一种变频器
技术领域
本发明属于变频技术领域,尤其涉及到一种变频器。
背景技术
电力能源是当今时代的主要能源,各种设备都离不开电力,但是由于电力技术传输问题,导致电力频率及电压在传输过程中受到一定的影响。并且家庭中有一些电器的工作电压并非220V,有时由于工作需要,可能会需要更高的电压,给人们生活带来不便。
如果能提供一种小型的、可家用的变频器,将解决上述困扰,给人们生活带来便利。
发明内容
为解决上述问题,本发明提供了一种变频器,包括功率因数校正电路,SEPIC升降压电路,采样电路,PWM发生电路,正弦脉宽调制电路,驱动电路,逆变电路。
所述功率因数校正电路采用UCC28019芯片及外围电路。
SEPICSEPIC升降压电路包括第四电阻、第六非极性电容、第七极性电容、第十极性电容、第一电感、第一场效应管、第八极性电容、第三电感、第一肖特基二极管、第十二极性电容、第十三非极性电容;各个零部件的连接关系为:第一电感一端连接第十极性电容的正极,另一端则连接第一场效应管的源极和第八极性电容的正极,第一场效应管的漏极连接到第二电阻一端,并通过第四电阻接地;所述第六非极性电容与第七极性电容并联,一端的并联点接地,另一端连接到第一电感与第十极性电容的连接点;第八极性电容的负极则连接到第三电感的一端及第一肖特基二极管的正极,第三电感的另一端接地;第一肖特基二极管的负极连接第十二极性电容正极、第十三非极性电容一端、第一电阻一端;第十二极性电容负极、第十三非极性电容另端接地,第一电阻另一端连接到第三可调电阻一端。
驱动电路包括第二驱动芯片及其外围电路,第二二极管、第九非极性电容、第十一非极性电容、第二电阻;各个零部件的连接关系为:第二电阻未与第一场效应管连接的一端连接到第二驱动芯片的第七端口;第二二极管正极连接到第二驱动芯片的第一端口、第十一非极性电容一端、地,负极连接到第二驱动芯片第八端口、第九非极性电容一端;第十一非极性电容另一端则连接到第二驱动芯片第三端口并接地,第九非极性电容另一端则连接到第二驱动芯片的第六端口并接地。
PWM发生电路包括第一电阻、第三电阻、第三IC芯片及其外围电路、第十九极性电容、第二十非极性电容、第二十三非极性电容、第三十三非极性电容、第一电阻、第十七电阻、第二十二电阻、第二十三电阻、第二十四电阻、第二十五电阻、第二十六电阻、第二十九电阻、第三滑动变阻器、第二十七滑动变阻器、第三十二滑动变阻器、第三十三滑动变阻器;各个零部件的连接关系为:第一电阻未与第一肖特基二极管连接的一端连接到第三滑动变阻器,第三滑动变阻器另一端接地,滑动触头通过第二十二电阻连接到第三IC芯片的第一端口;第十九电容分与第二十电容分并联,其中一个并联点接地,另一个并联点连接到电源,其连接到第三IC芯片的第八、十一、十二端口;第三IC芯片的第二端口通过第二十六电阻连接到第三十二滑动变阻器的触头,所述第三十二滑动变阻器的一端接地,另一端通过第二十九电阻连接到电源;第二十四电阻与第三十三非极性电容串联后与第二十五电阻并联,一个并联点连接到第三IC芯片的第三端口,另一个并联点则连接到第三十三滑动变阻器的触头;所述第三十三滑动变阻器的一端接地,另一端则连接到第三IC芯片的第十四端口,且连接到第二十三电阻的一端;所述第二十三电阻的另一端则连接到第三IC芯片的第十五端口,且连接到底二十七滑动变阻器的一端和触头;所述第二十七滑动变阻器的另一端接地;第二十三非极性电容一端连接第三IC芯片的第五端口,另一端接地;第十七电阻一端连接到第三IC芯片的第六端口,另一端接地。
