CN211859974U - 一种半桥逆变电路和电子设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种半桥逆变电路，包括：第一电容、第二电容、第三电容、第一电感、第二电感、第一开关管、第二开关管、第一二极管、第二二极管和负载；第一电容与第一开关管连接，第一开关管还连接外接控制器与第二电感，第二电感与第三电容连接；第二电容与第二开关管连接，第二开关管还连接第一电感和外接控制器；第一二极管的正极与第二电容连接，第一二极管的负极与第二电感连接；第二二极管的正极与第一电感连接，第二二极管的负极与第一电容连接；负载与第三电容连接。本实用新型还公开一种电子设备。采用本实用新型实施例，可以带半波类型负载工作，不会发生工作异常，同时提高电压稳定度，降低瞬态突变对输出的畸变及影响。

Description

一种半桥逆变电路和电子设备

技术领域

本实用新型涉及电子技术领域，尤其涉及一种半桥逆变电路和电子设备。

背景技术

逆变器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恒频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。随着电力电子技术的飞速发展，针对传统电路结构的研究逐渐深入，不断有新的电路结构被提出，同时也面临越来越多的问题。

针对半桥逆变架构的高频不间断UPS电源，采用相关产品带载半波负载时(如部分半波打印机，半波医疗设备等)，会由于半桥逆变本身工作特性的原理，长期工作在半波负载情况下，最终导致无负载的半周母线BUS电压不断被动充电而导致电压不停升高，最终产生BUS高压，引起UPS故障的现象，导致UPS异常不能达到电源不间断的目的。

实用新型内容

本实用新型实施例的目的是提供一种半桥逆变电路和电子设备，可以带半波类型负载工作，不会发生工作异常，同时提高电压稳定度，降低瞬态突变对输出的畸变及影响。

为实现上述目的，本实用新型实施例提供了一种半桥逆变电路，包括：

所述第一电容的第一端与所述第一开关管的第二端连接，所述第一电容的第二端接地，所述第一开关管的第二端连接外接控制器，所述第一开关管的第三端与所述第二电感的第一端连接，所述第二电感的第二端与所述第三电容的第一端连接，所述第三电容的第二端接地；

所述第二电容的第一端接地，所述第二电容的第二端与所述第二开关管的第三端连接，所述第二开关管的第一端与所述第一电感的第二端连接，所述第二开关管的第二端连接外接控制器，所述第一电感的第一端接地；

所述第一二极管的正极与所述第二电容的第二端连接，所述第一二极管的负极与所述第二电感的第一端连接；所述第二二极管的正极与所述第一电感的第二端连接，所述第二二极管的负极与所述第一电容的第一端连接；

所述负载的第一端与所述第三电容的第一端连接，所述负载的第二端接地。

作为上述方案的改进，所述半桥逆变电路还包括第三开关管；其中，

所述第三开关管的第一端与所述第一电容的第一端连接，所述第三开关管的第二端连接外接控制器，所述第三开关管的第三端与所述第一电感的第二端连接。

作为上述方案的改进，所述半桥逆变电路还包括第四开关管；其中，

所述第四开关管的第一端与所述第一开关管的第三端连接，所述第四开关管的第二端连接外接控制器，所述第四开关管的第三端与所述第一二极管的正极连接。

作为上述方案的改进，所述半桥逆变电路还包括第三二极管；其中，

所述第三二极管的正极与所述第二电容的第二端连接，所述第三二极管的负极与所述第一电感的第二端连接。

作为上述方案的改进，所述半桥逆变电路还包括第四二极管；其中，

所述第四二极管的正极与所述第二电感的第一端连接，所述第四二极管的负极与所述第一电容的第一端连接。

作为上述方案的改进，所述第一开关管为N沟道MOS管，所述第一开关管的第一端为所述N沟道MOS管的漏极，所述第一开关管的第二端为所述N沟道MOS管的栅极，所述第一开关管的第三端为所述N沟道MOS管的源极。

作为上述方案的改进，所述第二开关管为N沟道MOS管，所述第二开关管的第一端为所述N沟道MOS管的漏极，所述第二开关管的第二端为所述N沟道MOS管的栅极，所述第二开关管的第三端为所述N沟道MOS管的源极。

作为上述方案的改进，所述第三开关管为N沟道MOS管，所述第三开关管的第一端为所述N沟道MOS管的漏极，所述第三开关管的第二端为所述N沟道MOS管的漏极，所述第三开关管的第三端为所述N沟道MOS管的源极。

