CN108923672B - 一种提升启动负载能力的修正正弦波逆变器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种提升启动负载能力的修正正弦波逆变器,包括外部电源输入端,逆变器输出端,初级转换滤波单元,次级逆变输出单元,输出电流取样单元,输出电流检测单元,输出短路检测单元,输出降压检测单元,启动容性负载控制单元和主控单元;所述主控单元接收短路信号,发出次级控制信号控制次级逆变输出单元关闭,发出容性负载控制信号控制启动容性负载控制单元开启;接收降压信号,发出次级控制信号改变次级逆变输出单元的输出电压。主控单元根据短路信号和降压信号以控制启动容性负载控制电路吸收峰值电流,或控制次级逆变输出单元降低输出电压,从而提高启动容性负载和感性负载的能力,解决目前修正正弦波逆变器存在的问题。
Description
技术领域
本发明涉及逆变器,尤其涉及一种提升启动负载能力的修正正弦波逆变器。
背景技术
逆变器是把直流电能转变成交流电的变压器,广泛适用于空调、家庭影院、电动砂轮、电动工具、缝纫机、录像机、按摩器、风扇、照明等设备。主流逆变器可分为方波逆变器和正弦波逆变器两类,正弦波逆变器输出的电能与电网输出的电能相似,不存在电磁污染,但其缺点是价格昂贵,设备体积庞大;方波逆变器输出的是方波电能,其缺点是正向最大值到负向最大值几乎在同时产生,对负载和逆变器本身造成剧烈的不稳定影响,且负载能力差,不能带感性负载。有基于此,兼具方波逆变器和正弦波逆变器优点,输出波形从正向最大值到负向最大值之间有一个时间间隔,使用效果有所改善的修正正弦波逆变器应运而生。
然而,目前的修正正弦波逆变器虽然可以带感性负载,但其载感性负载能力不强,而且很难启动容性负载,尤其是200W以上的修正正弦波逆变器,只能启动额定功率5%-20%的容性负载。由于修正正弦波对启动容性负载弊端,制约了用户对修正正弦波逆变器的选择。修正正弦波逆变器启动容性负载弱的主要原因在于,修正正弦波输出的电压波形,从电压零点到电压最高幅值是成垂直90度,这样造成启动容性负载时的输出电流产生突变,峰值电流非常高,导致触发逆变器的输出短路保护,逆变器关闭输出电压。有些厂家为了解决带容性负载的问题,为此把逆变器短路保护去掉,这样很容易造成逆变器的损坏。对此,实际应用中需要一种既可以提升启动感性负载,又可以提升启动容性负载的修正正弦波逆变器。
发明内容
本发明提供了一种提升启动负载能力的修正正弦波逆变器,旨在解决目前修正正弦波逆变器很难启动容性负载和感性负载的问题。
为实现上述目的,本发明提供了一种提升启动负载能力的修正正弦波逆变器,包括外部电源输入端和逆变器输出端,还包括:
初级转换滤波单元,与外部电源输入端连接,将接收的电能转换为高压电能并进行滤波后传输至次级逆变输出单元,根据主控单元发出的初级控制信号改变初级转换滤波单元的工作状态;
次级逆变输出单元,将接收到的高压直流电进行逆变得到交流输出,根据主控单元发出的次级控制信号改变次级逆变输出单元的工作状态;
输出电流取样单元,对次级逆变输出单元输出的交流电进行电流采样;
输出电流检测单元,接收输出电流取样单元发出的采样信号,检测输出电流信号,并发送输出电流信息至主控单元;
输出短路检测单元,接收输出电流取样单元发出的采样信号,检测是否出现短路电流,发出短路信号至主控单元;
输出降压检测单元,接收输出电流取样单元发出的采样信号,检测输出电流是否达到降压电流基准,发出降压信号至主控单元;
启动容性负载控制单元,接收主控单元发出的容性负载控制信号,在主控单元的控制下开启或关闭,吸收峰值电流,接收次级逆变输出单元传输的交流电能并传输至逆变器输出端;
