CN204131097U - 一种逆变电源抗磁饱和装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及开关电源控制技术领域，特别是关于一种逆变电源抗磁饱和装置，其中包括原边采样单元，PWM控制单元，驱动电路；所述原边采样单元用于采集变压器原边电流信号；所述PWM控制单元用于根据所述原边电流信号，实时的在一个PWM周期内切断PWM信号；所述驱动电路用于根据所述PWM信号驱动硬开关逆变电源。通过上述本实用新型的实施例，可以作为独立的模块，可移植性强；相比较以往脉宽控制的方案，该装置的实时性强，直接控制当前路的脉宽，而非下一周期；相比较以往抑制直流分量方案，该装置功耗小，电源效率较高；该装置适用于所有功率等级的硬开关逆变电源。

Description

一种逆变电源抗磁饱和装置

技术领域

本实用新型涉及开关电源控制技术领域，特别是关于一种逆变电源抗磁饱和装置。

背景技术

近年来，全桥逆变器已经在许多电能变换系统中得到了广泛应用，相对于板桥而言，全桥逆变器的开关电流减小了50％，因而更合适较大功率场合。在全桥逆变器中，为实现输入输出之间的电器隔离、得到合适的输出电压幅值，一般在输出端接有高频功率变压器。而在输出功率变压器中，由于各种原因引起的直流偏磁问题致使铁心饱和，从而加大了变压器的损耗，降低了效率，甚至会引起逆变器颠覆，严重影响了全桥逆变器的正常运行，必须采取措施加以解决。

目前抑制偏磁的措施主要有两大类：其一是增加初级隔直电容或线性电感，在功率变压器初级串联线性电感，当变压器磁芯进入非线性区时，使原边电流快速上升，增加线性电感后，抑制电流上升率，承担了变压器非线性区时的部分电压，进而平衡了一个周期中，变压器的伏秒积，实现抗偏磁效果，该方法结构简单，但能耗大，影响主电路响应和工作效率，并且大功率电源中较难实现。二是通过PWM控制芯片实现脉宽调节，通过检测原边电流并与设定值进行比后，送入PWM控制芯片，通过PWM控制芯片对脉宽进行微调。当原边电流畸变超过设定值后，PWM芯片减小输出脉宽，该方法抑制电路环节较多，并且实时性相对较差。

在其它的现有技术中，例如“全桥软开关PWM变换器中变压器偏磁机理及抑制方法的研究”(2002年7月出版)中，电路通过监测初级电流的正负幅值，并将其转换为单向方波脉冲，然后与UC3875原始的PWM锯齿波叠加合成，合成后的信号作为实际产生PWM驱动脉冲的锯齿波将其与变换器的输出电压反馈信号进行比较，来产生所需要的PWM驱动脉冲，该方法的实现需要与非门和开关管，而且在ZVS全桥电路需要对变压器初级电流进行补偿，实现复杂。

实用新型内容

为了解决现有技术逆变器中直流偏磁的问题，提出了一种逆变电源抗磁饱和装置，在现有的变压器原边和驱动电路之间加入了实时判断和控制装置，实现了当出现直流偏磁情况，马上停止驱动电路，从而解决了直流偏磁对逆变器正常工作的影响。

本实用新型实施例提供了一种逆变电源抗磁饱和装置，包括，

原边采样单元，PWM控制单元，驱动电路；

所述原边采样单元用于采集变压器原边电流信号；

所述PWM控制单元用于根据所述原边电流信号，实时的在一个PWM周期内切断PWM信号；

所述驱动电路用于根据所述PWM信号驱动硬开关逆变电源。

根据本实用新型实施例所述的一种逆变电源抗磁饱和装置的一个进一步的方面，所述PWM控制单元判断所述原边电流信号是否大于阀值，如果大于则实时的在一个PWM周期内切断PWM信号。

