CN103248258A - 正弦波车载逆变器的逆变控制电路及正弦波车载逆变器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种正弦波车载逆变器的逆变控制电路及相应的正弦波车载逆变器，该逆变控制电路包括电压检测电路、电流检测电路、电压修正模块、SPWM波发生模块和驱动电路；其中，电压检测电路和电流检测电路与正弦波车载逆变器的DC/AC逆变电路的直流输入端相连，分别将检测的直流输入电压和直流输入电流发送给电压修正模块；电压修正模块将根据检测的直流输入电流修正直流输入电压，发送直流输入电压修正值给SPWM波发生模块，计算并输出SPWM波给驱动电路，驱动DC/AC逆变电路将直流转换为稳定的交流。本发明采用直流电压前馈控制加直流电流补偿调节使输出交流电压稳定，不需要复杂的交流电压检测计算和比例积分运算，可以节省资源，且输出稳定、工作可靠。
Description
技术领域
本发明涉及车载逆变器技术领域，更具体地说，涉及一种正弦波车载逆变器的逆变控制电路及相应的正弦波车载逆变器。
背景技术
现有车载逆变器的模块框图如图1所示，包括直流滤波电路10、DC/DC升压电路20、DC/AC逆变电路30和交流滤波电路40，以及用于产生PWM波控制DC/DC升压电路20的升压控制电路50及用于产生SPWM波控制DC/AC逆变电路30的逆变控制电路60。直流输入后先经过直流滤波电路10以减少纹波电流和抑制电磁干扰，再经过DC/DC升压电路20将DC12V或DC24V变换到高压直流，然后经过DC/AC逆变电路30将高压直流转换成SPWM正弦波脉宽调制的方波，最后经过交流滤波电路40输出AC220V/50Hz或AC110V/60Hz的正弦波交流电压，如通过单相插座输出该交流电压。
如图2所示，逆变控制电路60具体包括输出电压检测电路67、逆变微控制器68和驱动电路69。输出电压检测电路67连接交流滤波电路40的交流输出端，将交流输出电压反馈给逆变微控制器68，逆变微控制器68根据交流输出电压的大小计算输出的SPWM波的脉冲宽度，将SPWM波经过驱动电路69发送控制信号给DC/AC逆变电路30实现DC/AC逆变。当检测到交流输出电压低于设定值时，逆变微控制器68增大SPWM波的脉冲宽度，使交流输出电压升高；当检测到交流输出电压高于设定值时，逆变微控制器68减小SPWM波的脉冲宽度，使交流输出电压下降，即自动调节输出的SPWM波的脉冲宽度，从而使交流输出电压保持稳定。该过程具体如图3所示，逆变微控制器68根据反馈的交流输出电压实际值和交流输出电压设定值计算SPWM波调制系数和SPWM波占空比，然后输出SPWM波。
然而，在上述方案中首先要准确测量交流输出电压的有效值的大小，而交流输出电压的有效值的采样计算是较为困难的，不仅要有足够的采样次数，逆变微控制器68还要进行大量的计算。如果检测交流输出电压的峰值再计算有效值，受采样次数和输出波形的影响，检测结果会存在误差。同时在进行比例积分控制时，需要设定合适的比例系数和积分系数，否则当输入电压变化和负载变化时会出现超调或振荡现象，使输出电压不稳定。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有车载逆变器的逆变控制电路输出SPWM波时计算处理较为复杂的缺陷，提供一种正弦波车载逆变器的逆变控制电路及相应的车载逆变器。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种正弦波车载逆变器的逆变控制电路，包括电压检测电路、电流检测电路、电压修正模块、SPWM波发生模块和驱动电路；
所述电压检测电路和电流检测电路与正弦波车载逆变器的DC/AC逆变电路的直流输入端相连，分别将检测的直流输入电压和直流输入电流发送给电压修正模块；
所述电压修正模块与所述电压检测电路和电流检测电路相连，将根据所述直流输入电流修正的直流输入电压修正值发送给SPWM波发生模块；
