CN214281237U - 一种车载逆变器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种车载逆变器，涉及逆变器技术领域，包括DC/DC电路、DC/AC电路和滤波电路，DC/DC电路包括变压器T1、两只开关管Q3和开关管Q4,开关管Q3和开关管Q4是对称结构,且开关管Q3、开关管Q4的发射级接电源负极；还包括SiCMOS3和SiCMOS4，SiCMOS3和SiCMOS4分别替换开关管Q3和开关管Q4。这样的逆变器，SiCMOS3和SiCMOS4替代原有的开关管Q3、开关管Q4、二极管D3、二极管D4、二极管D5和二极管D6组成桥式整流，减少原有逆变电源体积、重量等优点外，它的带载能力更大，稳定性和安全性更强。

Description

一种车载逆变器

技术领域

本实用新型涉及逆变器技术领域，具体而言，涉及一种车载逆变器。

背景技术

车载逆变器(电源转换器、Power Inverter)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,是一种方便的车用电源转换器。

现有的车载逆变器的电路结构如图1所示：主要由DC/DC电路、DC/AC电路和滤波电路组成，其中，DC/DC电路如图2所示，由变压器T1、两只开关管Q3、开关管Q4构成,开关管Q3、开关管Q4是对称结构,且开关管Q3、开关管Q4的发射级接电源负极,不需要隔离,驱动十分方便。变压器T1的两个原边绕组匝数相等,即N11＝N12＝1,副边绕组匝数为N2,变换器右侧是整流、滤波电路。工作原理如下如图3所示：开关管Q3和开关管Q4的触发信号成180°,即给开关管Q3触发高电平时,开关管Q4没有触发信号(触发信号为低电平),开关管Q3导通,开关管Q4截止,如图3的(1)。当开关管Q3关断,开关管Q4还未导通时,能量回馈如图3的(2)。当开关管Q3截止,开关管Q4导通时,能量回馈如图3的(3)，当开关管Q3导通时,电源电压Vin经原边绕组N1和开关管Q3回到电源负端,电源电压Vin在N12绕组感应出与电源电压Vin相等的电动势。Q4导通时,电源电压Vin加在N12上,故副边绕组N2中的电势为一个180度宽的方波交变电势,幅值为Vin×(N2/N1)。

不难看出该电路中推挽直流变换器是两个正激变换器的组合,这两个正激变换器的开关管轮流导通,故变压器T1的铁芯时交变磁通。并且在实际当中,变压器T1的漏感会产生很大的尖峰电压加在开关管的两端,从而产生大的关断损耗,因此变换器的效率将受到变压器漏感的限制不会达到很高。

此外，开关管Q1、开关管Q2、开关管Q3和开关管Q4所使用的Si材料中，越是高耐压器件，单位面积的导通电阻也越大(以耐压值的约2～2.5次方的比例增加)，因此600V以上的电压中主要采用IGBT(绝缘栅极双极型晶体管)。IGBT通过电导率调制，向漂移层内注入作为少数载流子的空穴，因此导通电阻比MOSFET还要小，但是同时由于少数载流子的积聚，在开关管Turn-off(断开)时会产生尾电流，从而造成极大的开关损耗。

实用新型内容

为了克服上述问题或者至少部分地解决上述问题，本实用新型实施例提供一种车载逆变器。

本实用新型的实施例是这样实现的：

一种车载逆变器，包括DC/DC电路、DC/AC电路和滤波电路，上述DC/DC电路包括变压器T1、两只开关管Q3和开关管Q4,开关管Q3和开关管Q4是对称结构,且开关管Q3、开关管Q4的发射级接电源负极；还包括SiCMOS3和SiCMOS4，上述SiCMOS3和上述SiCMOS4分别替换上述开关管Q3和上述开关管Q4。

