專利名稱：功率逆變器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及功率電路，尤其是將直流功率轉(zhuǎn)換為交流功率的逆變器電路。
背景技術(shù)：
功率逆變器電路將直流功率轉(zhuǎn)換為交流功率，在很多系統(tǒng)中具有廣泛應(yīng) 用。例如，功率逆變器常用于驅(qū)動液晶顯示器中的冷陰極熒光燈。
圖10和11示出了現(xiàn)有技術(shù)的兩個功率逆變器電路，它們的工作方式是功
率逆變器電路領(lǐng)域的公知常識。這種電路可能會產(chǎn)生電壓尖峰問題。例如，如
圖11中所示的推挽式逆變器電路可能會產(chǎn)生輸入電壓V!N三到四倍的阻尼振
蕩電壓(ringingvoltage)。因此，通常需要使用吸收電路(snubber)來抑制振 蕩。但是一般這種吸收電路都會耗散能量。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種DC/AC功率逆變器，該逆變器無 需使用吸收電路且沒有電壓尖峰問題。
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案包括 一種電路，包括電 容，具有第一端和第二端；第一開關(guān)器件，具有第一端，連接到所述電容第一 端，以及具有第二端；第二開關(guān)器件，具有第一端，連接到所述電容第二端， 以及具有第二端；第一初級繞組，具有第一端，連接到所述電容第一端，以及 具有第二端，連接到所述第二開關(guān)器件第二端；第二初級繞組，具有第一端， 連接到所述電容第二端，以及具有第二端。
作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述的第一初級繞組具有從第一初級繞組的 第一端到第一初級繞組的第二端的第一壓降；第二初級繞組具有從第二初級繞 組的第一端到第二初級繞組的第二端的第二壓降；其中第一壓降和第二壓降具 有相同的代數(shù)符號。
作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述的電路還包括地線，連接到所述第一開
關(guān)器件的第二端和所述第二初級繞組的第二端。
作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述的電路還包括DC電壓源， 一端連接到第一初級繞組的第二端和第二開關(guān)器件的第二端，另一端連接至地線。
作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述的電路還包括一控制電路使所述第一開
關(guān)器件和第二開關(guān)器件具有交錯的導(dǎo)通時間。
作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，其中所述的第一壓降基本等于第二壓降。
作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述的電路還包括次級繞組磁性耦合至所述 第一和第二初級繞組。
作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述的電路還包括冷陰極熒光燈，耦合至所 述次級繞組。
作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述的電路還包括DC電壓源，連接到第一 初級繞組的第二端和所述第二開關(guān)器件的第二端。
作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述的電路還包括諧振回路，連接至所述次
級繞組。
作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，其中所述的第一開關(guān)器件包括nMOSFET。
作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，其中所述的第二開關(guān)器件包括二極管。 作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，其中所述的第二開關(guān)器件包括nMOSFET。 作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，其中所述的第二開關(guān)器件包括pMOSFET。