作为上述方案的改进，所述第四开关管为N沟道MOS管，所述第四开关管的第一端为所述N沟道MOS管的漏极，所述第四开关管的第二端为所述N沟道MOS管的栅极，所述第四开关管的第三端为所述N沟道MOS管的源极。

为实现上述目的，本实用新型实施例还提供了一种电子设备，包括上述任一实施例所述的半桥逆变电路。

与现有技术相比，本实用新型公开的半桥逆变电路和电子设备，通过对正负半周电容电压采样，进行比较运算来判断对应需要放电的半周，再通过外接控制器控制开关管工作，对电压更低的半周进行放电。能够让半桥逆变型电源可以带半波类型负载工作，而不会发生工作异常。当一些投载瞬态以及负载突变产生瞬时大功率时，电流瞬变半周通常会导致母线电压快速拉低。采用本实用新型实施例后，在母线电压拉低一定幅度后，可以通过另一半周未带载的母线进行充电，提高电压稳定度，降低瞬态突变对输出的畸变及影响。

附图说明

图1是本实用新型实施例提供的一种半桥逆变电路的电路图；

图2是本实用新型实施例提供的半桥逆变电路工作在正半周时的输出波形；

图3是本实用新型实施例提供的半桥逆变电路工作在负半周时的输出波形；

图4是本实用新型实施例提供的PFC电路的电路图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

参见图1，图1是本实用新型实施例提供的一种半桥逆变电路的电路图；所述半桥逆变电路包括：第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第一电感L1、第二电感L2、第一开关管Q1、第二开关管Q2、第一二极管D1、第二二极管D2和负载LOAD；其中，

所述第一电容C1的第一端与所述第一开关管Q1的第二端连接，所述第一电容C1的第二端接地，所述第一开关管Q1的第二端连接外接控制器，所述第一开关管Q1的第三端与所述第二电感L2的第一端连接，所述第二电感L2的第二端与所述第三电容C3的第一端连接，所述第三电容C3的第二端接地；

所述第二电容C2的第一端接地，所述第二电容C2的第二端与所述第二开关管Q2的第三端连接，所述第二开关管Q2的第一端与所述第一电感L1的第二端连接，所述第二开关管Q2的第二端连接外接控制器，所述第一电感L1的第一端接地；

所述第一二极管D1的正极与所述第二电容C2的第二端连接，所述第一二极管D1的负极与所述第二电感L2的第一端连接；所述第二二极管D2的正极与所述第一电感L1的第二端连接，所述第二二极管D2的负极与所述第一电容C1的第一端连接；

所述负载LOAD的第一端与所述第三电容C3的第一端连接，所述负载LOAD的第二端接地。

具体地，本实用新型实施例中的所述半桥逆变电路适用于UPS电源，所述UPS电源还设有外接控制器，所述外接控制器用于控制开关管的工作状态。示例性的，所述外接控制器为PWM控制器。所述半桥逆变电路具有两个工作状态：正半周和负半周。示例性的，所述正半周，即电路的上半部分为主要工作对象，对应会输出正弦波的正半波，如图2所示；所述正半周，即电路下半部分为主要工作对象，对应输出正弦波的负半波，如图3所示。

具体地，当所述半桥逆变电路工作在正半周时，所述外接控制器控制所述第一开关管Q1开通，此时所述第一电容C1通过所述第一开关管Q1、所述第二电感L2、所述第三电容C3形成回路，对所述负载LOAD供电，所述第一电容C1处于放电状态。当所述第一开关管Q1关闭时，所述第二电容C2、所述第一二极管D1、所述第二电感L2、所述第三电容C3形成回路，在此过程中，所述第二电感L2放电，会形成对所述第二电容C2充电的效果。

此时，具有母线电压调节功能的半桥逆变器，通过对所述第一电容C1和所述第二电容C2电压的进行采样判断，当所述第二电容C2的电压逐渐升高后，通过控制所述第二开关管Q2开通，经过所述第一电感L1、所述第二开关管Q2、所述第二电容C2形成回路，对所述第一电感L1进行储能。所述第二开关管Q2开通储能后，关闭所述第二开关管Q2，所述第一电感L1上储存的电能，将通过第二二极管D2、第一电容C1形成回路，对所述第一电容C1进行放电，将所述第二电容C2中的电能转换传输给所述第一电容C1，以此达到控制所述第二电容C2母线电压的目的。