经过长期的研究和实践，本申请的实用新型人发现，车载逆变器(电源转换器、Power Inverter)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,是一种方便的车用电源转换器。而现有的车载逆变器的电路结构如图1所示：主要由DC/DC电路、DC/AC电路和滤波电路组成，其中，DC/DC电路如图2所示，由变压器T1、两只开关管Q3、开关管Q4构成,开关管Q3、开关管Q4是对称结构,且开关管Q3、开关管Q4的发射级接电源负极,不需要隔离,驱动十分方便。变压器T1的两个原边绕组匝数相等,即N11＝N12＝1,副边绕组匝数为N2,变换器右侧是整流、滤波电路。工作原理如下如图3所示：开关管Q3和开关管Q4的触发信号成180°,即给开关管Q3触发高电平时,开关管Q4没有触发信号(触发信号为低电平),开关管Q3导通,开关管Q4截止,如图3的(1)。当开关管Q3关断,开关管Q4还未导通时,能量回馈如图3的(2)。当开关管Q3截止,开关管Q4导通时,能量回馈如图3的(3)，当开关管Q3导通时,电源电压Vin经原边绕组N1和开关管Q3回到电源负端,电源电压Vin在N12绕组感应出与电源电压Vin相等的电动势。Q4导通时,电源电压Vin加在N12上,故副边绕组N2中的电势为一个180度宽的方波交变电势,幅值为Vin×(N2/N1)。不难看出该电路中推挽直流变换器是两个正激变换器的组合,这两个正激变换器的开关管轮流导通,故变压器T1的铁芯时交变磁通。并且在实际当中,变压器T1的漏感会产生很大的尖峰电压加在开关管的两端,从而产生大的关断损耗,因此变换器的效率将受到变压器漏感的限制不会达到很高。

本申请提供的逆变器，SiCMOS3和SiCMOS4替代原有的开关管Q3、开关管Q4(型号：IRF650A)组成模块即SCH2080AE，二极管D3、二极管D4、二极管D5和二极管D6(型号：IN5401)组成桥式整流，采用SiC式SCS250AG模块，减少原有逆变电源体积、重量等优点外，它的带载能力更大，稳定性和安全性更强。

在本实用新型的一些实施例中，上述SiCMOS3的栅极与开关管Q1的发射级连接，源极接地，漏极接入变压器T1的原边；上述SiCMOS4的栅极与开关管Q2的发射级连接，源极接地，漏极接入变压器T1的原边。

在本实用新型的一些实施例中，上述开关管Q1的集电极经电阻R7和二极管D1接入上述开关管Q1的发射级，且开关管Q1的集电极接地，电阻R7和接入二极管D1的公共端接TL494的9号引脚；上述开关管Q2的集电极经电阻R8和二极管D2接入上述开关管Q1的发射级，且开关管Q2的集电极接地，电阻R8和接入二极管D2的公共端接TL494的10号引脚。

在本实用新型的一些实施例中，上述变压器T1的副边的一端接入二极管D5的正极及二极管D6的负极，另一端接入二极管D3的正极及二极管D4的负极，上述二极管D3和二极管D5的负极分别接电容C4的一端，上述二极管D4的正极和二极管D6的正极分别接电容C4的另一端。

在本实用新型的一些实施例中，还包括SiCMOS5、SiCMOS6、SiCMOS7和SiCMOS8，上述SiCMOS5的漏极与上述SiCMOS7的漏极连接，上述SiCMOS6的源极与上述SiCMOS8的源极连接。

在本实用新型的一些实施例中，上述SiCMOS5的源极及上述SiCMOS6的漏极经电感L1接入电容C1的一端，上述SiCMOS7的源极及上述SiCMOS8的漏极接入电容C1的另一端。

在本实用新型的一些实施例中，上述开关管Q1和上述开关管Q2的型号均为2N3906。

在本实用新型的一些实施例中，上述电阻R7和电阻R8的阻值均为10KΩ，上述二极管D1和二极管D2的型号均为IN5401。

在本实用新型的一些实施例中，上述二极管D3、二极管D4、二极管D5和二极管D6的型号均为IN5401。

在本实用新型的一些实施例中，上述开关管Q3和开关管Q4的型号均为IRF650A。

本实用新型实施例至少具有如下优点或有益效果：

一种车载逆变器，包括DC/DC电路、DC/AC电路和滤波电路，上述DC/DC电路包括变压器T1、两只开关管Q3和开关管Q4,开关管Q3和开关管Q4是对称结构,且开关管Q3、开关管Q4的发射级接电源负极；还包括SiCMOS3和SiCMOS4，上述SiCMOS3和上述SiCMOS4分别替换上述开关管Q3和上述开关管Q4。

这样的逆变器，SiCMOS3和SiCMOS4替代原有的开关管Q3、开关管Q4(型号：IRF650A)组成模块即SCH2080AE，二极管D3、二极管D4、二极管D5和二极管D6(型号：IN5401)组成桥式整流，采用SiC式SCS250AG模块，减少原有逆变电源体积、重量等优点外，它的带载能力更大，稳定性和安全性更强。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。

