專利名稱：用于為消費(fèi)電子設(shè)備供電的交通工具逆變器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及可操作將低壓直流電源逆變成交流電源的類型的逆變器，所述直流電 源例如但不限于一般使用在交通工具電源系統(tǒng)中的類型，所述交流電源足夠?yàn)橄M(fèi)電子設(shè) 備供電。
背景技術(shù)：
在近些年，用于交通工具中的消費(fèi)電子設(shè)備的120VaC//230VaC電源已經(jīng)變成汽車 工業(yè)中的基礎(chǔ)特征。在一些應(yīng)用中，120Vac/230Vac供電的電源來(lái)自12Vdc交通工具蓄電 池。通常12Vdc被首先升壓到更高電平直流電壓，例如170Vdc/340Vdc，然后其逆變成經(jīng)修 正的正弦波交流電壓。這種120Vac/230Vac電源的額定功率可以達(dá)到一千瓦。

圖1中所示 為用于逆變器100的典型電路配置。在圖1中，升壓轉(zhuǎn)換器102被顯示為推挽式轉(zhuǎn)換器，具有全橋整流器或中央抽頭整 流器104之一，并且輸出逆變器106被顯示為H橋。轉(zhuǎn)換器102和逆變器106各自包含開(kāi) 關(guān)器件108、110，這些開(kāi)關(guān)器件必須以適合升壓和逆變直流供電112的方式被選擇性地激 活和去激活。分離的推挽式控制器和H型橋式控制器114、116可以用來(lái)輸出時(shí)變信號(hào)，以 選擇性地激活和去激活轉(zhuǎn)換器102和逆變器106的開(kāi)關(guān)器件108、110。這些時(shí)變信號(hào)可以 被輸送給驅(qū)動(dòng)電路120、122，這些驅(qū)動(dòng)電路依次協(xié)調(diào)開(kāi)關(guān)器件108、110中被選擇的一個(gè)或 多個(gè)的激活和去激活。重要地，兩個(gè)分離的輔助電源126、128被各自用于控制器114、116。其中一個(gè)電源 126是電壓調(diào)節(jié)器例如線性調(diào)節(jié)器，該調(diào)節(jié)器將蓄電池電壓調(diào)節(jié)為適合用于為控制器114 和驅(qū)動(dòng)器120供電的電壓。其中另一個(gè)電源128是隔離式開(kāi)關(guān)模式電源(SMPS)，該SMPS將 逆變器的第二級(jí)從初級(jí)隔離開(kāi)。還可以包含一個(gè)電力變壓器(未示出)，以促進(jìn)將提供到柵 極驅(qū)動(dòng)器122和控制器116的電源相對(duì)于提供到初級(jí)的電源電氣地隔離開(kāi)。使用SMPS 128將初級(jí)從次級(jí)電氣地隔離開(kāi)，這有利于防止較高壓次級(jí)受初級(jí)操 作的干擾。然而由于使用了像電力變壓器一樣具有較大額定功率的組件，設(shè)計(jì)的隔離式 SMPS尺寸大并且相對(duì)昂貴。附圖簡(jiǎn)述本發(fā)明用附加權(quán)利要求中的特性指出。然而，通過(guò)連同附圖一起參考以下詳細(xì)描 述，本發(fā)明的其他特征將變得更明白，并且本發(fā)明將被最好地理解，其中圖1示出具有隔離的初級(jí)電源和次級(jí)電源的逆變器；圖2示出根據(jù)本發(fā)明中的一個(gè)非限制方面被配置以支持將直流電源逆變?yōu)榻涣?電源的逆變器；圖3示出根據(jù)本發(fā)明中的一個(gè)非限制方面被配置的次級(jí)控制器和信號(hào)轉(zhuǎn)換器；以 及圖4示出根據(jù)本發(fā)明中的一個(gè)非限制方面作為經(jīng)修正正弦波輸出的交流信號(hào)。優(yōu)選實(shí)施方式的詳述
