逆變器的準諧振檢測電路及準諧振控制電路的製作方法
2023-06-12 00:38:11 1
專利名稱：逆變器的準諧振檢測電路及準諧振控制電路的製作方法
技術領域：
本發明涉及準諧振檢測及控制技術領域，具體來說，本發明涉及一種逆變器的準諧振檢測電路及準諧振控制電路。
背景技術：
在現有的逆變器領域中，準諧振技術是一個廣泛使用的提高效率、改善可靠性和降低成本的方法。它使逆變器的主開關管在兩端電壓的波谷開通，從而降低了主開關管的能量損耗。通過對主開關管開通及關斷時間的控制，可以實現準諧振開關功能，從而有效地降低能量損耗、提高效率。此外，更軟的開關能夠改善電源的EMI特性，允許設計人員減少使用濾波器的數目，從而降低成本。現有技術通常利用檢測電路來有效地「感測」逆變器的主開關管漏源電壓的第一個最小值或谷值，並僅在這時啟動主開關管的導通時間。由於寄生電容被充電到最小電壓， 導通的電流尖峰將會最小化，這種情況常被稱為谷值開關(Valley Switching)。在某些條件下，設計人員甚至可能獲得準諧振開關(ZVS)，即當主開關管被激活時沒有漏源電壓。在這種情況下，由於寄生電容沒有被充電，因此導通的電流尖峰不會出現。圖1為現有技術中的一個在兩個不同的輸入電壓Vinl和Vin2下主開關管漏源電壓的變化曲線示意圖。如圖所示，假設輸入電壓Vinl >Vin2，在輸入電壓Vinl下，曲線101 所代表的漏源電壓Vds的第一波谷電壓Vds_vl高於準諧振閾值電壓VQR，故準諧振未工作， 漏源電壓Vds繼續保持震蕩波形；在輸入電壓Vin2下，曲線102所代表的漏源電壓Vds的第一波谷(圖中未示出)低於準諧振閾值電壓VQR，則準諧振控制電路產生主開關管驅動信號，準諧振開始工作。隨著主開關管開通，漏源電壓Vds隨著時間t下降到零。圖2為現有技術中的一個波谷電壓Vds_v、準諧振閾值電壓VQR和輸入電壓Vin的關係示意圖。波谷電壓Vds_v隨著輸入電壓Vin的增加而增加，而準諧振閾值電壓VQR是恆定值。如圖所示，兩條線的交叉點給出準諧振工作的範圍在圖中豎線的左邊，波谷電壓 Vds_v低於交叉點，準諧振工作；在圖中豎線的右邊，波谷電壓Vds_v高於交叉點，準諧振不工作。圖3為現有技術中的一個準諧振控制電路的簡單示意圖。如圖所示，準諧振控制電路300可以包括準諧振檢測電路302，其一端耦接到逆變器的主開關管Qfb的源極端，另一端與主開關管Qfb的漏極端一起耦接到一公共接地端GND，用於根據主開關管Qfb的源漏電壓Vds 開啟或者不開啟主開關管Qfb的準諧振功能；主開關管控制電路301，跨接在準諧振檢測電路302與主開關管Qfb的柵極端之間，用於根據準諧振檢測電路302的輸出信號控制主開關管Qfb開通或者關斷；其中，準諧振檢測電路302可以包括分壓電路303，其一端耦接到逆變器的主開關管Qfb的源極端，另一端與主開關管 Qfb的漏極端一起耦接到一公共接地端GND，用於將主開關管Qfb的源漏電壓Vds按比例輸出； 電壓選擇開關管Q，其源極端透過一第三電阻R3耦接到一高電壓端Vcc，漏極端耦接到分壓電路303的另一端，柵極端與分壓電路303的電壓輸出端相耦接，用於根據分壓電路303的輸出電壓(即電壓選擇開關管Q的柵極電壓Vg)的大小來選擇開通或者關斷之。其中，分壓電路303可以包括第一分壓電阻Rl，其一端耦接到主開關管Qfb的源極端；第二分壓電阻R2，其一端與第一分壓電阻Rl的另一端相耦接，另一端與主開關管 Qfb的漏極端一起耦接到公共接地端GND。