本發(fā)明涉及逆變器控制領(lǐng)域,特別涉及一種推挽軟開關(guān)控制電路。
背景技術(shù):
電力電子技術(shù)的發(fā)展對電力電子產(chǎn)品提出了小型化和輕量化的要求,同時也對效率和電磁兼容提出了更高的要求。在電力電子裝置中,濾波電感、電容和變壓器占體積和重量的很大比例,采取有效措施減小這些元器件的體積和重量是小型化和輕量化的主要途徑。提高開關(guān)頻率可以相應(yīng)的提高濾波器的截止頻率,從而選擇較小的電感和電容,就可以降低濾波器的體積和重量。提高開關(guān)頻率同樣可以降低變壓器的體積和重量。但提高開關(guān)平率的同時,開關(guān)損耗將會增大,感性關(guān)斷,容性開通,二極管反向恢復(fù)等問題加劇,電路效率下降,電磁干擾增大。
技術(shù)實現(xiàn)要素:
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于,針對現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷,提供一種能減小功率變壓器的體積、能減小開關(guān)管開通損耗、降低逆變器的損耗、提高整機(jī)效率、能解決因硬件開關(guān)鎖引起的EMI問題的推挽軟開關(guān)控制電路。
本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:構(gòu)造一種推挽軟開關(guān)控制電路,包括推挽控制單元、功率MOS管驅(qū)動單元、推挽升壓功率單元、LC諧振單元和輔助電源單元,所述推挽升壓功率單元包括第十MOS管、第十一MOS管、第十二MOS管、第十四MOS管和推挽變壓器,所述第十MOS管的漏極和第十一MOS管的漏極均與所述推挽變壓器的初級線圈的一端連接,所述第十MOS管的源極和第十一MOS管的源極均接地,所述第十MOS管的柵極和第十一MOS管的柵極均與所述功率MOS管驅(qū)動單元的一個輸出端連接,所述第十二MOS管的漏極和第十四MOS管的漏極均與所述推挽變壓器的初級線圈的另一端連接,所述第十二MOS管的源極和第十四MOS管的源極均接地,所述第十二MOS管的柵極和第十四MOS管的柵極均與所述功率MOS管驅(qū)動單元的另一輸出端連接,所述推挽控制單元產(chǎn)生控制信號并將其發(fā)送到所述功率MOS管驅(qū)動單元,所述功率MOS管驅(qū)動單元根據(jù)所述控制信號產(chǎn)生PWM驅(qū)動信號,所述PWM驅(qū)動信號通過周期性地控制所述第十MOS管、第十一MOS管、第十二MOS管和第十四MOS管的導(dǎo)通與關(guān)斷,產(chǎn)生高頻交流電,所述推挽變壓器對所述高頻交流電進(jìn)行升壓后通過所述LC諧振單元產(chǎn)生直流高壓電,所述LC諧振單元包括漏感和聚丙烯電容,所述漏感的一端與所述推挽變壓器的次級線圈的一端連接,所述漏感的另一端與所述聚丙烯電容的一端連接,所述輔助電源單元分別與所述推挽控制單元和功率MOS管驅(qū)動單元連接、用于供電。
在本發(fā)明所述的推挽軟開關(guān)控制電路中,所述LC諧振單元還包括第三二極管、第四二極管、第五二極管、第六二極管、第四電解電容和第一電容,所述聚丙烯電容的另一端分別與所述第五二極管的陰極和第六二極管的陽極連接,所述推挽變壓器的次級線圈的另一端分別與所述第三二極管的陽極和第四二極管的陰極連接,所述第三二極管的陰極和第六二極管的陰極均與所述第四電解電容的正極連接,所述第四二極管的陽極、第五二極管的陽極和第四電解電容的負(fù)極均接電源地,所述第一電容的一端與所述第四電解電容的正極連接,所述第一電容的另一端接所述電源地。