可选地，所述半桥逆变电路还包括第三开关管Q3、第四开关管Q4、第三二极管D3和第四二极管D4；其中，

所述第三开关管Q3的第一端与所述第一电容C1的第一端连接，所述第三开关管Q3的第二端连接外接控制器，所述第三开关管Q3的第三端与所述第一电感L1的第二端连接；所述第四开关管Q4的第一端与所述第一开关管Q1的第三端连接，所述第四开关管Q4的第二端连接外接控制器，所述第四开关管Q4的第三端与所述第一二极管D1的正极连接；

所述第三二极管D3的正极与所述第二电容C2的第二端连接，所述第三二极管D3的负极与所述第一电感L1的第二端连接；所述第四二极管D4的正极与所述第二电感L2的第一端连接，所述第四二极管D4的负极与所述第一电容C1的第一端连接。

进一步的，当所述半桥逆变电路工作在负半周时，所述外接控制器控制所述第四开关管Q4开通，此时所述第二电容C2通过所述第四开关管Q4、所述第二电感L2、所述第三电容C3形成回路，对所述负载LOAD供电，所述第二电容C2处于放电状态。当所述第四开关管Q4关闭时，所述第一电容C1、所述第四二极管D4、所述第二电感L2、所述第三电容C3形成回路，在此过程中，所述第二电感L2放电，会形成对所述第一电容C1充电的效果。

此时，具有母线电压调节功能的半桥逆变器，通过对所述第一电容C1和所述第二电容C2电压的进行采样判断，当所述第一电容C1的电压逐渐升高后，通过控制所述第三开关管Q3开通，经过所述第一电感L1、所述第三开关管Q3、所述第一电容C1形成回路，对所述第一电感L1进行储能。所述第三开关管Q3开通储能后，关闭所述第三开关管Q3，所述第一电感L1上储存的电能，将通过第三二极管D3、第二电容C2形成回路，对所述第二电容C2进行放电，将所述第一电容C1中的电能转换传输给所述第二电容C2，以此达到控制所述第一电容C1母线电压的目的。

值得说明的是，所述第一开关管Q1和所述第四开关管Q4为对应的一组，所述第二开关管Q2和所述第三开关管Q3为对应的一组；两组开关管之间的控制不相关。所述第一开关管Q1和所述第四开关管Q4不能同时导通，所述第二开关管Q2和所述第三开关管Q3也不能同时导通。当所述第一开关管Q1关闭时，所述第四开关管Q4可导通也可关闭，所述第一开关管Q1和所述第四开关管Q4是单独根据所述第一电容C1和所述第二电容C2上电压来决定工作方式。所述第二开关管Q2导通时，所述第三开关管Q3必须关闭，所述第一开关管Q1和所述第四开关管Q4不受影响，取决于输出波形需求的控制。

示例性的，所述第一开关管Q1、所述第二开关管Q2、所述第三开关管Q3和所述第四开关管Q4可以均为N沟道MOS管。或者，所述第一开关管Q1和所述第四开关管Q4采用推挽形式，此时当所述第一开关管Q1为N沟道MOS管时，所述第四开关管Q4为P沟道MOS管。所述第二开关管Q2和所述第三开关管Q3同理也可以采用推挽形式。

可选的，所述第一开关管Q1为N沟道MOS管，所述第一开关管Q1的第一端为所述N沟道MOS管的漏极，所述第一开关管Q1的第二端为所述N沟道MOS管的栅极，所述第一开关管Q1的第三端为所述N沟道MOS管的源极。

可选的，所述第二开关管Q2为N沟道MOS管，所述第二开关管Q2的第一端为所述N沟道MOS管的漏极，所述第二开关管Q2的第二端为所述N沟道MOS管的栅极，所述第二开关管Q2的第三端为所述N沟道MOS管的源极。

可选的，所述第三开关管Q3为N沟道MOS管，所述第三开关管Q3的第一端为所述N沟道MOS管的漏极，所述第三开关管Q3的第二端为所述N沟道MOS管的漏极，所述第三开关管Q3的第三端为所述N沟道MOS管的源极。

可选的，所述第四开关管Q4为N沟道MOS管，所述第四开关管Q4的第一端为所述N沟道MOS管的漏极，所述第四开关管Q4的第二端为所述N沟道MOS管的栅极，所述第四开关管Q4的第三端为所述N沟道MOS管的源极。

进一步的，所述UPS电源前级还设有PFC电路，通过所述PFC电路将输入市电或者电池电压转换到所述第一电容C1和所述第二电容C2上。示例性的，所述PFC电路的电路图可参考图4，所述PFC电路包括电源输入端Vin、第三电感L3、第四电容C4、第五电容C5、第五开关管Q5、第六二极管D6、第七二极管D7、第八二极管D8、第九二极管D9和第十二极管D10。具体的所述PFC电路中各个器件的连接关系可参考图4，在此不再赘述。