所述SPWM波发生模块与所述电压修正模块相连，将根据直流输入电压修正值和输出交流电压设定值计算产生的SPWM波发送给所述驱动电路驱动正弦波车载逆变器的DC/AC逆变电路。
在根据本发明所述的正弦波车载逆变器的逆变控制电路中，所述电压修正模块和SPWM波发生模块集成在逆变微控制器中。
在根据本发明所述的正弦波车载逆变器的逆变控制电路中，所述电流检测电路包括第一运放IC、电阻R8-R11和电容C4-C5，所述第一运放IC的正向输入端通过电阻R9与所述DC/AC逆变电路的直流电流检测端相连，且第一运放IC的正向输入端通过电容C4接地，所述第一运放IC的反向输入端通过电阻R8接地，所述第一运放IC的反向输入端和信号输出端之间连有电阻R10，所述第一运放IC的信号输出端通过电阻R11和电容C5接地，且所述电阻R11和电容C5之间的节点接入所述逆变微控制器。
在根据本发明所述的正弦波车载逆变器的逆变控制电路中，所述电压修正模块进一步包括：线路压降计算单元和减法器；所述线路压降计算单元与所述电流检测单元相连，将根据所述直流输入电流和线路阻抗计算的线路压降发送给减法器；所述减法器与所述线路压降计算单元和电压检测单元相连，将所述直流输入电压与线路压降的差值作为直流输入电压修正值发送给所述SPWM波发生模块。
本发明还提供了一种正弦波车载逆变器，包括直流滤波电路、DC/DC升压电路、DC/AC逆变电路、交流滤波电路和升压控制电路，以及如上所述的正弦波车载逆变器的逆变控制电路。
实施本发明的正弦波车载逆变器的逆变控制电路及相应的正弦波车载逆变器，具有以下有益效果：本发明通过电压检测电路和电流检测电路将DC/AC逆变电路的直流输入电压和直流输入电流信号送到电压修正模块，电压修正模块将根据检测的直流输入电流修正直流输入电压，发送直流输入电压修正值给SPWM波发生模块，计算并输出SPWM波给驱动电路驱动DC/AC逆变电路；本发明改变了现有车载逆变器输出电压反馈控制模式，而是采用直流电压前馈控制加直流电流补偿调节输出电压，不需要复杂的交流电压检测计算和比例积分运算，可以节省微控制器的资源；并且响应快，不会出现输出电压超调和振荡，且输出稳定、工作可靠。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是现有车载逆变器的模块框图；
图2是现有车载逆变器中逆变控制电路的具体框图；
图3是现有车载逆变器中逆变控制电路的SPWM波发生的过程示意图；
图4为根据本发明的正弦波车载逆变器的逆变控制电路的模块框图；
图5为根据本发明的正弦波车载逆变器的部分电路的原理图；
图6为根据本发明的正弦波车载逆变器的逆变控制电路的具体电路图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。
请参阅图4，为根据本发明的正弦波车载逆变器的稳压逆变控制电路的模块框图。如图4所示，该正弦波车载逆变器的逆变控制电路60至少包括电压检测电路61、电流检测电路62、电压修正模块63、SPWM波发生模块64和驱动电路69。而正弦波车载逆变器的电路如图1中所示，包括直流滤波电路10、DC/DC升压电路20、DC/AC逆变电路30和交流滤波电路40，以及用于产生PWM波控制DC/DC升压电路20的升压控制电路50及用于产生SPWM波控制DC/AC逆变电路30的逆变控制电路60，该逆变控制电路60采用如图4所示的逆变控制电路60。
其中，电压检测电路61和电流检测电路62与正弦波车载逆变器的DC/AC逆变电路30的直流输入端相连，分别将检测的DC/AC逆变电路30的直流输入电压和直流输入电流发送给电压修正模块63。DC/DC升压电路20将升压后的高压直流提供给DC/AC逆变电路30，电压检测电路61检测该直流输入电压，电流检测电路62检测该直流输入电流。
电压修正模块63与电压检测电路61相连，接收电压检测电路61输出的直流输入电压。该电压修正模块63还与电流检测电路62相连，接收电流检测电路62输出的直流输入电流，根据检测的直流输入电压和直流输入电流进行计算，输出修正后的直流输入电压给SPWM波发生模块64。即：直流电压修正值＝直流输入电压-线路压降，其中，线路压降＝直流输入电流×线路阻抗。
