專利名稱：移相式全橋逆變器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種移相式全橋逆變器，具體地說(shuō)，涉及利用電流過(guò)零點(diǎn)判斷電路來(lái)控制移相PWM電路的控制信號(hào)輸出，從而改善了開(kāi)關(guān)元件的導(dǎo)通及關(guān)斷特性的移相式全橋逆變器。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，高頻高壓電源在エ業(yè)控制、民用產(chǎn)品等電子領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，其主電路通常采用脈寬調(diào)制(PWM)硬開(kāi)關(guān)控制方式，這會(huì)導(dǎo)致功率開(kāi)關(guān)元件在開(kāi)關(guān)瞬間承受較大的電壓應(yīng)力，所以在導(dǎo)通/關(guān)斷過(guò)程損耗較大，會(huì)引起功率元件壽命下降，進(jìn)而影響整個(gè)逆變器的工作效率。針對(duì)于此，在專利文獻(xiàn)1中公開(kāi)了圖1所示的予以改進(jìn)的移相式全橋逆變器。如圖1所示，該移相式全橋逆變器包括全橋電路10和高頻變壓器20。其中，全橋電路10由第一開(kāi)關(guān)管Si、第二開(kāi)關(guān)管S2、第三開(kāi)關(guān)管S3和第四開(kāi)關(guān)管S4組成，且每個(gè)開(kāi)關(guān)管均包含續(xù)流ニ極管D。在此，第一開(kāi)關(guān)管Sl和第二開(kāi)關(guān)管S2組成超前橋臂，第三開(kāi)關(guān)管S3和第四開(kāi)關(guān)管S4組成滯后橋臂。另外，全橋電路還包括第一吸收電容Cl和第二吸收電容C2，分別并聯(lián)于第一開(kāi)關(guān)管Sl和第二開(kāi)關(guān)管S2的兩端。高頻變壓器20的初級(jí)繞組的一端通過(guò)隔直電容Cb連接于第一開(kāi)關(guān)管Sl與第二開(kāi)關(guān)管S2之間，另一端通過(guò)飽和電感Ls連接于第三開(kāi)關(guān)管S3和第四開(kāi)關(guān)管S4之間。根據(jù)采用上述結(jié)構(gòu)的移相式全橋逆變器，實(shí)現(xiàn)了所有功率元件的零電壓開(kāi)關(guān)。但是，上述結(jié)構(gòu)的橋式逆變器的逆變控制方式是工作在串聯(lián)諧振點(diǎn)以上的變頻控制，屬于零點(diǎn)壓開(kāi)通，但在電流高峰值處關(guān)斷的軟開(kāi)關(guān)方式。在其每個(gè)頻率周期內(nèi)，如下表 1所示，逆變器的全橋電路中的四個(gè)功率開(kāi)關(guān)元件都在電流峰值處進(jìn)行一次硬關(guān)斷，所以逆變開(kāi)關(guān)的損耗較大。表 1
開(kāi)關(guān)元件導(dǎo)通方式關(guān)斷方式Sl軟(零電壓導(dǎo)通)硬(電流峰值處關(guān)斷)S2軟(零電壓導(dǎo)通)硬(電流峰值處關(guān)斷)S3軟(零電壓導(dǎo)通)硬(電流峰值處關(guān)斷)S4軟(零電壓導(dǎo)通)硬(電流峰值處關(guān)斷)因此，需要改善了全橋逆變器中的功率開(kāi)關(guān)元件的關(guān)斷特性，降低關(guān)斷時(shí)的損耗的全橋逆變器。專利文獻(xiàn)1 中國(guó)實(shí)用新型專利公告第CN200920070136. 4號(hào)

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問(wèn)題而做出，其目的在于提供ー種改善了功率開(kāi)關(guān)元件的關(guān)斷特性，減小了關(guān)斷時(shí)的損耗的移相式全橋逆變器。