CN201118459Y - 高频正弦波逆变器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种高频正弦波逆变器，它包括DC/AC逆变电路，还包括DC/DC高频升压电路、控制电路，DC/AC逆变电路的输入端通过DC/DC高频升压电路连接到外部直流电压源，DC/AC逆变电路的输出端与滤波电路连接后连接至输出端子，控制电路与DC/AC逆变电路连接，控制对DC/AC逆变电路的驱动，控制电路同时与输出端子连接，采集输出的电信号用于保护、反馈等控制。本实用新型电路结构简单，输出交流波形为纯正弦波，输出稳压精度高，动态响应特性好、效率高、谐波含量小等特点。

Description

高频正弦波逆变器

技术领域

本实用新型属于直流/交流电能转换装置技术领域，涉及一种高频正弦波逆变器，其输出波形为纯正弦波。

背景技术

逆变器是一种将直流电转化成交流电能的装置，主要分两类，一类是正弦波逆变器，另一类是方波逆变器。正弦波逆变器输出的是同我们日常使用的电网一样，可提供高质量的交流电，能够带动任何种类的负载。但现有的正弦波逆变器技术要求和成本均高，效率较低，使用受到一定限制。

方波逆变器输出的则是质量较差的方波交流电，其正向最大值到负向最大值几乎在同时产生，这样，对负载和逆变器本身造成剧烈的不稳定影响。同时，其负载能力差，仅为额定负载的40-60％，不能带感性负载。如所带的负载过大，方波电流中包含的三次谐波成分将使流入负载中的容性电流增大，严重时会损坏负载的电源滤波电容。针对上述缺点，近年来出现了准正弦波(或称改良方波、修正正弦波、模拟正弦波等等)逆变器，其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，但准正弦波的波形仍然是由折线组成，属于方波范畴，连续性不好，并存在电网中的电磁污染。准正弦波、改良方波的逆变器由于可以满足我们部分的用电需求，售价适中，成为市场中的主流产品。因此目前国内以方波或修正正弦波逆变器居多。还有一些逆变器是采用工频变压器调制输出的，其输出波形质量差、带载能力很弱，甚至不能带载感性负载及冲击性负载，损耗大、效率低，对用电设备的使用寿命也造成一定的影响。

因此，从环境保护、节能降耗方面考虑，研制新型的具有技术要求低和成本低的正弦波逆变器已势在必行。

实用新型内容

本实用新型是针对现有技术中存在的上述技术问题，提供一种高效率低成本的高频正弦波逆变器，可将直流电压变换为单相220V、频率50Hz的正弦波交流电，可以给使用220V市电的设备独立供电，降低逆变器输出的谐波含量，和提高对冲击性负载的带载能力以及提高逆变器效率和可靠度，保护功能完善，应用范围广泛，方便用户设备在无电网情况下的使用。

解决本实用新型技术问题所采用的技术方案是该高频正弦波逆变器包括DC/AC逆变电路，还包括DC/DC高频升压电路、滤波电路、控制电路，DC/AC逆变电路的输入端通过DC/DC高频升压电路连接到外部直流电压源，DC/AC逆变电路的输出端与滤波电路连接后连接至输出端子，控制电路与DC/AC逆变电路连接，控制对DC/AC逆变电路的驱动，控制电路同时与输出端子连接，采集电压、电流反馈信号，形成闭环控制电路。

优选的是，所述DC/DC高频升压电路包括DC/DC逆变桥、驱动信号发生器、高端驱动器、延时驱动器、高频变压器、整流电路，DC/DC逆变桥由四个功率开关管组成，该DC/DC逆变桥输入端连接到外部直流电压源，驱动信号发生器产生二路驱动信号，一路输入高端驱动器，驱动DC/DC逆变桥的超前桥壁，另一路输入延时驱动器，DC/DC逆变桥的滞后桥壁由驱动信号经过RC延时(1微秒左右)后输入高端驱动器进行驱动，DC/DC逆变桥输出高频方波信号送入高频变压器，经高频变压器输出高压波信号，再经整流电路整流后输出高压直流给DC/AC逆变电路，高频变压器的输出端有电流传感器W2，电流传感器W2对DC/DC逆变桥输出电流采样检测，当电流大于额定值时，电流传感器W2输出一高电平关闭DC/DC逆变部分，对DC/DC逆变部分做短路保护。

