專利名稱：高頻正弦波逆變器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于直流/交流電能轉(zhuǎn)換裝置技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種高頻 正弦波逆變器，其輸出波形為純正弦波。
背景技術(shù)：
逆變器是一種將直流電轉(zhuǎn)化成交流電能的裝置，主要分兩類，一 類是正弦波逆變器，另一類是方波逆變器。正弦波逆變器輸出的是同 我們?nèi)粘Ｊ褂玫碾娋W(wǎng)一樣，可提供高質(zhì)量的交流電，能夠帶動(dòng)任何種 類的負(fù)載。但現(xiàn)有的正弦波逆變器技術(shù)要求和成本均高，效率較低， 使用受到一定限制。方波逆變器輸出的則是質(zhì)量較差的方波交流電，其正向最大值到 負(fù)向最大值幾乎在同時(shí)產(chǎn)生，這樣，對(duì)負(fù)載和逆變器本身造成劇烈的不穩(wěn)定影響。同時(shí)，其負(fù)載能力差，僅為額定負(fù)載的40 — 60%，不能 帶感性負(fù)載。如所帶的負(fù)載過大，方波電流中包含的三次諧波成分將 使流入負(fù)載中的容性電流增大，嚴(yán)重時(shí)會(huì)損壞負(fù)載的電源濾波電容。 針對(duì)上述缺點(diǎn)，近年來出現(xiàn)了準(zhǔn)正弦波(或稱改良方波、修正正弦波、 模擬正弦波等等)逆變器，其輸出波形從正向最大值到負(fù)向最大值之 間有一個(gè)時(shí)間間隔，使用效果有所改善，但準(zhǔn)正弦波的波形仍然是由折線組成，屬于方波范疇，連續(xù)性不好，并存在電網(wǎng)中的電磁污染。 準(zhǔn)正弦波、改良方波的逆變器由于可以滿足我們部分的用電需求，售 價(jià)適中，成為市場(chǎng)中的主流產(chǎn)品。因此目前國內(nèi)以方波或修正正弦波 逆變器居多。還有一些逆變器是采用工頻變壓器調(diào)制輸出的，其輸出 波形質(zhì)量差、帶載能力很弱，甚至不能帶載感性負(fù)載及沖擊性負(fù)載， 損耗大、效率低，對(duì)用電設(shè)備的使用壽命也造成一定的影響。因此，從環(huán)境保護(hù)、節(jié)能降耗方面考慮，研制新型的具有技術(shù)要 求低和成本低的正弦波逆變器已勢(shì)在必行。實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述技術(shù)問題，提供一種高效率低成本的高頻正弦波逆變器，可將直流電壓變換為單相220V、頻 率50Hz的正弦波交流電，可以給使用220V市電的設(shè)備獨(dú)立供電，降 低逆變器輸出的諧波含量，和提高對(duì)沖擊性負(fù)載的帶載能力以及提高 逆變器效率和可靠度，保護(hù)功能完善，應(yīng)用范圍廣泛，方便用戶設(shè)備 在無電網(wǎng)情況下的使用。解決本實(shí)用新型技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是該高頻正弦波逆變 器包括DC/AC逆變電路，還包括DC/DC高頻升壓電路、濾波電路、 控制電路，DC/AC逆變電路的輸入端通過DC/DC高頻升壓電路連接到 外部直流電壓源，DC/AC逆變電路的輸出端與濾波電路連接后連接至 輸出端子，控制電路與DC/AC逆變電路連接，控制對(duì)DC/AC逆變電 路的驅(qū)動(dòng)，控制電路同時(shí)與輸出端子連接，采集電壓、電流反饋信號(hào)， 形成閉環(huán)控制電路。