主控单元,接收输出电流信息,接收短路信号,发出次级控制信号控制次级逆变输出单元关闭,发出容性负载控制信号控制启动容性负载控制单元开启;接收降压信号,发出次级控制信号改变次级逆变输出单元的输出电压。
与现有技术相比,本发明公开的一种提升启动负载能力的修正正弦波逆变器通过设置启动容性负载控制单元吸收负载产生的峰值电流提高启动容性负载的能力。由于容性负载启动时,输出的峰值电流很高,近似逆变器的输出短路电流,因此可以通过判断输出短路电流信号,来判断是否接入容性负载,以此控制启动容性负载控制单元的开启或关闭。具体而言,通过输出短路检测单元检测是否出现短路信号,当出现短路信号时,主控单元关闭次级逆变输出单元,开启启动容性负载控制单元吸收负载产生的峰值电流,从而提高启动带容性负载的能力。并且,在此过程中主控单元如果没有再次检测到短路信号,主控单元将关闭启动容性负载控制单元,避免由启动容性负载控制单元给逆变器带来损耗。所述启动容性负载控制单元可以很好的吸收负载产生的峰值电流,较以往只能启动额定功率5%-20%的容性负载,提高到启动额定功率20%-70%的容性负载。而在启动感性负载时,由于电机的瞬时电流是工作时额定电流的4到7倍,故而将其设定为输出降压检测单元的电流基准,当输出降压检测单元发出降压信号时,主控单元发出次级控制信号控制次级逆变输出单元的输出,使得次级逆变输出单元输出的交流电压瞬间降低,其输出电流也随之降低,随后主控单元控制次级逆变输出单元的输出慢慢恢复,从而提高启动感性负载的能力。本发明通过设置输出短路检测单元和输出降压检测单元检测次级逆变输出单元的输出情况,通过短路信号和降压信号分别表征容性负载或感性负载的接入,在容性负载接入时通过启动容性负载控制单元吸收峰值电流以提升启动容性负载的能力,在感性负载接入时降低次级逆变输出单元的输出电压以提升启动感性负载的能力,解决了目前修正正弦波逆变器启动容性负载和感性负载困难的问题,提供了一种可以大大提高启动容性负载和感性负载能力的修正正弦波逆变器。
附图说明
图1是本发明一种提升启动负载能力的修正正弦波逆变器的框图1;
图2是本发明一种提升启动负载能力的修正正弦波逆变器的框图2;
图3是本发明一个实施例中初级转换滤波单元的软启动控制电路原理图;
图4是本发明一个实施例中初级转换滤波单元的初级PWM控制及驱动电路原理图;
图5是本发明一个实施例中初级转换滤波单元的推挽式能量转换及全桥整流滤波电路原理图;
图6是本发明一个实施例中初级转换滤波单元的DC电流取样电路原理图;
图7是本发明一个实施例中初级转换滤波单元的母线短路检测电路原理图;
图8是本发明一个实施例中初级转换滤波单元的母线电压取样反馈及开环或闭环控制电路原理图;
图9是本发明一个实施例中次级逆变输出单元的次级PWM驱动及逆变全桥输出电路原理图;
图10是本发明一个实施例中的EMI电路原理图;
图11是本发明一个实施例中的防反接保护电路原理图;
图12是本发明一个实施例中逆变器开关及显示单元的逆变器开关电路原理图;
图13是本发明一个实施例中逆变器开关及显示单元的LCD显示电路原理图;
图14是本发明一个实施例中报警单元的蜂鸣器报警电路原理图;
图15是本发明一个实施例中温度检测及控制单元的温度取样电路原理图;
图16是本发明一个实施例中温度检测及控制单元的风扇控制电路原理图;
图17是本发明一个实施例中逆变输出电压检测电路原理图;
图18是本发明一个实施例中电池电压取样电路原理图;
图19是本发明一个实施例中USB充电电路原理图1;
图20是本发明一个实施例中USB充电电路原理图2。
具体实施方式
