专利名称：用于宽范围电源输入的软开关装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及电子电路技术领域，特别涉及一种用于宽范围电源输入的软开关
直O
背景技术：
逆变器(inverter)为将直流电能(电池、蓄电瓶)转变成交流电的装置。逆变器广泛适用于空调、家庭影院、电动砂轮、电动工具、风扇、照明等。在逆变器的设计中，由于一般供电电源都是电池，经常需要逆变器要在很宽范围的输入电压都要有比较高的效率，然而在漏感和电容一定的条件下其谐振频率也随之确定。由此限定了实现软开关时的脉冲宽度，即在变压器匝比无法改变且BUS电压一定的情况下需要固定的输入电压以实现软开关，无法满足宽范围电压输入的需求。并且由于各个变压器的一致性的区别，不同的变压器其漏感也有所差异，从而导致电流的谐振频率存在差异。
实用新型内容本实用新型的目的旨在至少解决上述技术缺陷之一。为此，本实用新型的目的在于提出了一种用于宽范围电源输入的软开关装置。为实现上述目的，本实用新型的实施例提出了一种用于宽范围电源输入的软开关装置，包括对输入电压进行电压变换的变压模块；对所述变压模块的次级电流谐振的谐振模块，所述谐振模块与所述变压模块相连；生成总线电压的整流模块，所述整流模块与所述谐振模块相连；计算所述变压模块的次级电流的谐振周期并生成相应的脉冲宽度调制 PWM波的次级过零点检测模块；生成基准电压的基准电压生成模块；根据所述基准电压和所述脉冲宽度调制PWM波调整总线电压并生成控制信号的直流电源转换模块，所述直流电源转换模块分别与所述次级过零点检测模块和整流模块相连，所述直流电源转换模块的基准输入端与所述基准电压生成模块相连；以及开关模块，所述开关模块在所述控制信号的控制下导通或关闭，所述开关模块分别与所述直流电源转换模块和所述变压模块连接，所述开关模块包括第一开关管和第二开关管，所述第一开关管和第二开关管的输入端与所述直流电源转换模块的输出端相连，其中，所述第一开关管和第二开关管的开启时间与所述变压模块的次级电流的谐振周期相等。根据本实用新型的实施例提出了用于宽范围电源输入的软开关装置，通过检测输入电压来调整总线电压，同时调节占空比以实现软开关，有效的解决了在变压器匝比无法改变且总线电压一定的情况下需要固定的输入电压以实现软开关，从而满足宽范围电压输入的高效率需求。本实用新型附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。
本实用新型上述的和/或附加的方面和优点从
以下结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中图1为根据本实用新型实施例的宽范围电压输入的软开关装置的结构示意图；图2为图1所示的宽范围电压输入的软开关装置的电路示意图；图3为根据本实用新型实施例的变压模块、谐振模块和整流模块的电路示意图；图4为根据本实用新型实施例的次级过零点检测模块的电路示意图；图5为根据本实用新型实施例的基准电压生成模块；图6为根据本实用新型实施例的直流电源转换模块发送的控制信号的波形示意图；以及图7为根据本实用新型实施例的开关模块的GS波形和次级电流的波形示意图。
具体实施方式
下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能解释为对本实用新型的限制。下面参考图1和图2描述本实用新型实施例的用于宽范围电源输入的软开关装置。如图1和图2所示，根据本实用新型实施例的用于宽范围的软开关装置包括次级过零点检测模块110、直流电源转换模块120、基准电压生成模块130、开关模块140、变压模块150、谐振模块160和整流模块170。其中，开关模块140、变压模块150和谐振模块160 和整流模块170构成DC/DC推挽拓扑。如图3所示，变压模块150的初级与电源相连，对来自电源的输入电压Vin进行电压变换。谐振模块160与变压模块150的副边相连，可以对变压模块150的次级电流进行谐振。谐振模块160包括第一电感161和与第一电感相连的第一电容162。其中，第一电感161为变压模块150的漏感。第一电感161和第一电容162构成LC谐振回路。当输出功率达到预设阈值，即输出功率足够大时，第一电容162与第一电感161发生谐振。其中， LC谐振的谐振频率为f^m'其中，L为第一电感161的电感值，C为第一电容162的电容值，fz为LC回路的谐