優(yōu)選的是，所述DC/DC高頻升壓電路包括DC/DC逆變橋、驅(qū)動(dòng) 信號(hào)發(fā)生器、高端驅(qū)動(dòng)器、延時(shí)驅(qū)動(dòng)器、高頻變壓器、整流電路，DC/DC 逆變橋由四個(gè)功率開關(guān)管組成，該DC/DC逆變橋輸入端連接到外部直 流電壓源，驅(qū)動(dòng)信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生二路驅(qū)動(dòng)信號(hào)， 一路輸入高端驅(qū)動(dòng)器， 驅(qū)動(dòng)DC/DC逆變橋的超前橋壁，另一路輸入延時(shí)驅(qū)動(dòng)器，DC/DC逆 變橋的滯后橋壁由驅(qū)動(dòng)信號(hào)經(jīng)過RC延時(shí)(l微秒左右)后輸入高端驅(qū) 動(dòng)器進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，DC/DC逆變橋輸出高頻方波信號(hào)送入高頻變壓器，經(jīng) 高頻變壓器輸出高壓波信號(hào)，再經(jīng)整流電路整流后輸出高壓直流給 DC/AC逆變電路，高頻變壓器的輸出端有電流傳感器W2，電流傳感 器W2對(duì)DC/DC逆變橋輸出電流采樣檢測(cè)，當(dāng)電流大于額定值時(shí)，電 流傳感器W2輸出一高電平關(guān)閉DC/DC逆變部分，對(duì)DC/DC逆變部 分做短路保護(hù)。進(jìn)一步優(yōu)選的是，驅(qū)動(dòng)信號(hào)發(fā)生器為專用電源芯片SG3525，開環(huán) 輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)；高端驅(qū)動(dòng)器為IR2110，驅(qū)動(dòng)DC/DC逆變橋的超前橋壁。 優(yōu)選的是，所述延時(shí)驅(qū)動(dòng)器包括RC延時(shí)電路與高端驅(qū)動(dòng)器，驅(qū)動(dòng)信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)信號(hào)經(jīng)過RC延時(shí)后送入高端驅(qū)動(dòng)器IR2110， 由高端驅(qū)動(dòng)器IR2110直接驅(qū)動(dòng)DC/DC逆變橋的滯后橋壁。在全橋 DC/DC變換中，滯后橋壁通過RC延時(shí)電路實(shí)現(xiàn)，使之具有軟開關(guān)特 性。優(yōu)選的是，控制電路包括微控制器MCU和高端驅(qū)動(dòng)器，微控制 器MCU產(chǎn)生4路驅(qū)動(dòng)信號(hào)給高端驅(qū)動(dòng)器，高端驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)由四個(gè)功率 開關(guān)管組成的DC/AC逆變橋，微控制器MCU同時(shí)與輸出端子連接， 通過傳感器采集輸出的電信號(hào)，高端驅(qū)動(dòng)器主要采用IR2110芯片；濾 波電路為典型的LC濾波電路。進(jìn)一步優(yōu)選的是，微控制器MCU為單片機(jī)，單片機(jī)電路構(gòu)成全 數(shù)字脈寬調(diào)制信號(hào)電路，產(chǎn)生DC/AC逆變信號(hào)，由單片機(jī)控制產(chǎn)生 SPWM脈寬調(diào)制波形，產(chǎn)生的調(diào)制信號(hào)到高端驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)DC/AC逆變 橋，輸出幅值為300 —380V的高壓SPWM波，經(jīng)LC濾波電路，輸出 穩(wěn)定的純正弦波，控制電路采集輸出的電壓和電流反饋信號(hào)，最終輸 出穩(wěn)定的220V交流。進(jìn)一步優(yōu)選的是，單片機(jī)輸出SPWM波，采用窄脈沖抑制使逆變 器輸出很低含量正弦波諧波，在額定負(fù)載下高頻諧波含量低于1.5%。單片機(jī)通過采集逆變器輸出端子處的電流波形，經(jīng)軟件濾波和智 能識(shí)別，實(shí)現(xiàn)對(duì)沖擊性負(fù)載進(jìn)行有效判別、靈敏的過載、短路保護(hù)。本實(shí)用新型具有一個(gè)軟開關(guān)DC/DC高頻升壓器；MCU控制輸出 的DC/AC變換器，以及MCU通過判斷輸入信號(hào)所做的一系列保護(hù)動(dòng) 作。本實(shí)用新型降低了逆變器輸出的諧波含量，輸出交流波形為純正 弦波，能提高對(duì)沖擊性負(fù)載的帶載能力，電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，輸出穩(wěn)壓精 度高，動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性好、效率高、諧波含量小等特點(diǎn)。


