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CN201426097Y - 移相式全桥逆变器 - Google Patents

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周英宝
吴跃飞
程李
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SHANGHAI BOBAO QIANHE TECHNOLOGY Co Ltd
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Abstract

一种移相式全桥逆变器，包括：全桥电路，其包括：第一开关管、第二开关管、第三开关管和第四开关管，内部均包括续流二极管，其中，第一开关管和第二开关管组成超前桥臂，第三开关管和第四开关管组成滞后桥臂；第一吸收电容和第二吸收电容，分别并联于所述第一开关管和第二开关管的两端；高频变压器，其初级绕组的一端通过一隔直电容连接于所述第一开关管与第二开关管之间，另一端通过一饱和电感连接于所述第三开关管和第四开关管之间。可见，其利用移相式脉宽调制(PWM)全桥逆变电路拓扑结构，通过改变脉冲驱动信号的上升时刻和下降时刻，实现零电压零电流软开关(ZVZCS)，降低了开关损耗，提高了电源效率。

Description

移相式全桥逆变器
技术领域
本实用新型涉及高频高压电源领域，特别是涉及一种构成高频高压电源的移相式全桥逆变器。
背景技术
高频高压电源由于其效率高、体积小、重量轻等特点在工控、民用等领域得到了广泛的应用，近几年尤其在利用介质阻挡放电技术产生等离子上得到了十分广泛的应用。然而，高频高压电源主电路结构多采脉宽调制(PWM)硬开关控制方式，功率开关器件在开关瞬间承受大的电流应力和电压应力，其开通和关断过程损耗较大，电路的寄生电感和功率器件的寄生电容在高频时产生严重的电压尖峰或电流尖峰，使功率器件寿命下降，同时产生较大的电磁干扰，使整机工作可靠性受到影响，从而使整个逆变器的效率下降。如何利用软开关技术解决功率管的能量损耗问题是今后高频高压电源的一个发展趋势。
另外，由于输出等幅脉冲只需恒定直流电源供电，可用不可控整流器取代相控整流器，使电网侧的功率因数大大改善。利用PWM逆变器能够抑制或消除谐波，加上使用自关断器件(例如IGBT功率管)，开关频率大幅度提高。而开关频率的提高将导致开关损耗增加，降低了设备效率，且不得不增加散热面积，从而增加设备体积和重量。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题是提供一种移相式全桥逆变器，来降低开关损耗，提高电源效率。
为解决以上技术问题，本实用新型提供一种移相式全桥逆变器，包括：全桥电路，其包括：第一开关管、第二开关管、第三开关管和第四开关管，内部均包括续流二极管，其中，第一开关管和第二开关管组成超前桥臂，第三开关管和第四开关管组成滞后桥臂；第一吸收电容和第二吸收电容，分别并联于所述第一开关管和第二开关管的两端；高频变压器，其初级绕组的一端通过一隔直电容连接于所述第一开关管与第二开关管之间，另一端通过一饱和电感连接于所述第三开关管和第四开关管之间。
进一步而言，所述第一开关管、第二开关管、第三开关管和第四开关管为绝缘栅极型功率管。
进一步而言，所述移相式全桥逆变器还包括：微处理单元，脉宽调制电路和隔离驱动电路，其中所述微处理单元控制所述脉宽调制电路产生脉冲信号，该脉冲信号通过隔离驱动电路提供给所述全桥电路，以控制第一开关管、第二开关管、第三开关管和第四开关管的导通与截止。
综上所述，本实用新型采用移相式脉宽调制(PWM)全桥逆变电路拓扑结构，实现了功率器件的双零软开关(ZVSZCS)，降低了开关损耗，提高了电源效率，且减少了电源部分体积和重量。
附图说明
图1为本实用新型一实施例所提供的移相式全桥逆变器的结构框图。
具体实施方式
下面结合附图，对本实用新型的具体实施方式作进一步而言说明。
请参考图1，为其本实用新型一实施例所提供的移相式全桥逆变器的结构框图。如图所示，该移相式全桥逆变器包括全桥电路10和高频变压器20。全桥逆变器包括全桥电路10由第一开关管S1、第二开关管S2、第三开关管S3和第四开关管S4组成，且每个开关管内均包括续流二极管D。全桥电路10的组成方式如下：第一开关管S1和第二开关管S2组成超前桥臂，第三开关管S3和第四开关管S4组成滞后桥臂。另外，全桥电路10还包括第一吸收电容C1和第二吸收电容C2，分别并联于第一开关管S1和第二开关管S2的两端。而高频变压器20的初级绕组的一端通过隔直电容Cb连接于第一开关管S1与第二开关管S2之间，另一端通过饱和电感Ls连接于第三开关管S3和第四开关管S4之间。