第一分壓電阻Rl和第二分壓電阻R2的共同接點耦接到電壓選擇開關管Q的柵極端，用於將源漏電壓Vds按比例(R2/(R1+R2))輸出到電壓選擇開關管Q的柵極端，作為其柵極電壓Vg。另外，在第二分壓電阻R2的兩端還可以並聯耦接有一穩壓管D，用於穩定分壓電路303的輸出電壓Vg。繼續參照圖3所示的準諧振控制電路圖，當柵極電壓Vg超過電壓選擇開關管Q的開啟電壓Vth時，電壓選擇開關管Q開通，準諧振控制電路300提供給主開關管控制電路 301低電壓；當柵極電壓Vg低於電壓選擇開關管Q的開啟電壓Vth時，電壓選擇開關管Q關斷，準諧振控制電路300提供給主開關管控制電路301高電壓。由此可以看到Vg/R2 = Vds/(R1+R2)，則Vds = Vg(Rl+R2)/R2，所以引起主開關管 Qfb啟動的準諧振閾值電壓是VQR = Vth (R1+R2) /R2。也就是說，當主開關管Qfb漏源電壓 Vds的第一個最小值或谷值(波谷電壓)Vds_v降到準諧振閾值電壓VQR時，主開關管Qfb 啟動。當開關管Qfb漏源電壓Vds的第一個最小值或谷值Vds_v高於準諧振閾值電壓VQR 時，主開關管Qfb就不會啟動，也就無法實現準諧振工作。為了實現主開關管Qfb的準諧振開關，需要使用儘可能小的準諧振閾值電壓VQR， 但又要保證準諧振閾值電壓VQR高於漏源電壓Vds的第一個最小值或谷值Vds_v。而漏源電壓Vds的第一個最小值或谷值Vds_v與輸入電壓Vin相關，輸入電壓Vin越高時，波谷電壓Vds_v也越高，這會給應用帶來相應的問題。例如，在輸入電壓Vin = 50V時，波谷電壓 Vds_v = 10V，而在輸入電壓Vin = 40V，波谷電壓Vds_v = IV。為了達到準諧振開通的最好效果，準諧振閾值電壓VQR = 2V就可以實現輸入電壓Vin = 40V的準諧振開通。但是， 由於準諧振閾值電壓VQR = 2V小於輸入電壓Vin = 50V時的波谷電壓Vds_v = 10V,因此輸入電壓Vin = 50V時就無法實現準諧振。由此可見，現有的準諧振開關技術的一個問題是輸入電壓的範圍有限。對於有較大輸入電壓範圍的逆變器，例如太陽能光伏逆變器，無法實現在整個工作電壓範圍內的準諧振開關。通常輸入電壓越高，電壓的波谷越高。為實現準諧振，通常使用準諧振檢測電路檢測主開關管的漏源電壓，並實現當漏源電壓降到設定的值(即VQR)時，開啟主開關管。如果提高這個設定的值來保證高輸入電壓時波谷電壓低於該值，則在低輸入電壓時，主開關管也在該設定值開啟，而不能在它們本可以達到的更低的值再開啟，造成了更多的能量損耗，降低了工作效率。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種逆變器的準諧振檢測電路及準諧振控制電路，使得主開關管在完全的輸入電壓範圍內都能適用準諧振功能，有效地減少能量損耗、 提高工作效率以及降低成本。為解決上述技術問題，本發明提供一種逆變器的準諧振檢測電路，包括分壓電路，其一端耦接到所述逆變器的主開關管的源極端，另一端與所述主開關管的漏極端一起耦接到一公共接地端，用於根據所述逆變器的輸入電壓將所述主開關管的源漏電壓按比例輸出；第一電壓選擇開關管，其源極端透過一第三電阻耦接到一高電壓端，漏極端耦接到所述分壓電路的另一端，柵極端與所述分壓電路的電壓輸出端相耦接，用於根據所述分壓電路的輸出電壓的大小來選擇開通或者關斷之。