圖2示出根據(jù)本發(fā)明中的一個(gè)非限制方面被配置以支持將直流電源逆變?yōu)榻涣?電源的逆變器10。該逆變器10可以包含在外殼12內(nèi)，以促進(jìn)將交通工具直流電源逆變成 適合于為消費(fèi)電子設(shè)備供電的交流電源，所述外殼12被裝在交通工具(未示出)內(nèi)，所述 交通工具直流電源例如但不限于由交通工具蓄電池來(lái)提供，所述消費(fèi)電子設(shè)備例如但不限 于那些一般插在家中壁裝電源插座上或者那些以50/60HZ頻率的120/230Vac電壓來(lái)產(chǎn)生 動(dòng)力電子設(shè)備。本發(fā)明考慮了一種需要，即支持相對(duì)低功率消費(fèi)設(shè)備的操作，所述消費(fèi)設(shè)備 在使用了逆變器10的交通工具內(nèi)，該設(shè)備例如但不限于要求功率高達(dá)lkW的設(shè)備。逆變器10可以包含初級(jí)14和次級(jí)15。初級(jí)14可以包含的組件和特征適合于促 進(jìn)直流電源的升壓，所述直流電源由交通工具蓄電池提供。次級(jí)15可以包含的組件和特征 適合于將直流電源逆變?yōu)榻涣麟娫础３鲇谂e例的目的，初級(jí)14可以包含多個(gè)開(kāi)關(guān)器件16、 18和變壓器20，所述組件和變壓器以推挽式配置被布置以促進(jìn)升壓由蓄電池所提供的直 流電源。然而，本發(fā)明無(wú)意于被限制在被示出的布置中，并且本發(fā)明全面地考慮了任何其他 配置例如但不限于半橋和全橋轉(zhuǎn)換器。來(lái)自變壓器20的被升壓的交流輸出可以在輸出到次級(jí)之前被傳遞到整流器22。 整流器22可以是可開(kāi)關(guān)整流器，這是因?yàn)樵撜髌髂軌螂S著開(kāi)關(guān)28的活動(dòng)在變壓器中央 抽頭位置24和非中央抽頭位置26之間進(jìn)行切換。在非中央抽頭位置26，以全波橋式配置 所布置的多個(gè)二極管Dl、D2、D3和D4可以連接到變壓器20輸出的兩個(gè)末端，使得整流器 22的輸出接近230Vdc。在中央抽頭位置24，僅僅有二極管D1和D2被激活，二極管D3和 D4則在反向阻斷狀態(tài)(浮動(dòng)狀態(tài))下，這有效地導(dǎo)致整流器22以中央抽頭配置被布置。中 央抽頭配置將整流器22的全波輸出減半，使得有近似120Vdc的電壓被提供到次級(jí)15。開(kāi)關(guān)控制器(未示出)可以用來(lái)使開(kāi)關(guān)28活動(dòng)在中央抽頭和非中央抽頭位置24、 26之間?？刂瞥跫?jí)14的電壓輸出的能力會(huì)有益于支持各種電子設(shè)備的操作需求。從制造 的角度來(lái)看這可能也是有幫助的，因?yàn)樵试S了交通工具制造商購(gòu)買本發(fā)明的逆變器10用 于交通工具，所述交通工具出售在美國(guó)和歐洲，或者具有相類似電源需求的其他地方，而不 必建造或支持不同逆變器系統(tǒng)的制造廠。本發(fā)明的逆變器10能夠用在具有不同電源需求的地方，如下面以更多細(xì)節(jié)描述 的，這是通過(guò)簡(jiǎn)單地調(diào)整開(kāi)關(guān)28的位置，以及實(shí)現(xiàn)對(duì)交流輸出進(jìn)行受軟件控制的頻率調(diào) 整。重要地是，能夠不必替換硬件就做出這些調(diào)整。雖然上文的例子用關(guān)于以50Hz頻率的 120Vac電壓和以60Hz頻率的230Vac電壓之間的切換來(lái)描述，本發(fā)明全面地考慮選擇組件 值以支持任何交流輸出電壓和頻率。本發(fā)明的逆變器10可以是相對(duì)靈活的逆變器，該逆變 器有能力切換其交流輸出而不對(duì)制造商產(chǎn)生過(guò)多的需求。切換交流輸出的能力能夠通過(guò)用開(kāi)關(guān)控制器(未示出)控制開(kāi)關(guān)128的定位來(lái)促 進(jìn)。該開(kāi)關(guān)控制器可以是交通工具系統(tǒng)控制器，或者可以被包含在逆變器10的其他控制器 中的一個(gè)之中。逆變器10可以包含初級(jí)控制器40和次級(jí)控制器42，這些控制器與開(kāi)關(guān)控 制器一致地操作以促進(jìn)由本發(fā)明所考慮的逆變。更詳細(xì)地，初級(jí)和次級(jí)控制器40、42可以 被配置成控制對(duì)初級(jí)和次級(jí)14、15的切換操作，以便促進(jìn)所提供直流電壓的升壓，以及其 隨后逆變到期望的交流輸出。電壓調(diào)節(jié)器46可以用來(lái)給初級(jí)和次級(jí)控制器40、42中的每一個(gè)供電。電壓調(diào)節(jié) 器46可以是線性調(diào)節(jié)器或者其他調(diào)節(jié)器，所述調(diào)節(jié)器具有的配置適合于向控制器40、42提