在本發(fā)明所述的推挽軟開關(guān)控制電路中,所述推挽升壓功率單元還包括第五十五電阻和第二十五電容,所述第五十五電阻的一端與所述推挽變壓器的初級線圈的一端連接,所述第五十五電阻的另一端與所述第二十五電容的一端連接,所述第二十五電容的另一端與所述推挽變壓器的初級線圈的另一端連接。
在本發(fā)明所述的推挽軟開關(guān)控制電路中,所述推挽升壓功率單元還包括第六電阻、第七電阻、第九電阻、第十電阻、第七十電阻、第七十一電阻、第七十二電阻和第七十三電阻,所述第六電阻的一端分別與所述第十四MOS管的柵極和第七十三電阻的一端連接,所述第七電阻的一端分別與所述第十二MOS管的柵極和第七十二電阻的一端連接,所述第六電阻的另一端和第七電阻的另一端均接地,所述第七十二電阻的另一端和第七十三電阻的另一端連接,所述第九電阻的一端分別與所述第十MOS管的柵極和第七十電阻的一端連接,所述第十電阻的一端分別與所述第十一MOS管的柵極和第七十一電阻的一端連接,所述第九電阻的另一端和第十電阻的另一端均接地,所述第七十電阻的另一端與所述第七十一電阻的另一端連接。
在本發(fā)明所述的推挽軟開關(guān)控制電路中,所述推挽升壓功率單元還包括接線柱、第一熔斷器、第一電解電容、第二電解電容和第八二極管,所述接線柱的一端通過所述第一熔斷器分別與所述第二電解電容的正極和第一電解電容的正極連接,所述接線柱的另一端、第二電解電容的負(fù)極和第一電解電容的負(fù)極均接地,所述第八二極管的陰極與所述第一電解電容的正極連接,所述第八二極管的陽極接地,所述第八二極管的陰極與所述推挽變壓器的初級線圈的中間抽頭連接。
在本發(fā)明所述的推挽軟開關(guān)控制電路中,所述功率MOS管驅(qū)動單元包括第四電阻、第五電阻、第五NPN型三極管和第一PNP型三極管,所述第五NPN型三極管的基極和第一PNP型三極管的基極均與所述第四電阻的一端連接,所述第四電阻的一端還與所述第五電阻連接,所述第四電阻的另一端接地,所述第五NPN型三極管的集電極接+12V電壓,所述第五NPN型三極管的發(fā)射極和第一PNP型三極管的發(fā)射極均與所述第七十電阻的另一端連接,所述第一PNP型三極管的集電極接地。
在本發(fā)明所述的推挽軟開關(guān)控制電路中,所述功率MOS管驅(qū)動單元包括第六電阻、第八電阻、第三NPN型三極管和第二PNP型三極管,所述第三NPN型三極管的基極和第二PNP型三極管的基極均與所述第八電阻的一端連接,所述第八電阻的一端還與所述第六電阻連接,所述第八電阻的另一端接地,所述第三NPN型三極管的集電極接所述+12V電壓,所述第三NPN型三極管的發(fā)射極和第二PNP型三極管的發(fā)射極均與所述第七十二電阻的另一端連接,所述第二PNP型三極管的集電極接地。
在本發(fā)明所述的推挽軟開關(guān)控制電路中,所述推挽控制單元包括主控芯片、第四十九電阻和第五十電阻,所述主控芯片的第十一引腳通過所述第五十電阻與所述第七十二電阻的另一端連接,所述主控芯片的第十四引腳通過所述第四十九電阻與所述第七十電阻的另一端連接。
在本發(fā)明所述的推挽軟開關(guān)控制電路中,所述推挽控制單元還包括第十六電壓比較器、第十一二極管、第二十一電容、第六十電阻、第六十一電阻、第六十二電阻、第六十三電阻和第六十四電阻,所述第十六電壓比較器的第二引腳與所述第十一二極管的陰極連接,所述第十一二極管的陽極分別與所述第二十一電容的一端、第六十三電阻的一端和第六十四電阻的一端連接,所述第二十一電容的另一端和第六十四電阻的另一端均與所述第十六電壓比較器的第四引腳連接,所述第十六電壓比較器的第三引腳分別與所述第六十一電阻的一端和第六十二電阻的一端連接,所述第六十二電阻的另一端連接參考電壓,所述第十六電壓比較器的第一引腳通過所述第六十電阻與所述主控芯片的第八引腳連接,所述主控芯片的第八引腳還連接測試點。