SEPIC升降压电路包括正弦波产生电路、三角波产生电路、正弦脉宽调制电路、驱动电路、全桥逆变电路。
全桥逆变电路包括第一驱动芯片、第十六电阻、第三场效应管、第二十电阻、第五场效应管、第四电感、第二驱动芯片、第十九电阻、第六场效应管、第十五电阻、第四场效应管、第五电感 ;其中,第一驱动芯片第七端口输出的波形通过第十六电阻送到第三场效应管的栅极,再将第一驱动芯片第四端口输出的波形通过第二十电阻输送到第五场效应管,第一驱动芯片的第六端口连接到第四电感一端,第四电感的另一端连接到输出端子;第二驱动芯片的第七端口输出的波形通过第十九电阻送到第六场效应管,第二驱动芯片的第四端口输出的波形通过第十五电阻送到第四场效应管,第六端口连接到第五电感的一端,第五电感的另一端连接到输出端子。
进一步的,正弦波产生电路包括第四IC芯片,第三十一电阻、第三十四电阻、第三十五电阻、第三十六电阻、第三十滑动变阻器、第三十八变容二极管;各零部件的连接关系为:第三十一电阻一端连接电源,另一端连接到第四IC芯片的第九端口;第三十四电阻一端连接电源,另一端连接到第四IC芯片的第五端口;第三十五电阻一端连接电源,另一端连接到第四IC芯片的第四端口;第三十滑动变阻器一端连接电源,另一端连接第三十六电阻后接地且连接到第三十八变容二极管一端,第三十八变容二极管另一端连接到第四IC芯片的第十端口。
进一步的,正弦脉宽调制电路包括一号第六IC芯片、二号一号第六IC芯、第三十七电阻、第三十八电阻、第三十九电阻、第四十电阻、第四十一电阻、第四十二电阻、第四十四电阻、第四十五电阻、第四十六电阻、第四十三滑动变阻器;第三十九电阻、第四十电阻组成的串联支路与第四十五电阻、第四十六电阻组成的串联支路并联,一端的并联点一端连接电源,另一端的并联点接地;一号第六IC芯片正极通过第三十七电阻连接正弦波产生电路的输出端 ,负极则接地,且通过第四十三滑动变阻器连接到一号第六IC芯片输出端;二号第六IC芯片正极通过第三十八电阻连接到一号第六IC芯片的输出端,负极则通过第四十二电阻连接三角波产生电路的输出端;二号第六IC芯片输出端连接第四十一电阻一端,第四十一电阻的另一端则输出SPWM波。
进一步的,三角波产生电路包括第五IC芯片,第四十八电阻、第四十九电阻、第五十电阻、第五十一电阻、第四十七滑动变阻器、第四十一非极性电容;第五IC芯片第三管脚产生三角波;第四十八电阻一端连接电源,另一端连接到第五IC芯片的第九端口;第四十九电阻一端连接电源,另一端连接到第五IC芯片的第五端口;第五十电阻一端连接电源,另一端连接到第五IC芯片的第四端口;第四十七滑动变阻器一端连接电源,另一端通过第五十一电阻接地,并连接到底连接到第四十一非极性电容一端,调节头则连接到第五IC芯片的第八端口;第四十一非极性电容的另一端则连接到第五IC芯片的第十端口。
进一步的,还包括辅助电源电路,其包括整流桥、第一极性电容、第二极性电容,第三非极性电容、第一驱动芯片、第四极性电容的正极、第五非极性电容;其中,第一极性电容、第二极性电容、第三非极性电容并联,一端并联点连接第一整流桥的正输入端及第一驱动芯片的第一引脚,另一端并联点连接第一整流桥的负输入端及第一驱动芯片的第二引脚;第一接线端子的两个引脚接第一整流桥的两个输出端;将第一驱动芯片第二引脚接到小功率地,第四极性电容与第五非极性电容所构成并联电路的一个并联点接第三引脚,另一个并联点则连接到第二引脚并接地;第三引脚为输出端。
进一步的,第一驱动芯片、第二驱动芯片的型号为IR2111。
进一步的,第三IC芯片的型号为TL494。
进一步的,第四IC芯片的型号为ICL8038。