如图1所示,本发明所述的一种提升启动负载能力的修正正弦波逆变器,包括外部电源输入端和逆变器输出端,还包括:初级转换滤波单元,与外部电源输入端连接,将接收的电能转换为高压电能并进行滤波后传输至次级逆变输出单元,根据主控单元发出的初级控制信号改变初级转换滤波单元的工作状态;次级逆变输出单元,将接收到的高压直流电进行逆变得到交流输出,根据主控单元发出的次级控制信号改变次级逆变输出单元的工作状态;输出电流取样单元,对次级逆变输出单元输出的交流电进行电流采样;输出电流检测单元,接收输出电流取样单元发出的采样信号,检测输出电流信号,并发送输出电流信息至主控单元;输出短路检测单元,接收输出电流取样单元发出的采样信号,检测是否出现短路电流,发出短路信号至主控单元;输出降压检测单元,接收输出电流取样单元发出的采样信号,检测输出电流是否达到降压电流基准,发出降压信号至主控单元;启动容性负载控制单元,接收主控单元发出的容性负载控制信号,在主控单元的控制下开启或关闭,吸收峰值电流,接收次级逆变输出单元传输的交流电能并传输至逆变器输出端;主控单元,接收输出电流信息,接收短路信号,发出次级控制信号控制次级逆变输出单元关闭,发出容性负载控制信号控制启动容性负载控制单元开启;接收降压信号,发出次级控制信号改变次级逆变输出单元的输出电压。主控单元检测短路信号和降压信号,以控制启动容性负载控制电路开启吸收峰值电流,或控制次级逆变输出单元降低输出电压,从而提高启动容性负载和感性负载的能力,解决目前修正正弦波逆变器启动容性负载和感性负载能力弱的问题。本发明保留了逆变器的短路检测,不同于目前市面上的逆变器,为了解决带容性负载的问题,为此把逆变器短路保护去掉,这样很容易造成逆变器的损坏。本发明公开的提升启动负载能力的修正正弦逆变器利用容性负载接入瞬间产生的峰值电流类似短路电流的特点,检测短路电流,如果短时间内仅仅出现一次短路电路则判断是容性负载接入,通过启动容性负载控制单元来吸收峰值电流,如果短时间内出现多次短路电流,则判断逆变器出现短路,启动短路保护,具体的短路保护可以使主控单元控制逆变器停止工作,也可是断开外部电源与逆变器的连接,此处的短路保护方式不限。
如图2所示,所述初级转换滤波单元包括;软启动控制电路,接受主控单元发出的初级控制信号,根据接收到的初级控制信号发出软启动控制信号至初级PWM控制及驱动电路;初级PWM控制及驱动电路,接收软启动控制信号,根据接收到的软启动控制信号发出初级PWM信号至推挽式能量转换及全桥整流滤波电路;接收母线电压取样反馈电路发出的反馈信号,接收母线短路检测电路发出的母线短路信号,根据接收到的信号调整发出的初级PWM信号;推挽式能量转换及全桥整流滤波电路,接收初级PWM信号,根据接收到的初级PWM信号控制能量转换及高压直流的输出;母线电压取样反馈电路,对推挽式能量转换及全桥整流滤波电路输出的高压直流电进行电压采样,将采样得到的反馈信号发送至初级PWM控制及驱动电路;DC电流取样电路,对推挽式能量转换及全桥整流滤波电路输出的高压直流电进行电流采样,将采样信号发送至母线短路检测电路;母线短路检测电路,接受采样信号判断是否存在母线短路,将母线短路信号发送至初级PWM控制及驱动电路。本发明的一个实施例中,其软启动控制电路,初级PWM控制及驱动电路如图3和图4所示,当主控单元初始化时,SD-P-signal为低电平,Q27,Q28处于截止状态,U8 pin16和pin4电压为5V,同时+5REF电压对C54电容充电。pin16为U8内部运放的正向输入端,pin4为U8死区控制端口,如果这些端口都为高电平时,U8 pin9和pin10 PWM信号输出为关闭状态,主控单元延长1秒后,SD-P-signal信至高电平,Q27,Q28同时导通,pin16和D16正极也被拉低为0V,C54电容通过R128进行放电;为此U8 pin4电压信号由5V变低0V的过程,从而实现U8 pin9和pin10 PWM信号软启动。