可選地，所述分壓電路包括第一分壓單元，其一端耦接到所述主開關管的源極端；第二分壓單元，其一端與所述第一分壓單元的另一端相耦接，另一端與所述主開關管的漏極端一起耦接到所述公共接地端；其中，所述第一分壓單元和第二分壓單元中至少一個的阻值是能夠根據所述輸入電壓的大小而改變的，其共同接點耦接到所述第一電壓選擇開關管的柵極端，用於根據所述輸入電壓將所述主開關管的源漏電壓按比例輸出到所述第一電壓選擇開關管的柵極端。可選地，所述第二分壓單元包括第二電壓選擇開關管，其源極端與所述第一分壓單元相耦接，漏極端與所述主開關管的漏極端一起耦接到所述公共接地端；第四電阻，其一端接收所述逆變器的輸入電壓；第五電阻，其一端與所述第四電阻的另一端相耦接，另一端耦接到所述第二電壓選擇開關管的漏極端；其中，所述第四電阻和第五電阻的共同接點耦接到所述第二電壓選擇開關管的柵極端，用於將所述輸入電壓按比例輸出到所述第二電壓選擇開關管的柵極端。可選地，所述準諧振檢測電路還包括穩壓管，其跨接在所述第一分壓單元和第二分壓單元中間的共同接點與所述第二分壓單元的另一端之間，用於穩定所述分壓電路的輸出電壓。可選地，所述第一電壓選擇開關管或者第二電壓選擇開關管為NMOS場效應電晶體。相應地，本發明還提供一種逆變器的準諧振控制電路，包括準諧振檢測電路，其一端耦接到所述逆變器的主開關管的源極端，另一端與所述主開關管的漏極端一起耦接到一公共接地端，用於根據所述逆變器的輸入電壓檢測是否應該開啟所述主開關管的準諧振功能；主開關管控制電路，跨接在所述準諧振檢測電路與所述主開關管的柵極端之間， 用於根據所述準諧振檢測電路的輸出信號控制所述主開關管開通或者關斷；其中，所述準諧振檢測電路包括分壓電路，其一端耦接到所述逆變器的主開關管的源極端，另一端與所述主開關管的漏極端一起耦接到一公共接地端，用於根據所述逆變器的輸入電壓將所述主開關管的源漏電壓按比例輸出；
第一電壓選擇開關管，其源極端透過一第三電阻耦接到一高電壓端，漏極端耦接到所述分壓電路的另一端，柵極端與所述分壓電路的電壓輸出端相耦接，用於根據所述分壓電路的輸出電壓的大小來選擇開通或者關斷之。可選地，所述分壓電路包括第一分壓單元，其一端耦接到所述主開關管的源極端；第二分壓單元，其一端與所述第一分壓單元的另一端相耦接，另一端與所述主開關管的漏極端一起耦接到所述公共接地端；其中，所述第一分壓單元和第二分壓單元中至少一個的阻值是能夠根據所述輸入電壓的大小而改變的，其共同接點耦接到所述第一電壓選擇開關管的柵極端，用於根據所述輸入電壓將所述主開關管的源漏電壓按比例輸出到所述第一電壓選擇開關管的柵極端。可選地，所述第二分壓單元包括第二電壓選擇開關管，其源極端與所述第一分壓單元相耦接，漏極端與所述主開關管的漏極端一起耦接到所述公共接地端；第四電阻，其一端接收所述逆變器的輸入電壓；第五電阻，其一端與所述第四電阻的另一端相耦接，另一端耦接到所述第二電壓選擇開關管的漏極端；其中，所述第四電阻和第五電阻的共同接點耦接到所述第二電壓選擇開關管的柵極端，用於將所述輸入電壓按比例輸出到所述第二電壓選擇開關管的柵極端。 可選地，所述準諧振檢測電路還包括穩壓管，其跨接在所述第一分壓單元和第二分壓單元中間的共同接點與所述第二分壓單元的另一端之間，用於穩定所述分壓電路的輸出電壓。可選地，所述第一電壓選擇開關管或者第二電壓選擇開關管為NMOS場效應電晶體。與現有技術相比，本發明具有以下優點本發明將分壓電路的元件阻值改成是可變化的，能夠由輸入電壓來控制，使得主開關管能夠根據輸入電壓自動地調節準諧振閾值電壓，從而在完全的輸入電壓範圍內主開關管都能適用準諧振功能，有效地減少能量損耗、提高工作效率。