进一步的,第一IC芯片的型号为LM7812,一号第六IC芯片及二号第六IC芯片的型号为NE5532。
进一步的,第五IC芯片的型号为ICL8038。
本发明的有益效果为:
1、在输入交流电力电压不高于150伏条件下,可以实现对电力频率的改变,频率变动范围在10赫兹至1000赫兹之间变化。
2、输入电压在100伏至200伏之间变化时,输出电压可保持小于2%的变化,输出相当稳定。
3、保持输入电压为100伏的情况下,可改变输出电压的大小,输出电压可调范围为60伏至200伏。
4、加入了功率因数校正模块,可将输入的电流波形校正为与电压波形基本一致,相位一样,可保证电力的有效应用,且不会污染电网。
5、由于各模块分开,在升降压模块前加入接线端子,所以可加入蓄电池,在停电等突发情况下进行功率不超过2000瓦的紧急电力供应。
附图说明
图1为功率因数校正电路示意图。
图2为SEPIC升降压电路、驱动电路、PWM发生电路示意图。
图3为正弦波产生电路示意图。
图4为三角波产生电路示意图。
图5为正弦脉宽调制电路示意图。
图6为逆变电路示意图。
图7为辅助电源电路示意图。
具体实施方式
以下各个元器件的序号与附图中的阿拉伯数字对应。如第一电阻对应于R1,第一电感对应于L1,第八极性电容对应于C8。
本发明所述变频器包括功率因数校正电路,SEPIC升降压电路,采样电路,PWM发生电路,正弦脉宽调制电路,驱动电路,逆变电路。所述功率因数校正电路与SEPIC升降压电路连接后连接到逆变电路,三角波发生电路与正弦脉宽调制电路连接后连接到逆变电路。驱动电路、PWM发生电路、SEPIC升降压电路两两互联。
如图1所示,所述功率因数校正电路采用UCC28019芯片及外围电路(该电路采用的是现有成熟电路),并将其送到下一级的SEPICSEPIC升降压电路。
如图2所示,SEPIC升降压电路包括第四电阻、第六非极性电容、第七极性电容、第十极性电容、第一电感、第一场效应管、第八极性电容、第三电感、第一肖特基二极管、第十二极性电容、第十三非极性电容。各个零部件的连接关系为:第一电感一端连接第十极性电容的正极,另一端则连接第一场效应管的源极和第八极性电容的正极,第一场效应管的漏极连接到第二电阻一端,并通过第四电阻接地。所述第六非极性电容与第七极性电容并联,一端的并联点接地,另一端连接到第一电感与第十极性电容的连接点。第八极性电容的负极则连接到第三电感的一端及第一肖特基二极管的正极,第三电感的另一端接地。第一肖特基二极管的负极连接第十二极性电容正极、第十三非极性电容一端、第一电阻一端。第十二极性电容负极、第十三非极性电容另端接地,第一电阻另一端连接到第三可调电阻一端。
如图2所示,驱动电路包括第二驱动芯片(IR2111)及其外围电路,第二二极管、第九非极性电容、第十一非极性电容、第二电阻。各个零部件的连接关系为:第二电阻未与第一场效应管连接的一端连接到第二驱动芯片(IR2111)的第七端口。第二二极管正极连接到第二驱动芯片(IR2111)的第一端口、第十一非极性电容一端、地,负极连接到第二驱动芯片(IR2111)第八端口、第九非极性电容一端。第十一非极性电容另一端则连接到第二驱动芯片(IR2111)第三端口并接地,第九非极性电容另一端则连接到第二驱动芯片(IR2111)的第六端口并接地。
