CN201075840Y - 消防应急电源专用逆变器 - Google Patents
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Abstract
一种消防应急电源专用逆变器，具有用于接受蓄电池输出直流电的电源电路，对上述直流进行开关控制的开关电路，对规定频率的正弦波基准信号进行脉冲宽度调制以生成PWM信号的脉宽调制电路，以及根据上述PWM信号使该开关电路进行开关动作以便控制输出交流电的中央控制电路。本实用新型的优点是：结构简单，调试方便，防止了因过放电而损坏逆变电源，并且使电源装置能适应低功率因数的感性负载的工作，另外，能够准确检测来自IGBT散热片的温度以实现超温保护，从而适应长时间在恶劣的高温环境下稳定工作的需求。
Description
技术领域
本实用新型属于逆变器技术领域，尤其是涉及一种消防应急电源专用逆变器。
背景技术
逆变器是一种把直流电压变换成交流电压的电力变换装置。其结构一般由逆变电路组成的功率单元和逆变控制单元两部分构成，具体来说，通常包括：PWM脉冲产生电路部分，用于控制产生脉冲宽度调制脉冲；功率变换部分，用于输入直流电压，由PWM脉冲产生电路部分产生的脉冲宽度调制脉冲来进行开关控制，开通时在变压器的原边储存能量，关断时将储存的能量传送到变压器的副边，经整流滤波后得到所需的各种电压；电压反馈电路部分，用来调节控制PWM电路输出脉冲的占空比；输出电压整流滤波电路部分，用于通过整流滤波得到所需要的各种电压。就UPS逆变器的应用而言，消防领域经常会面临环境恶劣(环温高)的场合，因此需要逆变器具有能够在高温条件下长时间工作的能力。然而，现有的逆变器普遍结构复杂，由此带来在高温环境下长时间工作时性能不稳定的缺点，另外，对于可能同时需要带容性、感性和阻性负载的设备而言，现有的逆变器电源无论是在对负载的适应性上、还是在承受电机/电容负载在启动时所产生的瞬态浪涌电流的”带载能力”上，都显得较弱。
发明内容
有鉴于此，本实用新型的主要目的在于提供一种消防应急电源专用逆变器，其一方面克服了现有的UPS逆变器只能适用于容性负载的缺陷，另一方面，能够适应长时间在恶劣的高温环境下稳定工作的需求。
本实用新型的技术方案为：一种消防应急电源专用逆变器，具有用于接受蓄电池输出直流电的电源电路，对上述直流进行开关控制的开关电路，对规定频率的正弦波基准信号进行脉冲宽度调制以生成PWM信号的脉宽调制电路，以及根据上述PWM信号使该开关电路进行开关动作以便控制输出交流电的中央控制电路。
所述的中央控制电路包括单片机芯片80C196MC，该芯片的AD0-AD7引脚分别连接锁存器芯片74HC573的D0-D7引脚，锁存器芯片的Q0-Q7引脚分别连接存储器芯片27C64的A0-A7引脚，单片机芯片的AD8-AD12引脚分别连接存储器芯的A8-A12引脚，单片机芯片的WG1-WG3引脚连接双输入四或门芯片74HC32，单片机芯片的EXYTINT引脚连接有IGBT驱动保护电路，单片机芯片的P0.0引脚连接有电压检测保护电路，用于稳定输出交流电压；单片机芯片的P0.3引脚连接有电流检测保护电路，用于稳定输出交流电流；单片机芯片的P0.6引脚连接有温度检测保护电路，用于对散热片进行超温保护。
所述的开关电路包括IGBT驱动器芯片M567962L，该芯片的第1引脚连接继流二极管D2的负极，D2的正极连接到驱动器芯片的第6引脚，其第5引脚连接电阻R3，稳压二极管D3、D4，用于驱动绝缘栅极型功率管IGBT，第8引脚连接有光耦电路。
所述的脉宽调制电路由两个TOP223芯片组成两路输入用以分别驱动两个开关变压器。
本实用新型的消防应急电源专用逆变器与现有技术相比，具有以下优点：
第一，结构简单，调试方便，逆变器采用单片机80C196MC进行控制，通过同步变压器将输入的交流电压变为单片机可接受的电压后，将所检测相同步信号加到单片机的主速输入借口，通过捕捉中断来确定相位，IGBT的驱动电路的通用性好，均流特性不受IGBT内部是否完全具备相同内阻的限制。
第二，采用电压检测保护电路和电流检测保护电路防止了因过放电而损坏逆变电源，避免了逆变电源的变压器因启动开始瞬间磁化方向与剩磁方向相同而导致的原边短路，从而防止了大功率半导体开关器件因二次击穿的损坏，而且，充分地吸收了可能由开关器件的开关及误工电流引起的过电压，使电源装置能适应低功率因数的感性负载的工作。另外，通过温度检测保护电路能够准确检测来自IGBT散热片的温度，以实现超温保护，从而给逆变器在环温高的恶劣环境下长时间工作带来保障。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细地说明：