振频率。整流模块170的输入端与谐振模块160的第一电容162相连，对谐振后的电压进行整流以生成总线电压(BUS电压)。整流模块170的输出端通过电阻Rl和R2连接至直流电源转换模块120，以将BUS电压输送至直流电源转换模块120。由直流电源转换模块120 对BUS电压进行调整。如图2所示，次级过零点检测模块110对变压模块150的次级电流进行过零点检测。次级过零点检测模块Iio可以计算变压模块150的次级电流的谐振周期并且生成与谐振周期相应的脉冲宽度调制PWM波。如图4所示，次级过零点检测模块110包括将电流信号转换为电压信号的电流电压转换单元111、放大电压信号的放大单元113、生成变压模块 150的次级电流的过零点检测信号的比较单元114和计算变压模块150的次级电流的谐振周期并生成相应的脉冲宽度调制PWM波的控制单元115。其中，电流电压转换单元111、放大单元113、比较单元114和控制单元115依次相连。具体而言，电流电压转换单元111和放大单元113与整流模块170连接，采集变压模块150的次级电流，次级电流通过电流电压转换单元111，从而将电流信号转换为电压信号。在本实用新型的一个实施例中，电流电压转换单元111可以为精密电阻。电压信号进一步输入到放大单元113进行信号放大，然后将放大后的电压信号输入到比较单元114得到方波信号。在本实用新型的一个实施例中，放大单元113可以为运算放大器，比较单元可以为比较器。当变压模块150的次级电流过零点时，比较单元114输出相对于前次输出的方波信号翻转的方波信号，从而实现对电流过零点的侦测。控制单元115接收来自比较单元114输出的方波信号，并根据该方波信号计算变压模块150的次级电流的谐振周期并生成相应的脉冲宽度调制PWM波。具体而言，控制单元115根据方波信号(即比较器114的反馈信号)计算得到变压模块150的次级电流的谐振周期，再根据计算得到谐振周期输出对应的PWM波至直流电源转换模块120。直流电源转换模块120进一步与DC/DC推挽拓扑连接，DC/DC推挽拓扑与次级过零点检测模块110的输入端连接。在本实用新型的一个实施例中，控制单元115可以为单片机。如图5所示，基准电压生成模块130包括生成单元131和与生成单元131相连的滤波单元132。生成单元131输出基准脉冲宽度调制PWM波，将该基准脉冲宽度调制PWM波输送至滤波单元132进行精密滤波。其中，基准脉冲宽度调制PWM波的占空比为第一占空比 Duty。在本实用新型的一个实施例中，生成单元131可以单片机，滤波单元132可以为RC 滤波器。优选地，滤波单元132可以为有源滤波器。基准脉冲宽度调制PWM波通过滤波单元132生成基准电压ref。其中，基准电压ref为稳定的直流电压。在本实用新型的一个实施例中，基准电压的电压值Vref为第一占空比Duty的五倍。将该基准电压ref通过比较器输入至直流电源转换模块120的基准输入脚，以作为直流电源转换模块120的给定基准。在本实用新型的一个实施例中，直流电源转换模块 120可以为DC/DC控制芯片。由此，通过调整基准脉冲宽度调制PWM波的第一占空比Duty可以调整基准电压的电压值Vref，从而对BUS电压U进行调整。U = R2*Vref/(R1+R2)其中，Rl和R2分别为第一分压电阻和第二分压电阻。如图2所示，直流电源转换模块120根据接收到的来自控制单元115的与谐振周期对应的脉冲宽度调制PWM波、来自基准电压生成模块130的基准电压ref调整BUS电压， 并向开关模块140输出控制信号。开关模块140分别与直流电源转换模块120和变压模块150相连，可以在控制信号的控制线导通或关闭。如图5所示，开关模块140包括第一开关管141和第二开关管142。在本实用新型的一个实施例中，第一开关管141和第二开关管142均可以为N沟道增强型场效应晶体。第一开关管141和第二开关管142的控制端即栅极(G)端与直流电源转换模块120的输出端相连。图6示出了由直流电源转换模块120发送至第一开关管141和第二开关管142的控制信号的波形，即驱动波形。从图6可以看出，第一开关管141和第二开关管142的驱动波形互补并且死区时间为0.1T，其中，T为控制信号的周期。在本实用新型的一个实施例中，死区时间为0. 2T。图7示出了第一开关管141和第二开关管142的栅极和源极之间的波形(GS波形)以及次级电流的波形。从图7中可以看出，次级电流的谐振周期与第一开关管141和第二开关管142的开启时间相等。Tz = D*Ts，其中，Tz为次级电流的谐振周期，Ts为开关模块的开关周期，D为正整数。当变压模块150的次级电流的谐振波形发生变化时，第一开关管141和第二开关管142的GS波形随变压模块150的次级电流的谐振波形而发生相应的变化，且始终保持次级电流谐振周期与开关管的GS开启时间相等。当变压模块150的次级电流的谐振频率fz为较小值时，第一开关管141和第二开关管142关断。