送到DC直流源端,另外在MOS管Q5关断时间内续流二级管D3将电感L1中储存的二次能量再一次回送到DC直流源端。相比RCD吸收电路,整个回路无阻性器件耗能,由于MOS管Q1、MOS管Q2实现零电压开通和零电流关断,开关损耗大大降低,整机效率和可靠性也得到了提升。变压器T1的次电路由整流滤波电路13和换相回馈电路14组成;其换相回馈电路14上桥背MOS管Q6、MOS管Q8的漏极串接二极管D4、二极管D6,下桥背MOS管Q7、MOS管Q9的源极串接二极管D5、二极管D7。在MOS管Q6、MOS管Q9栅极施加图4(e)的50Hz方波,在MOS管Q7、MOS管Q8栅极施加图4(f)的50Hz方波,此时MOS管Q6、MOS管Q7、MOS管Q8、MOS管Q9呈斜对角导通,这样就通过换相回馈电路将整流滤波后的波形还原成如图4(h)与市电同频同相的正弦波,并回馈到电网。由于本发明主要为提高推挽架构的大功率输出并向电网回馈,因此所加的二极管D4、二极管D5、二极管D6、二极管D7是为了防止逆变桥内任意方向的环流而设,若作为逆变器正弦波输出则可以不用这些二极管。
本领域的技术人员容易理解,以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。