6供實(shí)質(zhì)上恒定的電壓。依賴于控制器的操作需求，圖2中所示調(diào)節(jié)器46可以被配置成向控 制器40、42輸出5或12V的電壓，包含從相同或不同的輸出向控制器40、42提供相同或不 同的電壓的能力。由調(diào)節(jié)器46執(zhí)行的調(diào)節(jié)對(duì)控制器40、42兩者是共同的，使得這些控制器 被電氣地連結(jié)到一起。不像圖1中所示的布置，其中控制器114、116通過(guò)使用開(kāi)關(guān)模式電源128被電氣 地 隔離，該開(kāi)關(guān)模式電源128從126隔離開(kāi)，而本發(fā)明的控制器40、42沒(méi)有被電氣地隔離。雖然初級(jí)和次級(jí)控制器40、42被電氣地耦合，控制器40、42不需要是相同的控制 器類型。例如，初級(jí)控制器40可以根據(jù)初級(jí)14的操作要求被配置成控制開(kāi)關(guān)器件16、18， 同時(shí)次級(jí)控制器42可以不同的方式被配置成支持次級(jí)15的操作需求。初級(jí)控制器14可 以包含信號(hào)生成器(未示出)，該信號(hào)生成器向柵極驅(qū)動(dòng)器50輸出時(shí)變信號(hào)48。該控制信 號(hào)48可以是標(biāo)稱電壓和電流，否則該控制信號(hào)不足以為柵極驅(qū)動(dòng)器50或開(kāi)關(guān)16、18供電。 柵極驅(qū)動(dòng)器50可以使用控制信號(hào)48以協(xié)調(diào)開(kāi)關(guān)器件16、18的激活和去激活。而電壓調(diào)節(jié) 器46可以被配置成提供由柵極驅(qū)動(dòng)器和開(kāi)關(guān)器件所要求的電源，出于舉例的目的，被顯示 為5或12V的信號(hào)54。以這種方式，初級(jí)14的柵極驅(qū)動(dòng)器50要求電源和控制信號(hào)48、54，以便促進(jìn)正確 控制初級(jí)開(kāi)關(guān)器件16、18。次級(jí)15的柵極驅(qū)動(dòng)器60要求相類似的電源和控制信號(hào)62、64 以控制次級(jí)15的開(kāi)關(guān)器件T1、T2、T3、T4。為了將次級(jí)15的電源和控制信號(hào)62、64與次級(jí) 14的電源和控制信號(hào)電氣地隔離開(kāi)，本發(fā)明依靠次級(jí)控制器42向信號(hào)轉(zhuǎn)換器68輸出調(diào)頻 信號(hào)66。然后信號(hào)轉(zhuǎn)換器68無(wú)源地轉(zhuǎn)換調(diào)頻信號(hào)66，以生成由柵極驅(qū)動(dòng)器60所要求的電 源和控制信號(hào)62、64。信號(hào)轉(zhuǎn)換器68配置成將次級(jí)柵極驅(qū)動(dòng)器60所使用的電源和控制信 號(hào)62、64與初級(jí)柵極控制器50所使用的相類似控制信號(hào)48、54電氣地隔離開(kāi)。圖3示出根據(jù)本發(fā)明中的一個(gè)非限制方面來(lái)配置次級(jí)控制器42和信號(hào)轉(zhuǎn)換器68， 以促進(jìn)生成由次級(jí)柵極驅(qū)動(dòng)器60所要求的電源和控制信號(hào)62、64。因?yàn)槠谕脝蜗嘟涣麟?源為消費(fèi)設(shè)備供電，所以必須給次級(jí)柵極驅(qū)動(dòng)器60提供時(shí)變控制信號(hào)64，該次級(jí)柵極驅(qū)動(dòng) 器能夠依靠該時(shí)變控制信號(hào)來(lái)選擇性地控制次級(jí)15的開(kāi)關(guān)器件Τ1、Τ2、Τ3、Τ4，來(lái)形成輸出 的波形。出于舉例的目的，所示次級(jí)15的逆變器70具有以H型橋式配置來(lái)布置的開(kāi)關(guān)金 屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管Tl、Τ2、Τ3和Τ4。這樣做僅僅是出于舉例的目的，因?yàn)楸景l(fā) 明全面地考慮其他逆變器配置的使用。次級(jí)控制器42可以被配置成與信號(hào)轉(zhuǎn)換器68配合操作，以提供由柵極驅(qū)動(dòng)器60 適當(dāng)?shù)乜刂崎_(kāi)關(guān)Tl、Τ2、Τ3、和Τ4所要求的時(shí)變信號(hào)64。