本發明的上述的以及其他的特徵、性質和優勢將通過下面結合附圖和實施例的描述而變得更加明顯，其中圖1為現有技術中的一個在兩個不同的輸入電壓下主開關管漏源電壓的變化曲線示意圖；圖2為現有技術中的一個波谷電壓、準諧振閾值電壓和輸入電壓的關係示意圖；圖3為現有技術中的一個準諧振控制電路的簡單示意圖；圖4為本發明一個實施例的逆變器的準諧振控制電路的示意圖；圖5為本發明一個實施例的逆變器的主開關管的準諧振開啟電壓隨輸入電壓的變化曲線示意圖。
具體實施例方式下面結合具體實施例和附圖對本發明作進一步說明，但不應以此限制本發明的保護範圍。圖4為本發明一個實施例的逆變器的準諧振控制電路的示意圖。如圖所示，該準諧振控制電路400可以包括準諧振檢測電路402，其一端耦接到逆變器的主開關管Qfb的源極端，另一端與主開關管Qfb的漏極端一起耦接到一公共接地端GND，用於根據逆變器的輸入電壓Vin檢測是否應該開啟主開關管Qfb的準諧振功能；主開關管控制電路401，跨接在準諧振檢測電路402與主開關管Qfb的柵極端之間，用於根據準諧振檢測電路402的輸出信號控制主開關管Qfb開通或者關斷；其中，準諧振檢測電路402可以包括分壓電路403，其一端耦接到逆變器的主開關管Qfb的源極端，另一端與主開關管 Qfb的漏極端一起耦接到公共接地端GND，用於根據逆變器的輸入電壓Vin將主開關管Qfb 的源漏電壓Vds按比例輸出；第一電壓選擇開關管Q，例如可以為NMOS場效應電晶體，其源極端透過一第三電阻R3耦接到一高電壓端Vcc，漏極端耦接到分壓電路403的另一端，柵極端與分壓電路403 的電壓輸出端相耦接，用於根據分壓電路的輸出電壓(即第一電壓選擇開關管Q的柵極電壓Vg)的大小來選擇開通或者關斷之。在本實施例中，分壓電路403可以包括第一分壓單元404，其一端耦接到主開關管Qfb的源極端；第二分壓單元405，其一端與第一分壓單元404的另一端相耦接，另一端與主開關管Qfb的漏極端一起耦接到公共接地端GND ；其中，第一分壓單元404和第二分壓單元405中至少一個的阻值是能夠根據輸入電壓Vin的大小而改變的，其共同接點耦接到第一電壓選擇開關管Q的柵極端，用於根據輸入電壓Vin將主開關管Qfb的源漏電壓Vds按比例輸出到第一電壓選擇開關管Q的柵極端。在本實施例中，第一分壓單元404可以為第一電阻Rl，第二分壓單元405可以包括第二電壓選擇開關管Q2，例如可以為NMOS場效應電晶體，其源極端與第一電阻Rl 相耦接，漏極端與主開關管Qfb的漏極端一起耦接到公共接地端GND ；第四電阻R4，其一端接收逆變器的輸入電壓Vin ；第五電阻R5，其一端與第四電阻R4的另一端相耦接，另一端耦接到第二電壓選擇開關管Q2的漏極端；其中，第四電阻R4和第五電阻R5的共同接點耦接到第二電壓選擇開關管Q2的柵極端，用於將輸入電壓Vin按比例輸出到第二電壓選擇開關管Q2的柵極端，作為第二電壓選擇開關管Q2的柵極電壓Vg2。在本實施例中，準諧振檢測電路403可以還包括穩壓管D，其跨接在第一分壓單元404和第二分壓單元405中間的共同接點與第二分壓單元405的另一端之間，即跨接在第二電壓選擇開關管Q2的源極端和漏極端之間，用於穩定分壓電路403的輸出電壓。
