CN104143924A - 一种低成本变频器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种低成本变频器，包括整流电路、滤波电路、逆变电路、驱动电路、可控硅开关、开关模块、充放电器件，整流电路连接滤波电路，滤波电路连接逆变电路，逆变电路均连接开关模块、充放电器件、可控硅开关，可控硅开关还连接充放电器件，开关模块连接驱动电路，驱动电路采用三极管电路，整流电路采用二极管电路，逆变电路采用六个IGBT单管，本发明采用四层板覆地的设计，增强抗干扰能力，本发明的整流电路采用二极管电路，可控硅开关代替了继电器或者接触器，逆变电路采用六个IGBT单管，驱动电路采用三极管电路，就不需要使用光耦来隔离电源，大大降低了成本。

Description

一种低成本变频器

技术领域

本发明涉及变频器领域，特别涉及一种低成本变频器。

背景技术

变频器是运动控制系统中的功率变换器，随着科技的发展，变频技术被广泛应用于各个领域。现有变频技术中，变频器包括整流器，滤波电路，逆变器及控制电路，一般都是将整流器和逆变器集成为一个模块，例如IGBT模块来对输入电流进行整流和逆变。当变频器欠压时，则使用继电器或者接触器来断开电路对其的进行保护。现有变频器中逆变电路中驱动电源使用隔离电源，每一路都需要光耦工作，因此变频器成本较高。

发明内容

本发明的目的是克服现有产品中不足，提供一种低成本变频器。

为了达到上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的：

一种低成本变频器，包括整流电路、滤波电路、逆变电路、驱动电路、可控硅开关、开关模块、充放电器件，整流电路连接滤波电路，滤波电路连接逆变电路，逆变电路均连接开关模块、充放电器件、可控硅开关，可控硅开关还连接充放电器件，开关模块连接驱动电路，驱动电路采用三极管电路，整流电路采用二极管电路，逆变电路采用六个IGBT单管，开关模块包括开关电路j、开关电路k、开关电路m、开关电路n、开关电路p、开关电路q，开关电路j、开关电路k、开关电路m、开关电路n、开关电路p、开关电路q各自连接一个IGBT单管。本发明将可控硅代替了继电器或者接触器，继电器或者接触器价格比较高，而可控硅价格很低，因此降低了成本。

本发明的一种低成本变频器的电路板采用四层板覆地结构，增强了抗干扰能力。

本发明的充放电器件为无极性电容。

本发明的整流电路包括二极管D19、二极管D20、二极管D21、二极管D22、二极管D23、二极管D30，二极管D19与二极管D20相串联形成串联电路a，二极管D21和二极管D23相串联形成串联电路b，二极管D22与二极管D30相串联形成串联电路c，串联电路a与串联电路b相并联，串联电路b与串联电路c相并联。本发明的整流电路采用二极管电路来整流，二极管价格低，因此本发明的整流电路成本较低。

本发明的滤波电路包括电阻R67、电阻R68、电阻R73、电阻R74、极性电容C38、极性电容C39、极性电容C31、极性电容C37，电阻R73与电阻R67相串联形成串联电路α，电阻R74与电阻R68相串联形成串联电路β，极性电容C38、极性电容C31相串联形成串联电路Ω，极性电容C39、极性电容C37相串联形成串联电路γ，串联电路α、串联电路β、串联电路Ω、串联电路γ相互并联。

本发明的极性电容C38的负极串联连接极性电容C31的正极，极性电容C39的负极串联连接极性电容C37的正极。

本发明的逆变电路包括IGBT单管Q30、IGBT单管Q32、IGBT单管Q33、IGBT单管Q27、IGBT单管Q28、IGBT单管Q29，IGBT单管Q30与IGBT单管Q27相串联形成串联电路f，IGBT单管Q32与IGBT单管Q28相串联形成串联电路g，IGBT单管Q33与IGBT单管Q29相串联形成串联电路h，串联电路f、串联电路g、串联电路h相并联。逆变电路采用六个IGBT单管，IGBT单管成本低，因此降低了成本。

本发明的开关电路j、开关电路k、开关电路m均包括电阻Rd、电阻Re、二极管Dw，电阻Rd的一端连接二极管Dw的负极，二极管Dw的正极均连接电阻Re的一端和逆变电路，电阻Re的另一端连接电阻Rd的另一端，电阻Rd的另一端连接直流电源VCC，开关电路n、开关电路p、开关电路q包括Ri、电阻Rj、二极管Dk，电阻Ri的一端连接二极管Dk的负极，二极管Dk的正极均连接电阻Rj的一端和逆变电路，电阻Rj的另一端连接电阻Ri的另一端，电阻Ri的另一端连接驱动电路，即电阻Ri与二极管Dk相串联，然后再并联电阻Rj。电阻Ri的另一端为高电平时，IGBT单管导通，电阻Ri的另一端为低电平时，IGBT单管关断，IGBT单管中残留的电流从电阻Ri和二极管Dk这里回流出来，从而保证快速关断的效果。