在本發(fā)明所述的推挽軟開關(guān)控制電路中,所述推挽控制單元還包括第十七電壓比較器、第四二極管、第二十二電容、第二十三電容、第六十五電阻、第六十六電阻、第六十七電阻和第一百四十一電阻,所述第四二極管的陰極與所述第十一二極管的陰極連接,所述第四二極管的陽極分別與所述第六十七電阻的一端和第一百四十一電阻的一端連接,所述第六十七電阻的另一端分別與所述第十七電壓比較器的第五引腳和第六十六電阻的一端連接,所述第一百四十一電阻的另一端與所述第二十二電容的一端連接,所述第二十二電容的另一端分別與所述第六十六電阻的另一端和第六十五電阻的一端連接,所述第十七電壓比較器的第四引腳與所述第十六電壓比較器的第四引腳連接,所述第十七電壓比較器的第八引腳與所述第二十三電容連接。
實施本發(fā)明的推挽軟開關(guān)控制電路,具有以下有益效果:由于利用推挽控制單元、功率MOS管驅(qū)動單元、推挽升壓功率單元和LC諧振單元,LC諧振單元是通過調(diào)整推挽變壓器的漏感與串在電路中的聚丙烯電容的諧振頻率,使其與推挽驅(qū)動頻率相協(xié)調(diào),從而使得第十MOS管、第十一MOS管、第十二MOS管和第十四MOS管處于零電流關(guān)閉狀態(tài);通過MOS管結(jié)電容與推挽變壓器的漏感能量和勵磁能量的充放電實現(xiàn)零電壓開通,所以其能減小功率變壓器的體積、能減小開關(guān)管開通損耗、降低逆變器的損耗、提高整機(jī)效率、能解決因硬件開關(guān)鎖引起的EMI問題。
附圖說明
為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案,下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹,顯而易見地,下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例,對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講,在不付出創(chuàng)造性勞動性的前提下,還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
圖1為本發(fā)明推挽軟開關(guān)控制電路一個實施例中的結(jié)構(gòu)示意圖;
圖2為所述實施例中推挽升壓功率單元的電路原理圖;
圖3為所述實施例中LC諧振單元的電路原理圖;
圖4為所述實施例中功率MOS管驅(qū)動單元的電路原理圖;
圖5為所述實施例中推挽控制單元的電路原理圖;
圖6為所述實施例中輔助電源單元的電路原理圖。
具體實施方式
下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖,對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述,顯然,所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例,而不是全部的實施例?;诒景l(fā)明中的實施例,本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例,都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
在本發(fā)明推挽軟開關(guān)控制電路實施例中,該推挽軟開關(guān)控制電路的結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。圖1中,該推挽軟開關(guān)控制電路包括推挽控制單元101、功率MOS管驅(qū)動單元102、推挽升壓功率單元103、LC諧振單元104和輔助電源單元105。圖1中,功率MOS管驅(qū)動單元102的一端與推挽控制單元101連接,功率MOS管驅(qū)動單元102的另一端與推挽升壓功率單元103連接,LC諧振單元104與推挽升壓功率單元103連接,輔助電源單元105分別與推挽控制單元101和功率MOS管驅(qū)動單元102連接、用于供電。