图1为现有技术中车载逆变器一实施例的结构框图；

图2为现有技术中DC/DC电路的结构示意图；

图3为现有技术中DC/DC电路的工作原理图；

图4为现有技术中DC/AC电路的结构示意图；

图5为本实用新型一种车载逆变器一实施例中DC/DC电路的结构示意图；

图6为本实用新型一种车载逆变器一实施例中DC/AC电路的结构示意图；

图7是SiCMOS的驱动电路图。

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，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，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。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。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本实用新型实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，若出现术语“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

实施例

经过长期的研究和实践，本申请的实用新型人发现，车载逆变器(电源转换器、Power Inverter)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,是一种方便的车用电源转换器。

而现有的车载逆变器的电路结构如图1所示：主要由DC/DC电路、DC/AC电路和滤波电路组成，其中，DC/DC电路如图2所示，由变压器T1、两只开关管Q3、开关管Q4构成,开关管Q3、开关管Q4是对称结构,且开关管Q3、开关管Q4的发射级接电源负极,不需要隔离,驱动十分方便。变压器T1的两个原边绕组匝数相等,即N11＝N12＝1,副边绕组匝数为N2,变换器右侧是整流、滤波电路。工作原理如下如图3所示：开关管Q3和开关管Q4的触发信号成180°,即给开关管Q3触发高电平时,开关管Q4没有触发信号(触发信号为低电平),开关管Q3导通,开关管Q4截止,如图3的(1)。当开关管Q3关断,开关管Q4还未导通时,能量回馈如图3的(2)。当开关管Q3截止,开关管Q4导通时,能量回馈如图3的(3)，当开关管Q3导通时,电源电压Vin经原边绕组N1和开关管Q3回到电源负端,电源电压Vin在N12绕组感应出与电源电压Vin相等的电动势。Q4导通时,电源电压Vin加在N12上,故副边绕组N2中的电势为一个180度宽的方波交变电势,幅值为Vin×(N2/N1)。

不难看出该电路中推挽直流变换器是两个正激变换器的组合,这两个正激变换器的开关管轮流导通,故变压器T1的铁芯时交变磁通。并且在实际当中,变压器T1的漏感会产生很大的尖峰电压加在开关管的两端,从而产生大的关断损耗,因此变换器的效率将受到变压器漏感的限制不会达到很高。

此外，开关管Q1、开关管Q2、开关管Q3和开关管Q4所使用的Si材料中，越是高耐压器件，单位面积的导通电阻也越大(以耐压值的约2～2.5次方的比例增加)，因此600V以上的电压中主要采用IGBT(绝缘栅极双极型晶体管)。IGBT通过电导率调制，向漂移层内注入作为少数载流子的空穴，因此导通电阻比MOSFET还要小，但是同时由于少数载流子的积聚，在开关管Turn-off(断开)时会产生尾电流，从而造成极大的开关损耗。

鉴于此，本实施例提供一种车载逆变器，包括DC/DC电路、DC/AC电路和滤波电路，上述DC/DC电路包括变压器T1、两只开关管Q3和开关管Q4,开关管Q3和开关管Q4是对称结构,且开关管Q3、开关管Q4的发射级接电源负极；还包括SiCMOS3和SiCMOS4，上述SiCMOS3和上述SiCMOS4分别替换上述开关管Q3和上述开关管Q4。

这样的逆变器，SiCMOS3和SiCMOS4替代原有的开关管Q3、开关管Q4(型号：IRF650A)组成模块即SCH2080AE，二极管D3、二极管D4、二极管D5和二极管D6(型号：IN5401)组成桥式整流，采用SiC式SCS250AG模块，减少原有逆变电源体积、重量等优点外，它的带载能力更大，稳定性和安全性更强。

SiC器件漂移层的阻抗比Si器件低，不需要进行电导率调制就能够以高频器件结构的MOSFET实现高耐压和低阻抗。而且MOSFET原理上不产生尾电流，所以用SiC-MOSFET替代IGBT时，能够明显地减少开关损耗，并且实现散热部件的小型化。另外，SiC-MOSFET能够在IGBT不能工作的高频条件下驱动，从而也可以实现被动器件的小型化，与600V～900V的Si-MOSFET相比，SiC-MOSFET的优势在于芯片面积小(可以实现小型封装)，而且体二极管的恢复损耗非常小。

