一种开环推挽逆变器软开关电路的制作方法

本实用新型涉及车载逆变器的电路结构，具体是指一种开环推挽逆变器软开关电路。

背景技术：

车载逆变器是一种把直流电压(电瓶、蓄电池)逆变为交流电压(AC220V/50Hz)的装置，主要应用在商务车、房车、卡车、挂车、货车等汽车上，用于给数码电子产品(如手机、笔记本电脑、照相机、摄像机、游戏机、电动剃须刀、PDA设备)供电，或者用于给家用电器(如车载冰箱、电风扇、电热毯、电饭锅、电水壶)供电，以及用于给电动工具、外出旅游、野营等设备供电，是一个比较实用的设备。

经本专利申请发明人研究发现，传统逆变器的功率开关MOS管多工作在硬开关状态下，如下所述，硬开关存在以下几个方面的缺陷：

1、功率MOS管开通和关断的损耗比较大：在功率MOS管开通和关断的时候，电压和电流都不为零，存在电压下降、电流上升，或是电压上升、电流下降的交越区域，导致功率MOS管出现开通损耗和关断损耗，随着逆变器开关频率的提升，可能导致功率MOS管出现失效风险。

2、功率MOS管电感性关断问题：电路中难免会出现寄生电感(PCB走线的引线电感，元器件PIN脚的寄生电感)、变压器绕组的励磁电感和绕组的漏感；在功率MOS管关断时，由于工作在瞬态情况下，电感电流滞后于电压的变化，以及愣次效应的存在，会在功率MOS管上产生较大的电压尖峰，降低了逆变器的电磁干扰性能(Electromagnetic Interference，EMI)，也增加了功率MOS管因关断尖峰电压，而产生的失效风险。

鉴于以上硬开关的应用缺陷，在大功率、小尺寸、高效率的逆变器应用中，存在较大的应用瓶颈，因此需要用软开关来降低功率MOS管的开通和关断损耗，降低功率MOS管的关断电压尖峰，降低潜在的失效风险，提高逆变器的整体效率。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题是，提供一种可实现功率MOS管的零电压开通和零电流关断，降低MOS管的电压尖峰，降低MOS管的损耗，提高逆变器的整体效率和可靠性，且能降低逆变器成本的开环推挽逆变器软开关电路。

为解决上述技术问题，本实用新型提供的技术方案为：它包括输入储能单元、推挽单元、隔离变压器、整流单元和中间储能单元，所述的输入储能单元由四个电解电容器E1、E2、E3、E4并联而成，所述的推挽单元由四个功率MOS管Q1、Q2、Q3、Q4和推挽MOS管驱动单元组成，所述的推挽MOS管驱动单元由十二个电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9、R10、R11、R12和四个二极管D1、D2、D3、D4组成；所述的隔离变压器为T1，所述的整流单元为整流器D5，所述的中间储能单元由四个电解电容器E5、E6、E7、E8并联而成，所述的整流器D5的两个交流输入端分别连接在隔离变压器T1的两个输出端上；所述的中间储能单元连接在整流器D5的两个直流输出端子之间；隔离变压器T1的输入端设有三个端子，第一端子连接有由电阻R3、R4、R6、R8、R10、R12和功率MOS管Q2、Q4以及二极管D1和D4组成第一推挽单元，第二个端子与输入储能单元相连，第三个端子连接有由电阻R1、R2、R5、R7、R9、R11和功率MOS管Q1、Q3以及二极管D2和D3组成第二推挽单元；它还包括由电感L1和电容C1串联而成的谐振单元；所述的谐振单元连接在隔离变压器T1的输出端与整流器D5的输入端之间。

采用上述结构后，本实用新型具有如下有益效果：本实用新型提供了一种可实现功率MOS管的零电压开通和零电流关断，降低MOS管的电压尖峰，降低MOS管的损耗，提高逆变器的整体效率和可靠性，且能降低逆变器成本的开环推挽逆变器软开关电路。通过创造性的在传统电路的基础上增加一个谐振电容C1，并利用变压器次级的绕组漏感L1来实现。

本实用新型公开的电路的工作原理为：给输入VIN供给直流电能，由输入电解电容器E1、E2、E3、E4储存逆变器所需的能量和对输入直流电能进行滤波，通过推挽MOS管Q1、Q2、Q3、Q4，将输入稳定的直流电能变换为脉动的交流电压，其中推挽驱动单元R4、D1、R6、R10，R3、D4、R8、R12，R2、D2、R5、R9，R1、D3、R7，R11是通过驱动信号G1、G2，控制推挽MOS管Q1、Q2、Q3、Q4开通和关断的单元，再由隔离变压器T1将脉动的交流电压升压，经过串联谐振单元L1、C1，将变压器T1次级的电流正弦化，其中谐振电容C1也起到隔离直流电压，防止变压器饱和的作用，整流单元D5将输入端2、输入端4的脉动电压整流为稳定的直流电压，最后由中间储能单元E5、E6、E7、E8进行逆变器能量的储存和滤波。