圖2為本實施例中推挽升壓功率單元的電路原理圖。本實施例中,推挽升壓功率單元103包括第十MOS管Q10、第十一MOS管Q11、第十二MOS管Q12、第十四MOS管Q14和推挽變壓器T1,其中,推挽變壓器T1為高頻變壓器,第十MOS管Q10的漏極和第十一MOS管Q11的漏極均與推挽變壓器T1的初級線圈的一端連接,第十MOS管Q10的源極和第十一MOS管Q11的源極均接地GND,第十MOS管Q10的柵極和第十一MOS管Q11的柵極均與功率MOS管驅(qū)動單元102的一個輸出端PWM1連接,第十二MOS管Q12的漏極和第十四MOS管Q14的漏極均與推挽變壓器T1的初級線圈的另一端連接,第十二MOS管Q12的源極和第十四MOS管Q14的源極均接地GND,第十二MOS管Q12的柵極和第十四MOS管Q14的柵極均與功率MOS管驅(qū)動單元102的另一輸出端PWM2連接,推挽控制單元101根據(jù)LC諧振單元104反饋的直流高壓信號,產(chǎn)生控制信號并經(jīng)該控制信號發(fā)送到功率MOS管驅(qū)動單元102,功率MOS管驅(qū)動單元102根據(jù)該控制信號可以產(chǎn)生作用于功率MOS管的PWM驅(qū)動信號,該P(yáng)WM驅(qū)動信號通過周期性地控制第十MOS管Q10、第十一MOS管Q11、第十二MOS管Q12和第十四MOS管Q14的導(dǎo)通與關(guān)斷,從而產(chǎn)生高頻交流電,該高頻交流電經(jīng)過推挽變壓器T1升壓后,通過LC諧振單元104產(chǎn)生直流高壓電,該直流高壓電為380的直流高壓電。也就是說,輸入的直流電依次經(jīng)過推挽升壓功率單元103和LC諧振單元104后,最終升壓到380VDC。
圖3為本實施例中LC諧振單元的電路原理圖。LC諧振單元104包括漏感L1和聚丙烯電容CBB,漏感L1的一端與推挽變壓器T1的次級線圈的一端連接,漏感L1的另一端與聚丙烯電容CBB的一端連接。LC諧振單元104是通過調(diào)整推挽變壓器T1的漏感L1與串在電路中的聚丙烯電容CBB的諧振頻率,使其與推挽驅(qū)動頻率相協(xié)調(diào),從而使得功率MOS管(即第十MOS管Q10、第十一MOS管Q11、第十二MOS管Q12和第十四MOS管Q14)處于零電流關(guān)閉狀態(tài);通過功率MOS管的結(jié)電容與推挽變壓器T1的漏感能量及勵磁能量的充放電,來實現(xiàn)零電壓開通,本發(fā)明可減小功率MOS管的開關(guān)損耗,電路的工作頻率可以提高幾倍,可明顯減小功率變壓器的體積,提高資源的利用率,做到更高的功率密度。本發(fā)明使得功率MOS管處于零電壓開通,零電流關(guān)閉狀態(tài),這樣在開通及關(guān)斷的時候明顯減少了高速變化的電流和電壓信號,提高了電源的輸出電壓和電流波形的質(zhì)量。
本實施例中,LC諧振單元104還包括第三二極管D3、第四二極管D4、第五二極管D5、第六二極管D6、第四電解電容E4和第一電容C1,聚丙烯電容CBB的另一端分別與第五二極管D5的陰極和第六二極管D6的陽極連接,推挽變壓器T1的次級線圈的另一端分別與第三二極管D3的陽極和第四二極管D4的陰極連接,第三二極管D3的陰極和第六二極管D6的陰極均與第四電解電容E4的正極連接,第四二極管D4的陽極、第五二極管D5的陽極和第四電解電容E4的負(fù)極均接電源地GNDS,第一電容C1的一端與第四電解電容E4的正極連接,第一電容C1的另一端接電源地GNDS。