图1是本实用新型的电路结构连接示意图；
图2是本实用新型的中央控制电路图；
图3是本实用新型的IGBT驱动保护电路图；
图4是本实用新型的电流检测保护电路图；
图5是本实用新型的电压检测保护电路图；
图6是本实用新型的温度检测保护电路图；
图7是本实用新型的开关电路图；
图8是本实用新型的脉宽调制电路图。
具体实施方式
如图1所示，本实用新型的消防应急电源专用逆变器的电路板结构主要分为逆变中央控制部分、电源部分、驱动板部分和IGBT。其中，对于逆变中央控制部分，J1为正负12V电源输入端，J2为5V电源输入端，J3、J4为5V和SPWM信号输出，过流信号输入端，J5为功能扩展端，J6为温度保护开关和启动开关输入端，J7、J8为保护信号输入端，CJ1为反馈输入和风扇电源端。对于电源部分，J16为5V电源输出端，J10为正负12V电源输出端，这几组电压为主板供电，J9、J11、J15、J12、J13、J14都是15V、-9V隔离电压输出端，以驱动IGBT。对于驱动板部分，J19、J17为-9V和15V输入端，J18为PWM信号和5V输入，保护信号输出端。
图2表示了本实用新型的中央控制电路，如图所示，所述的中央控制电路包括单片机芯片80C196MC，该芯片的AD0-AD7引脚分别连接锁存器芯片74HC573的D0-D7引脚，锁存器芯片的Q0-Q7引脚分别连接存储器芯片27C64的A0-A7引脚，单片机芯片的AD8-AD12引脚分别连接存储器芯的A8-A12引脚，单片机芯片的WG1-WG3引脚连接双输入四或门芯片74HC32，单片机芯片的EXYTINT引脚连接有IGBT驱动保护电路，单片机芯片的P0.0引脚连接有电压检测保护电路，用于稳定输出交流电压；单片机芯片的P0.3引脚连接有电流检测保护电路，用于稳定输出交流电流；单片机芯片的P0.6引脚连接有温度检测保护电路，用于对散热片进行超温保护。单片机芯片80C196MC产生三相六路SPWM信号，同时完成故障提示、检测保护、闭环稳压限流控制、封锁SPWM脉冲信号等功能。电压反馈信号由单片机的第P0.0引脚输入，从而调节SPWM信号的脉宽宽度，稳定输出电压，也可通过电位器W1调节，检测温度从单片机的第P0.6引脚输入，电流信号从单片机的第P0.7引脚输入。
如图3所示，本实用新型的IGBT驱动保护电路采用四二输入与门芯片74HC08和触发器芯片74HC74，由驱动板加来的过电流信号分别送到四二输入与门芯片U11的1、2和4、5引脚上，送入触发器芯片74HC74的置位端从而控制它的/Q端，再经过逻辑与门电路送入单片机芯片80C196MC的EXTINT引脚进行处理。
如图4所示，本实用新型的电流检测保护电路包括运放U6A，其同相输入端连接电阻R8、R9，电容C18、C19，其输出端连接运放U7B的反相输入端，运放U7B的输出端通过电阻R13连接有光耦电路。用霍尔电流互感器检测电流信号由电阻R8、R9分压加到运放U6A的同相输入端上，然后，经两级缓冲放大，通过光耦G1隔离加到单片机芯片80C196M上。
如图5所示，本实用新型的电压检测保护电路包括变压器2B1，其副边通过电阻R25连接到运放U8A的反相输入端，U8A的同相输入端连接有电阻R27，其输出端连接高速开关二极管D3、D4，然后连接到运放U8B的同相输入端，U8B的输出端连接运放U9A的反向输入端，U9A的输出端连接运放U9B的反向输入端，运放U9B的输出端连接高速开关二极管D5、D6。反馈电压由变压器2B1变为5V的电压信号加到运放U8A的输入端，然后，通过运放U8A、U8B、U9A和U9B四级放大送入单片机芯片80C196M。
如图6所示，本实用新型的温度检测保护电路包括光耦电路。二极管的正极输入端连接电阻R42，电容C37、C38，负极接地，三极管的发射极接地，集电极连接单片机芯片80C196M第P0.6引脚。
图7所示的开关电路包括IGBT驱动器芯片M567962L，该芯片的第1引脚连接继流二极管D2的负极，D2的正极连接到驱动器芯片的第6引脚，其第5引脚连接电阻R3，稳压二极管D3、D4，用于驱动绝缘栅极型功率管IGBT，第8引脚连接有光耦电路。经过滤波的直流电加到IGBT1和IGBT2上。当有驱动信号输入时，在B1端就会有一个同样的SPWM信号，通过LC滤波电路将逆变输出的正弦调制波变为纯正的正弦波，从而形成电流与电压相位差达到90，满足了感性设备的启动波形要求。