作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，其中所述的電容為鉗位電容。 本發(fā)明DC/AC功率逆變器無需使用吸收電路(snubber)，且沒有電壓尖峰， 降低了成本且提高了效率。
圖1為根據(jù)本發(fā)明一實施方式的逆變器。
圖2為根據(jù)本發(fā)明另一實施方式的逆變器。
圖3為根據(jù)本發(fā)明又一實施方式的逆變器。
圖4為圖3所示實施方式的柵極電壓波形圖。
圖5為根據(jù)本發(fā)明又一實施方式的逆變器。
圖6為圖5所示實施方式的柵極電壓、節(jié)點電壓和燈電流圖。
圖7為根據(jù)本發(fā)明又一實施方式的逆變器。
圖8為圖7所示實施方式的節(jié)點電壓和柵極電壓圖。
圖9為根據(jù)本發(fā)明又一實施方式的逆變器。圖10和圖11為現(xiàn)有技術(shù)的逆變器。
具體實施例方式
在下述的說明中，術(shù)語"一些實施方式"的范圍不僅僅限定為一種以上的實 施方式，而是包括一種實施方式、 一種以上實施方式，或者還可以是全部的實
施方式。
圖1為根據(jù)本發(fā)明一實施方式的功率逆變器電路。電源102為DC (直流 電)電源。節(jié)點(端口) 104的輸出端為放電燈106提供AC (交流電)電壓。 放電燈106可以是一冷陰極熒光燈(CCFL)。實施方式并不必然限定于用于驅(qū) 動燈管，也可以是驅(qū)動其他類型的負載。
繞組Tw， Tp2和Ts是變壓器的繞組。繞組Tw和Tp2構(gòu)成變壓器的第一初 級繞組和第二初級繞組，繞組Ts構(gòu)成變壓器的次級繞組。如通常所示的變壓 器符號一樣，圖1中所示的同名端的相對位置表示與各個繞組兩端壓降相關(guān)的 代數(shù)符號，該代數(shù)符號是由繞組TP1， 1>2和Ts共同磁耦合而產(chǎn)生的。g卩，使 第一壓差等于直接連接電容CD的Tw (用點標注)的一端和直接連接電源102 的Tp,的另一端的壓差，第二壓差等于直接連接電容CD的Tp2 (用點標注)的 一端和直接接地的TP2的另一端的壓差，第三壓差等于直接連接電感L,的Ts 的(用點標注) 一端和直接接地的Ts的另一端的壓差。因此由于圖1所示的 同名端的相對位置，這三個壓差具有相同的代數(shù)符號。
由于這些同名端的位置彼此相關(guān)，因此可以得知圖1中所示的初級繞組所 有同名端可以同時移至其另一端。另外可以得知次級繞組Ts上的同名端位置 可以標在其另外一端。更通俗的說，上述說明中定義的第一和第二壓差具有相 同的代數(shù)符號，但是不必然與第三壓差具有相同的代數(shù)符號。
在一些實施方式中，如上所定義的繞組Tw和TP2的第一和第二壓差基本 相等。在一些實施方式中，如下文討論的圖2，對電容Q)和繞組1WTp2進行
設(shè)計，電容CD取大容值作鉗位電容，繞組Tw和Tp2的匝數(shù)相等，使得電容 CD兩端的平均壓差與輸入電壓V!n (電源102的電壓)基本相等，繞組Tw兩 端的壓降與Tp2兩端的壓降基本相等。在這些實施方式中，開關(guān)108和110壓 降不會超過2Vxn。
通過以與諧振電路的頻率諧振的頻率導(dǎo)通和關(guān)斷開關(guān)器件108和110，由電源102產(chǎn)生DC功率，并將AC功率傳遞給燈106，其中諧振回路由電感L, 和電容Q構(gòu)成。
圖2為本發(fā)明另一實施方式，其中開關(guān)器件108為功率nMOSFET 202 (n 型金屬氧化物場效應(yīng)晶體管)，開關(guān)器件110為二極管204。圖2中，控制電路 112不直接控制二極管204的運行。相應(yīng)的，圖1中控制電路112和開關(guān)器件 108和110之間的連接并不必然表示是直接的連接。
當(dāng)nMOSFET202導(dǎo)通時，次級繞組Ts接收來自輸入電源的能量和儲存在 電容Cd中的能量。nMOSFET 202的漏-源電流是變壓器勵磁電感電流和由 引起的反射諧振電感電流的總和。在這種情形下，二極管204關(guān)斷。
當(dāng)nMOSFET 202關(guān)斷時，由電感引起的反射電流流過二極管204繼續(xù) 其諧振。n MOSFET 202的漏極電壓此時升高至VIN+VC，其中Vc是電容CD 兩端電壓。電容CD可以被設(shè)計成足夠大從而使Vc基本保持恒定且基本等于 VIN。因此，nMOSFET 202上的最大電壓預(yù)計約為2V^。