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種移相式全橋逆變器，包括全橋電路，由第一至第四晶體管開(kāi)關(guān)元件組成，其中，第一及第ニ晶體管開(kāi)關(guān)元件構(gòu)成超前臂，第三及第四晶體管開(kāi)關(guān)元件構(gòu)成滯后臂；串聯(lián)諧振電路，由電感和電容串聯(lián)構(gòu)成，其一端連接在上述第一晶體管開(kāi)關(guān)元件與第二晶體管開(kāi)關(guān)元件之間；移相PWM単元，用于輸出控制上述第一至第四晶體管開(kāi)關(guān)元件的控制脈沖信號(hào)，此外，還具備設(shè)于上述串聯(lián)諧振電路與上述移相PWM 控制單元之間的電流過(guò)零點(diǎn)判斷単元，其接收來(lái)自上述串聯(lián)諧振電路的反饋電流，進(jìn)行串聯(lián)諧振電路中的電流的過(guò)零點(diǎn)判斷之后，在沒(méi)有過(guò)零之前發(fā)出脈沖，這些脈沖構(gòu)成提供給上述移相PWM控制單元的同步信號(hào)；上述移相PWM控制單元根據(jù)上述同步信號(hào)，控制上述滯后臂的關(guān)斷時(shí)刻。另外，優(yōu)選的結(jié)構(gòu)是，上述第一至第四晶體管開(kāi)關(guān)元件是晶閘管、電カ場(chǎng)效應(yīng)晶體管或絕緣柵雙權(quán)晶體管。另外，優(yōu)選的結(jié)構(gòu)是，還具備高壓雙環(huán)調(diào)節(jié)單元，其根據(jù)來(lái)自外部的電壓給定值、 來(lái)自上述串聯(lián)諧振電路的電流反饋和來(lái)自外部的高壓變壓器的電壓反饋，進(jìn)行上述電壓給定值與反饋電壓之間的比較后，向上述移相PWM控制單元輸出誤差電壓信號(hào)。另外，優(yōu)選的結(jié)構(gòu)是，構(gòu)成上述滯后臂的第三及第四晶體管開(kāi)關(guān)元關(guān)斷時(shí)的電流遠(yuǎn)小于電流峰值。另外，優(yōu)選的結(jié)構(gòu)是，基于上述移相PWM控制單元的控制脈沖信號(hào)，通過(guò)隔離變壓器控制上述第一至第四晶體管開(kāi)關(guān)元件的導(dǎo)通和關(guān)斷。根據(jù)上述結(jié)構(gòu)的本發(fā)明，使得移相式全橋逆變器中的全橋電路的滯后臂在電流過(guò)零點(diǎn)之前關(guān)斷，因此，關(guān)斷時(shí)的電流遠(yuǎn)小于電流峰值，因此降低了晶體管開(kāi)關(guān)元件的關(guān)斷時(shí)的損耗，改善了逆變器的開(kāi)關(guān)特性。為了實(shí)現(xiàn)上述以及相關(guān)目的，本發(fā)明的ー個(gè)或多個(gè)方面包括后面將詳細(xì)說(shuō)明并在權(quán)利要求中特別指出的特征。下面的說(shuō)明以及附圖詳細(xì)說(shuō)明了本發(fā)明的某些示例性方面。 然而，這些方面指示的僅僅是可使用本發(fā)明的原理的各種方式中的ー些方式。此外，本發(fā)明旨在包括所有這些方面以及它們的等同物。


通過(guò)參考以下結(jié)合附圖的說(shuō)明及權(quán)利要求書(shū)的內(nèi)容，并且隨著對(duì)本發(fā)明的更全面理解，本發(fā)明的其它目的及結(jié)果將更加明白及易于理解。在附圖中圖1是表示以往的移相式全橋逆變器的具體結(jié)構(gòu)的電路示意圖。圖2是表示本發(fā)明涉及的移相式全橋逆變器的具體結(jié)構(gòu)的電路示意圖。圖3是表示本發(fā)明涉及的移相式全橋逆變器的功率開(kāi)關(guān)元件的控制信號(hào)及逆變電流的波形圖。圖4A 4F是表示本發(fā)明涉及的移相式全橋逆變器的ー個(gè)周期內(nèi)各時(shí)刻的逆變電路流向的示意圖。
具體實(shí)施例方式下面，參照附圖詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明涉及的移相式全橋逆變器的電路結(jié)構(gòu)。圖2是表示本發(fā)明涉及的移相式全橋逆變器的具體結(jié)構(gòu)的電路示意圖。如該圖 2所示，該移相式全橋逆變器具備由第一至第四晶體管開(kāi)關(guān)元件Ml、M2、M3、M4組成的全橋電路，其中，該四個(gè)晶體管開(kāi)關(guān)元件可采用晶閘管、電カ場(chǎng)效應(yīng)晶體管和絕緣柵雙權(quán)晶體管 (IGBT)等。而且，在上述全橋電路中，晶體管開(kāi)關(guān)元件Ml和M2形成超前臂，晶體管開(kāi)關(guān)元件M3和M4形成滯后臂。另外，而且這些晶體管開(kāi)關(guān)元件分別具備續(xù)流ニ極管Dl D4。