图8所示的脉宽调制电路由两个TOP223芯片组成两路输入分别驱动两个开关变压器，图中示意了一个TOP223芯片，一般的供电电源为单推娩。TOP223为积分控制电路，驱动电路功率MOSFET，脉宽调制一体化而且有过流限制，过压切断，欠压锁定，过热短路保护等，效率高，可以达到90％，这样充分保证了供电源的稳定。D5、D6用于吸收保护，R35、C42用于稳压吸收，以免有寄生振荡。
本实用新型的消防应急电源专用逆变器的工作过程为：把蓄电池输出的200-250V直流电逆变为140伏交流电，然后用升压变压器变成220V交流电，本逆变器不同于一般逆变电源，其可带各类型负载，特别是应用在消防领域中动力感性负载。
以上所述，仅为本实用新型的较佳实施例而已，并非用于限定本实用新型的保护范围。
Claims (8)
1.一种消防应急电源专用逆变器，其特征在于：具有用于接受蓄电池输出直流电的电源电路，对上述直流进行开关控制的开关电路，对规定频率的正弦波基准信号进行脉冲宽度调制以生成PWM信号的脉宽调制电路，以及根据上述PWM信号使该开关电路进行开关动作以便控制输出交流电的中央控制电路。
2.如权利要求1所述的消防应急电源专用逆变器，其特征在于：所述的开关电路包括IGBT驱动器芯片M567962L，该芯片的第1引脚连接继流二极管D2的负极，D2的正极连接到驱动器芯片的第6引脚，其第5引脚连接电阻R3，稳压二极管D3、D4，用于驱动绝缘栅极型功率管IGBT，第8引脚连接有光耦电路。
3.如权利要求2所述的消防应急电源专用逆变器，其特征在于：所述的脉宽调制电路由两个TOP223芯片组成两路输入用以分别驱动两个开关变压器。
4.如权利要求3所述的消防应急电源专用逆变器，其特征在于：所述的中央控制电路包括单片机芯片80C196MC，该芯片的AD0-AD7引脚分别连接锁存器芯片74HC573的D0-D7引脚，锁存器芯片的Q0-Q7引脚分别连接存储器芯片27C64的A0-A7引脚，单片机芯片的AD8-AD12引脚分别连接存储器芯的A8-A12引脚，单片机芯片的WG1-WG3引脚连接双输入四或门芯片74HC32，单片机芯片的EXYTINT引脚连接有IGBT驱动保护电路，单片机芯片的P0.0引脚连接有电压检测保护电路，用于稳定输出交流电压；单片机芯片的P0.3引脚连接有电流检测保护电路，用于稳定输出交流电流；单片机芯片的P0.6引脚连接有温度检测保护电路，用于对散热片进行超温保护。
5.如权利要求4所述的消防应急电源专用逆变器，其特征在于：所述的IGBT驱动保护电路采用四二输入与门芯片74HC08和触发器芯片74HC74，由驱动板加来的过电流信号分别送到四二输入与门芯片U11的1、2和4、5引脚上，送入触发器芯片74HC74的置位端从而控制它的/Q端，再经过逻辑与门电路送入单片机芯片80C196MC的EXTINT引脚进行处理。
6.如权利要求5所述的消防应急电源专用逆变器，其特征在于：所述的电流检测保护电路包括运放U6A，其同相输入端连接电阻R8、R9，电容C18、C19，其输出端连接运放U7B的反相输入端，运放U7B的输出端通过电阻R13连接有光耦电路，用霍尔电流互感器检测电流信号由电阻R8、R9分压加到运放U6A的同相输入端上，然后，经两级缓冲放大，通过光耦G1隔离加到单片机芯片80C196M上。
7.如权利要求6所述的消防应急电源专用逆变器，其特征在于：所述的电压检测保护电路包括变压器2B1，其副边通过电阻R25连接到运放U8A的反相输入端，U8A的同相输入端连接有电阻R27，其输出端连接高速开关二极管D3、D4，然后连接到运放U8B的同相输入端，U8B的输出端连接运放U9A的反向输入端，U9A的输出端连接运放U9B的反向输入端，运放U9B的输出端连接高速开关二极管D5、D6，反馈电压由变压器2B1变为5V的电压信号加到运放U8A的输入端，然后，通过运放U8A、U8B、U9A和U9B四级放大送入单片机芯片80C196M。
8.如权利要求7所述的消防应急电源专用逆变器，其特征在于：所述的温度检测保护电路包括光耦电路，其输入端的二极管的正极输入端连接电阻R42，电容C37、C38，负极接地，输出端的三极管的发射极接地，集电极连接单片机芯片80C196M第P0.6引脚。
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