流經(jīng)二極管204的電流是勵磁電流和由L引起的反射諧振電感電流的總 和。因為反射的諧振電感電流改變極性，因此流經(jīng)二極管204的電流將不時降 為零。nMOSFET202的漏極電壓也將降為ViN，且在此附近振蕩。這種振蕩可 能是由初級繞組TP1、 Tp2之間的漏電感和這些初級繞組和nMOSFET 202的寄 生電容引起的。
在高功率的應(yīng)用中，流經(jīng)二極管204的電流可能很大，由于功耗的原因， 可能會導(dǎo)致二極管204過熱。在這種情形下， 一些實施方式用低漏-源導(dǎo)通阻 抗(Rds(ON))的MOSFET替代二極管204。如圖3示出了一種實施方式，其 中開關(guān)器件108包括功率nMOSFET 302，開關(guān)器件110包括功率nMOSFET 304。它們各自的體二極管如圖3所示。為了方便表示，nMOSFET 302和304 的柵極電壓用由控制電路112提供的V,和V2分別表示，而不再詳細顯示連接 到功率nMOSFET 302和304柵極的控制電路。
在一些實施方式中，功率nMOSFET304的導(dǎo)通時間(功率nMOSFET304 被開啟的時間)等于功率nMOSFET302的導(dǎo)通時間，其中驅(qū)動功率nMOSFET 302和304柵極的脈沖交錯。與圖11中現(xiàn)有技術(shù)的推挽式逆變器提供的對稱電 壓電流驅(qū)動相似，這種實施方式可以獲得基本對稱的電壓和電流驅(qū)動諧振回 路。因此，功率nMOSFET302和304的電壓不會超過2ViN,從而不需要吸收電路。
圖4示出了一些實施方式中功率nMOSFET 302和304的柵極電壓波形。 從圖4可見，功率nMOSFET 302的柵極電壓V！波形的周期，跟功率nMOSFET 304的柵極電壓V2波形的周期相比平移了 180° (7T弧度)。兩個波形具有相同 的導(dǎo)通時間。
圖5示出了另一個實施方式，如圖3實施方式一樣，開關(guān)器件108包括一 功率nMOSFET，圖5中標為502，但是開關(guān)器件110包括功率pMOSFET 504。 圖6示出了圖5實施方式中柵極電壓波形V,和V2。需要注意的是，pMOSFET 504的導(dǎo)通時間與nMOSFET 502的導(dǎo)通時間相等。在這種情況下，pMOSFET 504和nMOSFET 502的導(dǎo)通過程也是交錯的(不重疊)。因為pMOSFET 504 的源極節(jié)點連接(電源506的)電壓V^，在一些實施方式中將柵極驅(qū)動電路 集成在控制器(例如控制電路112)上是可行的。圖5所示的實施方式符合較 低或中等功率應(yīng)用的要求。電容CD在某些時候也可以是鉗位電容。
假設(shè)CD上的電壓等于Vxn，圖6示出了圖5所示實施方式的穩(wěn)態(tài)工作波 形。在圖6中，"A"和"B"指的是圖5中節(jié)點A和B的節(jié)點電壓。 一個開關(guān)周
期展示了四種工作階段。
在時間tl到t2之間的第一個工作階段，中，功率pMOSFET504導(dǎo)通，而 功率nMOSFET 502關(guān)斷，從而使得節(jié)點B的電壓等于Vjn。節(jié)點A的電壓被
鉗在約為2VjN。初級繞組Tw和Tp2都接收正驅(qū)動電壓V!n。因此，燈(負載)
電流將呈正方向增長。
在時間t2和t4之間的第二個工作階段，pMOSFET 504和nMOSFET 502 都關(guān)斷。它們的體二極管傳導(dǎo)漏電感電流。節(jié)點A的電壓被鉗至地或2V^， 節(jié)點B的電壓被鉗至VjN或-VrN。
在時間t4到t5之間的第三個工作階段，nMOSFET 502導(dǎo)通，pMOSFET 504 關(guān)斷。節(jié)點A的電壓為地電位，節(jié)點B的電壓等于-VjN。初級繞組TP1和TP2 都接收負驅(qū)動電壓-V^，燈電流將呈負方向增長。
在時間t5到t7之間的第四個工作階段，pMOSFET 504和nMOSFET 502 都關(guān)斷。在此階段的運行跟上述的第二工作階段的相似。