此外，上述該移相式全橋逆變器還具備由電感Ll和電容Cl串聯(lián)構(gòu)成的串聯(lián)諧振電路，其一端連接在第一晶體管開(kāi)關(guān)元件Ml與第二晶體管開(kāi)關(guān)元件M2之間，另一端連接在作為外部裝置的高壓變壓器TU的初級(jí)繞組的一端。而且，上述移相式全橋逆變器還具備高壓雙環(huán)調(diào)節(jié)單元101，該高壓雙環(huán)調(diào)節(jié)単元 101根據(jù)來(lái)自外部的電壓給定值、來(lái)自上述串聯(lián)諧振電路的電流反饋和來(lái)自上述高壓變壓器TU的電壓反饋，進(jìn)行上述電壓給定值與反饋電壓之間的比較后，向后述的移相PWM控制単元102輸出誤差電壓信號(hào)，該誤差電壓信號(hào)用于調(diào)節(jié)移相式全橋逆變器的輸出電壓。而且，上述移相式全橋逆變器還具備設(shè)于上述串聯(lián)諧振電路與后述的移相PWM控制単元Pl之間的電流過(guò)零點(diǎn)判斷単元103，該電流過(guò)零點(diǎn)判斷単元103接收來(lái)自上述串聯(lián)諧振電路的反饋電流，進(jìn)行串聯(lián)諧振電路中的電流的過(guò)零點(diǎn)判斷之后，在沒(méi)有過(guò)零之前發(fā)出脈沖，這些脈沖構(gòu)成提供給后述的移相PWM控制單元102的同步信號(hào)。而且，上述移相式全橋逆變器還具備與上述高壓雙環(huán)調(diào)節(jié)單元101連接的移相 PWM控制單元102，其接收來(lái)自上述高壓雙環(huán)調(diào)節(jié)電路的電壓誤差信號(hào)和上述同步信號(hào)，輸出控制上述全橋電路的第一至第四晶體管開(kāi)關(guān)元件Ml M4的控制脈沖信號(hào)A、B、C、D。下面，參照?qǐng)D3和圖4A 4F詳細(xì)說(shuō)明具有上述結(jié)構(gòu)的本發(fā)明涉及的移相式全橋逆變器的具體工作過(guò)程。首先，參照?qǐng)D3說(shuō)明上述移相式全橋逆變器的控制脈沖信號(hào)A D、同步信號(hào)和逆變電流之間的時(shí)序關(guān)系。如圖3所示，從上述移相PWM控制單元102的四個(gè)輸出端分別輸出用于控制全橋電路的四個(gè)晶體管開(kāi)關(guān)元件Ml M4的控制脈沖信號(hào)A、B、C、D。根據(jù)通常的移相PWM電路的特性可知，輸出的控制脈沖信號(hào)A D是具有一定脈寬且相互間具有規(guī)定時(shí)間延遲的移相脈沖。在此，利用控制脈沖信號(hào)A D并通過(guò)隔離變壓器Tl、T2控制上述全橋電路的四個(gè)晶體管開(kāi)關(guān)元件Ml M4，利用控制脈沖信號(hào)A、B控制晶體管開(kāi)關(guān)元件 Ml和M2的導(dǎo)通和關(guān)斷，利用控制脈沖信號(hào)C、D控制晶體管開(kāi)關(guān)元件M3和M4的導(dǎo)通和關(guān)斷。圖3是表示本發(fā)明涉及的移相式全橋逆變器的功率開(kāi)關(guān)元件的控制信號(hào)及逆變電流的波形圖。根據(jù)圖3的波性及時(shí)序可知，控制脈沖信號(hào)A、B的啟動(dòng)/截止時(shí)序以及控制脈沖信號(hào)C、D的啟動(dòng)時(shí)序同以往的脈沖波形基本相同，不同之處在于控制脈沖信號(hào)C、D 的截止時(shí)序，由于提供給移相PWM控制單元102的同步信號(hào)脈沖是在串聯(lián)諧振電路的電流過(guò)零之前發(fā)出，因此，基于該同步信號(hào)，控制脈沖信號(hào)C、D也在串聯(lián)諧振電路的電流過(guò)零之前截止，從而，本發(fā)明的全橋逆變器的逆變電流如該圖3所示，晶體管開(kāi)關(guān)元件M3、M4關(guān)斷時(shí)的逆變電流比峰值小很多。
接著，參照?qǐng)D4A 4F說(shuō)明本發(fā)明涉及的移相式全橋逆變器的ー個(gè)周期內(nèi)各時(shí)刻的逆變電路流向。在tl期間，在開(kāi)始時(shí)刻，第一晶體管開(kāi)關(guān)元件Ml和第四晶體管開(kāi)關(guān)元件M4導(dǎo)通， 此時(shí)電流i反向流過(guò)第一晶體管開(kāi)關(guān)元件Ml和第四晶體管開(kāi)關(guān)元件M4的續(xù)流ニ極管D1、 D4。此時(shí)，第一晶體管開(kāi)關(guān)元件Ml和第四晶體管開(kāi)關(guān)元件M4的兩端電壓是零。