本发明的驱动电路包括三极管电路π、三极管电路η、三极管电路φ，三极管电路π、三极管电路η、三极管电路φ均包括电阻Rm、电容Cn、NPN三极管Qx、NPN三极管Qy、PNP三极管Qz，电阻Rm连接NPN三极管Qx的基极，NPN三极管Qx的基极和发射极之间连接电容Cn，NPN三极管Qx的集电极均连接NPN三极管Qy的基极、PNP三极管Qz的基极、NPN三极管Qy的集电极，NPN三极管Qy的发射极连接PNP三极管Qz的发射极，NPN三极管Qx的发射极连接PNP三极管Qz的集电极，NPN三极管Qy的集电极连接直流电源VCC，本发明的驱动电路采用三极管电路，代替了光耦，降低了成本。

本发明的IGBT单管Q30、IGBT单管Q32、IGBT单管Q33、IGBT单管Q27、IGBT单管Q28、IGBT单管Q29均为N沟道IGBT单管。

本发明的有益效果如下：

1、本发明采用四层板覆地的设计，增强抗干扰能力；

2、本发明的整流电路采用二极管电路，可控硅开关代替了继电器或者接触器，逆变电路采用六个IGBT单管，驱动电路采用三极管电路，就不需要使用光耦来隔离电源，因此本发明大大降低了成本；

3、本发明的驱动电路采用三极管电路，代替了光耦，降低了成本。

附图说明

图1为本发明的系统框图；

图2为本发明除了驱动电路的电路结构示意图；

图3为本发明的驱动电路的电路结构示意图。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明的技术方案作进一步说明：

注意：若网络标号名称相同，则它们是互相连接的。

如图1、图2、图3所示，一种低成本变频器，包括整流电路1、滤波电路2、逆变电路3、驱动电路4、可控硅开关5、开关模块、充放电器件6，整流电路1连接滤波电路2，滤波电路2连接逆变电路3，逆变电路3均连接开关模块、充放电器件6、可控硅开关5，可控硅开关5还连接充放电器件6，开关模块连接驱动电路4，驱动电路4采用三极管电路，整流电路1采用二极管电路，逆变电路3采用六个IGBT单管，开关模块包括开关电路j71、开关电路k72、开关电路m73、开关电路n74、开关电路p75、开关电路q76，开关电路j71、开关电路k72、开关电路m73、开关电路n74、开关电路p75、开关电路q76各自连接一个IGBT单管，一种低成本变频器采用四层板覆地的设计。充放电器件6为无极性电容，无极性电容为电容C48。可控硅开关5为可控硅开关Q8。

整流电路1包括二极管D19、二极管D20、二极管D21、二极管D22、二极管D23、二极管D30，二极管D19与二极管D20相串联形成串联电路a，二极管D21和二极管D23相串联形成串联电路b，二极管D22与二极管D30相串联形成串联电路c，串联电路a与串联电路b相并联，串联电路b与串联电路c相并联。

滤波电路2包括电阻R67、电阻R68、电阻R73、电阻R74、极性电容C38、极性电容C39、极性电容C31、极性电容C37，电阻R73与电阻R67相串联形成串联电路α，电阻R74与电阻R68相串联形成串联电路β，极性电容C38、极性电容C31相串联形成串联电路Ω，极性电容C39、极性电容C37相串联形成串联电路γ，串联电路α、串联电路β、串联电路Ω、串联电路γ相互并联。

极性电容C38的负极串联连接极性电容C31的正极，极性电容C39的负极串联连接极性电容C37的正极。

逆变电路3包括IGBT单管Q30、IGBT单管Q32、IGBT单管Q33、IGBT单管Q27、IGBT单管Q28、IGBT单管Q29，IGBT单管Q30与IGBT单管Q27相串联形成串联电路f，IGBT单管Q32与IGBT单管Q28相串联形成串联电路g，IGBT单管Q33与IGBT单管Q29相串联形成串联电路h，串联电路f、串联电路g、串联电路h、电容C48相并联，IGBT单管Q30的栅极连接开关电路j71，IGBT单管的Q32栅极连接开关电路k72，IGBT单管Q33的栅极连接开关电路m73，IGBT单管Q27的栅极连接开关电路n74，IGBT单管Q28的栅极连接开关电路p75，IGBT单管Q29栅极连接开关电路q76。