如图4所示，电压修正模块可以进一步包括：线路压降计算单元和减法器。其中，线路压降计算单元与电流检测单元62相连，将根据直流输入电流和线路阻抗计算的线路压降发送给减法器。减法器与线路压降计算单元和电压检测单元61相连，将直流输入电压与线路压降的差值作为直流输入电压修正值发送给SPWM波发生模块64。
SPWM波发生模块64与电压修正模块63相连，装载电压修正模块63发送的直流输入电压修正值，并根据交流输出电压设定值和直流输入电压修正值计算确定SPWM波的脉冲占空比，并输出对应的SPWM波给驱动电路69。在本发明中，SPWM波发生模块64产生的SPWM波通过驱动电路69进行信号放大后驱动DC/AC逆变电路30实现DC/AC逆变。
对本发明交流输出电压稳压控制方式说明如下：由于交流输出电压的大小是由DC/AC逆变电路30逆变前的直流输入电压大小和控制逆变的SPWM波的占空比决定，因此只要测量出逆变前的直流输入电压，就可以计算出满足逆变输出交流电压有效值所需的SPWM波占空比。考虑到负载电流大小会对输出电压产生影响，这是由于当SPWM波占空比不变时，相对于空载，负载电流会产生线路压降，包括DC/AC逆变电路30中的场效应管、交流滤波电路40中的电感及线路的压降，使输出电压降低，且负载越大，线路压降越大，输出电压降低越多。通过测量DC/AC逆变电路30的直流输入电流和线路阻抗，计算出线路压降，将检测的直流输入电压减去线路压降得到直流输入电压修正值，根据直流输入电压修正值计算SPWM波的占空比，使输出电压在不同直流输入电压、不同负载大小都能保持稳定。当直流输入电压变化时，电压修正模块63输出电压变化，SPWM波发生模块64计算输出的SPWM波的占空比变化，即直流输入电压减小时，直流输入电压修正值也减小，SPWM波的占空比增大；直流输入电压增大时，直流输入电压修正值也增大，SPWM波的占空比减小，总之不管直流输入电压增大或减小，交流输出电压不变，保持稳定，即实现了电压前馈控制，具有响应速度快的优点。当负载变化时，直流输入电流变化，电压修正模块63输出的直流输入电压修正值变化，SPWM波发生模块64计算输出的SPWM波的占空比变化，即负载增大时，直流输入电流增大，而直流输入电压修正值减小，SPWM波的占空比增大；负载减小时，直流输入电流减小，而直流输入电压修正值增大，SPWM波的占空比减小，总之不管负载增大或减小，交流输出电压不变，即通过电流补偿调节，负载变化时交流输出电压同样能保持稳定。
请参阅图5，为根据本发明的正弦波车载逆变器的部分电路原理图。如图5所示，DC/DC升压电路20的变压器将低压直流信号升压后由变压器输出端T-1和T-2输出通过整流桥，即二极管D1-D4输入至电容E1，以提供给DC/AC逆变电路30。DC/AC逆变电路30主要包括由场效应管M1-M4组成的H形桥式逆变电路，分别由控制信号M1G-M4G控制其导通和断开。交流滤波电路40由滤波电感L1和滤波电容C2组成，将逆变的交流电压通过交流电压输出端AC1和AC2输出。
DC/AC逆变电路30的直流电压检测端VSDC为电容E1的正极，电流采样电阻RS串联在电容E1的负极和逆变电路下桥臂公共端之间，且直流电流检测端VCT2与直流电压检测端VSDC之间连有滤波电容C1。
请参阅图6，为根据本发明的正弦波车载逆变器的稳压逆变控制电路的具体电路图。如图6所示，本发明中的电压修正模块63和SPWM波发生模块64可以集成在逆变微控制器68中实现。
电压检测电路61包括电阻R1-R7，以及电容C3。其中，直流电压检测端VSDC通过依次串联的电阻R1-R6进行分压，且电阻R5-R6之间的节点通过电阻R7输入至逆变微控制器68的第一输入端，且逆变微控制器68的第一输入端通过电容C3接地。