SiC的绝缘击穿场强是Si的10倍，所以能够以低阻抗、薄厚度的漂移层实现高耐压。因此，在相同的耐压值的情况下，SiC可以得到标准化导通电阻(单位面积导通电阻)更低的器件。例如900V时，SiC-MOSFET的芯片尺寸只需要Si-MOSFET的35分之1、SJ-MOSFET的10分之1，就可以实现相同的导通电阻。不仅能够以小封装实现低导通电阻，而且能够使门极电荷量Qg、结电容也变小。

目前SuperJunctionMOSFET只有900V的产品，但是SiC却能够以很低的导通电阻轻松实现1700V以上的耐压。因此，没有必要再采用IGBT这种双极型器件结构(导通电阻变低，则开关速度变慢)，就可以实现低导通电阻、高耐压、快速开关等各优点兼备的器件。

SiCMOS是一种易于驱动、驱动功率较少的常闭型电压驱动型的开关器件。基本的驱动方法和IGBT以及Si-MOSFET一样。推荐的驱动门极电压，ON侧时为+18V左右，OFF侧时为0V。在要求高抗干扰性和快速开关的情况下，也可以施加-3～-5V左右的负电压。请参考图7，图7是采用ROHM的驱动IC(BM6103FV-C)并提供+18V/-4V电压时的电路图。当驱动大电流器件和功率模块时，采用缓冲电路。为了实现快速开关，外部门极电阻选择几Ω左右的低阻值。

进一步的，上述SiCMOS3的栅极与开关管Q1的发射级连接，源极接地，漏极接入变压器T1的原边；上述SiCMOS4的栅极与开关管Q2的发射级连接，源极接地，漏极接入变压器T1的原边。

进一步的，上述开关管Q1的集电极经电阻R7和二极管D1接入上述开关管Q1的发射级，且开关管Q1的集电极接地，电阻R7和接入二极管D1的公共端接TL494的9号引脚；上述开关管Q2的集电极经电阻R8和二极管D2接入上述开关管Q1的发射级，且开关管Q2的集电极接地，电阻R8和接入二极管D2的公共端接TL494的10号引脚。

进一步的，上述变压器T1的副边的一端接入二极管D5的正极及二极管D6的负极，另一端接入二极管D3的正极及二极管D4的负极，上述二极管D3和二极管D5的负极分别接电容C4的一端，上述二极管D4的正极和二极管D6的正极分别接电容C4的另一端。

进一步的，上述开关管Q1和上述开关管Q2的型号均为2N3906。

进一步的，上述电阻R7和电阻R8的阻值均为10KΩ，上述二极管D1和二极管D2的型号均为IN5401。

进一步的，上述二极管D3、二极管D4、二极管D5和二极管D6的型号均为IN5401。

进一步的，上述开关管Q3和开关管Q4的型号均为IRF650A。

在本实用新型的一些实施例中，现有技术中，DC/AC电路(单相全桥逆变电路)如图3所示。全桥逆变电路的工作需要两组相位相反的驱动脉冲分别控制两对开关管Q5、开关管Q8同时导通和关断。开关管Q6、开关管Q7同时导通关断。输入直流电压为VCC,R代表逆变器的负载。当开关管Q5、开关管Q8接通时,电流流过开关管Q5和开关管Q8,负载上的电压极性是上正下负；当开关管Q6和开关管Q7断开，开关管Q5和开关管Q8接通时,电流流过开关管Q5和开关管Q8,负载上的电压极性反向,把直流电变成了交流电。现有技术弊端在于，所需的元器件过多，电源体积大，重量大，不便于携带，此外，带载能力、稳定性和安全性可待加强。

鉴于此，本实施例提供一种车载逆变器，包括SiCMOS5、SiCMOS6、SiCMOS7和SiCMOS8，上述SiCMOS5的漏极与上述SiCMOS7的漏极连接，上述SiCMOS6的源极与上述SiCMOS8的源极连接。

SiCMOS5和SiCMOS6替代原有的开关管Q5、开关管Q6(型号：IRF650A)组成模块即SCH2080AE，SiCMOS7和SiCMOS8替代原有的开关管Q7、开关管Q8(型号：IRF650A)组成模块即SCH2080AE，减少原有逆变电源体积、重量等优点外，并且带载能力更大，稳定性和安全性更强。