如图2所示,所述初级转换滤波单元还包括开环或闭环控制电路,所述开环或闭环控制电路接收主控单元发出的开环或闭环控制信号,根据接收到的开环或闭环控制信号输出开环或闭环影响信号至母线电压取样反馈电路,改变反馈信号。本发明一个实施例中,初级转换滤波单元各部分电路如图3-8所示,主控单元通过控制Q30的导通来改变取样反馈电压,实现开环控制,从而提升逆变器的效率。
如图2所示,所述次级逆变输出单元包括,次级PWM驱动电路,接收主控单元发出的次级控制信号,根据接收到的次级控制信号发出次级PWM信号至逆变全桥输出电路;逆变全桥输出电路,接收次级PWM信号,根据接收到的次级PWM信号改变输出的交流电能。本发明一个实施例中,级逆变输出单元的次级PWM驱动及逆变全桥输出电路如图9所示,主控单元先通过软启动输出初级PWM信号,主控单元检测母线电压取样信号,母线电压稳定后,主控单元控制次级PWM驱动电路输出次级PWM信号,开启逆变输出,完成逆变开机过程,输出逆变电压。
如图2所示,本发明所述的一种提升启动负载能力的修正正弦波逆变器,还包括设置于启动容性负载控制单元与逆变器输出端之间的EMI电路,所述EMI电路滤除前端电路中的干扰信号。本发明一个实施例中,EMI电路如图10所示,吸收干扰信号,避免电磁污染进入电网或干扰其它用电设备。
如图2所示,本发明所述的一种提升启动负载能力的修正正弦波逆变器,还包括设置于外部电源输入端与初级转换滤波单元之间的防反接保护电路,所述防反接保护电路防止外部电源反接致使电路损毁。本发明一个实施例中,防反接保护电路如图11所示,由于二级管有单向导通的特性,为此根据该特性用来控制Q15栅极电压,从而达到防反接的作用。
如图2所示,本发明所述的一种提升启动负载能力的修正正弦波逆变器,还包括逆变器开关及显示单元,所述逆变器开关及显示单元接收用户操作,发出逆变器开启/关闭信号至主控单元以控制逆变器的开启或关闭,逆变器工作状态在显示模块上显示。本发明一个实施例中,逆变器开关及显示单元如图12和13所示,当按下显示面板的电源键时,电源控制线路工作得到12V和5V供电电压,主控单元上电工作,主控单元首先检测到按键信号时,当检测到按键信号时,主控单元给出Power ON/OFF开机信号,控制电源控制线路得到12V和5V供电电压。当电源工作稳定后,主控单元控制初级转换滤波单元及次级逆变输出单元进行逆变输出。主控单元将传输的数据通过LCD屏显示出来,用户可以查看到当前逆变器的工作状态信息;当逆变器发生故障时,用户通过重启电源或减小负载等方式排除逆变器故障。
如图2所示,本发明所述的一种提升启动负载能力的修正正弦波逆变器,还包括报警单元,接收主控单元发出的报警信号,根据接收到的报警信号发出报警提示。本发明一个实施例中,所述报警单元即蜂鸣器报警电路,其蜂鸣器报警电路如图14所示,当逆变器发生警告报警时,主控单元控制蜂鸣器产生报警,蜂鸣器先蜂鸣报警(Beep@0.5Hz)5次,然后蜂鸣器关闭报警,等待10秒;10秒后再报警5次,然后蜂鸣器关闭报警,等待10秒。依次循环,一分钟后主控单元将自动关闭蜂鸣器报警功能,但LCD依然显示报警信息。当检测到逆变器保护时,蜂鸣器先蜂鸣报警(Beep@1Hz),30秒后自动关机。
如图2所示,本发明所述的一种提升启动负载能力的修正正弦波逆变器,还包括温度检测及控制单元,检测逆变器工作温度,并发送温度信息至主控单元,根据主控单元发出的散热信号控制散热模块工作。本发明一个实施例中,所述温度检测及控制单元包括温度取样模块和风扇控制模块,其具体电路如图15和16所示,当检测到机内散热片温度高于55度或辅助大于100W时,开启风扇;来降低机内的温度。当机内散热片温度低于45度或负载小于50W,MCU自动关闭风扇。
如图2所示,本发明所述的一种提升启动负载能力的修正正弦波逆变器,还包括逆变输出电压检测电路,检测逆变器输出端输出的电压,反馈逆变器输出电压信息至主控单元。本发明一个实施例中,逆变输出电压检测电路如图17所示,检测逆变器的输出电压。