如图2所示,PWM发生电路包括第一电阻、第三电阻、第三IC芯片U3(TL494)及其外围电路、第十九极性电容、第二十非极性电容、第二十三非极性电容、第三十三非极性电容、第一电阻、第十七电阻、第二十二电阻、第二十三电阻、第二十四电阻、第二十五电阻、第二十六电阻、第二十九电阻、第三滑动变阻器、第二十七滑动变阻器、第三十二滑动变阻器、第三十三滑动变阻器。各个零部件的连接关系为:第一电阻未与第一肖特基二极管连接的一端连接到第三滑动变阻器,第三滑动变阻器另一端接地,滑动触头通过第二十二电阻连接到第三芯片的第一端口。第十九电容分与第二十电容分并联,其中一个并联点接地,另一个并联点连接到电源,其连接到第三IC芯片的第八、十一、十二端口。第三IC芯片的第二端口通过第二十六电阻连接到第三十二滑动变阻器的触头,所述第三十二滑动变阻器的一端接地,另一端通过第二十九电阻连接到电源。第二十四电阻与第三十三非极性电容串联后与第二十五电阻并联,一个并联点连接到第三IC芯片的第三端口,另一个并联点则连接到第三十三滑动变阻器的触头。所述第三十三滑动变阻器的一端接地,另一端则连接到第三IC芯片的第十四端口,且连接到第二十三电阻的一端。所述第二十三电阻的另一端则连接到第三IC芯片的第十五端口,且连接到底二十七滑动变阻器的一端和触头。所述第二十七滑动变阻器的另一端接地。第二十三非极性电容一端连接第三IC芯片的第五端口,另一端接地。第十七电阻一端连接到第三IC芯片的第六端口,另一端接地。其中,第一电阻与第三精密滑动变阻器构成分压关系,对输出电压分压反馈,并与第二十九电阻和第第三十二滑动变阻器构成的对VCC的分压进行差动放大,形成硬闭环,使输出稳定。SEPIC升降压电路通过调节第三十二滑动变阻器对输出电压进行调整。
SEPIC升降压电路用于将电压输出给逆变电路进行逆变。包括正弦波产生电路、三角波产生电路、正弦脉宽调制电路、驱动电路、全桥逆变电路。该系统中的全桥逆变电路采用四个相同的N沟道场效应管(IRE250N)并采用二阶LC滤波结构。
如图3所示,正弦波产生电路可采用现有电路。本实施例进行了单独设计、包括第四IC芯片U4(ICL8038)、第三十一电阻、第三十四电阻、第三十五电阻、第三十六电阻、第三十滑动变阻器、第三十八变容二极管。第四IC芯片第二管脚产生正弦波。各零部件的连接关系为:第三十一电阻一端连接电源,另一端连接到第四IC芯片的第九端口。第三十四电阻一端连接电源,另一端连接到第四IC芯片的第五端口。第三十五电阻一端连接电源,另一端连接到第四IC芯片的第四端口。第三十滑动变阻器一端连接电源,另一端连接第三十六电阻后接地且连接到第三十八变容二极管一端,第三十八变容二极管另一端连接到第四IC芯片的第十端口。
如图4所示,三角波产生电路可采用现有电路。本实施例进行了单独设计,其包括第五IC芯片(U4)ICL8038,第四十八电阻、第四十九电阻、第五十电阻、第五十一电阻、第四十七滑动变阻器、第四十一非极性电容。第五IC芯片第三管脚产生三角波。第四十八电阻一端连接电源,另一端连接到第五IC芯片的第九端口。第四十九电阻一端连接电源,另一端连接到第五IC芯片的第五端口。第五十电阻一端连接电源,另一端连接到第五IC芯片的第四端口。第四十七滑动变阻器一端连接电源,另一端通过第五十一电阻接地,并连接到底连接到第四十一非极性电容一端,调节头则连接到第五IC芯片的第八端口。第四十一非极性电容的另一端则连接到第五IC芯片的第十端口。