如圖7中實施方式所示，如果Vjn小于pMOSFET 504所允許的最大柵-源 極電壓，此時可以采用相對簡單的電路來提供柵極電壓。其中控制器702是功率逆變器電路領(lǐng)域公知的傳統(tǒng)的推挽式控制器。在圖7中，采用反相器電路704 和緩沖級(bufferstage) 706提供pMOSFET708的柵極電壓。為了方便表示， 不顯示與負載相關(guān)的電路(例如放電燈106和諧振回路I^和Q)。圖8示出了 圖7中電壓G1， G2和G3相關(guān)的電壓波形。
在一些實施方式中可以采用功率逆變器電路領(lǐng)域公知的半橋控制器。在一 些實施方式中，開關(guān)器件110為功率nMOSFET，采用半橋控制器以傳統(tǒng)的方 式直接驅(qū)動?xùn)艠O。在一些實施方式中，開關(guān)器件110為功率pMOSFET， 一些 實施方式可能采用傳統(tǒng)的半橋控制器，如圖9所示。
根據(jù)上述實施方式的逆變器電路比如圖10和11所示的現(xiàn)有技術(shù)的逆變器 電路高效，因為跟這些現(xiàn)有技術(shù)的電路相比，本發(fā)明變壓器原邊所承受電壓增 加了一倍，從而減少了一半初級的功率MOSFET的電流。另夕卜，與圖ll中的 推挽式逆變器電路相比，本發(fā)明的一些實施方式不會產(chǎn)生某種程度的電壓尖峰 信號，因為功率MOSFET上的最大電壓被鉗位在輸入電壓V^的兩倍，而如
圖11中所示的推挽式逆變器電路可能會產(chǎn)生輸入電壓V!N三到四倍的阻尼振
蕩電壓。
盡管用特定的語言將本發(fā)明主題描述為電路結(jié)構(gòu)特征，但是在權(quán)利要求書 中的發(fā)明主題的定義并不僅僅限定在上述的特定的結(jié)構(gòu)或運行方式，而是，上 述的特定的結(jié)構(gòu)和運行方式是本發(fā)明權(quán)利要求實施方式的一種范例。相應(yīng)的， 對所述實施方式的各種修改都將落入本發(fā)明權(quán)利要求所要保護的范圍。
在本文中，"A連接B"的意思，例如其中的A或B可能是一個節(jié)點或者 元器件的一端，可以理解為A和B彼此連接使得A和B的電壓電勢基本相等。 例如，A和B可能通過一個互連(傳輸線)連接在一起。在集成電路技術(shù)中， 跟元器件本身的尺寸相比，互連可能非常短。例如，兩個晶體管的柵極可能通 過多晶硅或銅互連連接在一起，其中多晶硅或銅互連的長度與柵極的長度類 似。在其他的例子中，A和B也可能通過一個開關(guān)彼此連接，例如傳輸門，從 而當(dāng)該開關(guān)導(dǎo)通時，它們各自的電壓電勢基本相等。
在本文中，"A耦合到B"的意思可以理解為A和B以上述的方式彼此連 接，也可以是A和B并沒有以上述的方式彼此連接，但是用元器件或者電路 同時連接A和B。這些元器件或者電路可能包括有源或者無源的元件，其中無 源元件本身可能是分布參數(shù)或集總參數(shù)的。例如A可能連接到一電路元件，依
10次連接至B。
在本文中，應(yīng)該理解的是，圖中示出的波形僅僅是出于清楚說明信號之間 的關(guān)系的目的，而不是說明實際電路中相關(guān)位置的實際波形與圖中示出的完全 相同。
本發(fā)明中的各種電路元件或者模塊，也可以理解為包括開關(guān)器件，從而可 以通過開關(guān)接入或者脫離較大電路，且這種電路元件和模塊也可能被認為與該 較大電路連接。
權(quán)利要求
1、一種功率逆變器，包括電容，具有第一端和第二端；第一開關(guān)器件，具有第一端，連接到所述電容第一端，以及具有第二端；第二開關(guān)器件，具有第一端，連接到所述電容第二端，以及具有第二端；第一初級繞組，具有第一端，連接到所述電容第一端，以及具有第二端，連接到所述第二開關(guān)器件第二端；第二初級繞組，具有第一端，連接到所述電容第二端，以及具有第二端。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的功率逆變器，其特征在于， 第一初級繞組具有從第一初級繞組的第一端到第一初級繞組的第二端的第一壓降；以及第二初級繞組具有從第二初級繞組的第一端到第二初級繞組的第二端的 第二壓降；其中第一壓降和第二壓降具有相同的代數(shù)符號。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的功率逆變器，其特征在于，還包括 地線，連接到所述第一開關(guān)器件的第二端和第二初級繞組的第二端。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的功率逆變器，其特征在于，還包括 直流電壓源， 一端連接到第一初級繞組的第二端和第二開關(guān)器件的第二端，另一端連接至地線。