所以，這兩個(gè)晶體管開(kāi)關(guān)元件是零電壓導(dǎo)通。在t2期間，電流i正向流過(guò)第一晶體管開(kāi)關(guān)元件Ml和第四晶體管開(kāi)關(guān)元件M4，產(chǎn)生正常的負(fù)載電流。在t3期間，在開(kāi)始時(shí)刻，第一晶體管開(kāi)關(guān)元件Ml關(guān)斷，此時(shí)的電流處于峰值，電流 i反向流過(guò)第二晶體管開(kāi)關(guān)元件M2、同時(shí)正向流過(guò)第四晶體管開(kāi)關(guān)元件M4，此時(shí)處于續(xù)流狀態(tài)。然后，第二晶體管開(kāi)關(guān)元件M2導(dǎo)通，此時(shí)第二晶體管開(kāi)關(guān)元件M2的兩端電壓是零， 所以是零電壓導(dǎo)通。在t4期間，在開(kāi)始時(shí)刻，第四晶體管開(kāi)關(guān)元件M4已關(guān)斷，此時(shí)電流接近于零，而且，此時(shí)的電流i反向流過(guò)第二晶體管開(kāi)關(guān)元件M2和第三晶體管開(kāi)關(guān)元件M3。然后，第三晶體管開(kāi)關(guān)元件M3導(dǎo)通，但此時(shí)第三晶體管開(kāi)關(guān)元件M3的兩端電壓是零，所以是零導(dǎo)通。在t5期間，電流i正向流過(guò)第二晶體管開(kāi)關(guān)元件M2和第三晶體管開(kāi)關(guān)元件M3，產(chǎn)生正常的負(fù)載電流。在t6期間，在開(kāi)始時(shí)刻，第二晶體管開(kāi)關(guān)元件M2關(guān)斷，此時(shí)的電流處于峰值，電流 i反向流過(guò)第一晶體管開(kāi)關(guān)元件Ml和第三晶體管開(kāi)關(guān)元件M3，此時(shí)處于續(xù)流狀態(tài)。然后， 第一晶體管開(kāi)關(guān)元件Ml導(dǎo)通，此時(shí)第一晶體管開(kāi)關(guān)元件Ml的兩端電壓是零，所以是零電壓導(dǎo)通。綜上所述，在本發(fā)明涉及的移相式全橋逆變器中，第一晶體管開(kāi)關(guān)元件Ml和第二晶體管開(kāi)關(guān)元件M2的驅(qū)動(dòng)超前，它們導(dǎo)通時(shí)電流反向流過(guò)各自的續(xù)流ニ極管Dl、D2，所以是零電壓導(dǎo)通。而且，在關(guān)斷吋，逆變電流處于峰值，所以是硬關(guān)斷。與此相比，第三晶體管開(kāi)關(guān)元M3、第四晶體管開(kāi)關(guān)元件M4的驅(qū)動(dòng)滯后，它們導(dǎo)通時(shí)反向流過(guò)各自的續(xù)流ニ極管的電流已經(jīng)減少，但還沒(méi)有成為零值，所以仍然是零電壓導(dǎo)通。在關(guān)斷吋，逆變電流比峰值小很多，所以損耗減小很多。如上所述的全橋電路中的四個(gè)晶體管開(kāi)關(guān)元件Ml M4的導(dǎo)通/關(guān)斷狀態(tài)如下表 2所示。表2:
開(kāi)關(guān)元件導(dǎo)通方式關(guān)斷Ml軟(零電壓導(dǎo)通)硬(電流峰值)M2軟(零電壓導(dǎo)通)硬(電流峰值)M3軟(零電壓導(dǎo)通)半軟(遠(yuǎn)小于電流峰值)M4軟(零電壓導(dǎo)通)半軟(遠(yuǎn)小于電流峰值)
根據(jù)以上詳細(xì)說(shuō)明可知，根據(jù)本發(fā)明涉及的移相式全橋逆變器，通過(guò)改變?nèi)珮螂娐分袠?gòu)成滯后臂的2個(gè)晶體管開(kāi)關(guān)元件的關(guān)斷時(shí)刻，使得該2個(gè)晶體管開(kāi)關(guān)元件關(guān)斷吋，電流遠(yuǎn)小于峰值，因此改善了全橋逆變器中的功率開(kāi)關(guān)元件的關(guān)斷特性，降低了關(guān)斷時(shí)的損耗。