申请/专利权人：吉林大学

申请日：2023-12-14

公开（公告）日：2024-03-19

公开（公告）号：CN117728705A

主分类号：H02M7/5387

分类号：H02M7/5387;H02M7/5395;H02M1/00

优先权：

专利状态码：在审-实质审查的生效

法律状态：2024.04.05#实质审查的生效;2024.03.19#公开

摘要：本发明的一种多桥臂轮流工作的高频逆变电路属于电子设备技术领域，结构有频率设置模块1、逻辑信号产生模块2、逻辑信号运算模块3、上桥驱动阵列4、下桥驱动阵列5和MOS管阵列6等。本发明有效改善了当H桥运行在长时间工作条件或大功率工作条件下，场效应管的发热现象，延长了场效应管及逆变电路的工作寿命，增强了逆变电路的工作稳定性，使其可在大功率条件、长工作时间条件下稳定工作，同时可以减少逆变电路内部的损耗，提升其转换效率。

主权项：1.一种多桥臂轮流工作的高频逆变电路，结构有频率设置模块1、逻辑信号产生模块2、逻辑信号运算模块3、上桥驱动阵列4、下桥驱动阵列5和MOS管阵列6；其特征在于，所述的上桥驱动阵列4的结构包括上桥驱动单元一41、上桥驱动单元二42、上桥驱动单元三43、上桥驱动单元四44、上桥驱动单元五45、上桥驱动单元六46、上桥驱动单元七47、上桥驱动单元八48；所述的下桥驱动阵列5的结构包括下桥驱动单元一51、下桥驱动单元二52、下桥驱动单元三53、下桥驱动单元四54、下桥驱动单元五55、下桥驱动单元六56、下桥驱动单元七57、下桥驱动单元八58；所述频率设置模块1与逻辑信号产生模块2相连，为逻辑信号产生模块2提供频率可调节的初始波形；所述逻辑信号产生模块2与逻辑信号运算模块3相连，将输入的初始波形转换为六路时序信号，并输出给逻辑信号运算模块3，用以后续模块的逻辑运算；逻辑信号运算模块3与上桥驱动阵列4、下桥驱动阵列5相连，将六路逻辑信号以三路与门的方式进行运算，生成八路带死区时间的PWM波形，所述上桥驱动阵列4、下桥驱动阵列5与MOS管阵列6相连，用以提升八路PWM波的驱动电压及驱动电流，以确保能够驱动后续模块中的场效应管，所述的MOS管阵列6在PWM波形的控制下使十六个场效应管轮流交替导通，将高压直流输入逆变为交流电压，并将逆变得到的交流电压源输出给用电负载。所述的频率设置模块1的结构为：电阻R1的一端及电阻R2的一端与电阻R3的一端相连接，电阻R1的另一端与电源VCC相连接，电阻R3的另一端与地线相连接，电阻R2的另一端与电阻R6的一端及运算放大器U1的同相输入端相连接，电阻R6的另一端及可调电阻R5的一端与运算放大器U1的输出端相连接，运算放大器U1的正电源接线端与电源VCC相连接，运算放大器U1的负电源接线端与地线相连接，可调电阻R5的另一端及可调电阻的滑线端与电阻R4的一端相连接，电阻R4的另一端及电容C1的一端与运算放大器U1的反相输入端相连接，记作端口triangular_out，输出端口triangular_out与逻辑信号产生模块2的输入端口triangular_in相连接，电容C1的另一端与地线相连接；所述的逻辑信号产生模块2的结构为：端口triangular_in与运算放大器U2的同相输入端、运算放大器U3的同相输入端及运算放大器U4的反相输入端相连接，可调电阻R7的一端与电源VCC相连接，可调电阻R7的另一端与地线相连接，可调电阻R7的滑线端与运算放大器U2的反相输入端相连接，运算放大器U2的正电源接线端与电源VDD相连接，运算放大器U2的负电源接线端与地线相连接，运算放大器U2的输出端与JK触发器U5A的引脚1CP#相连接，JK触发器U5A的引脚1J及引脚1K、JK触发器U5B的引脚2J及引脚2K与电源VDD相连接，JK触发器U5A的引脚1Q与JK触发器U5B的引脚2CP#相连接，