车载软开关逆变电源及其电压变换电路的制作方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及车载逆变电源领域，具体为一种车载软开关逆变电源及其电压变换电 路。
【背景技术】
[0002] 车载逆变电源是将汽车发动机或汽车电瓶上的直流电转换为交流电，供一般电器 产品使用，是一种较方便的车用电源转换设备。它是常用的车用汽车电子用品。通过它可以 在汽车上使用平时我们用市电才能工作或充电的电器和数码产品，如电视机、笔记本电脑、 手机、电钻、医疗急救仪器、军用车载设备等，可应用于各行业领域。按照输出波形来分，车 载逆变电源可分为正弦波输出和方波输出两种。前者可提供不间断的高质量交流电，可适 应任何负载，但其技术要求及成本高，电路结构比较复杂。后者提供的交流电的质量较差， 且带载能力差，不能接"感性负载"。虽有较多的缺点，但是其技术要求低，体积小，电路简 单，价格低。
[0003] 现有车载逆变电源主要采用硬开关完成整个电压的逆变存在电源体积大，转换效 率低，电磁兼容性能差等一系列问题。现有车载逆变电源采用硬开关技术控制框图如图1 所示，包括功率推挽模块、变压器、整流模块、数字控制器和隔离传输模块，由数字控制器通 过隔离传输模块与功率推挽模块连接，对功率推挽模块的大功率管进行切换控制。在正半 周时Q1导通，Q2截止，此时Q2上的电压从电源电压降至零的过程中伴随着电流从零到最 大的变化过程，在这个过程中dv/di的值很大从而带来了很大的开通损耗，在负半周期Q1 截止Q2导通，此间Q1上的电压从零升至电源电压的过程中电流从最大减至零这也使dv/di 的值很大从而产生很大的关断损耗。并且现有车载逆变电源SPWM桥一般都是两个高速臂 M0S管两个低速臂M0S管，因此两个高速臂管子上开关损耗较大，两个低速臂管子开关损耗 很小，所以四个管子工作是热应力极不平衡。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是提供一种转换效率高、电磁兼容性能好的车载软开关逆变电源。
[0005] 为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种车载软开关逆变电源，包括功率 推挽模块，功率推挽模块的输出端与变压器的初级连接，变压器的次级通过整流模块与正 弦脉宽调制模块连接，所述车载软开关逆变电源电压变换电路还设置有数字控制器，所述 数字控制器通过隔离传输模块与功率推挽模块连接，其特征在于所述变压器的次级与一移 向网络连接，所述移向网络的输出端与整流模块的输入端连接，移向网络将变压器输出电 流转换为正弦波电流，数字控制器对移向网络的输出进行采样，在所述正弦波电流过零点 时对功率推挽模块大功率管进行切换控制。
[0006] 本发明的另一目的是提供一种转换效率高、电磁兼容性能好的车载软开关逆变电 源电压变换电路。
[0007] 为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种车载软开关逆变电源电压变换 电路，包括功率推挽模块，功率推挽模块的输出端与变压器的初级连接，变压器的次级与整 流模块连接，所述车载软开关逆变电源电压变换电路还设置有数字控制器，所述数字控制 器通过隔离传输模块与功率推挽模块连接，其特征在于所述变压器的次级与一移向网络连 接，所述移向网络的输出端与整流模块连接，移向网络将变压器输出电流转换为正弦波电 流，数字控制器对移向网络的输出进行采样，在所述正弦波电流过零点时对功率推挽模块 大功率管进行切换控制。
[0008] 所述车载软开关逆变电源电压变换电路包括一采样模块，所述采样模块的输入端 与整流模块的输出端连接，采样模块的输出端与数字控制器连接，采样模块采集整流模块 输出端的电压，当整流模块输出端的电压小于设定值时，则数字控制器判断所述正弦波电 流过零点。
[0009] 本发明的另一目的是提供一种转换效率高、电磁兼容性能好的车载软开关逆变电 源的控制方法。
[0010] 为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种车载软开关逆变电源的控制方 法，其特征在于车载蓄电池给开关变压器T1提供12V直流电压，推挽电路的第一大功率管 导通，第二大功率管截止，12V直流电压被斩波成12V方波电压，在斩波的过程中变压器次 级经移相网络使变压器中的电流强制转换成正弦波电流，在正弦电流第一次过零点时，第 一大功率管实现零电流导通，在第二次过零点的时候第一大功率管实现零电流关断，同时 第二大功率管实现零电流导通，变压器次级输出方波电压经移相网络后送入整流模块将电 压变成320V脉动直流高压，经高压电解滤波后给交替SPWM逆变桥供电，交替SPWM逆变桥 将直流母线电压转变成50HZ的修正正弦波电压，经LC滤波器滤波变成50HZ的正弦波，最 后经输出EMI滤波器滤波成为纯正弦波交流电。