如图2所示,本发明所述的一种提升启动负载能力的修正正弦波逆变器,还包括电池电压取样电路,确定电池电压稳定,避免电压冲击对逆变器造成的损害。本发明一个实施例中,电池电压取样电路如图18所示。
如图2所示,本发明所述的一种提升启动负载能力的修正正弦波逆变器,还包括USB充电电路,可以支持USB借口的充电。本发明一个实施例中,USB支持USB 5V/2.1A充电(如图19所示)和USB QC3.0 5V/9V/12V的快速充电(如图20所示)。当逆变的电池接线端接通电池时,两款USB充电同时有输出,QC3.0快充通过协议IC U4与手机或平板电脑通讯是否支持QC3.0协议,如果支持将按照快充方式进行充电,如果不支持将按照5V/2.4A进行充电。USB充电接口越来越普及,为此本实施例中采用4组USB接口,解决用户同时对多个用电器的充电的问题。
本发明通过检测短路信号和降压信号来判断接入的是容性负载还是感性负载,并根据接入负载的不同调整逆变器内的电路,实现提升负载能力。以下,结合附图1-20具体介绍本发明的一个实施例,当主控单元检测到短路信号时,主控单元产生中断指令,立即关闭逆变输出,打开启动容性负载控制线路;同时使母线升压回路形成闭环控制。然后主控单元再重新开启逆变输出,开启输出的过程采用软启动的方式,后级驱动的PWM的占空比是慢慢展开的过程,为此逆变输出电压从低到逆变输出正常电压的过程;同时配合启动容性负载控制线路,从而提高启动带容性负载的能力。如果启动过程中主控单元在10秒的时间内检测到短路信号3次,那么逆变器将产生短路保护,用户根据LCD屏给出的信息,来判断是容性负载过大或是输出发生了短路现象。如果主控单元在重启输出过程中没有检测短路信号,主控单元关闭启动容性负载控制线路。可以避免逆变器容性负载启动控制线路带来的损耗。同时主控单元测试输出功率,当输出功率大于100W时,主控单元通过控制Q30的导通来改变取样反馈电压,实现开环控制。从而提高逆变器的效率。启动感性负载时,由于电机瞬时启动的电流是工作时额定电流的4到7倍,为此通过这个参数来设定输出降压检测单元的基准,而逆变的输出短路,是根据输出MOS管峰值漏电流来设定短路基准,从而来区分是容性负载还是感性负载,当主控单元检测到短路信号时,主控单元发出中断指令,瞬间改变PMW的占空比,使逆变AC输出电压瞬间降低,逆变输出电流也随之降低。然后主控单元再将PMW占空比慢慢展开,从而提高启动带感性负载的能力。本实施例中,启动容性负载控制单元采用在主控单元控制下开闭的浪涌抑制电路,但启动容性负载控制单元不限制于浪涌抑制电路,任意可以在主控单元控制下吸收峰值电流的电路,均可以作为本发明中的启动容性负载控制单元使用。
以上所述是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种提升启动负载能力的修正正弦波逆变器,包括外部电源输入端和逆变器输出端,其特征在于,还包括:
初级转换滤波单元,与外部电源输入端连接,将接收的电能转换为高压电能并进行滤波后传输至次级逆变输出单元,根据主控单元发出的初级控制信号改变初级转换滤波单元的工作状态;
次级逆变输出单元,将接收到的高压直流电进行逆变得到交流输出,根据主控单元发出的次级控制信号改变次级逆变输出单元的工作状态;
输出电流取样单元,对次级逆变输出单元输出的交流电进行电流采样;
输出电流检测单元,接收输出电流取样单元发出的采样信号,检测输出电流信号,并发送输出电流信息至主控单元;
输出短路检测单元,接收输出电流取样单元发出的采样信号,检测是否出现短路电流,发出短路信号至主控单元;
输出降压检测单元,接收输出电流取样单元发出的采样信号,检测输出电流是否达到降压电流基准,发出降压信号至主控单元;