进一步优选的是，驱动信号发生器为专用电源芯片SG3525，开环输出驱动信号；高端驱动器为IR2110，驱动DC/DC逆变桥的超前桥壁。

优选的是，所述延时驱动器包括RC延时电路与高端驱动器，驱动信号发生器产生的驱动信号经过RC延时后送入高端驱动器IR2110，由高端驱动器IR2110直接驱动DC/DC逆变桥的滞后桥壁。在全桥DC/DC变换中，滞后桥壁通过RC延时电路实现，使之具有软开关特性。

优选的是，控制电路包括微控制器MCU和高端驱动器，微控制器MCU产生4路驱动信号给高端驱动器，高端驱动器驱动由四个功率开关管组成的DC/AC逆变桥，微控制器MCU同时与输出端子连接，通过传感器采集输出的电信号，高端驱动器主要采用IR2110芯片；滤波电路为典型的LC滤波电路。

进一步优选的是，微控制器MCU为单片机，单片机电路构成全数字脉宽调制信号电路，产生DC/AC逆变信号，由单片机控制产生SPWM脉宽调制波形，产生的调制信号到高端驱动器驱动DC/AC逆变桥，输出幅值为300-380V的高压SPWM波，经LC滤波电路，输出稳定的纯正弦波，控制电路采集输出的电压和电流反馈信号，最终输出稳定的220V交流。

进一步优选的是，单片机输出SPWM波，采用窄脉冲抑制使逆变器输出很低含量正弦波谐波，在额定负载下高频谐波含量低于1.5％。

单片机通过采集逆变器输出端子处的电流波形，经软件滤波和智能识别，实现对冲击性负载进行有效判别、灵敏的过载、短路保护。

本实用新型具有一个软开关DC/DC高频升压器；MCU控制输出的DC/AC变换器，以及MCU通过判断输入信号所做的一系列保护动作。

本实用新型降低了逆变器输出的谐波含量，输出交流波形为纯正弦波，能提高对冲击性负载的带载能力，电路结构简单，输出稳压精度高，动态响应特性好、效率高、谐波含量小等特点。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

图1是本实用新型电路原理图

图2是电流传感器W2电路原理图

具体实施方式

以下结合实施例及附图，对本实用新型作进一步详细叙述。

下面实施例为本实用新型的非限定性实施例。

如图1所示，本实用新型逆变器包括DC/DC升压模块和DC/AC逆变模块，以及DC/AC模块的信号反馈和控制单元。图中：Q1、Q2、Q3、Q4为功率开关管(可采用IRF4310)，该4个功率开关管组成DC/DC部分逆变桥，由PWM脉宽调制专用芯片SG3525产生驱动信号，经过驱动电路进行分别驱动DC/DC部分逆变桥；T1为高频变压器；D1为高频整流桥，由4个MUR460二极管组成；Q5、Q6、Q7、Q8为功率开关管(可采用IRF22N50)组成DC/AC逆变桥，由单片机产生的SPWM信号分别驱动这4个功率管；L1、C1为电感和电容，组成LC滤波电路；MCU为微控制器，采用单片机为MEGA168；功率开关管驱动电路采用IR2110；W1和W2为电流采样传感器，电流采样传感器W1型号为ZME1915007B，电流采样传感器W2的电路包括采样电阻R2和与采样电阻R2并联的光耦U1，光耦U1可采用TLP521-1，光耦(U1)的输出端与SG3525的SHUTDOWN引脚连接。

驱动信号发生器为专用电源芯片SG3525，开环输出驱动信号，高频变压器的输出端有电流传感器W2，电流传感器W2采样DC/DC输出电流，DC/DC输出短路时，电流传感器输出一高电平至SG3525的SHUTDOWN引脚，关闭DC/DC逆变部分，对DC/DC逆变部分做短路保护。