进一步的，上述SiCMOS5的源极及上述SiCMOS6的漏极经电感L1接入电容C1的一端，上述SiCMOS7的源极及上述SiCMOS8的漏极接入电容C1的另一端。

综上，本实用新型的实施例提供一种车载逆变器，包括DC/DC电路、DC/AC电路和滤波电路，上述DC/DC电路包括变压器T1、两只开关管Q3和开关管Q4,开关管Q3和开关管Q4是对称结构,且开关管Q3、开关管Q4的发射级接电源负极；还包括SiCMOS3和SiCMOS4，上述SiCMOS3和上述SiCMOS4分别替换上述开关管Q3和上述开关管Q4。

这样的逆变器，SiCMOS3和SiCMOS4替代原有的开关管Q3、开关管Q4(型号：IRF650A)组成模块即SCH2080AE，二极管D3、二极管D4、二极管D5和二极管D6(型号：IN5401)组成桥式整流，采用SiC式SCS250AG模块，减少原有逆变电源体积、重量等优点外，它的带载能力更大，稳定性和安全性更强。

SiCMOS5和SiCMOS6替代原有的开关管Q5、开关管Q6(型号：IRF650A)组成模块即SCH2080AE，SiCMOS7和SiCMOS8替代原有的开关管Q7、开关管Q8(型号：IRF650A)组成模块即SCH2080AE，减少原有逆变电源体积、重量等优点外，并且带载能力更大，稳定性和安全性更强。

以上仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

对于本领域技术人员而言，显然本申请不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本申请的精神或基本特征的情况下，能够以其它的具体形式实现本申请。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本申请的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本申请内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (10)

1.一种车载逆变器，包括DC/DC电路、DC/AC电路和滤波电路，所述DC/DC电路包括变压器T1、两只开关管Q3和开关管Q4,开关管Q3和开关管Q4是对称结构,且开关管Q3、开关管Q4的发射级接电源负极；其特征在于，还包括SiCMOS3和SiCMOS4，所述SiCMOS3和所述SiCMOS4分别替换所述开关管Q3和所述开关管Q4。

2.根据权利要求1所述的一种车载逆变器，其特征在于，所述SiCMOS3的栅极与开关管Q1的发射级连接，源极接地，漏极接入变压器T1的原边；所述SiCMOS4的栅极与开关管Q2的发射级连接，源极接地，漏极接入变压器T1的原边。

3.根据权利要求2所述的一种车载逆变器，其特征在于，所述开关管Q1的集电极经电阻R7和二极管D1接入所述开关管Q1的发射级，且开关管Q1的集电极接地，电阻R7和接入二极管D1的公共端接TL494的9号引脚；所述开关管Q2的集电极经电阻R8和二极管D2接入所述开关管Q1的发射级，且开关管Q2的集电极接地，电阻R8和接入二极管D2的公共端接TL494的10号引脚。

4.根据权利要求1所述的一种车载逆变器，其特征在于，所述变压器T1的副边的一端接入二极管D5的正极及二极管D6的负极，另一端接入二极管D3的正极及二极管D4的负极，所述二极管D3和二极管D5的负极分别接电容C4的一端，所述二极管D4的正极和二极管D6的正极分别接电容C4的另一端。

5.根据权利要求1所述的一种车载逆变器，其特征在于，还包括SiCMOS5、SiCMOS6、SiCMOS7和SiCMOS8，所述SiCMOS5的漏极与所述SiCMOS7的漏极连接，所述SiCMOS6的源极与所述SiCMOS8的源极连接。

6.根据权利要求5所述的一种车载逆变器，其特征在于，所述SiCMOS5的源极及所述SiCMOS6的漏极经电感L1接入电容C1的一端，所述SiCMOS7的源极及所述SiCMOS8的漏极接入电容C1的另一端。

7.根据权利要求2所述的一种车载逆变器，其特征在于，所述开关管Q1和所述开关管Q2的型号均为2N3906。

8.根据权利要求3所述的一种车载逆变器，其特征在于，所述电阻R7和电阻R8的阻值均为10KΩ，所述二极管D1和二极管D2的型号均为IN5401。

9.根据权利要求4所述的一种车载逆变器，其特征在于，所述二极管D3、二极管D4、二极管D5和二极管D6的型号均为IN5401。

10.根据权利要求1-9任一所述的一种车载逆变器，其特征在于，所述开关管Q3和开关管Q4的型号均为IRF650A。

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