开关电路j71、开关电路k72、开关电路m73的电路结构是相同的，开关电路j71、开关电路k72、开关电路m73均包括电阻Rd、电阻Re、二极管Dw，电阻Rd的一端连接二极管Dw的负极，二极管Dw的正极均连接电阻Re的一端和逆变电路4，电阻Re的另一端连接电阻Rd的另一端，电阻Rd的另一端连接直流电源VCC，开关电路n74、开关电路p75、开关电路q76的电路结构是相同的，开关电路n74、开关电路p75、开关电路q76包括Ri、电阻Rj、二极管Dk，电阻Ri的一端连接二极管Dk的负极，二极管Dk的正极均连接电阻Rj的一端和逆变电路3，电阻Rj的另一端连接电阻Ri的另一端，电阻Ri的另一端连接驱动电路4。开关电路n74中的二极管Dk的正极连接IGBT单管Q27的栅极，电阻Ri的另一端为ULG端；开关电路p75中的二极管Dk的正极连接IGBT单管Q28的栅极，电阻Ri的另一端为VLG端；开关电路q76中的二极管Dk的正极连接IGBT单管Q29的栅极,电阻Ri的另一端为WLG端。

如图3所示，驱动电路4包括三极管电路π41、三极管电路η42、三极管电路φ43，三极管电路π41、三极管电路η42、三极管电路φ43均包括电阻Rm、电容Cn、NPN三极管Qx、NPN三极管Qy、PNP三极管Qz，电阻Rm连接NPN三极管Qx的基极，NPN三极管Qx的基极和发射极之间连接电容Cn，NPN三极管Qx的集电极均连接NPN三极管Qy的基极、PNP三极管Qz的基极、NPN三极管Qy的集电极，NPN三极管Qy的发射极连接PNP三极管Qz的发射极，NPN三极管Qx的发射极连接PNP三极管Qz的集电极，NPN三极管Qy的集电极连接直流电源VCC，三极管电路π41中的电阻Rm的一端为OUL端，NPN三极管Qy的发射极为ULG端；三极管电路η42中的电阻Rm的一端为OVL端，NPN三极管Qy的发射极为VLG端,三极管电路φ43中的电阻Rm的一端为OWL端，NPN三极管Qy的发射极为WLG端。

IGBT单管Q30、IGBT单管Q32、IGBT单管Q33、IGBT单管Q27、IGBT单管Q28、IGBT单管Q29均为N沟道IGBT单管。

本发明的工作流程如下：

交流电的三相电即从如图2所示的R端、S端、T端输入，即分别从二极管D20的正极、二极管D23的正极、二极管D23的正极输入三相电，经过整流电路的作用整流成直流电，直流电再通过滤波电路2进行滤波作用，将多余的纹波、交流杂波滤除，当IGBT单管Q27、IGBT单管Q28、IGBT单管Q29开通时，直流电流入IGBT单管Q30、IGBT单管Q32、IGBT单管Q33、IGBT单管Q27、IGBT单管Q28、IGBT单管Q29并给电容C48充电。如图2所示的，U、V、W三端输出正电压。当IGBT单管Q27，IGBT单管Q28，IGBT单管Q29关断时，电容C48放电，电流反向流入U、V、W三端，U、V、W三端输出负电压，通过IGBT单管Q27、IGBT单管Q28、IGBT单管Q29不断开通和关断形成交流电，从U、V、W三相输出。

如图2、图3所示，三极管电路π41的OUL端、三极管电路η42的OVL端、三极管电路φ43的OWL端输入PWM信号，当OUL端、OVL端、OWL端为高电平时，三极管电路π41的ULG端、三极管电路η42的VLG端、三极管电路η43的WLG端输出高电平，IGBT单管Q27的栅极、IGBT单管Q28的栅极、IGBT单管Q29的栅极为高电平，那么IGBT单管Q27、IGBT单管Q28、IGBT单管Q29开通。当OUL端、OVL端、OWL端为低电平时，三极管电路π41的ULG端、三极管电路η42的VLG端、三极管电路η43的WLG端输出低电平，IGBT单管Q27的栅极、IGBT单管Q28的栅极、IGBT单管Q29的栅极为低电平，那么IGBT单管Q27、IGBT单管Q28、IGBT单管Q29关断。本发明通过控制可控硅开关Q8的控制极的电平来实行导通或关断功能，当变频器欠压时，将可控硅开关Q8的控制极的输入低电平，来实行关断功能，代替了继电器或者接触器，降低了成本。

本发明采用四层板覆地的设计，增强抗干扰能力；本发明的整流电路采用成本较低的二极管电路，可控硅开关代替了继电器或者接触器，逆变电路采用六个IGBT单管，驱动电路采用三极管电路，就不需要使用光耦来隔离电源，因此本发明大大降低了成本，滤波电路起滤波作用，使得本发明工作更加稳定。