以上结构采用移相式脉宽调制(PWM)全桥逆变电路拓扑结构，实现了功率器件的双零软开关(ZVSZCS)，降低了开关损耗，提高了电源效率。具体如下：
首先，对于零电压开关(ZVS)而言，由于第一开关管S1和第二开关管S2两端并联有第一吸收电容C1和第二吸收电容C2，而且内部包括续流二极管D，它们在开通和关断时，电压不会突变，如此便实现了零电压开关(ZVS)。对于零电流开关(ZCS)而言：饱和电感Ls相当于一个开关，有电流的时候电感饱和，相当于短路；没有电流或电流很小时，有较大的电感。如此，便可以利用其开关作用阻止LC振荡电流反向，因为，反向电流不足以使保护电感饱和，其电感值很大，在滞后桥臂开通时，由于饱和电感Ls处于不饱和状态，电流上升慢，实现零电流开通。同时，利用隔直电容Cb在环流期间加速环流衰减，使得滞后桥臂实现零电流关断。
通常，第一开关管S1、第二开关管S2、第三开关管S3和第四开关管S4为绝缘栅极型(IGBT)功率管。IGBT功率管集功率场效应管MOSFET和功率晶体管GTR的优点于一身，具有输入阻抗高、开关频率高、峰值电流容量大、自关断、低功耗和易于驱动等特点，为此，应用IGBT功率管对于提高电源效率具有重要的意义。
如图，为了合理的控制第一开关管S1、第二开关管S2、第三开关管S3和第四开关管S4的导通时间，往往在该移相式全桥逆变器设有微处理单元(MCU)30，脉宽调制(PWM)电路40和隔离驱动电路50：微处理单元30控制脉宽调制电路40产生脉冲信号，该脉冲信号通过隔离驱动电路50提供给全桥电路10，以控制第一开关管S1、第二开关管S2、第三开关管S3和第四开关管S4的导通与截止。
PWM电路40是靠改变脉冲宽度来控制开关管(例如IGBT功率管)的导通时间，从而调节输出电压，改变输出功率。与中间直流环节无关，因而加快了调节速度，改善了动态性能。PWM电路40往往包括产生相移PWM驱动信号的集成电路以及外围电路，为第一开关管S1、第二开关管S2、第三开关管S3和第四开关管S4提供驱动信号，并保证一定的死区(即保证谐振产生在超前桥臂与滞后桥臂的两个开关管切换的微小延迟时间内)，防止超前桥臂与滞后桥臂同时导通。
可见，本实用新型采用移相式脉宽调制(PWM)全桥逆变电路拓扑结构，通过改变脉冲驱动信号的上升时刻和下降时刻(即IGBT的导通时刻和关断时刻)，实现IGBT的零电压零电流软开关(即ZVZCS)，降低了开关损耗，提高了电源效率。
另外，由于开关管工作于零电压零电流开关条件下，大大减小了开关损耗，有利于提高开关频率，减小逆变器的体积和重量。
虽然本实用新型已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本实用新型，任何熟悉此技术者，在不脱离本实用新型的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，因此本实用新型的保护范围当视权利要求书所界定者为准。

Claims (3)

1.一种移相式全桥逆变器，其特征是，包括：
全桥电路，其包括：
第一开关管、第二开关管、第三开关管和第四开关管，内部均包括续流二极管，其中，第一开关管和第二开关管组成超前桥臂，第三开关管和第四开关管组成滞后桥臂；
第一吸收电容和第二吸收电容，分别并联于所述第一开关管和第二开关管的两端；
高频变压器，其初级绕组的一端通过一隔直电容连接于所述第一开关管与第二开关管之间，另一端通过一饱和电感连接于所述第三开关管和第四开关管之间。
2.根据权利要求1所述的移相式全桥逆变器，其特征是，所述第一开关管、第二开关管、第三开关管和第四开关管为绝缘栅极型功率管。
3.根据权利要求1所述的移相式全桥逆变器，其特征是，还包括：
微处理单元，脉宽调制电路和隔离驱动电路，
其中所述微处理单元控制所述脉宽调制电路产生脉冲信号，该脉冲信号通过隔离驱动电路提供给所述全桥电路，以控制第一开关管、第二开关管、第三开关管和第四开关管的导通与截止。
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