根据本实用新型实施例所述的一种逆变电源抗磁饱和装置的再一个进一步的方面，所述PWM控制单元进一步包括，比较器，RS触发器，与非门；

所述比较器，用于比较所述原边电流信号与所述阀值的大小；

所述RS触发器，所述比较器的输出连接于所述RS触发器的设置端，所述PWM信号连接于所述RS触发器的复位端，当所述原边电流信号大于所述阀值时，所述RS触发器在一个PWM周期内保持输出低电平，所述与非门将所述PWM信号和所述RS触发器输出的低电平与非后输出。

根据本实用新型实施例所述的一种逆变电源抗磁饱和装置的另一个进一步的方面，所述RS触发器进一步包括，第一与非门，第二与非门，所述比较器的输出端和低电平连接于所述第一与非门，所述PWM信号和所述第一与非门的输出连接于所述第二与非门。

根据本实用新型实施例所述的一种逆变电源抗磁饱和装置的另一个进一步的方面，所述PWM控制单元包括多个RS触发器和多个相应的与非门，分别驱动多个驱动电路。

根据本实用新型实施例所述的一种逆变电源抗磁饱和装置的另一个进一步的方面，所述PWM控制单元包括2个RS触发器和2个相应的与非门，分别驱动2个驱动电路。

根据本实用新型实施例所述的一种逆变电源抗磁饱和装置的另一个进一步的方面，所述PWM控制单元还采用单片机或者微控制器构成。

通过上述本实用新型的实施例，可以作为独立的模块，可移植性强；相比较以往脉宽控制的方案，该装置的实时性强，直接控制当前路的脉宽，而非下一周期；相比较以往抑制直流分量方案，该装置功耗小，电源效率较高；该装置适用于所有功率等级的硬开关逆变电源。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中：

图1所示为本实用新型实施例一种逆变电源抗磁饱和装置的结构示意图；

图2所示为本实用新型实施例一种逆变电源抗磁饱和装置的具体结构图；

图3所示为本实用新型实施例部分电路元器件的工作时序图。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合附图对本实用新型实施例做进一步详细说明。在此，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，但并不作为对本实用新型的限定。

如图1所示为本实用新型实施例一种逆变电源抗磁饱和装置的结构示意图。

包括原边采样单元101，PWM控制单元102，驱动电路103。

所述原边采样单元101用于采集变压器原边电流信号；

所述PWM控制单元102用于根据所述原边电流信号，实时的在一个PWM周期内切断PWM信号；

所述驱动电路103用于根据所述PWM信号驱动硬开关逆变电源。

作为本实用新型一个优选的实施例，所述PWM控制单元102判断所述原边电流信号是否大于阀值，如果大于则实时的在一个PWM周期内切断PWM信号。

作为本实用新型一个优选的实施例，所述PWM控制单元102进一步包括，比较器，RS触发器，与非门；

所述比较器，用于比较所述原边电流信号与所述阀值的大小；

所述RS触发器，所述比较器的输出连接于所述RS触发器的设置端，所述PWM信号连接于所述RS触发器的复位端，当所述原边电流信号大于所述阀值时，所述RS触发器在一个PWM周期内保持输出低电平，所述与非门将所述PWM信号和所述RS触发器输出的低电平与非后输出。

作为本实用新型一个优选的实施例，所述RS触发器进一步包括，第一与非门，第二与非门，所述比较器的输出端和低电平连接于所述第一与非门，所述PWM信号和所述第一与非门的输出连接于所述第二与非门。

作为本实用新型一个优选的实施例，所述PWM控制单元包括多个RS触发器和多个相应的与非门，分别驱动多个驱动电路103。

作为本实用新型一个优选的实施例，所述PWM控制单元包括2个RS触发器和2个相应的与非门，分别驱动2个驱动电路103。

作为本实用新型一个优选的实施例，所述PWM控制单元102还可以采用单片机或者微控制器构成。

通过上述本实用新型实施例的装置，可以作为独立的模块，可移植性强；相比较以往脉宽控制的方案，该装置的实时性强，直接控制当前路的脉宽，而非下一周期；相比较以往抑制直流分量方案，该装置功耗小，电源效率较高；该装置适用于所有功率等级的硬开关逆变电源。