需要注意的是，以上列举的仅是本发明的一种具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有许多变形。

总之，本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种低成本变频器，其特征在于，包括整流电路(1)、滤波电路(2)、逆变电路(3)、驱动电路(4)、可控硅开关(5)、开关模块、充放电器件(6)，所述整流电路(1)连接滤波电路(2)，所述滤波电路(2)连接逆变电路(3)，所述逆变电路(3)均连接开关模块、充放电器件(6)、可控硅开关(5)，所述可控硅开关(5)还连接充放电器件(6)，所述开关模块连接驱动电路(4)，所述驱动电路(4)采用三极管电路，所述整流电路(1)采用二极管电路，所述逆变电路(3)采用六个IGBT单管，所述开关模块包括开关电路j(71)、开关电路k(72)、开关电路m(73)、开关电路n(74)、开关电路p(75)、开关电路q(76)，所述开关电路j(71)、开关电路k(72)、开关电路m(73)、开关电路n(74)、开关电路p(75)、开关电路q(76)各自连接一个IGBT单管。

2.根据权利要求1所述一种低成本变频器，其特征在于，所述一种低成本变频器的电路板采用四层板覆地结构。

3.根据权利要求1所述一种低成本变频器，其特征在于，所述充放电器件(6)为无极性电容。

4.根据权利要求1所述一种低成本变频器，其特征在于，所述整流电路(1)包括二极管D19、二极管D20、二极管D21、二极管D22、二极管D23、二极管D30，所述二极管D19与二极管D20相串联形成串联电路a，所述二极管D21和二极管D23相串联形成串联电路b，所述二极管D22与二极管D30相串联形成串联电路c，所述串联电路a与串联电路b相并联，所述串联电路b与串联电路c相并联。

5.根据权利要求1所述一种低成本变频器，其特征在于，所述滤波电路(2)包括电阻R67、电阻R68、电阻R73、电阻R74、极性电容C38、极性电容C39、极性电容C31、极性电容C37，所述电阻R73与电阻R67相串联形成串联电路α，所述电阻R74与电阻R68相串联形成串联电路β，所述极性电容C38、极性电容C31相串联形成串联电路Ω，所述极性电容C39、极性电容C37相串联形成串联电路γ，所述串联电路α、串联电路β、串联电路Ω、串联电路γ相互并联。

6.根据权利要求4所述一种低成本变频器，其特征在于，所述极性电容C38的负极串联连接极性电容C31的正极，所述极性电容C39的负极串联连接极性电容C37的正极。

7.根据权利要求1所述一种低成本变频器，其特征在于，所述逆变电路(3)包括IGBT单管Q30、IGBT单管Q32、IGBT单管Q33、IGBT单管Q27、IGBT单管Q28、IGBT单管Q29，所述IGBT单管Q30与IGBT单管Q27相串联形成串联电路f，所述IGBT单管Q32与IGBT单管Q28相串联形成串联电路g，所述IGBT单管Q33与IGBT单管Q29相串联形成串联电路h，所述串联电路f、串联电路g、串联电路h相并联。

8.根据权利要求1所述一种低成本变频器，其特征在于，所述开关电路j(71)、开关电路k(72)、开关电路m(73)均包括电阻Rd、电阻Re、二极管Dw，所述电阻Rd的一端连接二极管Dw的负极，所述二极管Dw的正极均连接电阻Re的一端和逆变电路，所述电阻Re的另一端连接电阻Rd的另一端，所述电阻Rd的另一端连接直流电源VCC，所述开关电路n(74)、开关电路p(75)、开关电路q(76)包括Ri、电阻Rj、二极管Dk，所述电阻Ri的一端连接二极管Dk的负极，所述二极管Dk的正极均连接电阻Rj的一端和逆变电路(3)，所述电阻Rj的另一端连接电阻Ri的另一端，所述电阻Ri的另一端连接驱动电路(4)。

9.根据权利要求1所述一种低成本变频器，其特征在于，所述驱动电路(4)包括三极管电路π(41)、三极管电路η(42)、三极管电路φ(43)，所述三极管电路π(41)、三极管电路η(42)、三极管电路φ(43)均包括电阻Rm、电容Cn、NPN三极管Qx、NPN三极管Qy、PNP三极管Qz，所述电阻Rm连接NPN三极管Qx的基极，所述NPN三极管Qx的基极和发射极之间连接电容Cn，所述NPN三极管Qx的集电极均连接NPN三极管Qy的基极、PNP三极管Qz的基极、NPN三极管Qy的集电极，所述NPN三极管Qy的发射极连接PNP三极管Qz的发射极，所述NPN三极管Qx的发射极连接PNP三极管Qz的集电极，所述NPN三极管Qy的集电极连接直流电源VCC。

10.根据权利要求7所述一种低成本变频器，其特征在于，所述IGBT单管Q30、IGBT单管Q32、IGBT单管Q33、IGBT单管Q27、IGBT单管Q28、IGBT单管Q29均为N沟道IGBT单管。