一种高功率密度的逆变器的制作方法

1.本实用新型涉及逆变器技术领域，尤其涉及一种高功率密度的逆变器。


背景技术：

2.逆变器即是把直流电能转变成定频定压或调频调压交流电的转换器，目前逆变器系统的隔离器为电容式(capacitive coupling)隔离器或线圈式(inductive coupling)隔离器。
3.随着第三代半导体广泛应用于大功率开关电源，逆变器系统需要更高的传输效率和更低的延迟来实现信号逻辑控制处理；而由于电容式隔离器需要特别的氧化层材料，线圈式隔离器有面积等问题，当开关频率越来越高时，电容式隔离器或线圈式隔离器必然越做越小而间距就越来越小，从而无法满足隔离要求。也正是因为开关频率的要求和电容电感的特性关系，使得现有的逆变器系统无法兼顾提高功率密度的同时实现安全可靠的信号隔离。


技术实现要素：

4.本实用新型所要解决的技术问题是：提供一种高功率密度的逆变器，并且保证安全可靠的信号隔离。
5.为了解决上述技术问题，本实用新型采用的一种技术方案为：
6.一种高功率密度的逆变器，包括三相逆变电路和三个毫米波隔离及驱动芯片，所述三相逆变电路包括三个桥臂；
7.三个所述毫米波隔离及驱动芯片的信号输入端分别用于接收控制电路的控制信号，三个所述毫米波隔离及驱动芯片的信号输出端分别连接在一个桥臂上。
8.本实用新型的有益效果在于：毫米波隔离及驱动芯片的信号输入端用于接收控制电路的控制信号，由三个毫米波隔离及驱动芯片的信号输出端分别驱动三相逆变电路上的三个桥臂，从而在一种高功率密度的逆变器采用毫米波无线芯片传输，由于毫米波无线芯片传输是非接触芯片内嵌天线的传输隔离，使得信号传输隔离更加安全可靠，即使是在产品被高压击穿，天线也不会造成金属短路。同时，采用毫米波无线芯片传输，由于其具有传输速度快且延时低的特点，因此耦合变压器和储能电容可以做得更小。且毫米波载波天线小，无需光耦与额外隔离层，可以用标准cmos工艺以及标准的封装工艺，可以降低制造成本和占用体积，从而在电源系统内部功率转换器小型化的同时，实现高效的大功率输出，达到高功率密度的要求，即本实用新型能在提高功率密度的同时实现安全可靠的信号隔离。
附图说明
9.图1为本实用新型实施方式的一种高功率密度的逆变器的结构示意图；
10.图2为本实用新型实施方式的一种高功率密度的逆变器中毫米波隔离芯片的结构示意图；
11.图3为本实用新型实施方式的一种高功率密度的逆变器中毫米波隔离及驱动芯片的结构示意图。
具体实施方式
12.为详细说明本实用新型的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图予以说明。
13.本技术上述一种高功率密度的逆变器能够适用于各种逆变电路需要信号隔离的应用场景，以下通过具体实施方式进行说明：
14.在此之前，为了便于理解本实施方式的技术方案，对于本实用新型中涉及的部分英文进行说明如下：
15.(1)、millimeter tranceiver，意为毫米波收发器，对应本实施方式中的两个毫米波隔离芯片。
16.(2)、logic control，意为逻辑控制，对应本实施方式中的输入逻辑控制电路。
17.(3)、logic and driver，意为逻辑驱动，对应本实施方式中的输出逻辑驱动电路。
18.在一个可选的实施方式中，如图1所示，一种高功率密度的逆变器，包括三相逆变电路以及三个毫米波隔离及驱动芯片，在本实施方式中，三相逆变电路包括三个桥臂、输入电压电路以及三个lcl滤波电路。
19.其中，三个毫米波隔离及驱动芯片的信号输入端分别用于接收控制电路的控制信号，三个毫米波隔离及驱动芯片的信号输出端分别连接在一个桥臂上。
20.在本实施方式中，每一个毫米波隔离及驱动芯片均包括输入逻辑控制电路、两个毫米波隔离芯片、两路输出逻辑驱动电路以及四个驱动管。
21.其中，输入逻辑控制电路的三个输入端分别用于接收控制电路的两路脉冲宽度调制信号和一路逻辑控制信号，输入逻辑控制电路的两个输出端分别与两个毫米波隔离芯片的输入端电连接，每一个毫米波隔离芯片的输出端均与一路输出逻辑驱动电路的输入电连接，每一路输出逻辑驱动电路的两个输出端分别连接有一驱动管的输入端，同一路上的两个驱动管的输出端同时连接在桥臂的其中一个功率管的栅极上，这样两路输出逻辑驱动电路的四个输出端就分别连接在四个驱动管上，并分别作用于一个桥臂的两个功率管的栅极上。
22.其中，请参照图2和图3，本实施方式采用的毫米波隔离及驱动芯片中包括的两个毫米波隔离芯片为相同结构的隔离器，且两个毫米波隔离芯片相互隔离，中间传输毫米波信号时互不干扰。应当说明的是，本实施方式不对毫米波隔离芯片的具体结构做限制，通过毫米波作为载波，传输信号的毫米波隔离器亦可作为毫米波隔离芯片的结构。