此时，第一开关管141和第二开关管142的开关损耗很小。在本实用新型的一个实施例中，当次级电流的谐振频率为零时将第一开关管141 和第二开关管142关断，此时关断损耗为零。如图1所示，BUS电压可以作为输入电压输送至逆变器200，由逆变器200对BUS 电源进行DC/AC变换，将直流电压转换为交流电压。其中，逆变器200输出的交流电源为 220V。根据本实用新型的实施例提出了用于宽范围电源输入的软开关装置，通过检测输入电压，同时调整占空比以实现软开关，有效的解决了在变压器匝比无法改变且总线电压一定的情况下需要固定的输入电压以实现软开关。从而实现最大效率点跟踪，使逆变器处于最大效率点输出，满足宽范围电压输入的高效率需求。并且次级电流的谐振周期和单周期内的开关管开通时间相等，从而实现当开关管关断时电流谐振到零，实现零电压开通和零电流关断。在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言， 可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同限定。
权利要求1.一种用于宽范围电源输入的软开关装置，其特征在于，包括对输入电压进行电压变换的变压模块；对所述变压模块的次级电流谐振的谐振模块，所述谐振模块与所述变压模块相连；生成总线电压的整流模块，所述整流模块与所述谐振模块相连；计算所述变压模块的次级电流的谐振周期并生成相应的脉冲宽度调制PWM波的次级过零点检测模块；生成基准电压的基准电压生成模块；根据所述基准电压和所述脉冲宽度调制PWM波调整总线电压并生成控制信号的直流电源转换模块，所述直流电源转换模块分别与所述次级过零点检测模块和整流模块相连， 所述直流电源转换模块的基准输入端与所述基准电压生成模块相连；以及开关模块，所述开关模块在所述控制信号的控制下导通或关闭，所述开关模块分别与所述直流电源转换模块和所述变压模块连接，所述开关模块包括第一开关管和第二开关管，所述第一开关管和第二开关管的输入端与所述直流电源转换模块的输出端相连，其中， 所述第一开关管和第二开关管的开启时间与所述变压模块的次级电流的谐振周期相等。
2.如权利要求1所述的用于宽范围电源输入的软开关装置，其特征在于，所述次级过零点检测模块包括将电流信号转换为电压信号的电流电压转换单元、放大所述电压信号的放大单元、生成所述变压模块次级电流的过零点检测信号的比较单元和计算所述变压模块次级电流的谐振周期并生成相应的脉冲宽度调制PWM波的控制单元，所述电流电压转换单元、放大单元、比较单元和控制单元依次相连。
3.如权利要求2所述的用于宽范围电源输入的软开关装置，其特征在于，所述电流电压转换单元为电阻器。
4.如权利要求2所述的用于宽范围电源输入的软开关装置，其特征在于，所述比较单元输出的变压模块的次级电流的过零点检测信号为方波信号。
5.如权利要求4所述的用于宽范围电源输入的软开关装置，其特征在于，所述比较单元在所述变压模块的次级电流过零点时输出相对于前次输出的方波信号翻转的方波信号。
6.如权利要求1所述的用于宽范围电源输入的软开关装置，其特征在于，基准电压生成模块包括生成基准脉冲宽度调制PWM波的生成单元和根据所述基准脉冲宽度调制PWM波生成基准电压的滤波单元，所述生成单元与所述滤波单元相连。
7.如权利要求6所述的用于宽范围电源输入的软开关装置，其特征在于，所述基准脉冲宽度调制PWM波的占空比为第一占空比，所述基准电压为所述第一占空比的五倍。
8.如权利要求1所述的用于宽范围电源输入的软开关装置，其特征在于，所述第一开关管和第二开关管为N沟道增强型场效应晶体管。
9.如权利要求8所述的用于宽范围电源输入的软开关装置，其特征在于，所述第一开关管和第二开关管的输入端为栅极，所述第一开关管和第二开关管的栅极与所述直流电源转换模块的输出端相连。
专利摘要本实用新型公开了一种用于宽范围电源输入的软开关装置，包括对输入电压进行电压变换的变压模块；对变压模块的次级电流谐振的谐振模块；生成总线电压的整流模块；计算变压模块的次级电流的谐振周期并生成相应的脉冲宽度调制PWM波的次级过零点检测模块；生成基准电压的基准电压生成模块；调整总线电压并生成控制信号的直流电源转换模块；开关模块，开关模块在控制信号的控制下导通或关闭。本实用新型通过检测输入电压来调整总线电压，同时调节占空比以实现软开关，满足宽范围电压输入的高效率需求。
文档编号H02M3/06GK201937477SQ201020675789
公开日2011年8月17日 申请日期2010年12月10日 优先权日2010年12月10日
发明者万爽贤, 俞斌, 夏田 申请人:比亚迪股份有限公司