电流检测电路62包括第一运放IC、电阻R8-R11和电容C4-C5。第一运放IC的正向输入端通过电阻R9与DC/AC逆变电路30的直流电流检测端VCT2相连，且第一运放IC的正向输入端通过电容C4接地，第一运放IC的反向输入端通过电阻R8接地，第一运放IC的反向输入端和信号输出端之间连有电阻R10。第一运放IC的信号输出端通过电阻R11输入至逆变微控制器68的第二输入端，且逆变微控制器68的第二输入端通过电容C5接地。
逆变微控制器68中的电压修正模块63根据直流输入电压和直流输入电流计算出直流输入电压修正值，输出给SPWM波发生模块64。SPWM波发生模块64根据交流输出电压设定值和直流输入电压修正值计算出SPWM波的脉冲占空比，并输出对应的SPWM波如PWMA-PWMD，该SPWM波通过驱动电路69进行信号放大后即M1G-M4G来驱动DC/AC逆变电路30逆变。
本发明还相应提供了一种正弦波车载逆变器，包括如图1所示的直流滤波电路、DC/DC升压电路、DC/AC逆变电路、交流滤波电路和升压控制电路，该正弦波车载逆变器还包括如上所述的正弦波车载逆变器的逆变控制电路。该逆变控制电路可以采用图4中所示的原理框图实现。
综上所示，本发明的技术关键点是改变现有的正弦波车载逆变器输出电压反馈控制模式，而是采用直流电压前馈控制加直流电流补偿调节使输出电压保持稳定。本发明技术方案不需要复杂的交流电压检测计算和比例积分运算，可以节省微控制器的资源。同时，本技术方案采用的电压前馈控制和电流补偿调节，动态响应快，不会出现输出电压超调和振荡，且输出稳定、工作可靠。
本发明是根据特定实施例进行描述的，但本领域的技术人员应明白在不脱离本发明范围时，可进行各种变化和等同替换。此外，为适应本发明技术的特定场合，可对本发明进行诸多修改而不脱离其保护范围。因此，本发明并不限于在此公开的特定实施例，而包括所有落入到权利要求保护范围的实施例。
Claims (5)
1.一种正弦波车载逆变器的逆变控制电路，其特征在于，包括电压检测电路、电流检测电路、电压修正模块、SPWM波发生模块和驱动电路；
所述电压检测电路和电流检测电路与正弦波车载逆变器的DC/AC逆变电路的直流输入端相连，分别将检测的直流输入电压和直流输入电流发送给电压修正模块；
所述电压修正模块与所述电压检测电路和电流检测电路相连，将根据所述直流输入电流修正的直流输入电压修正值发送给SPWM波发生模块；
所述SPWM波发生模块与所述电压修正模块相连，将根据直流输入电压修正值和输出交流电压设定值计算产生的SPWM波发送给所述驱动电路驱动正弦波车载逆变器的DC/AC逆变电路。
2.根据权利要求1所述的正弦波车载逆变器的逆变控制电路，其特征在于，所述电压修正模块和SPWM波发生模块集成在逆变微控制器中。
3.根据权利要求2所述的正弦波车载逆变器的逆变控制电路，其特征在于，所述电流检测电路包括第一运放IC、电阻R8-R11和电容C4-C5，所述第一运放IC的正向输入端通过电阻R9与所述DC/AC逆变电路的直流电流检测端相连，且第一运放IC的正向输入端通过电容C4接地，所述第一运放IC的反向输入端通过电阻R8接地，所述第一运放IC的反向输入端和信号输出端之间连有电阻R10，所述第一运放IC的信号输出端通过电阻R11和电容C5接地，且所述电阻R11和电容C5之间的节点接入所述逆变微控制器。
4.根据权利要求1所述的正弦波车载逆变器的逆变控制电路，其特征在于，所述电压修正模块进一步包括：线路压降计算单元和减法器；
所述线路压降计算单元与所述电流检测单元相连，将根据所述直流输入电流和线路阻抗计算的线路压降发送给减法器；
所述减法器与所述线路压降计算单元和电压检测单元相连，将所述直流输入电压与线路压降的差值作为直流输入电压修正值发送给所述SPWM波发生模块。
5.一种正弦波车载逆变器，其特征在于，包括直流滤波电路、DC/DC升压电路、DC/AC逆变电路、交流滤波电路和升压控制电路，以及权利要求1-4中任意一项所述的正弦波车载逆变器的逆变控制电路。
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