以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)一步說明。 圖1是本實(shí)用新型電路原理圖 圖2是電流傳感器W2電路原理圖具體實(shí)施方式
以下結(jié)合實(shí)施例及附圖，對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)敘述。 下面實(shí)施例為本實(shí)用新型的非限定性實(shí)施例。如圖1所示，本實(shí)用新型逆變器包括DC/DC升壓模塊和DC/AC 逆變模塊，以及DC/AC模塊的信號(hào)反饋和控制單元。圖中Ql、 Q2、 Q3、Q4為功率開關(guān)管(可采用IRF4310),該4個(gè)功率開關(guān)管組成DC/DC 部分逆變橋，由PWM脈寬調(diào)制專用芯片SG3525產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)信號(hào)，經(jīng)過 驅(qū)動(dòng)電路進(jìn)行分別驅(qū)動(dòng)DC/DC部分逆變橋；Tl為高頻變壓器；Dl為 高頻整流橋，由4個(gè)MUR460 二極管組成；Q5、 Q6、 Q7、 Q8為功率 開關(guān)管(可采用IRF22N50)組成DC/AC逆變橋，由單片機(jī)產(chǎn)生的SPWM 信號(hào)分別驅(qū)動(dòng)這4個(gè)功率管；Ll、 Cl為電感和電容，組成LC濾波電 路；MCU為微控制器，采用單片機(jī)為MEGA168;功率開關(guān)管驅(qū)動(dòng)電路 采用IR2110; Wl和W2為電流采樣傳感器，電流采樣傳感器W1型號(hào) 為ZME1915007B，電流采樣傳感器W2的電路包括采樣電阻R2和與采 樣電阻R2并聯(lián)的光耦Ul，光耦Ul可采用TLP521-1，光耦(Ul)的 輸出端與SG3525的SHUTDOWN引腳連接。驅(qū)動(dòng)信號(hào)發(fā)生器為專用電源芯片SG3525，開環(huán)輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)， 高頻變壓器的輸出端有電流傳感器W2，電流傳感器W2采樣DC/DC輸 出電流，DC/DC輸出短路時(shí)，電流傳感器輸出一高電平至SG3525的 SHUTDOWN引腳，關(guān)閉DC/DC逆變部分，對(duì)DC/DC逆變部分做短路保 護(hù)。本實(shí)用新型工作時(shí).-將48V蓄電池接入逆變器輸入端，經(jīng)過內(nèi)部連線送入由功率開 關(guān)管Q1、 Q2、 Q3、 Q4組成的DC/DC逆變橋，在PWM脈寬調(diào)制專用芯 片SG3525的P麗波調(diào)制經(jīng)過IR2110組成的高壓驅(qū)動(dòng)電路，分別驅(qū)動(dòng) DC/DC部分的逆變橋的超前橋壁的功率開關(guān)管Ql和Q2，以及經(jīng)過RC 延時(shí)電路延時(shí)處理后驅(qū)動(dòng)滯后橋壁的功率開關(guān)管Q3、 Q4，信號(hào)將斬 波成45KHz左右，占空比約49%的方波，信號(hào)將送入高頻變壓器Tl， 高頻變壓器將48V高頻電壓升至350V左右，經(jīng)過D1高頻全橋整流濾波后，變成350V高壓直流，直流電送入由功率開關(guān)管Q5、 Q6、 Q7、 Q8組成的DC/AC逆變橋，在由單片機(jī)產(chǎn)生的SP西波驅(qū)動(dòng)信號(hào)驅(qū)動(dòng)下， 輸出幅值為350V左右的SPWM波，經(jīng)過圖中的LC濾波后，輸出穩(wěn)定 的純正弦波，單片機(jī)通過交流電流傳感器Wl (該交流電流傳感器W1 型號(hào)可為ZME1915007B)采集輸出的電流信號(hào)，同時(shí)反饋控制DC/AC 逆變橋，最終輸出穩(wěn)定的220V交流。