在本實施例中，上述第一電壓選擇開關管Q或者第二電壓選擇開關管Q2除了可以是MOSFET之外，還可以是其他電壓控制可變電阻如JFET，或者是電流控制可變電阻，如三極體BJT，及其他具有類似特性的元件，這可以在本領域技術人員熟知的範圍內作任意的改變。 在本發明中，第二電壓選擇開關管Q2的漏源電阻Rq2由柵極電壓Vg2和開啟電壓 Vth2決定，其範圍可以從第二電壓選擇開關管Q2開通時的1歐姆到關斷時的幾百千歐姆。在本發明中，可以有Rq2 A/(Vg2-Vth2-B*Vds2)，其中A、B是第二電壓選擇開關管Q2的特性參數，Vds2為第二電壓選擇開關管Q2的源漏電壓。另外，Vg2= Vin*R5/ (R4+R5)，則 VQR = Vth* (Rl+Rq2) /Rq2。由此可見，通過選擇合適的R4、R5、Vth2的值，可以實現VQR始終稍高於主開關管 Qfb漏源電壓Vds的第一個最小值或谷值Vds_v，保證準諧振的正常工作和準諧振開通的最好效果。圖5為本發明一個實施例的逆變器的主開關管的準諧振開啟電壓隨輸入電壓的變化曲線示意圖。如圖所示，在輸入電壓Vin為40V以下時，第二電壓選擇開關管Q2是關斷的，準諧振開啟電壓VQR保持為2V。此後，準諧振開啟電壓VQR隨輸入電壓Vin的增加而呈線性增加，在輸入電壓Vin為50V時VQR為14V。可以看到，準諧振開啟電壓VQR被設計成在整個輸入電壓Vin的範圍內都比波谷電壓Vds_v高，但又儘可能低，以獲得準諧振的最好效果。本發明將分壓電路的元件阻值改成是可變化的，能夠由輸入電壓來控制，使得主開關管能夠根據輸入電壓自動地調節準諧振閾值電壓，從而在完全的輸入電壓範圍內主開關管都能適用準諧振功能，有效地減少能量損耗、提高工作效率。本發明雖然以較佳實施例公開如上，但其並不是用來限定本發明，任何本領域技術人員在不脫離本發明的精神和範圍內，都可以做出可能的變動和修改，因此本發明的保護範圍應當以本發明權利要求所界定的範圍為準。
權利要求
1.一種逆變器的準諧振檢測電路，包括分壓電路，其一端耦接到所述逆變器的主開關管的源極端，另一端與所述主開關管的漏極端一起耦接到一公共接地端，用於根據所述逆變器的輸入電壓將所述主開關管的源漏電壓按比例輸出；第一電壓選擇開關管，其源極端透過一第三電阻耦接到一高電壓端，漏極端耦接到所述分壓電路的另一端，柵極端與所述分壓電路的電壓輸出端相耦接，用於根據所述分壓電路的輸出電壓的大小來選擇開通或者關斷之。
2.根據權利要求1所述的準諧振檢測電路，其特徵在於，所述分壓電路包括第一分壓單元，其一端耦接到所述主開關管的源極端；第二分壓單元，其一端與所述第一分壓單元的另一端相耦接，另一端與所述主開關管的漏極端一起耦接到所述公共接地端；其中，所述第一分壓單元和第二分壓單元中至少一個的阻值是能夠根據所述輸入電壓的大小而改變的，其共同接點耦接到所述第一電壓選擇開關管的柵極端，用於根據所述輸入電壓將所述主開關管的源漏電壓按比例輸出到所述第一電壓選擇開關管的柵極端。
3.根據權利要求2所述的準諧振檢測電路，其特徵在於，所述第二分壓單元包括第二電壓選擇開關管，其源極端與所述第一分壓單元相耦接，漏極端與所述主開關管的漏極端一起耦接到所述公共接地端；第四電阻，其一端接收所述逆變器的輸入電壓；第五電阻，其一端與所述第四電阻的另一端相耦接，另一端耦接到所述第二電壓選擇開關管的漏極端；其中，所述第四電阻和第五電阻的共同接點耦接到所述第二電壓選擇開關管的柵極端，用於將所述輸入電壓按比例輸出到所述第二電壓選擇開關管的柵極端。
4.根據權利要求1至3中任一項所述的準諧振檢測電路，其特徵在於，所述準諧振檢測電路還包括穩壓管，其跨接在所述第一分壓單元和第二分壓單元中間的共同接點與所述第二分壓單元的另一端之間，用於穩定所述分壓電路的輸出電壓。