[0011] 本发明的优点体现在以下几点： 1. 本发明的车载逆变电源在同等功率等级的情况下要比现有产品体积缩小2-3倍； 2. 本发明的车载逆变电源转换效率至少比现有产品转换效率高3-6% ; 3. 现有车载逆变电源因为采用硬开关逆变，在硬开关的过程中因为存在很大电流噪 声，因此现有车载逆变电源电磁兼容性能较差，本发明的车载逆变电源由于采用软开关逆 变，因此电磁兼容性能好。
【附图说明】
[0012] 图1为现有车载逆变电源硬开关技术控制框图。
[0013] 图2为本发明的车载逆变电源软开关技术控制框图。
[0014] 图3为软硬开关技术开关过程损耗对比图。
[0015] 图4为全数字控制模块软开关控制流程图。
[0016] 图5为本发明一实施例的车载150w逆变电源控制框图。
[0017] 图6为SPWM逆变桥的电路示意图。
【具体实施方式】
[0018] 如图2所示，一种车载软开关逆变电源电压变换电路，包括功率推挽模块1，功率 推挽模块的输出端与变压器T1的初级连接，变压器T1的次级与整流模块3连接，所述车载 软开关逆变电源电压变换电路还设置有数字控制器5,所述数字控制器5通过隔离传输模 块6与功率推挽模块1连接，其特征在于所述变压器的次级与移向网络7连接，所述移向网 络7的输出端与整流模块3连接，移向网络7将变压器输出电流转换为正弦波电流，数字控 制器5对移向网络7的输出电流进行采样，在所述正弦波电流过零点时对功率推挽模块1 的大功率管进行切换控制。
[0019] 车载软开关逆变电源电压变换回路主要由功率推挽模块、高频开关变压器T1、移 相网络、整流模块、隔离传输模块U2、数字控制器U1组成。其工作原理如下： 车载蓄电池 BAT+给开关变压器T1提供12V直流，第一大功率管Q1，第二大功 率管Q2组成功率推挽回路（回路开关频率80KHz)，其驱动信号由数字控制器经隔离 传输模块驱动，12V直流经推挽电路斩波后通过变压器传输至次级输出，输出方波电 压经移相网络改变变压器中电压与电流的相位，得到正弦波电流，给整流模块整流输 出直流高压。输出直流高压经采样回路采样反馈给数字控制器变频调制达到稳定输 出的目的。以下分析单边开关工作过程：在正半周期第一大功率管Q1导通、第二大 功率管Q2截止，变压器的初级流过方波电流，变压器的次级感应到此电流，此电流经 移相网络移相使回路中的电流强制转换为正弦波电流(移相网络中LC回路谐振频率 Ρ = 石= 8(?故），由于移相网络对流过第一大功率管Q1的电流相位产生180°的滞 后，因此在第一大功率管Q1导通开始的前期M0S流过的电流由零渐渐变大，但是在第一大 功率管Q1上的电压却是由大渐渐变小，因此在整个导通过程中dv/di的值都很小，由此实 现零电流开通。在负半周来临之前移相网络中电流再次过零此过零信号由数字控制器预测 到，然后控制第一大功率管Q1截止，从而实现零电流关断。负半周期第二大功率管Q2上的 电流亦是如此，不再阐述。
[0020] 而现有车载逆变器在正半周时第一大功率管Q1导通，第二大功率管Q2截止，此 时第二大功率管Q2上的电压从电源电压降至零的过程中伴随着电流从零到最大的变化过 程，在这个过程中dv/di的值很大从而带来了很大的开通损耗，在负半周期第一大功率管 Q1截止，第二大功率管Q2导通，此间第一大功率管Q1上的电压从零升至电源电压的过程中 电流从最大减至零这也使dv/di的值很大从而产生很大的关断损耗。
[0021] 图3所示是软硬开关在开关过程中的M0S管损耗对比图。虚线表示为现有技术硬 开关过程中M0S管的损耗，其中阴影三角形部分为硬开关在开关过程中M0S管损耗，实线 部分为本发明软开关过程中M0S管损耗，其中三角形黑色图形为软开关的开关损耗。图中 ID表示流过M0S管上的电流，VDS表示M0S管上的电压，Ith表示在开关过程中跟损耗有关 的电流值，VDSth表示开关过程中跟损耗有关的电压值，TSW表示开关过程中产生损耗的时 间。由此可以看出，本发明的软开关的开关损耗远远小于现有技术的硬开关在开关过程中 M0S管损耗。
[0022] 图4所示是全数字控制模块软开关控制流程，系统初始化上电，检测到移相网络 输出信号第一次过零，数字控制模块控制Q1导通，Q2截止然后开始采样输出HV+电压幅值 当HV值低于软件设定的最低值则认为是正弦波电流第二次过零点到来此时数字控制器立 即控制Q1截止，Q2导通，如果采样到的幅值大于最低限值则继续保持Q1导通，Q2截止的 状态。若系统第二次过零点到来数字控制器切换Ql、Q2状态，同时数字控制模块继续采样 HV+的幅值为下一次过零切换控制做准备。即每次检测到整流模块输出电压幅值低于软件 设定的最低值则认为是正弦波电流过零，如此周而复始以预测过零点来控制Ql、Q2的开关 导通来达到软开关变换的