本實(shí)施例第一方面，高頻DC/DC變換部分，專用電源芯片脈寬 調(diào)制控制芯片SG3525作為驅(qū)動(dòng)信號(hào)發(fā)生器，輸出兩路驅(qū)動(dòng)信號(hào)。超 前橋壁由功率開關(guān)管Ql和Q2組成，超前壁的驅(qū)動(dòng)信號(hào)由信號(hào)發(fā)生器 輸出的兩路信號(hào)經(jīng)過高端驅(qū)動(dòng)器IR2110直接驅(qū)動(dòng)；滯后橋壁由功率 開關(guān)管Q3和Q4組成，滯后橋壁的驅(qū)動(dòng)信號(hào)由信號(hào)發(fā)生器輸出的兩路 信號(hào)，分別經(jīng)過RC延時(shí)后，送入高端驅(qū)動(dòng)器IR2110后驅(qū)動(dòng)。經(jīng)RC 延時(shí)后使得滯后橋壁比超前壁延遲大約lus左右，從而使得DC/DC 部分的功率場(chǎng)效應(yīng)管處于軟開關(guān)狀態(tài)，可以提高DC/DC升壓模塊的效 率，減少在功率管開/關(guān)過程中受到電流或電壓的沖擊，經(jīng)DC/DC橋 壁輸出方波送入高頻變壓器，使之從幾十伏的電壓升到300-450V之 間，同時(shí)在DC/DC輸出端通過電流傳感器W2采樣電流，通過過流判 斷對(duì)DC/DC部分作短路保護(hù)，使得DC/DC模塊升壓部分更加穩(wěn)定可靠。 電流傳感器W2是利用采樣電阻R2兩端的電壓直接驅(qū)動(dòng)光耦Ul，實(shí) 現(xiàn)過載保護(hù)功能。系統(tǒng)正常工作時(shí)，采樣電阻兩端電壓低于光耦Ul 導(dǎo)通電壓，光耦不導(dǎo)通，當(dāng)負(fù)載短路或嚴(yán)重超載時(shí)，采樣電阻R2兩 端電壓超過光耦導(dǎo)通電壓，使光耦導(dǎo)通，光耦輸出高電平至P麗脈寬 調(diào)制專用芯片SG3525的SHUTDOWN引腳(SG3525第10腳)，致使SG3525 關(guān)閉逆變橋壁，關(guān)閉DC/DC變換器。其次本實(shí)施例利用控制電路產(chǎn)生4路SP簡(jiǎn)波信號(hào)，用來驅(qū)動(dòng)功 率開關(guān)管Q5、 Q6、 Q7、 Q8。在逆變器輸出過零點(diǎn)附近和正弦波輸出 峰值附近，普通的SP麵波輸出會(huì)有很小的窄脈沖，直接用這些窄脈 沖信號(hào)驅(qū)動(dòng)功率管，由于功率管的開通和關(guān)斷延遲特性，窄脈沖驅(qū)動(dòng) 信號(hào)使得功率管還未導(dǎo)通就又截至了或者還未關(guān)斷就又開通了，功率 管發(fā)熱比較嚴(yán)重，而且也未能輸出有效的窄脈沖，使得在過零點(diǎn)附近波形畸變嚴(yán)重，引起高端驅(qū)動(dòng)的誤動(dòng)作，導(dǎo)致?lián)p壞功率管。如果直接 將窄脈沖進(jìn)行抑制，會(huì)影響到輸出正弦波諧波含量的增加。本實(shí)用新 型在MCU判斷如果輸出的脈沖小于一定值，軟件通過計(jì)算，將相鄰幾 個(gè)窄脈沖合并在一起輸出，在不丟失窄脈沖輸出能量的情況下對(duì)窄脈 沖做了抑制，提高了逆變器效率，大大降低了逆變器高頻諧波含量和 逆變器工作的可靠度。本實(shí)施例第三個(gè)方面，MCU通過采集輸入實(shí)時(shí)電壓和電流值通過 對(duì)沖擊性負(fù)載的識(shí)別并相應(yīng)處理，從而使得逆變器抗沖擊能力大大增 強(qiáng)，當(dāng)沖擊性負(fù)載，如電視機(jī)，電動(dòng)機(jī)等接入逆變器輸出端時(shí)，由于 啟動(dòng)電流很大，對(duì)逆變器來說，近視為短路情況，按常規(guī)的保護(hù)方法， 逆變器會(huì)做出短路保護(hù)動(dòng)作。