為此目的，次級(jí)控制器42可以被 配置成調(diào)頻器，該調(diào)頻器輸出被選擇頻率以對(duì)交流輸出整形。出于舉例的目的，依賴于輸出 交流信號(hào)的期望波形，調(diào)頻器以50kHz、IOOkHz和150kHz這三個(gè)頻率中的一個(gè)輸出。圖4 示出根據(jù)本發(fā)明中的一個(gè)非限制方面作為經(jīng)修正正弦波輸出的交流信號(hào)72。顯示經(jīng)修正的 正弦波是出于舉例目的，并且無(wú)意于限制本發(fā)明的范圍和考慮_包含改善經(jīng)修正的正弦波 的其他波形能夠被輸出而不偏離本發(fā)明的范圍和考慮。如所示，正弦波72通常被構(gòu)造為接連的正負(fù)循環(huán)74、76，它們都是以零交叉78開(kāi) 始和結(jié)束的。本發(fā)明考慮控制與這些循環(huán)相應(yīng)的調(diào)頻信號(hào)66的頻率。具體地，該頻率可以 在所指出的頻率之間切換，這依賴于正弦波72的當(dāng)前循環(huán)74、76、78。例如，在正弦波72的 正循環(huán)74期間，開(kāi)關(guān)Tl和T4可以被閉合而同時(shí)開(kāi)關(guān)T2和T3被斷開(kāi)。隨后，開(kāi)關(guān)T1、T2、T3和T4可以被斷開(kāi)以促進(jìn)零交叉78通向負(fù)循環(huán)76，該負(fù)循環(huán)76以開(kāi)關(guān)T2和T3被閉合 而同時(shí)開(kāi)關(guān)T1和T4保持?jǐn)嚅_(kāi)來(lái)開(kāi)始。本發(fā)明考慮以無(wú)源的方式控制開(kāi)關(guān)器件Tl、T2、T3和T4，這是通過(guò)簡(jiǎn)單地變化從 控制器42向信號(hào)轉(zhuǎn)換器68輸出的調(diào)頻信號(hào)66的頻率，例如可通過(guò)將循環(huán)74、76、78中的 每個(gè)部分分配到50kHz、100kHz、和150kHz調(diào)制信號(hào)中的一個(gè)。信號(hào)轉(zhuǎn)換器68可以包含低 通濾波器82和高通濾波器84以過(guò)濾調(diào)頻信號(hào)，使得頻率在通過(guò)相應(yīng)的濾波器時(shí)，相關(guān)控制 信號(hào)64僅僅被輸出到開(kāi)關(guān)Tl、T2、T3、和T4。以這種方式，調(diào)頻信號(hào)66能夠被改變來(lái)確保 信號(hào)僅僅通過(guò)與待被激活和去激活的開(kāi)關(guān)Tl、T2、T3、T4相關(guān)的濾波器82、84。以圖3中所示布置，每當(dāng)高通和低通濾波器82、84防止輸出被過(guò)濾信號(hào)64時(shí)，開(kāi) 關(guān)T1、T2、T3、和T4被去激活。信號(hào)轉(zhuǎn)換器68還包含信號(hào)變壓器86，以將信號(hào)轉(zhuǎn)換器68與 次級(jí)控制器42電氣地隔離開(kāi)。因?yàn)樾盘?hào)變壓器86比SMPS中所使用的變壓器便宜，這以有 成本效益的方式提供了所期望的第一和第二級(jí)14、15的電氣隔離。此外，通過(guò)信號(hào)變壓器 86執(zhí)行的相對(duì)較低的功率傳輸能夠幫助進(jìn)一步限制信號(hào)轉(zhuǎn)換器68的尺寸和成本。除信號(hào)輸出之外，信號(hào)轉(zhuǎn)換器68還包含電源輸出88，所述信號(hào)輸出用來(lái)分別激活 開(kāi)關(guān)T1與T4以及開(kāi)關(guān)T2與T3。電源輸出88可以用整流器部分40來(lái)生成，該整流器部 分40被配置成使在信號(hào)變壓器86的輸出側(cè)的交流信號(hào)平滑成12V直流供電。電源88能 夠提供由柵極驅(qū)動(dòng)器60所要求的電源以促進(jìn)期望的開(kāi)關(guān)操作。以這種方式，信號(hào)轉(zhuǎn)換器68 僅僅包含無(wú)源組件，以將來(lái)自控制器42的調(diào)頻信號(hào)66輸出轉(zhuǎn)換成柵極驅(qū)動(dòng)器60控制開(kāi)關(guān) T1、T2、T3、和T4的激活和去激活所需的電源和控制信號(hào)62、64。