以上，例舉本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行了說(shuō)明，但是，本發(fā)明的保護(hù)范圍并不限定于這些特定實(shí)施例，應(yīng)解釋為對(duì)本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員顯而易見(jiàn)的范圍，均屬于本發(fā)明的權(quán)利要求記載的范疇內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種移相式全橋逆變器，包括全橋電路，由第一至第四晶體管開(kāi)關(guān)元件組成，其中，第一及第ニ晶體管開(kāi)關(guān)元件構(gòu)成超前臂，第三及第四晶體管開(kāi)關(guān)元件構(gòu)成滯后臂；串聯(lián)諧振電路，由電感和電容串聯(lián)構(gòu)成，其一端連接在上述第一晶體管開(kāi)關(guān)元件與第二晶體管開(kāi)關(guān)元件之間；移相PWM単元，用于輸出控制上述第一至第四晶體管開(kāi)關(guān)元件的控制脈沖信號(hào)，其特征在干，還具備設(shè)于上述串聯(lián)諧振電路與上述移相PWM控制單元之間的電流過(guò)零點(diǎn)判斷単元， 其接收來(lái)自上述串聯(lián)諧振電路的反饋電流，進(jìn)行串聯(lián)諧振電路中的電流的過(guò)零點(diǎn)判斷之后，在沒(méi)有過(guò)零之前發(fā)出脈沖，這些脈沖構(gòu)成提供給上述移相PWM控制單元的同步信號(hào)；上述移相PWM控制單元根據(jù)上述同步信號(hào)，控制上述滯后臂的關(guān)斷時(shí)刻。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的移相式全橋逆變器，其特征在干，上述第一至第四晶體管開(kāi)關(guān)元件是晶間管、電カ場(chǎng)效應(yīng)晶體管或絕緣柵雙權(quán)晶體管。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的移相式全橋逆變器，其特征在干，還具備高壓雙環(huán)調(diào)節(jié)單元，其根據(jù)來(lái)自外部的電壓給定值、來(lái)自上述串聯(lián)諧振電路的電流反饋和來(lái)自外部的高壓變壓器的電壓反饋，進(jìn)行上述電壓給定值與反饋電壓之間的比較后，向上述移相PWM控制單元輸出誤差電壓信號(hào)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的移相式全橋逆變器，其特征在干，構(gòu)成上述滯后臂的第三及第四晶體管開(kāi)關(guān)元關(guān)斷時(shí)的電流遠(yuǎn)小于電流峰值。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的移相式全橋逆變器，其特征在干，基于上述移相PWM控制單元的控制脈沖信號(hào)，通過(guò)隔離變壓器控制上述第一至第四晶體管開(kāi)關(guān)元件的導(dǎo)通和關(guān)斷。
全文摘要
提供一種移相式全橋逆變器，包括全橋電路，由第一至第四晶體管開(kāi)關(guān)元件組成，第一及第二晶體管開(kāi)關(guān)元件構(gòu)成超前臂，第三及第四晶體管開(kāi)關(guān)元件構(gòu)成滯后臂；串聯(lián)諧振電路，由電感和電容串聯(lián)構(gòu)成；移相PWM單元，用于輸出控制脈沖信號(hào)；還具備電流過(guò)零點(diǎn)判斷單元，其接收來(lái)自串聯(lián)諧振電路的反饋電流，進(jìn)行串聯(lián)諧振電路中的電流的過(guò)零點(diǎn)判斷之后，在沒(méi)有過(guò)零之前發(fā)出脈沖，這些脈沖構(gòu)成提供給移相PWM控制單元的同步信號(hào)；移相PWM控制單元根據(jù)同步信號(hào)，控制滯后臂的關(guān)斷時(shí)刻。根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，使得移相式全橋逆變器中的全橋電路的滯后臂在電流過(guò)零點(diǎn)之前關(guān)斷，因此，關(guān)斷時(shí)的電流遠(yuǎn)小于電流峰值，因此降低了晶體管開(kāi)關(guān)元件的關(guān)斷時(shí)的損耗。
文檔編號(hào)H02M7/5387GK102545685SQ20121002094
公開(kāi)日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2012年1月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月31日
發(fā)明者張?zhí)煅? 楊彥偉, 王國(guó)超, 趙金銘 申請(qǐng)人:東軟飛利浦醫(yī)療設(shè)備系統(tǒng)有限責(zé)任公司