本實(shí)用新型在檢測(cè)到實(shí)時(shí)電流突然增大 時(shí)，立刻減小SP麗波占空比，進(jìn)而減小輸出有效電壓，從而降低了 輸出電流，等沖擊電流峰值過后，電流恢復(fù)到正常值，逆變器輸出電 壓也隨之恢復(fù)到正常值，使得可以帶動(dòng)像電動(dòng)機(jī)之類的大沖擊負(fù)載， 而不至于引起逆變器保護(hù)，對(duì)于短路情況，逆變器通過判斷采集電壓 實(shí)時(shí)值為零，而仍有很大電流，則判斷為短路情況，從而對(duì)逆變器相 應(yīng)的保護(hù)。
權(quán)利要求1.一種高頻正弦波逆變器，包括DC/AC逆變電路，其特征在于還包括DC/DC高頻升壓電路、控制電路、、濾波電路，DC/AC逆變電路的輸入端通過DC/DC高頻升壓電路連接到外部直流電壓源，DC/AC逆變電路的輸出端與濾波電路連接后連接至輸出端子，控制電路與DC/AC逆變電路連接，控制對(duì)DC/AC逆變電路的驅(qū)動(dòng)，控制電路同時(shí)與輸出端子連接，采集電壓、電流反饋信號(hào)，形成閉環(huán)控制電路。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的高頻正弦波逆變器，其特征在于所述 DC/DC高頻升壓電路包括DC/DC逆變橋、驅(qū)動(dòng)信號(hào)發(fā)生器、高端驅(qū)動(dòng) 器、延時(shí)驅(qū)動(dòng)器、高頻變壓器、整流電路，DC/DC逆變橋由四個(gè)功率 開關(guān)管(Ql、 Q2、 Q3、 Q4)組成，該DC/DC逆變橋輸入端連接到外部 直流電壓源，驅(qū)動(dòng)信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生二路驅(qū)動(dòng)信號(hào)， 一路輸入高端驅(qū)動(dòng) 器，驅(qū)動(dòng)DC/DC逆變橋的超前橋壁，另一路輸入延時(shí)驅(qū)動(dòng)器，DC/DC 逆變橋的滯后橋壁由驅(qū)動(dòng)信號(hào)經(jīng)過RC延時(shí)后輸入高端驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行驅(qū) 動(dòng)，DC/DC逆變橋輸出高頻方波信號(hào)送入高頻變壓器，經(jīng)高頻變壓 器輸出高壓波信號(hào)，再經(jīng)整流電路整流后輸出高壓直流給DC/AC逆變 電路。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的高頻正弦波逆變器，其特征在于驅(qū)動(dòng) 信號(hào)發(fā)生器為專用電源芯片SG3525，開環(huán)輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)，高頻變壓 器的輸出端有電流傳感器W2，電流傳感器W2釆樣DC/DC輸出電流， DC/DC輸出短路時(shí)，電流傳感器輸出一高電平至SG3525的SHUTDOWN 引腳，關(guān)閉DC/DC逆變部分，對(duì)DC/DC逆變部分做短路保護(hù)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的高頻正弦波逆變器，其特征在于電流 傳感器W2的電路包括采樣電阻(R2)和與采樣電阻(R2)并聯(lián)的光 耦(Ul),光耦(Ul)的輸出端與SG3525的SHUTDOWN引腳連接。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的高頻正弦波逆變器，其特征在于高端驅(qū)動(dòng)器為IR2110,驅(qū)動(dòng)DC/DC逆變橋的超前橋壁。
6. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的高頻正弦波逆變器，其特征在于延時(shí) 驅(qū)動(dòng)器中的高端驅(qū)動(dòng)器為IR2110，驅(qū)動(dòng)DC/DC逆變橋的滯后橋壁，在 全橋DC/DC變換中，滯后橋壁通過RC延時(shí)電路實(shí)現(xiàn)，使之具有軟開 關(guān)特性。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高頻正弦波逆變器，其特征在于控制 電路包括微控制器MCU和高端驅(qū)動(dòng)器，微控制器MCU產(chǎn)生4路驅(qū)動(dòng)信 號(hào)給高端驅(qū)動(dòng)器，高端驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)由四個(gè)功率開關(guān)管(Q5、 Q6、 Q7、 Q8)組成的DC/AC逆變橋，微控制器MCU同時(shí)與輸出端子連接，通過 傳感器采集輸出的電信號(hào)，高端驅(qū)動(dòng)器為IR2110,濾波電路為LC濾 波電路。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的高頻正弦波逆變器，其特征在于微控 制器MCU為單片機(jī)，單片機(jī)電路構(gòu)成全數(shù)字脈寬調(diào)制信號(hào)電路，產(chǎn)生 DC/AC逆變信號(hào)，由單片機(jī)控制產(chǎn)生SPWM脈寬調(diào)制波形，產(chǎn)生的調(diào) 制信號(hào)到高端驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)DC/AC逆變橋，輸出幅值為300 — 380V的高 壓SP觀波，經(jīng)LC濾波電路，輸出穩(wěn)定的純正弦波，控制電路采集輸 出的電壓和電流反饋信號(hào)，最終輸出穩(wěn)定的220V交流。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的高頻正弦波逆變器，其特征在于單片 機(jī)輸出SPWM波，采用窄脈沖抑制使逆變器輸出很低含量正弦波諧波， 在滿載時(shí)逆變器輸出的高頻諧波含量低于1.5%。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的高頻正弦波逆變器，其特征在于單 片機(jī)通過采集逆變器輸出端子處的電流波形，經(jīng)軟件濾波和智能識(shí) 別，實(shí)現(xiàn)對(duì)沖擊性負(fù)載進(jìn)行有效判別、靈敏的過載、短路保護(hù)。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種高頻正弦波逆變器，它包括DC/AC逆變電路，還包括DC/DC高頻升壓電路、控制電路，DC/AC逆變電路的輸入端通過DC/DC高頻升壓電路連接到外部直流電壓源，DC/AC逆變電路的輸出端與濾波電路連接后連接至輸出端子，控制電路與DC/AC逆變電路連接，控制對(duì)DC/AC逆變電路的驅(qū)動(dòng)，控制電路同時(shí)與輸出端子連接，采集輸出的電信號(hào)用于保護(hù)、反饋等控制。本實(shí)用新型電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，輸出交流波形為純正弦波，輸出穩(wěn)壓精度高，動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性好、效率高、諧波含量小等特點(diǎn)。
文檔編號(hào)H02M3/24GK201118459SQ200720195899
公開日2008年9月17日 申請(qǐng)日期2007年10月30日 優(yōu)先權(quán)日2007年10月30日
發(fā)明者劉偉增, 包雪峰, 張新濤, 李衛(wèi)江 申請(qǐng)人:新疆新能源股份有限公司