如上面所指出的，逆變器10可以包含開(kāi)關(guān)28以促進(jìn)在120V和230V交流輸出之間 進(jìn)行切換。這個(gè)輸出的頻率能夠通過(guò)次級(jí)控制器42來(lái)控制，所述次級(jí)控制器42選擇性地 調(diào)整開(kāi)關(guān)Tl、T2、T3、和T4被激活和不被激活的時(shí)間周期。換句話說(shuō)，為了將50Hz輸出切 換為60Hz輸出，次級(jí)控制器42僅僅需要對(duì)交流工作周期的正部分和負(fù)部分的持續(xù)時(shí)間做 出微小的修正。這能夠通過(guò)對(duì)調(diào)頻信號(hào)66進(jìn)行軟件控制而不做任何硬件修正來(lái)完成。這 允許本發(fā)明輕易地向在美國(guó)和歐洲的消費(fèi)電子產(chǎn)品提供交流電源?？蛇x擇地，次級(jí)控制器 42可以被配置成響應(yīng)于開(kāi)關(guān)28是在中央抽頭位置24還是在非中央抽頭位置26而自動(dòng)地 設(shè)置調(diào)頻信號(hào)。如上面所支持的，隨著對(duì)于減小成本的需求日益增長(zhǎng)，汽車制造商可能不得不對(duì) 于不同的系統(tǒng)，例如120Vac和230Vac的系統(tǒng)來(lái)統(tǒng)一他們的設(shè)計(jì)，并且最小化他們的設(shè)計(jì)以 減小設(shè)計(jì)的、制造的、以及組件的成本。本發(fā)明中的至少一個(gè)非限制方面描述了可配置用于 120Vac和230Vac系統(tǒng)的統(tǒng)一設(shè)計(jì)。本發(fā)明還描述了簡(jiǎn)化的逆變器控制方法，該方法不要求 有用于其逆變器控制器的隔離式開(kāi)關(guān)模式電源。通過(guò)本發(fā)明所考慮的配置能夠用任何實(shí)際 裝置，例如跳線和機(jī)械開(kāi)關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)。通過(guò)向左轉(zhuǎn)動(dòng)圖2中所示的通用輸出跳線箱中的開(kāi)關(guān)， 將輸出配置到120Vac。同樣地，通過(guò)向右轉(zhuǎn)動(dòng)開(kāi)關(guān)，將輸出配置到230Vac。當(dāng)輸出被配置 成120Vac時(shí)，兩個(gè)二極管D3和D4未被裝載。直流側(cè)電容(DC link capacitor)C的大小 能夠定為250V。逆變器開(kāi)關(guān)Tl、T4能夠?yàn)轭~定250V。如果輸出被配置在230Vac，則兩個(gè) 二極管D3和D4將被裝載。則直流側(cè)電容和逆變器開(kāi)關(guān)可以為額定350V。基于由逆變器柵極驅(qū)動(dòng)電路所要求的電量可削減隔離式開(kāi)關(guān)模式電源。由于逆變 器在50Hz/60Hz切換。所要求電力非常小。可以使用標(biāo)準(zhǔn)柵極驅(qū)動(dòng)脈沖變壓器。這種脈沖
8變壓器能夠執(zhí)行兩個(gè)功能_為柵極驅(qū)動(dòng)電路提供電源和以調(diào)頻信號(hào)的形式傳送柵極驅(qū)動(dòng) 開(kāi)關(guān)信號(hào)。如所指出的，調(diào)頻(FM)脈沖生成器能夠用來(lái)生成開(kāi)關(guān)信號(hào)以控制H型橋式逆 變器開(kāi)關(guān)器件的柵極。FM信號(hào)可被設(shè)計(jì)成，當(dāng)沒(méi)有所要求的開(kāi)關(guān)信號(hào)時(shí)，脈沖生成器生成 100kHz的脈沖。當(dāng)要求用于T1和T4的開(kāi)關(guān)信號(hào)時(shí)，生成器生成50kHz的脈沖。150kHz的 被生成用于T2和T3。在脈沖變壓器的輸出上，隨著開(kāi)關(guān)信號(hào)的存在與否，可獲得經(jīng)整流的 12Vdc電壓。低通濾波器(LPF)的輸出提供用于開(kāi)關(guān)T1和T4的信號(hào)。高通濾波器(HPF) 的輸出提供用于開(kāi)關(guān)T2和T3的信號(hào)。