本實施例中,推挽升壓功率單元103還包括第五十五電阻R55和第二十五電容C25,第五十五電阻R55的一端與推挽變壓器T1的初級線圈的一端連接,第五十五電阻R55的另一端與第二十五電容C25的一端連接,第二十五電容C25的另一端與推挽變壓器T1的初級線圈的另一端連接。
本實施例中,該推挽升壓功率單元103還包括第六電阻R6、第七電阻R7、第九電阻R9、第十電阻R10、第七十電阻R70、第七十一電阻R71、第七十二電阻R72和第七十三電阻R73,第六電阻R6的一端分別與第十四MOS管Q14的柵極和第七十三電阻R73的一端連接,第七電阻R7的一端分別與第十二MOS管Q12的柵極和第七十二電阻R72的一端連接,第六電阻R6的另一端和第七電阻R7的另一端均接地GND,第七十二電阻R72的另一端和第七十三電阻R73的另一端連接,第九電阻R9的一端分別與第十MOS管Q10的柵極和第七十電阻R70的一端連接,第十電阻R10的一端分別與第十一MOS管Q11的柵極和第七十一電阻R71的一端連接,第九電阻R9的另一端和第十電阻R10的另一端均接地GND,第七十電阻R70的另一端與第七十一電阻R71的另一端連接。
上述第七十電阻R70、第七十一電阻R71、第七十二電阻R72和第七十三電阻R73均為限流電阻,用于進(jìn)行過流保護(hù)。
本實施例中,該推挽升壓功率單元103還包括接線柱J1、第一熔斷器F1、第一電解電容E1、第二電解電容E2和第八二極管D8,接線柱J1的一端通過第一熔斷器F1分別與第二電解電容E2的正極和第一電解電容E1的正極連接,接線柱的另一端、第二電解電容E2的負(fù)極和第一電解電容E1的負(fù)極均接地GND,第八二極管D8的陰極與第一電解電容E1的正極連接,第八二極管D8的陽極接地,第八二極管D8的陰極與推挽變壓器T1的初級線圈的中間抽頭連接。上述接線柱J1就是用于方便連接蓄電池與逆變器之間的電源線。
圖4為所述實施例中功率MOS管驅(qū)動單元的電路原理圖,圖4中,該功率MOS管驅(qū)動單元102包括第四電阻R4、第五電阻R5、第五NPN型三極管N5和第一PNP型三極管P1,其中,第五NPN型三極管N5的基極和第一PNP型三極管P1的基極均與第四電阻R4的一端連接,第四電阻R4的一端還與第五電阻R5連接,第四電阻R4的另一端接地,第五NPN型三極管N5的集電極接+12V電壓,第五NPN型三極管N5的發(fā)射極和第一PNP型三極管P1的發(fā)射極均與第七十電阻R70的另一端連接,第一PNP型三極管P1的集電極接地GND。上述第五電阻R5為限流電阻,用于進(jìn)行過流保護(hù)。
本實施例中,該功率MOS管驅(qū)動單元102包括第六電阻R6、第八電阻R8、第三NPN型三極管N3和第二PNP型三極管P2,其中,第三NPN型三極管N3的基極和第二PNP型三極管P2的基極均與第八電阻R8的一端連接,第八電阻R8的一端還與第六電阻R6連接,第八電阻R8的另一端接地,第三NPN型三極管N3的集電極接+12V電壓,第三NPN型三極管N3的發(fā)射極和第二PNP型三極管P2的發(fā)射極均與第七十二電阻R72的另一端連接,第二PNP型三極管P2的集電極接地GND。上述第六電阻為限流電阻,用于進(jìn)行過流保護(hù)。
圖5為本實施例中推挽控制單元的電路原理圖,圖5中,該推挽控制單元101包括主控芯片U15、第四十九電阻R49和第五十電阻R50,其中,主控芯片U15的第十一引腳通過第五十電阻R50與第七十二電阻R72的另一端連接,主控芯片U15的第十四引腳通過第四十九電阻R49與第七十電阻R70的另一端連接。本實施例中,主控芯片U15是SG3525芯片,是該推挽控制單元101的主控芯片,用于輸出推挽驅(qū)動信號。