记作端口B1_out、端口B1_out与与逻辑信号运算模块3的输入端口B1_in相连接，JK触发器U5A的引脚1Q#记作端口B2_out，端口B2_out与逻辑信号运算模块3的输入端口B2_in相连接，JK触发器U5B的引脚2Q记作端口C1_out，端口C1_out与逻辑信号运算模块3的输入端口C1_in相连接，JK触发器U5B的引脚2Q#记作端口C2_out，端口C2_out与逻辑信号运算模块3的输入端口C2_in相连接，可调电阻R8的一端与电源VCC相连接，可调电阻R8的另一端与地线相连接，可调电阻R8的滑线端与运算放大器U3的反相输入端相连接，运算放大器U3的正电源接线端与电源VDD相连接，运算放大器U3的负电源接线端与地线相连接，运算放大器U3的输出端记作端口A1_out，端口A1_out与逻辑信号运算模块3的输入端口A1_in相连接。可调电阻R9的一端与电源VCC相连接，可调电阻R9的另一端与地线相连接，可调电阻R9的滑线端与运算放大器U4的同相输入端相连接，运算放大器U4的正电源接线端与电源VDD相连接，运算放大器U4的负电源接线端与地线相连接，运算放大器U4的输出端记作端口A2_out，端口A2_out与逻辑信号运算模块3的输入端口A2_in相连接；所述的逻辑信号运算模块3的结构为：与门U6的第一输入端、与门U8的第一输入端、与门U10的第一输入端、与门U12的第一输入端与电阻R14的一端相连接，记为端口A1_in，与门U7的第一输入端、与门U9的第一输入端、与门U11的第一输入端、与门U13的第一输入端与电阻R15的一端相连接，记为端口A2_in，与门U7的第二输入端、与门U8的第二输入端、与门U11的第二输入端、与门U12的第二输入端与电阻R10的一端相连接，记为端口B1_in，与门U6的第二输入端、与门U9的第二输入端、与门U10的第二输入端、与门U13的第二输入端与电阻R11的一端相连接，记为端口B2_in，与门U9的第三输入端、与门U10的第三输入端、与门U11的第三输入端、与门U12的第三输入端与电阻R12的一端相连接，记为端口C1_in，与门U6的第三输入端、与门U7的第三输入端、与门U8的第三输入端、与门U13的第三输入端与电阻R13的一端相连接，记为端口C2_in，电阻R10的另一端、电阻R11的另一端、电阻R12的另一端、电阻R13的另一端、电阻R14的另一端及电阻R15的另一端与地线相连接，与门U6的输出端记作端口PWM_out1，端口PWM_out1与上桥驱动单元一41的输入端口PWM_in1_high及下桥驱动单元一51的输入端口PWM_in1_low相连接，与门U7的输出端记作端口PWM_out2，端口PWM_out2与上桥驱动单元二42的输入端口PWM_in2_high及下桥驱动单元二52的输入端口PWM_in2_low相连接，与门U8的输出端记作端口PWM_out3，端口PWM_out3与上桥驱动单元三43的输入端口PWM_in3_high及下桥驱动单元三53的输入端口PWM_in3_low相连接，与门U9的输出端记作端口PWM_out4，端口PWM_out4与上桥驱动单元四44的输入端口PWM_in4_high及下桥驱动单元四54的输入端口PWM_in4_low相连接，与门U10的输出端记作端口PWM_out5，端口PWM_out5与上桥驱动单元五45的输入端口PWM_in5_high及下桥驱动单元五55的输入端口PWM_in5_low相连接，与门U11的输出端记作端口PWM_out6，端口PWM_out6与上桥驱动单元六46的输入端口PWM_in6_high及下桥驱动单元六56的输入端口PWM_in6_low相连接，与门U12的输出端记作端口PWM_out7，端口PWM_out7与上桥驱动单元七47的输入端口PWM_in7_high及下