由于濾波器的原因而出現(xiàn)的相位延遲能夠通過(guò)增加 或減少兩個(gè)濾波器之間對(duì)于在H型橋式控制器內(nèi)調(diào)頻脈沖生成器中的命令信號(hào)的相位延 遲差來(lái)補(bǔ)償。一旦柵極驅(qū)動(dòng)供電和信號(hào)可用時(shí)，H型橋式柵極驅(qū)動(dòng)的實(shí)現(xiàn)能夠用任何存在 的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)。雖然此處公開(kāi)了本發(fā)明被要求的和詳細(xì)的實(shí)施方式；然而要理解的是，所公開(kāi)實(shí) 施方式僅僅是本發(fā)明的示例，而本發(fā)明可以各種不同形式或可選擇形式來(lái)實(shí)施。附圖不必 按比例繪制，一些特征可能被放大或縮小以顯示特殊組件的細(xì)節(jié)。因此，此處所公開(kāi)的特 定結(jié)構(gòu)的和功能的細(xì)節(jié)不作為限制性的解釋，而僅僅作為用于權(quán)利要求的代表性基礎(chǔ)，和/ 或作為用于教導(dǎo)本領(lǐng)域中的技術(shù)人員各種不同地使用本發(fā)明的代表性基礎(chǔ)。各種不同的實(shí) 施方式實(shí)現(xiàn)的特征能夠被結(jié)合以形成本發(fā)明的另一些實(shí)施方式。雖然本發(fā)明的實(shí)施方式已經(jīng)被示出和描述，但無(wú)意于用這些實(shí)施方式示出和描述 本發(fā)明的所有有可能的形式。相反，說(shuō)明書(shū)中所使用的詞語(yǔ)是描述性的詞語(yǔ)而不是限制性 的，并且要理解的是，可以在不偏離本發(fā)明精神和范圍的情況下做出各種不同的改變。
權(quán)利要求
一種用在具有直流電源的交通工具中的逆變器，所述逆變器包括初級(jí)，該初級(jí)具有開(kāi)關(guān)器件，該開(kāi)關(guān)器件可操作來(lái)響應(yīng)于初級(jí)控制信號(hào)而將所述直流電源的第一直流輸出升壓到第二直流輸出；次級(jí)，該次級(jí)具有開(kāi)關(guān)器件，該開(kāi)關(guān)器件可操作來(lái)響應(yīng)于次級(jí)控制信號(hào)而將所述第二直流輸出逆變成交流輸出；初級(jí)控制器，該初級(jí)控制器被配置成輸出所述初級(jí)控制信號(hào)，所述初級(jí)控制信號(hào)被用來(lái)控制所述初級(jí)的開(kāi)關(guān)器件以將所述第一直流輸出升壓到所述第二直流輸出；次級(jí)控制器，該次級(jí)控制器被配置成輸出調(diào)頻信號(hào)，該調(diào)頻信號(hào)代表控制所述次級(jí)的開(kāi)關(guān)器件以將所述第二直流輸出逆變成所述交流輸出所需的所述次級(jí)控制信號(hào)；信號(hào)轉(zhuǎn)換器，該信號(hào)轉(zhuǎn)換器被配置成將所述調(diào)頻信號(hào)轉(zhuǎn)換成所述次級(jí)控制信號(hào)，所述次級(jí)控制信號(hào)被用來(lái)控制所述次級(jí)的開(kāi)關(guān)器件以將所述第二直流輸出逆變成所述交流輸出；以及調(diào)節(jié)器，該調(diào)節(jié)器被配置成使用所述直流電源的所述第一直流輸出為所述初級(jí)和所述次級(jí)兩者供電。
2.如權(quán)利要求1所述的逆變器，其中所述調(diào)節(jié)器被配置成將所述第一直流輸出調(diào)節(jié)到 第一級(jí)直流輸出用于為所述初級(jí)控制器供電，并且將所述第一直流輸出調(diào)節(jié)到第二級(jí)直流 輸出用于給所述次級(jí)控制器供電。
3.如權(quán)利要求1所述的逆變器，其中所述信號(hào)轉(zhuǎn)換器包括變壓器、整流器和濾波器。
4.如權(quán)利要求3所述的逆變器，其中所述濾波器包括高通濾波器(HPF)和低通濾波器 (LPF)，所述低通濾波器和所述高通濾波器中的每一個(gè)分別被配置成響應(yīng)于具有第一頻率 或第二頻率的所述調(diào)頻信號(hào)而選擇性地激活所述開(kāi)關(guān)器件中的一個(gè)或多個(gè)。
5.如權(quán)利要求4所述的逆變器，其中所述次級(jí)控制器還被配置成根據(jù)所述交流輸出的 期望特性而選擇性地控制所述第一頻率和所述第二頻率的輸出。