如图2所示为本实用新型实施例一种逆变电源抗磁饱和装置的具体结构图。

在本实施例中电路元器件的划分与图1所示实施例中不同，但是本领域技术人员可以理解的是，无论怎样划分，这些电路元器件都要执行本实用新型技术方案中的功能，从而完成本实用新型装置的目的，在其它实施例中可能对电路元器件还有其它方式的划分，但是都应在本实用新型的保护范围之内。

在本例中包括偏磁判定电路201，PWM控制电路202，驱动电路203。

所述偏磁判定电路201进一步包括变压器原边2011，整流桥2012，采样电阻R1，输入电阻R2，比较器U1A，上拉电阻R3，滤波电容C1。

所述变压器原边2011将电流信号输出到整流桥2012，通过整流桥2012的整流滤波功能将交流整流成为直流，该整流桥2012可以为全桥也可以为全波整流。

所述比较器U1A一端输入为变压器原边的采样电流信号，另一输入端为预设的电流限值IS(即门限值)，当采样电流小于所述电流限值时，所述比较器U1A输出高电平，判定无偏磁信号，当所述采样电流大于所述电流限值时，所述比较器U1A输出低电平，判定为有偏磁信号。

所述PWM控制电路202进一步包括，第一RS触发器2021，与非门U2D，第二RS触发器2022，与非门U3D，第一非门U4A，第二非门U4B。

在本例中的PWM控制电路202包括两路驱动的RS触发器，在其它实施例中还可以包括单路或者更多路的驱动触发。由于每一路的RS触发器工作方式和电路元件构成均一样，因此在本例中不赘述其它路RS触发器及相应的驱动电路，只以第一RS触发器2021，与非门U2D和第一非门U4A为例进行说明。

所述第一RS触发器2021进一步包括，第一与非门U2A，第二与非门U2B。

当输入的PWM信号PWMA-IN为低电平时：

无论IP点为高电平还是低电平(也就是说无论比较器输出高电平或者低电平)，与非门U2D输出均为高(9、10有一个输入为低电平时与非门U2D输出都为高电平)，经过第一非门U4A，PWMA-OUT仍为低电平。说明当PWM信号为低电平时，即功率器件关断时，该部分电路，只起到传输PWM信号的作用。

当输入的PWM信号PWMA-IN为高电平时：

若IP点为高电平(也就是说比较器输出高电平)，即无偏磁信号，第一RS触发器2021的输出端6置高，再与PWMA-IN在与非门U2D做逻辑与非运算，与非门U2D输出低电平，再经过第一非门U4A，PWMA-OUT输出仍为高电平，即当IP为高电平时，不对PWMA-IN进行控制。

若IP点为低电平(也就是说比较器输出低电平)，即有偏磁信号，此时第一RS触发器2021的输出端6置低，即使下一时刻IP点变为高电平，第一RS触发器2021输出仍为低电平，直至在下一个PWM周期PWMA-IN变为低电平才有可能变化，该输出端6与PWMA-IN在与非门U2D做逻辑与非运算，输出端8输出变为高电平，再经过第一非门U4A，PWMA-OUT在IP点为低电平之后变为低电平。

在本例中的第一非门U4A可以省却，原因在于后面的驱动电路203可能需要高电平有效或者需要低电平有效，该第一非门U4A可以根据驱动电路203的需求而选择性的设置或者取消。

上述的第一与非门U2A和第二与非门U2B组成的RS触发器可以采用其它电路元器件构成，PWM信号输入RS触发器的复位端(R端)，比较器输入RS触发器的设定端(S端)，只要实现了在一个PWM周期内根据比较器的输出结果保持原有PWM信号或者将PWM信号置低即可。