启动容性负载控制单元,接收主控单元发出的容性负载控制信号,在主控单元的控制下开启或关闭,吸收峰值电流,接收次级逆变输出单元传输的交流电能并传输至逆变器输出端;
主控单元,接收输出电流信息,接收短路信号,发出次级控制信号控制次级逆变输出单元关闭,发出容性负载控制信号控制启动容性负载控制单元开启;接收降压信号,发出次级控制信号改变次级逆变输出单元的输出电压。
2.根据权利要求1所述的一种提升启动负载能力的修正正弦波逆变器,其特征在于,所述初级转换滤波单元包括;
软启动控制电路,接受主控单元发出的初级控制信号,根据接收到的初级控制信号发出软启动控制信号至初级PWM控制及驱动电路;
初级PWM控制及驱动电路,接收软启动控制信号,根据接收到的软启动控制信号发出初级PWM信号至推挽式能量转换及全桥整流滤波电路;接收母线电压取样反馈电路发出的反馈信号,接收母线短路检测电路发出的母线短路信号,根据接收到的信号调整发出的初级PWM信号;
推挽式能量转换及全桥整流滤波电路,接收初级PWM信号,根据接收到的初级PWM信号控制能量转换及高压直流的输出;
母线电压取样反馈电路,对推挽式能量转换及全桥整流滤波电路输出的高压直流电进行电压采样,将采样得到的反馈信号发送至初级PWM控制及驱动电路;
DC电流取样电路,对推挽式能量转换及全桥整流滤波电路输出的高压直流电进行电流采样,将采样信号发送至母线短路检测电路;
母线短路检测电路,接受采样信号判断是否存在母线短路,将母线短路信号发送至初级PWM控制及驱动电路。
3.根据权利要求2所述的一种提升启动负载能力的修正正弦波逆变器,其特征在于,所述初级转换滤波单元还包括开环或闭环控制电路,所述开环或闭环控制电路接收主控单元发出的开环或闭环控制信号,根据接收到的开环或闭环控制信号输出开环或闭环影响信号至母线电压取样反馈电路,改变反馈信号。
4.根据权利要求1所述的一种提升启动负载能力的修正正弦波逆变器,其特征在于,所述次级逆变输出单元包括,
次级PWM驱动电路,接收主控单元发出的次级控制信号,根据接收到的次级控制信号发出次级PWM信号至逆变全桥输出电路;
逆变全桥输出电路,接收次级PWM信号,根据接收到的次级PWM信号改变输出的交流电能。
5.根据权利要求1-4任一项所述的一种提升启动负载能力的修正正弦波逆变器,其特征在于,还包括设置于启动容性负载控制单元与逆变器输出端之间的EMI电路,所述EMI电路滤除前端电路中的干扰信号。
6.根据权利要求1-4任一项所述的一种提升启动负载能力的修正正弦波逆变器,其特征在于,还包括设置于外部电源输入端与初级转换滤波单元之间的防反接保护电路,所述防反接保护电路防止外部电源反接致使电路损毁。
7.根据权利要求1-4任一项所述的一种提升启动负载能力的修正正弦波逆变器,其特征在于,还包括逆变器开关及显示单元,所述逆变器开关及显示单元接收用户操作,发出逆变器开启/关闭信号至主控单元以控制逆变器的开启或关闭,逆变器工作状态在显示模块上显示。
8.根据权利要求1-4任一项所述的一种提升启动负载能力的修正正弦波逆变器,其特征在于,还包括报警单元,接收主控单元发出的报警信号,根据接收到的报警信号发出报警提示。
9.根据权利要求1-4任一项所述的一种提升启动负载能力的修正正弦波逆变器,其特征在于,还包括温度检测及控制单元,检测逆变器工作温度,并发送温度信息至主控单元,根据主控单元发出的散热信号控制散热模块工作。
10.根据权利要求1-4任一项所述的一种提升启动负载能力的修正正弦波逆变器,其特征在于,还包括逆变输出电压检测电路,检测逆变器输出端输出的电压,反馈逆变器输出电压信息至主控单元。
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