附图说明

图1是本实用新型中开环推挽逆变器软开关电路的结构示意图。

图2是本实用新型中涉及的推挽MOS管Q1波形和谐振电流波形示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步的详细说明。

结合附图1和附图2，它包括输入储能单元、推挽单元、隔离变压器、整流单元和中间储能单元，所述的输入储能单元由四个电解电容器E1、E2、E3、E4并联而成，所述的推挽单元由四个功率MOS管Q1、Q2、Q3、Q4和推挽MOS管驱动单元组成，所述的推挽MOS管驱动单元由十二个电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9、R10、R11、R12和四个二极管D1、D2、D3、D4组成；所述的隔离变压器为T1，所述的整流单元为整流器D5，所述的中间储能单元由四个电解电容器E5、E6、E7、E8并联而成，所述的整流器D5的两个交流输入端分别连接在隔离变压器T1的两个输出端上；所述的中间储能单元连接在整流器D5的两个直流输出端子之间；隔离变压器T1的输入端设有三个端子，第一端子连接有由电阻R3、R4、R6、R8、R10、R12和功率MOS管Q2、Q4以及二极管D1和D4组成第一推挽单元，第二个端子与输入储能单元相连，第三个端子连接有由电阻R1、R2、R5、R7、R9、R11和功率MOS管Q1、Q3以及二极管D2和D3组成第二推挽单元；它还包括由电感L1和电容C1串联而成的谐振单元；所述的谐振单元连接在隔离变压器T1的输出端与整流器D5的输入端之间。

图1为一种开环推挽逆变器软开关技术的电路结构示意图，电路工作在开环状态下，也就是推挽MOS管Q1、Q2、Q3、Q4工作在最大占空比情况下(推挽MOS管开关频率在工作时不需要自动调节)，确保推挽MOS管Q1、Q2、Q3、Q4实现零电压开通和零电流关断。

图1中L1、C1工作在串联谐振状态下，此串联谐振频率应设置为等于或略大于推挽开关频率，可通过调节推挽电路的开关驱动频率(G1和G2)，或调节变压器T1次级绕组的漏感L1，或是调节串联谐振电容C1，比较方便的方法，是通过调节推挽电路的开关驱动频率(G1和G2)或调节串联谐振电容C1来实现的，使串联谐振电路L1、C1工作在感性与容性的临界区域或是感性区域，从而实现推挽MOS管Q1、Q2、Q3、Q4的零电压开通和零电流关断，降低推挽MOS管的开通损耗和关断损耗，提高逆变器的整体效率。

图2为推挽MOS管Q1的波形图和谐振电流波形图，从图中可以看出推挽MOS管Q1开通时，谐振电流从零开始上升，Q1的DS极电压已经降低为零伏，谐振电流从零开始上升，实现推挽MOS管的零电压开通，此时电压和电流均为零，没有交越区域，MOS管的开通损耗为零；从图中可以看出推挽MOS管Q1关断时，谐振电流已经降低为零安培，实现功率MOS管的零电流关断，此时关断推挽MOS管Q1，MOS管的DS极上没有任何电压尖峰，因电压和电流没有交越区域，MOS管的关断损耗为零，并且MOS管没有电压尖峰，也优化了MOS管的电磁干扰性能。需要说明的是：推挽MOS管Q1、Q3并联，为同样的波形；推挽MOS管Q2、Q4的波形与推挽MOS管Q1、Q3的波形相位相差180°，波形一致，没有区别。

本实用新型一种开环推挽逆变器软开关技术应用在DC/AC逆变电源上，是对大功率逆变电源有效的改善优化方案，具有非常重要的实际指导意义。在实际产品应用中，可以有效的提高逆变器的效率和可靠性，很大程度的降低了逆变器因功率MOS管失效而产生的风险。另外图1中一些本领域内技术人员采用的常规的电路处理方式，如驱动电路原理、电解电容滤波、各种接地方式(初级接地、次级接地)等，说明书中没有进行赘述。至于各电子元件的取值，容量和型号等，本领域内技术人员可以自行根据电路的功率等要求参数进行选择和调试，本专利的重点在于描述功率MOS管在串联谐振点工作时的状态。

以上对本实用新型及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本实用新型的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。总而言之如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本实用新型创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本实用新型的保护范围。