本实用新型工作时：

将48V蓄电池接入逆变器输入端，经过内部连线送入由功率开关管Q1、Q2、Q3、Q4组成的DC/DC逆变桥，在PWM脉宽调制专用芯片SG3525的PWM波调制经过IR2110组成的高压驱动电路，分别驱动DC/DC部分的逆变桥的超前桥壁的功率开关管Q1和Q2，以及经过RC延时电路延时处理后驱动滞后桥壁的功率开关管Q3、Q4，信号将斩波成45KHz左右，占空比约49％的方波，信号将送入高频变压器T1，高频变压器将48V高频电压升至350V左右，经过D1高频全桥整流滤波后，变成350V高压直流，直流电送入由功率开关管Q5、Q6、Q7、Q8组成的DC/AC逆变桥，在由单片机产生的SPWM波驱动信号驱动下，输出幅值为350V左右的SPWM波，经过图中的LC滤波后，输出稳定的纯正弦波，单片机通过交流电流传感器W1(该交流电流传感器W1型号可为ZME1915007B)采集输出的电流信号，同时反馈控制DC/AC逆变桥，最终输出稳定的220V交流。

本实施例第一方面，高频DC/DC变换部分，专用电源芯片脉宽调制控制芯片SG3525作为驱动信号发生器，输出两路驱动信号。超前桥壁由功率开关管Q1和Q2组成，超前壁的驱动信号由信号发生器输出的两路信号经过高端驱动器IR2110直接驱动；滞后桥壁由功率开关管Q3和Q4组成，滞后桥壁的驱动信号由信号发生器输出的两路信号，分别经过RC延时后，送入高端驱动器IR2110后驱动。经RC延时后使得滞后桥壁比超前壁延迟大约1us左右，从而使得DC/DC部分的功率场效应管处于软开关状态，可以提高DC/DC升压模块的效率，减少在功率管开/关过程中受到电流或电压的冲击，经DC/DC桥壁输出方波送入高频变压器，使之从几十伏的电压升到300-450V之间，同时在DC/DC输出端通过电流传感器W2采样电流，通过过流判断对DC/DC部分作短路保护，使得DC/DC模块升压部分更加稳定可靠。电流传感器W2是利用采样电阻R2两端的电压直接驱动光耦U1，实现过载保护功能。系统正常工作时，采样电阻两端电压低于光耦U1导通电压，光耦不导通，当负载短路或严重超载时，采样电阻R2两端电压超过光耦导通电压，使光耦导通，光耦输出高电平至PWM脉宽调制专用芯片SG3525的SHUTDOWN引脚(SG3525第10脚)，致使SG3525关闭逆变桥壁，关闭DC/DC变换器。

其次本实施例利用控制电路产生4路SPWM波信号，用来驱动功率开关管Q5、Q6、Q7、Q8。在逆变器输出过零点附近和正弦波输出峰值附近，普通的SPWM波输出会有很小的窄脉冲，直接用这些窄脉冲信号驱动功率管，由于功率管的开通和关断延迟特性，窄脉冲驱动信号使得功率管还未导通就又截至了或者还未关断就又开通了，功率管发热比较严重，而且也未能输出有效的窄脉冲，使得在过零点附近波形畸变严重，引起高端驱动的误动作，导致损坏功率管。如果直接将窄脉冲进行抑制，会影响到输出正弦波谐波含量的增加。本实用新型在MCU判断如果输出的脉冲小于一定值，软件通过计算，将相邻几个窄脉冲合并在一起输出，在不丢失窄脉冲输出能量的情况下对窄脉冲做了抑制，提高了逆变器效率，大大降低了逆变器高频谐波含量和逆变器工作的可靠度。

本实施例第三个方面，MCU通过采集输入实时电压和电流值通过对冲击性负载的识别并相应处理，从而使得逆变器抗冲击能力大大增强，当冲击性负载，如电视机，电动机等接入逆变器输出端时，由于启动电流很大，对逆变器来说，近视为短路情况，按常规的保护方法，逆变器会做出短路保护动作。本实用新型在检测到实时电流突然增大时，立刻减小SPWM波占空比，进而减小输出有效电压，从而降低了输出电流，等冲击电流峰值过后，电流恢复到正常值，逆变器输出电压也随之恢复到正常值，使得可以带动像电动机之类的大冲击负载，而不至于引起逆变器保护，对于短路情况，逆变器通过判断采集电压实时值为零，而仍有很大电流，则判断为短路情况，从而对逆变器相应的保护。