5.根據權利要求1至3中任一項所述的準諧振檢測電路，其特徵在於，所述第一電壓選擇開關管或者第二電壓選擇開關管為NMOS場效應電晶體。
6.一種逆變器的準諧振控制電路，包括準諧振檢測電路，其一端耦接到所述逆變器的主開關管的源極端，另一端與所述主開關管的漏極端一起耦接到一公共接地端，用於根據所述逆變器的輸入電壓檢測是否應該開啟所述主開關管的準諧振功能；主開關管控制電路，跨接在所述準諧振檢測電路與所述主開關管的柵極端之間，用於根據所述準諧振檢測電路的輸出信號控制所述主開關管開通或者關斷；其中，所述準諧振檢測電路包括分壓電路，其一端耦接到所述逆變器的主開關管的源極端，另一端與所述主開關管的漏極端一起耦接到一公共接地端，用於根據所述逆變器的輸入電壓將所述主開關管的源漏電壓按比例輸出；第一電壓選擇開關管，其源極端透過一第三電阻耦接到一高電壓端，漏極端耦接到所述分壓電路的另一端，柵極端與所述分壓電路的電壓輸出端相耦接，用於根據所述分壓電路的輸出電壓的大小來選擇開通或者關斷之。
7.根據權利要求6所述的準諧振控制電路，其特徵在於，所述分壓電路包括第一分壓單元，其一端耦接到所述主開關管的源極端；第二分壓單元，其一端與所述第一分壓單元的另一端相耦接，另一端與所述主開關管的漏極端一起耦接到所述公共接地端；其中，所述第一分壓單元和第二分壓單元中至少一個的阻值是能夠根據所述輸入電壓的大小而改變的，其共同接點耦接到所述第一電壓選擇開關管的柵極端，用於根據所述輸入電壓將所述主開關管的源漏電壓按比例輸出到所述第一電壓選擇開關管的柵極端。
8.根據權利要求7所述的準諧振控制電路，其特徵在於，所述第二分壓單元包括第二電壓選擇開關管，其源極端與所述第一分壓單元相耦接，漏極端與所述主開關管的漏極端一起耦接到所述公共接地端；第四電阻，其一端接收所述逆變器的輸入電壓；第五電阻，其一端與所述第四電阻的另一端相耦接，另一端耦接到所述第二電壓選擇開關管的漏極端；其中，所述第四電阻和第五電阻的共同接點耦接到所述第二電壓選擇開關管的柵極端，用於將所述輸入電壓按比例輸出到所述第二電壓選擇開關管的柵極端。
9.根據權利要求6至8中任一項所述的準諧振控制電路，其特徵在於，所述準諧振檢測電路還包括穩壓管，其跨接在所述第一分壓單元和第二分壓單元中間的共同接點與所述第二分壓單元的另一端之間，用於穩定所述分壓電路的輸出電壓。
10.根據權利要求6至8中任一項所述的準諧振控制電路，其特徵在於，所述第一電壓選擇開關管或者第二電壓選擇開關管為NMOS場效應電晶體。
全文摘要
本發明提供一種逆變器的準諧振檢測電路，包括分壓電路，其一端耦接到逆變器的主開關管的源極端，另一端與主開關管的漏極端一起耦接到一公共接地端，用於根據輸入電壓將主開關管的源漏電壓按比例輸出；第一電壓選擇開關管，其源極端透過一第三電阻耦接到一高電壓端，漏極端耦接到分壓電路的另一端，柵極端與分壓電路的電壓輸出端相耦接，用於根據分壓電路的輸出電壓的大小來選擇開通或者關斷之。相應地，本發明還提供一種逆變器的準諧振控制電路。本發明分壓電路的元件阻值是可變的，能由輸入電壓來控制，使主開關管能根據輸入電壓自動地調節準諧振閾值電壓，從而在完全的輸入電壓範圍內都能適用準諧振功能，有效地減少能量損耗、提高工作效率。
文檔編號H03K17/687GK102185595SQ201110020030
公開日2011年9月14日 申請日期2011年1月18日 優先權日2011年1月18日
發明者羅宇浩 申請人:浙江昱能光伏科技集成有限公司