如图5所示,正弦脉宽调制电路可采用现有电路。本实施例进行了单独设计,包括一号第六IC芯片(U6)NE5532、二号一号第六IC芯片(U6)NE5532、第三十七电阻、第三十八电阻、第三十九电阻、第四十电阻、第四十一电阻、第四十二电阻、第四十四电阻、第四十五电阻、第四十六电阻、第四十三滑动变阻器。第四十三滑动变阻器用以调整正弦波的幅值,从而调节逆变后的输出电压。第三十九电阻、第四十电阻组成的串联支路后与第四十五电阻、第四十六电阻组成的串联支路并联,一端的并联点一端连接电源,另一端的并联点接地。一号第六IC芯片(U6)NE5532正极通过第三十七电阻连接正弦波产生电路的输出端 ,负极则接地,且通过第四十三滑动变阻器连接到一号第六IC芯片(U6)NE5532输出端。二号第六IC芯片(U6)NE5532正极通过第三十八电阻连接到一号第六IC芯片(U6)NE5532的输出端,负极则通过第四十二电阻连接三角波产生电路的输出端。二号第六IC芯片(U6)NE5532输出端连接第四十一电阻一端,第四十一电阻的另一端则输出SPWM波。
如图6所示,全桥逆变电路包括第一驱动芯片(IR2111)及其外围电路、第一驱动芯片(IR2111)及其外围电路、第三场效应管、第四场效应管、第五场效应管、第六场效应管、第十六电阻、第二十电阻、第十五电阻、第四电感、第五电感。第三场效应管、第四场效应管、第五场效应管、第六场效应管组成全桥拓扑结构电路。
对于全桥逆变电路,由于采用四个N沟道场效应管的结构,所以需要将驱动波形进行交叉。其包括第一驱动芯片、第十六电阻、第三场效应管、第二十电阻、第五场效应管、第四电感、第二驱动芯片、第十九电阻、第六场效应管、第十五电阻、第四场效应管、第五电感。其中,第一驱动芯片(IR2111)第七端口输出的HO波形通过第十六电阻送到第三场效应管的栅极,再将第一驱动芯片(IR2111)第四端口输出的LO波形通过第二十电阻输送到第五场效应管,第一驱动芯片的第六端口(参考点VS)连接到第四电感一端,第四电感的另一端连接到输出端子。第二驱动芯片(IR2111)第七端口输出的HO波形通过第十九电阻送到第六场效应管,第二驱动芯片(IR2111)的第四端口输出的LO波形通过第十五电阻送到第四场效应管,第六端口即参考点VS连接到第五电感的一端,第五电感的另一端连接到输出端子。全桥逆变电路交替导通且通过二阶滤波电路可输出交流电。
优选的,本发明还包括辅助电源电路。如图7所示,其包括整流桥、第一极性电容、第二极性电容,第三非极性电容、第一IC芯片、第四极性电容的正极、第五非极性电容。其中,第一整流桥及第一极性电容、第二极性电容、第三非极性电容构成整流滤波,将交流电转成直流电。其中,第一极性电容、第二极性电容、第三非极性电容并联,一端并联点连接第一整流桥的正输入端及第一IC芯片(LM7812)的第一引脚,另一端并联点连接第一整流桥的负输入端及第一IC芯片(LM7812)的第二引脚。第一接线端子的两个引脚接第一整流桥的两个输出端,电压不得超过20V。将第一IC芯片第二引脚接到小功率地,第四极性电容与第五非极性电容所构成并联电路的一个并联点接第三引脚,另一个并联点则连接到第二引脚并接地。第三引脚为输出端,为辅助电源电压,用于为整个系统的芯片及参考提供电压。
在此,对整个变频器的工作原理进行说明。
首先将输入的电力进行功率因数校正,通过调整电压与电流的相位,可提高电力利用效率;再将经过功率因数校正的电力输入到SEPIC升降压电路中,由于SEPIC升降压电路采用SEPIC电路,实现了电压升降的无缝调整,将处理好的电压输送给全桥系统进行逆变。全桥控制部分由SPWM波完成,SPWM波由三角波和正弦波进行比较产生,并由IR2111将其转换为互补波,借此来控制全桥的通断,经过滤波器将其还原为正弦波形的电力。
变频功能可由调整正弦波的频率来实现。SPWM波的占空比和频率由正弦波和三角波决定,三角波为载波信号,正弦波为控制信号,最终通过全桥和滤波器还原正弦信号。