23.由此，结合图1至图3可知，本实施方式采用了三个毫米波隔离及驱动芯片来实现三相逆变器的信号隔离。三相逆变器中处于安全区的控制电路合计发出六路脉冲宽度调制信号pwm1、pwm2、pwm3、pwm4、pwm5、pwm6以及三路逻辑控制信号logic1、logic2、logic3，安全区的控制电路为微型控制器，比如mcu，其上执行有相应的控制程序。对于三相逆变器的三个桥臂来说，此处以其中一个桥臂的驱动进行说明如下：两路脉冲宽度调制信号pwm1、pwm2以及一路逻辑控制信号logic1输入到毫米波隔离及驱动芯片内，经两个毫米波隔离芯片的发送器上的天线发射出去，由毫米波隔离芯片的对应接收器上的天线进行接收之后传
输到输出逻辑驱动电路，每个输出逻辑驱动电路处理之后均分成两路输出到两个驱动管，即合计有四个驱动管m1、m2、m3、m4，从而驱动桥臂上两个功率管m13和m14，其他两个桥臂的驱动原理相同，其第二个的毫米波隔离及驱动芯片的四个驱动管m5、m6、m7、m8用于驱动第二个桥臂的两个功率管m15和m16，以及第三个的毫米波隔离及驱动芯片的四个驱动管m9、m10、m11、m12用于驱动第三个桥臂的两个功率管m17和m18，由此，本实施方式中的三个毫米波隔离及驱动芯片实现三相逆变电路中三个桥臂的驱动。
24.参照图2可知，三个桥臂的工作状态，分别由三个逻辑控制信号logic1、logic2、logic3的逻辑状态决定。六路脉冲宽度调制信号pwm1、pwm2、pwm3、pwm4、pwm5、pwm6分别控制三个桥臂的六个功率管m13、m14、m15、m16、m17、m18的闭合与断开，通过六个功率管m13、m14、m15、m16、m17、m18的交替闭合，影响三相逆变电路中三个桥臂的交替变化电流，从而产生谐振频率，影响三相电压。而三相逆变电路中三个桥臂在电路中，由处于安全区的逻辑控制信号来决定其工作状态，从而保证三相逆变电路中三个桥臂的高效率工作。
25.需要说明的是，六路脉冲宽度调制信号pwm1、pwm2、pwm3、pwm4、pwm5、pwm6以及三路逻辑控制信号logic1、logic2、logic3都由一个mcu产生，因此，能够方便处理每路信号同步的问题。
26.如图1所示，在一个可选的实施方式中，输入电压电路的两端分别连接在桥臂的两端，桥臂的中间连接处分别与一个lcl滤波电路电连接，每一个lcl滤波电路的输出端为一相电压端。
27.具体而言，输入电压电路包括第一电容c1和第二电容c2，第一电容c1的一端连接在输入电压正极端dc+，第二电容c2的一端连接在输入电压负极端dc-，第一电容c1的另一端和第二电容c2的另一端同时接地。
28.在一个可选的实施方式中，输入电压正极端dc+和输入电压负极端dc-为太阳能光伏接入两端或电池接入两端。
29.如图1所示，在一个可选的实施方式中，三个桥臂上分别有一lcl滤波电路，即由电感li1、电容cf1和电感lg1组成的第一lcl滤波电路、由电感li2、电容cf2和电感lg2组成的第二lcl滤波电路、由电感li3、电容cf2和电感lg3组成的第三lcl滤波电路。以第一lcl滤波电路进行连接关系的说明如下：桥臂的中间连接处即功率管m13的漏极与功率管m14的源极的连接处，其与电感li1的一端电连接，电感li1的另一端同时与电容cf1的一端和电感lg1的一端电连接，电容cf1的另一端串联在一阻尼电阻r1的一端，阻尼电阻r1的另一端接地，控制电路电感lg1的另一端也串联在一阻尼电阻r4的一端，阻尼电阻r4的另一端与一相电压端ac1电连接。第二lcl滤波电路和第三lcl滤波电路的连接关系与第一lcl滤波电路的连接关系相等，且对应串联有阻尼电阻r2、r3、r5和r6，并对应连接在另外两相电压端ac2和ac3。
30.由此，桥臂上的高频方波经lcl滤波后输出50hz或60hz的交流电。
31.在本实施方式中三相逆变器输出的电压较高，需要较大承受大电流或者大电压器件，由此，对应的三个桥臂的六个功率管m13、m14、m15、m16、m17、m18可以为场效应晶体管、金属氧化物半导体场效应晶体管mosfets、碳化硅sic或氮化镓gan。
32.综上所述，本实用新型提供的一种高功率密度的逆变器，采用毫米波无线芯片传输，由于毫米波无线芯片传输是非接触芯片内嵌天线的传输隔离，使得信号传输隔离更加
安全可靠，即使是在产品被高压击穿，天线也不会造成金属短路。同时，采用毫米波无线芯片传输，由于其具有传输速度快且延时低的特点，因此耦合变压器和储能电容可以做得更小。其宽带能达到100kbps到10gbps，能够适应三相逆变器需要信号隔离的任何场景。毫米波载波天线小，且无需光耦与额外隔离层，可以用标准cmos工艺以及标准的封装工艺，可以降低制造成本和占用体积，从而在电源系统内部功率转换器小型化的同时，实现高效的大功率输出，达到高功率密度的要求。另外，标准化封装工艺容易集成在消费类产品，从而进一步保证了其应用场景。即本实施方式不仅保证了逆变器在信号传输隔离中的安全可靠性，同时还兼具速度快、延时低、适应场景广、制造成本低、体积小和高功率密度的优点。
33.以上所述仅为本实用新型的实施方式，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。