6.如權(quán)利要求5所述的逆變器，其中所述次級(jí)控制器還被配置成輸出第三頻率，以選 擇性地去激活所述次級(jí)的開(kāi)關(guān)器件，以便防止輸出所述交流輸出。
7.如權(quán)利要求4所述的逆變器，其中所述第一頻率近似50kHz，所述第二頻率近似 150kHz，并且所述第三頻率近似100kHz。
8.如權(quán)利要求3所述的逆變器，其中所述信號(hào)轉(zhuǎn)換器電氣地連接在所述次級(jí)控制器和 所述次級(jí)的開(kāi)關(guān)器件之間，從而所述變壓器將所述次級(jí)的開(kāi)關(guān)器件與所述初級(jí)控制器和所 述次級(jí)控制器電氣地隔離開(kāi)。
9.如權(quán)利要求1所述的逆變器，其中所述初級(jí)包括推挽式轉(zhuǎn)換器、整流器、以及開(kāi)關(guān)， 所述開(kāi)關(guān)可操作在中央抽頭位置和非中央抽頭位置之間，在所述中央抽頭位置上所述整流 器充當(dāng)中央抽頭整流器，在所述非中央抽頭位置上所述整流器充當(dāng)橋式整流器。
10.如權(quán)利要求1所述的逆變器，其中所述初級(jí)包括具有四個(gè)二極管和一開(kāi)關(guān)的整流 器，其中所述二極管以橋式配置來(lái)布置，并且所述開(kāi)關(guān)可操作在中央抽頭位置和非中央抽 頭位置之間，所述中央抽頭位置相應(yīng)于所述二級(jí)管中的兩個(gè)二極管的正極處于浮動(dòng)狀態(tài)， 而所述非中央抽頭位置相應(yīng)于所述二極管中的所述兩個(gè)二極管的正極連接到H橋的參考 地。
11.如權(quán)利要求1所述的逆變器，其中所述初級(jí)包括具有多個(gè)二極管和一開(kāi)關(guān)的整流器，其中所述多個(gè)二極管以橋式配置來(lái)布置，并且所述開(kāi)關(guān)可操作在中央抽頭位置和非中 央抽頭位置之間，所述中央抽頭位置相應(yīng)于所述二級(jí)管中的至少第一部分的正極處于浮動(dòng) 狀態(tài)，而所述非中央抽頭位置相應(yīng)于所述二極管中的至少所述第一部分的正極連接到所述 變壓器末端。
12.—種用在具有直流電源的交通工具中的逆變器，所述逆變器包括初級(jí)，該初級(jí)具有開(kāi)關(guān)器件，該開(kāi)關(guān)器件可操作來(lái)響應(yīng)于初級(jí)控制信號(hào)而將所述直流 電源的第一直流輸出升壓到第二直流輸出；次級(jí)，該次級(jí)具有開(kāi)關(guān)器件，該開(kāi)關(guān)器件可操作來(lái)響應(yīng)于次級(jí)控制信號(hào)而將所述第二 直流輸出逆變成交流輸出；初級(jí)控制器，該初級(jí)控制器被配置成輸出所述初級(jí)控制信號(hào)； 次級(jí)控制器，該次級(jí)控制器被配置成輸出代表所述次級(jí)控制信號(hào)的、頻率超出200Hz 的調(diào)頻信號(hào)；以及信號(hào)轉(zhuǎn)換器，該信號(hào)轉(zhuǎn)換器被配置成將所述調(diào)頻信號(hào)轉(zhuǎn)換成所述次級(jí)控制信號(hào)，所述 信號(hào)轉(zhuǎn)換器還被配置成輸出頻率小于200Hz的所述次級(jí)控制信號(hào)。
13.如權(quán)利要求12所述的逆變器，該逆變器還包括調(diào)節(jié)器，所述調(diào)節(jié)器被配置成將所 述第一直流輸出調(diào)節(jié)為控制輸出，用于直接給所述初級(jí)控制器和所述次級(jí)控制器這兩者供
14.如權(quán)利要求13所述的逆變器，其中所述信號(hào)轉(zhuǎn)換器連接在所述次級(jí)控制器和所述 次級(jí)的開(kāi)關(guān)器件之間，并且所述信號(hào)轉(zhuǎn)換器包括變壓器，以將所述次級(jí)的開(kāi)關(guān)器件與所述 次級(jí)控制器電氣地隔離開(kāi)。
15.如權(quán)利要求12所述的逆變器，其中所述初級(jí)包括推挽式轉(zhuǎn)換器、整流器、以及開(kāi) 關(guān)，所述開(kāi)關(guān)可操作在中央抽頭位置和非中央抽頭位置之間，在所述中央抽頭位置上所述 整流器充當(dāng)中央抽頭整流器，在所述非中央抽頭位置上所述整流器充當(dāng)橋式整流器。