Claims (10)

1.一种高频正弦波逆变器，包括DC/AC逆变电路，其特征在于还包括DC/DC高频升压电路、控制电路、、滤波电路，DC/AC逆变电路的输入端通过DC/DC高频升压电路连接到外部直流电压源，DC/AC逆变电路的输出端与滤波电路连接后连接至输出端子，控制电路与DC/AC逆变电路连接，控制对DC/AC逆变电路的驱动，控制电路同时与输出端子连接，采集电压、电流反馈信号，形成闭环控制电路。

2.根据权利要求1所述的高频正弦波逆变器，其特征在于所述DC/DC高频升压电路包括DC/DC逆变桥、驱动信号发生器、高端驱动器、延时驱动器、高频变压器、整流电路，DC/DC逆变桥由四个功率开关管(Q1、Q2、Q3、Q4)组成，该DC/DC逆变桥输入端连接到外部直流电压源，驱动信号发生器产生二路驱动信号，一路输入高端驱动器，驱动DC/DC逆变桥的超前桥壁，另一路输入延时驱动器，DC/DC逆变桥的滞后桥壁由驱动信号经过RC延时后输入高端驱动器进行驱动，DC/DC逆变桥输出高频方波信号送入高频变压器，经高频变压器输出高压波信号，再经整流电路整流后输出高压直流给DC/AC逆变电路。

3.根据权利要求2所述的高频正弦波逆变器，其特征在于驱动信号发生器为专用电源芯片SG3525，开环输出驱动信号，高频变压器的输出端有电流传感器W2，电流传感器W2采样DC/DC输出电流，DC/DC输出短路时，电流传感器输出一高电平至SG3525的SHUTDOWN引脚，关闭DC/DC逆变部分，对DC/DC逆变部分做短路保护。

4.根据权利要求3所述的高频正弦波逆变器，其特征在于电流传感器W2的电路包括采样电阻(R2)和与采样电阻(R2)并联的光耦(U1)，光耦(U1)的输出端与SG3525的SHUTDOWN引脚连接。

5.根据权利要求2所述的高频正弦波逆变器，其特征在于高端驱动器为IR2110，驱动DC/DC逆变桥的超前桥壁。

6.根据权利要求2所述的高频正弦波逆变器，其特征在于延时驱动器中的高端驱动器为IR2110，驱动DC/DC逆变桥的滞后桥壁，在全桥DC/DC变换中，滞后桥壁通过RC延时电路实现，使之具有软开关特性。

7.根据权利要求1所述的高频正弦波逆变器，其特征在于控制电路包括微控制器MCU和高端驱动器，微控制器MCU产生4路驱动信号给高端驱动器，高端驱动器驱动由四个功率开关管(Q5、Q6、Q7、Q8)组成的DC/AC逆变桥，微控制器MCU同时与输出端子连接，通过传感器采集输出的电信号，高端驱动器为IR2110，滤波电路为LC滤波电路。

8.根据权利要求7所述的高频正弦波逆变器，其特征在于微控制器MCU为单片机，单片机电路构成全数字脉宽调制信号电路，产生DC/AC逆变信号，由单片机控制产生SPWM脉宽调制波形，产生的调制信号到高端驱动器驱动DC/AC逆变桥，输出幅值为300-380V的高压SPWM波，经LC滤波电路，输出稳定的纯正弦波，控制电路采集输出的电压和电流反馈信号，最终输出稳定的220V交流。

9.根据权利要求8所述的高频正弦波逆变器，其特征在于单片机输出SPWM波，采用窄脉冲抑制使逆变器输出很低含量正弦波谐波，在满载时逆变器输出的高频谐波含量低于1.5％。

10.根据权利要求9所述的高频正弦波逆变器，其特征在于单片机通过采集逆变器输出端子处的电流波形，经软件滤波和智能识别，实现对冲击性负载进行有效判别、灵敏的过载、短路保护。

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