5、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的功率逆變器，其特征在于，還包括一控制電路， 使所述第一開關(guān)器件和第二開關(guān)器件具有交錯的導(dǎo)通時間。
6、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的功率逆變器，其特征在于，其中所述的第一壓 降基本等于第二壓降。
7、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的功率逆變器，其特征在于，還包括地線，連接到所述第一開關(guān)器件的第二端和所述第二初級繞組的第二端。
8、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的功率逆變器，其特征在于，還包括 次級繞組磁性耦合至所述第一和第二初級繞組。
9、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的功率逆變器，其特征在于，還包括 冷陰極熒光燈，耦合至所述次級繞組。
10、 根據(jù)權(quán)利要求9所述的功率逆變器，其特征在于，還包括 直流電壓源，連接到所述第一初級繞組的第二端和所述第二開關(guān)器件的第二端。
11、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的功率逆變器，其特征在于，還包括 諧振回路，連接至所述次級繞組。
12、 根據(jù)權(quán)利要求11所述的功率逆變器，其特征在于，還包括地線，連接到所述第一開關(guān)器件的第二端和所述第二初級繞組的第二端。
13、 根據(jù)權(quán)利要求12所述的功率逆變器，其特征在于，還包括 冷陰極熒光燈，連接至所述諧振回路和地線。
14、 根據(jù)權(quán)利要求13所述的功率逆變器，其特征在于，還包括 直流電壓源， 一端連接到第一初級繞組的第二端和所述第二開關(guān)器件的第二端，另一端連接至地線。
15、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的功率逆變器，其特征在于，還包括 次級繞組磁性耦合至所述第一和第二初級繞組。
16、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的功率逆變器，其特征在于，還包括一控制電路， 使所述第一開關(guān)器件和第二開關(guān)器件具有交錯的導(dǎo)通時間。
17、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的功率逆變器，其特征在于，所述的第一開關(guān)器 件包括nMOSFET。
18、 根據(jù)權(quán)利要求17所述的功率逆變器，其特征在于，所述的第二開關(guān) 器件包括二極管。
19、 根據(jù)權(quán)利要求17所述的功率逆變器，其特征在于，所述的第二開關(guān) 器件包括nMOSFET。
20、 根據(jù)權(quán)利要求17所述的功率逆變器，其特征在于，所述的第二開關(guān) 器件包括pMOSFET。
21、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的功率逆變器，其特征在于，所述電容為鉗位電容。
全文摘要
一種功率逆變器，具有第一開關(guān)器件，與變壓器第一初級繞組串聯(lián)，一第二開關(guān)器件，與第二初級繞組串聯(lián)，其中第一開關(guān)器件和第一初級繞組的組合與第二開關(guān)器件和第二初級繞組的組合并聯(lián)，一鉗位電容，其第一端連接到第一初級繞組，第二端連接到第二初級繞組。
文檔編號H02M7/48GK101521473SQ20081017418
公開日2009年9月2日 申請日期2008年11月6日 優(yōu)先權(quán)日2008年2月25日
發(fā)明者任遠程, 張軍明, 磊 杜, 偉 陳 申請人:成都芯源系統(tǒng)有限公司