16.一種用在具有直流電源的交通工具中的逆變器，所述逆變器包括初級(jí)，該初級(jí)具有開(kāi)關(guān)器件，所述開(kāi)關(guān)器件選擇性地在被激活狀態(tài)和不被激活的狀態(tài) 之間操作，以將所述直流電源的第一直流輸出升壓到第二直流輸出；次級(jí)，該次級(jí)具有開(kāi)關(guān)器件，所述開(kāi)關(guān)器件選擇性地在被激活狀態(tài)和不被激活的狀態(tài) 之間操作，以將所述第二直流輸出逆變成交流輸出；初級(jí)控制器，該初級(jí)控制器被配置成輸出初級(jí)控制信號(hào)，所述初級(jí)控制信號(hào)被用來(lái)選 擇性地使所述開(kāi)關(guān)器件操作在所需的被激活狀態(tài)和不被激活的狀態(tài)之間，以將所述直流電 源的所述第一直流輸出升壓到所述第二直流輸出；次級(jí)控制器，該次級(jí)控制器被配置成輸出代表次級(jí)控制信號(hào)的調(diào)頻信號(hào)，需要所述次 級(jí)控制信號(hào)來(lái)選擇性地使所述開(kāi)關(guān)器件操作在所需的被激活狀態(tài)和不被激活的狀態(tài)之間， 以將所述第二直流輸出逆變成所述交流輸出；其中所述次級(jí)控制器將所述調(diào)頻信號(hào)的輸出頻率在第一頻率、第二頻率和第三頻率之 間進(jìn)行切換，以對(duì)所述交流輸出整形，所述第一頻率在所述交流輸出的正部分期間被輸出， 所述第二頻率在所述交流輸出的負(fù)部分期間被輸出，并且所述第三頻率在正循環(huán)和負(fù)循環(huán) 之間的零交叉期間被輸出；以及信號(hào)轉(zhuǎn)換器，該信號(hào)轉(zhuǎn)換器被配置成接收所述調(diào)頻信號(hào)并且無(wú)源地將所述調(diào)頻信號(hào)轉(zhuǎn)換成所述次級(jí)控制信號(hào)，根據(jù)所述調(diào)頻信號(hào)是否處在所述第一頻率、所述第二頻率和所述 第三頻率，所述次級(jí)控制信號(hào)被用來(lái)選擇性地激活和去激活所述次級(jí)的開(kāi)關(guān)器件中的每一 個(gè)。
17.如權(quán)利要求16所述的逆變器，該逆變器還包括調(diào)節(jié)器，所述調(diào)節(jié)器被配置成將所 述第一直流輸出調(diào)節(jié)為控制輸出，所述控制輸出適合于給所述初級(jí)控制器和所述次級(jí)控制 器這兩者供電。
18.如權(quán)利要求17所述的逆變器，其中所述信號(hào)轉(zhuǎn)換器連接在所述次級(jí)控制器和所述 次級(jí)的開(kāi)關(guān)器件之間，并且所述信號(hào)轉(zhuǎn)換器包括變壓器，以將所述次級(jí)的開(kāi)關(guān)器件與所述 次級(jí)控制器電氣地隔離開(kāi)。
19.如權(quán)利要求16所述的逆變器，其中所述初級(jí)包括推挽式轉(zhuǎn)換器、整流器、以及開(kāi) 關(guān)，所述開(kāi)關(guān)可操作在中央抽頭位置和非中央抽頭位置之間，在所述中央抽頭位置上所述 整流器充當(dāng)中央抽頭整流器，在所述非中央抽頭位置上所述整流器充當(dāng)橋式整流器。
20.如權(quán)利要求16所述的逆變器，其中所述調(diào)頻信號(hào)是大于200Hz的，并且所述次級(jí)控 制信號(hào)是小于200Hz的。
全文摘要
一種用于將直流電源逆變成交流電源的逆變器，所述直流電源例如但不限于一般被使用在交通工具電源系統(tǒng)中的類型，所述交流電源例如但不限于一般用來(lái)為消費(fèi)電子設(shè)備供電的類型。該逆變器可以被配置成將初級(jí)和次級(jí)電氣地隔離開(kāi)，而不要求分離初級(jí)電源和次級(jí)電源。
文檔編號(hào)H02M7/5387GK101860254SQ20101013899
公開(kāi)日2010年10月13日 申請(qǐng)日期2010年3月19日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月8日
發(fā)明者理查德·哈姆珀, 鋒泰·黃 申請(qǐng)人:李爾公司