桥驱动单元七57的输入端口PWM_in7_low相连接，与门U13的输出端记作端口PWM_out8，端口PWM_out8与上桥驱动单元八48的输入端口PWM_in8_high及下桥驱动单元八58的输入端口PWM_in8_low相连接；所述的上桥驱动单元一41的结构为：电阻R16的一端与输入端口PWM_in1_high相连接，电阻R16的另一端与三极管Q17的基极相连接，三极管Q17的发射极与地线相连接，三极管Q17的集电极与电阻R17的一端及三极管Q18的基极相连接，电阻R17的另一端、三极管Q18的集电极、场效应管Q19的源极及电容C2的一端与二极管D1的负极相连接，二极管D1的正极与电阻R19的一端相连接，电阻R19的另一端与电源VCC相连接，三极管Q18的发射极、电阻R18的一端与场效应管Q19的栅极及场效应管Q20的栅极相连接，场效应管Q19的漏极及场效应管Q20的漏极与电阻R20的一端相连接，电阻R18的另一端、场效应管Q20的源极及电容C2的另一端与电阻R21的一端相连接，记作端口REF1，端口REF1与MOS管阵列6的端口Bridge_L相连接，电阻R20的另一端与电阻R21的另一端相连接，记作端口Q1_out，端口Q1_out与MOS管阵列6的端口Q1_in相连接；八个上桥驱动单元的电路结构相同，每个上桥驱动单元用于控制MOS管阵列6中上桥臂的一个场效应管；所述的下桥驱动单元一51的结构为：三极管Q21的基极与输入端口PWM_in1_low相连接，三极管Q21的集电极与电源VCC相连接，电阻R22的一端与地线相连接，电阻R22的另一端与三极管Q21的发射极相连接，记作端口Q13_out，端口Q13_out与MOS管阵列6的端口Q13_in相连接；八个下桥驱动单元的电路结构相同，每个下桥驱动单元用于控制MOS管阵列6中下桥臂的一个场效应管；所述的MOS管阵列6的结构为：场效应管Q1的漏极、场效应管Q2的漏极、场效应管Q3的漏极、场效应管Q4的漏极、场效应管Q9的漏极、场效应管Q10的漏极、场效应管Q11的漏极及场效应管Q12的漏极与电源VPP相连接，场效应管Q1的栅极与输入端口Q1_in相连接，场效应管Q2的栅极与输入端口Q2_in相连接，场效应管Q3的栅极与输入端口Q3_in相连接，场效应管Q4的栅极与输入端口Q4_in相连接，场效应管Q9的栅极与输入端口Q9_in相连接，场效应管Q10的栅极与输入端口Q10_in相连接，场效应管Q11的栅极与输入端口Q11_in相连接，场效应管Q12的栅极与输入端口Q12_in相连接，场效应管Q1的源极、场效应管Q2的源极、场效应管Q3的源极，场效应管Q4的源极、场效应管Q5的漏极、场效应管Q6的漏极、场效应管Q7的漏极及场效应管Q8的漏极相连接，记作端口Bridge_L，场效应管Q9的源极、场效应管Q10的源极、场效应管Q11的源极，场效应管Q12的源极、场效应管Q13的漏极、场效应管Q14的漏极、场效应管Q15的漏极及场效应管Q16的漏极相连接，记作端口Bridge_R，场效应管Q5的栅极与输入端口Q5_in相连接，场效应管Q6的栅极与输入端口Q6_in相连接，场效应管Q7的栅极与输入端口Q7_in相连接，场效应管Q8的栅极与输入端口Q8_in相连接，场效应管Q13的栅极与输入端口Q13_in相连接，场效应管Q14的栅极与输入端口Q14_in相连接，场效应管Q15的栅极与输入端口Q15_in相连接，场效应管Q16的栅极与输入端口Q16_in相连接，场效应管Q5的源极、场效应管Q6的源极、场效应管Q7的源极、场效应管Q8的源极、场效应管Q13的源极、场效应管Q14的源极、场效应管Q15的源极及场效应管Q16的源极与地线相连接。

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