上述的比较器，第一RS触发器，第二RS触发器，与非门等电路元器件可以使用单片机、微控制器、数字处理器等芯片实现PWM控制电路和一部分的偏磁判定电路的功能。

如图3所示为本实用新型实施例部分电路元器件的工作时序图。

在该图中PWMA_IN连接RS触发器的复位端(R端)，为一标准的PWM信号。

比较器的输出端IP点连接RS触发器的设置端(S端)，变压器原边电流信号与预设的阀值比较结果如图中IP点高低电平的时序所示。

第二与非门U2B输出端6的输出如图中所示，当PWMA-IN为低电平时，IP点输入为高电平，第二与非门U2B输出端6输出高电平，与非门U2D的输出端8输出高电平，第一非门U4A的输出端2(即PWMA-OUT端)输出低电平；当PWMA-IN为高电平时，IP点输入还为高电平，第二与非门U2B输出端6输出还是高电平，与非门U2D的输出端8输出低电平，第一非门U4A的输出端2(即PWMA-OUT端)输出高电平；当PWMA-IN为高电平时，IP点输入还为低电平，第二与非门U2B输出端6输出为低电平，与非门U2D的输出端8输出高电平，第一非门U4A的输出端2(即PWMA-OUT端)输出低电平；当一个PWM周期结束后，PWMA-IN为低电平时，IP点输入为低电平，第二与非门U2B输出端6输出高电平，与非门U2D的输出端8输出高电平，第一非门U4A的输出端2(即PWMA-OUT端)输出低电平。

当触发器R端为高电平时，如果S端由低电平变为高电平，触发器的输出端仍保持低电平，直到R端变为低电平，触发器的输出才能变为高电平。

通过上述本实用新型实施例的装置，可以作为独立的模块，可移植性强；相比较以往脉宽控制的方案，该装置的实时性强，直接控制当前路的脉宽，而非下一周期；相比较以往抑制直流分量方案，该装置功耗小，电源效率较高；该装置适用于所有功率等级的硬开关逆变电源。

以上所述的具体实施例，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施例而已，并不用于限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种逆变电源抗磁饱和装置，其特征在于包括，

原边采样单元，PWM控制单元，驱动电路；

所述原边采样单元用于采集变压器原边电流信号；

所述PWM控制单元用于根据所述原边电流信号，实时的在一个PWM周期内切断PWM信号；

所述驱动电路用于根据所述PWM信号驱动硬开关逆变电源。

2.根据权利要求1所述的一种逆变电源抗磁饱和装置，其特征在于，所述PWM控制单元判断所述原边电流信号是否大于阀值，如果大于则实时的在一个PWM周期内切断PWM信号。

3.根据权利要求2所述的一种逆变电源抗磁饱和装置，其特征在于，所述PWM控制单元进一步包括，比较器，RS触发器，与非门；

所述比较器，用于比较所述原边电流信号与所述阀值的大小；

所述RS触发器，所述比较器的输出连接于所述RS触发器的设置端，所述PWM信号连接于所述RS触发器的复位端，当所述原边电流信号大于所述阀值时，所述RS触发器在一个PWM周期内保持输出低电平，所述与非门将所述PWM信号和所述RS触发器输出的低电平与非后输出。

4.根据权利要求3所述的一种逆变电源抗磁饱和装置，其特征在于，所述RS触发器进一步包括，第一与非门，第二与非门，所述比较器的输出端和低电平连接于所述第一与非门，所述PWM信号和所述第一与非门的输出连接于所述第二与非门。

5.根据权利要求3所述的一种逆变电源抗磁饱和装置，其特征在于，所述PWM控制单元包括多个RS触发器和多个相应的与非门，分别驱动多个驱动电路。

6.根据权利要求5所述的一种逆变电源抗磁饱和装置，其特征在于，所述PWM控制单元包括2个RS触发器和2个相应的与非门，分别驱动2个驱动电路。

7.根据权利要求1所述的一种逆变电源抗磁饱和装置，其特征在于，所述PWM控制单元还采用单片机或者微控制器构成。