进一步的，本实用新型实施例还提供一种电子设备，所述电子设备中设有上述实施例所述的半桥逆变电路，具体的所述半桥逆变电路的工作过程请参考上述书实施例所述的半桥逆变电路的工作过程，在此不再赘述。

与现有技术相比，本实用新型公开的半桥逆变电路和电子设备，通过对正负半周电容电压采样，进行比较运算来判断对应需要放电的半周，再通过外接控制器控制开关管工作，对电压更低的半周进行放电。能够让半桥逆变型电源可以带半波类型负载工作，而不会发生工作异常。当一些投载瞬态以及负载突变产生瞬时大功率时，电流瞬变半周通常会导致母线电压快速拉低。采用本实用新型实施例后，在母线电压拉低一定幅度后，可以通过另一半周未带载的母线进行充电，提高电压稳定度，降低瞬态突变对输出的畸变及影响。

以上所述是本实用新型的优选实施方式，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，这些改进和润饰也视为本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种半桥逆变电路，其特征在于，包括：第一电容、第二电容、第三电容、第一电感、第二电感、第一开关管、第二开关管、第一二极管、第二二极管和负载；其中，

所述第一电容的第一端与所述第一开关管的第二端连接，所述第一电容的第二端接地，所述第一开关管的第二端连接外接控制器，所述第一开关管的第三端与所述第二电感的第一端连接，所述第二电感的第二端与所述第三电容的第一端连接，所述第三电容的第二端接地；

所述第二电容的第一端接地，所述第二电容的第二端与所述第二开关管的第三端连接，所述第二开关管的第一端与所述第一电感的第二端连接，所述第二开关管的第二端连接外接控制器，所述第一电感的第一端接地；

所述第一二极管的正极与所述第二电容的第二端连接，所述第一二极管的负极与所述第二电感的第一端连接；所述第二二极管的正极与所述第一电感的第二端连接，所述第二二极管的负极与所述第一电容的第一端连接；

所述负载的第一端与所述第三电容的第一端连接，所述负载的第二端接地。

2.如权利要求1所述的半桥逆变电路，其特征在于，所述半桥逆变电路还包括第三开关管；其中，

所述第三开关管的第一端与所述第一电容的第一端连接，所述第三开关管的第二端连接外接控制器，所述第三开关管的第三端与所述第一电感的第二端连接。

3.如权利要求1所述的半桥逆变电路，其特征在于，所述半桥逆变电路还包括第四开关管；其中，

所述第四开关管的第一端与所述第一开关管的第三端连接，所述第四开关管的第二端连接外接控制器，所述第四开关管的第三端与所述第一二极管的正极连接。

4.如权利要求1所述的半桥逆变电路，其特征在于，所述半桥逆变电路还包括第三二极管；其中，

所述第三二极管的正极与所述第二电容的第二端连接，所述第三二极管的负极与所述第一电感的第二端连接。

5.如权利要求1所述的半桥逆变电路，其特征在于，所述半桥逆变电路还包括第四二极管；其中，

所述第四二极管的正极与所述第二电感的第一端连接，所述第四二极管的负极与所述第一电容的第一端连接。

6.如权利要求1所述的半桥逆变电路，其特征在于，所述第一开关管为N沟道MOS管，所述第一开关管的第一端为所述N沟道MOS管的漏极，所述第一开关管的第二端为所述N沟道MOS管的栅极，所述第一开关管的第三端为所述N沟道MOS管的源极。

7.如权利要求1所述的半桥逆变电路，其特征在于，所述第二开关管为N沟道MOS管，所述第二开关管的第一端为所述N沟道MOS管的漏极，所述第二开关管的第二端为所述N沟道MOS管的栅极，所述第二开关管的第三端为所述N沟道MOS管的源极。

8.如权利要求2所述的半桥逆变电路，其特征在于，所述第三开关管为N沟道MOS管，所述第三开关管的第一端为所述N沟道MOS管的漏极，所述第三开关管的第二端为所述N沟道MOS管的漏极，所述第三开关管的第三端为所述N沟道MOS管的源极。

9.如权利要求3所述的半桥逆变电路，其特征在于，所述第四开关管为N沟道MOS管，所述第四开关管的第一端为所述N沟道MOS管的漏极，所述第四开关管的第二端为所述N沟道MOS管的栅极，所述第四开关管的第三端为所述N沟道MOS管的源极。

10.一种电子设备，其特征在于，包括上述权利要求1至9中任一项所述的半桥逆变电路。

Images