本實施例中,推挽控制單元101還包括第十六電壓比較器U16A、第十一二極管D11、第二十一電容C21、第六十電阻R60、第六十一電阻R61、第六十二電阻R62、第六十三電阻R63和第六十四電阻R64,其中,第十六電壓比較器U16A的第二引腳與第十一二極管D11的陰極連接,第十一二極管D11的陽極分別與第二十一電容C21的一端、第六十三電阻R63的一端和第六十四電阻R64的一端連接,第二十一電容C21的另一端和第六十四電阻R64的另一端均與第十六電壓比較器U16A的第四引腳連接,第十六電壓比較器U16A的第三引腳分別與第六十一電阻R61的一端和第六十二電阻R62的一端連接,第六十二電阻R62的另一端連接參考電壓Vref,第十六電壓比較器U16A的第一引腳通過第六十電阻R60與主控芯片U15的第八引腳連接,主控芯片U15的第八引腳還連接測試點TP14。測試點TP14調(diào)電路板時所需要測試信號的點。
第十六電壓比較器U16A用于過流保護(hù)。當(dāng)前級電流過大時,也就是Push-pull_I端口的電壓增大到超過第十六電壓比較器U16A的第三引腳的電壓時,第十六電壓比較器U16A的第一引腳就輸出0V電壓,從而禁止主控芯片U15輸出驅(qū)動信號,保護(hù)電路。
本實施例中,該推挽控制單元101還包括第十七電壓比較器U16B、第四二極管D4、第二十二電容C22、第二十三電容C23、第六十五電阻R65、第六十六電阻R66、第六十七電阻R67和第一百四十一電阻R141,其中,第四二極管D4的陰極與第十一二極管D11的陰極連接,第四二極管D4的陽極分別與第六十七電阻R67的一端和第一百四十一電阻R141的一端連接,第六十七電阻R67的另一端分別與第十七電壓比較器U16B的第五引腳和第六十六電阻R66的一端連接,第一百四十一電阻R141的另一端與第二十二電容C22的一端連接,第二十二電容C22的另一端分別與第六十六電阻R66的另一端和第六十五電阻R65的一端連接,第十七電壓比較器U16B的第四引腳與第十六電壓比較器U16A的第四引腳連接,第十七電壓比較器U16B的第八引腳與第二十三電容C23連接。上述第十七電壓比較器U16B用于欠壓保護(hù)。
圖6為本實施例中輔助電源單元的電路原理圖,圖6中,U1是輔助電源的控制芯片,其型號有多種選擇,例如可以選擇UC3843,用于穩(wěn)定輔助電源的輸出電壓。J6是輔助電壓模塊的開關(guān);U9是電源轉(zhuǎn)換芯片,用于把12V的電源轉(zhuǎn)換成3.3V的電源,給其他電路供電,其型號有多種選擇,例如可以選擇ACT4070。U10是線性穩(wěn)壓芯片,用于把12V的電源轉(zhuǎn)換成3.3V,給其他電路供電,其型號有多種選擇,例如可以選擇NCP111-3.3V。U20是線性穩(wěn)壓芯片,用于把12V的電源轉(zhuǎn)換成5.0V,給其他電路供電,其型號有多種選擇,例如可以選擇NCP111-5.0V。通過該輔助電源單元105的供電,該推挽軟開關(guān)控制電路才可以正常工作。
總之,本發(fā)明使得功率MOS管處于零電壓開通,零電流關(guān)閉狀態(tài),顯著減小了功率MOS管的開通損耗,從而降低了逆變器的損耗,提高整機(jī)效率;同時也能很好的解決因硬開關(guān)所引起的EMI問題。
以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已,并不用以限制本發(fā)明,凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi),所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等,均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。