CN201118460Y - 一种逆变电源 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种逆变电源，其发电机输出三相电给整流桥整流，输出直流电压给逆变电路，该逆变电路的输出逆变电给滤波电路，滤波电路输出正弦波电压，其特征在于：整流桥的输出端连接直流电压检测器，直流电压检测器向PIC微电脑控制器MCU输出检测结果；该MCU还与输出电压检测器连接；所述PIC微电脑控制器MCU的二个输出端PA、PB连接有光耦驱动器的输入端，光耦驱动器的输出端连接逆变电路的控制端。其有益效果是：降低了发电机输出波形的畸变率，提高了电源质量；在不改变硬件的情况下，能根据不同国家或地区电压和频率的用电环境要求，作出相应的输出频率和电压调整。

Description

一种逆变电源

技术领域

本实用新型属于电源供电装置，具体地说，是一种对通用发电机的逆变电源。

背景技术

通用发电机主要用于停电情况下，或是没有电源的环境，为用电设备供电，通机内安装有发电机，传统发电机的电源供电装置包括发电机、三相半控整流桥、逆变电路、滤波电路和光隔离驱动器，其中发电机的三相绕组输出三相电给所述三相半控整流桥的输入端，该三相半控整流桥的输出端输出的直流电压给所述逆变电路，该逆变电路为半导体整流元件，逆变电路的控制端连接控制电路，控制电路控制逆变电路中半导体整流元件的导通程度，该逆变电路的输出端输出逆变电给所述滤波电路的输入端连接驱动电路，该滤波电路滤波整形后，其二个输出端输出正弦波电压。公知的单相发电机是二极同步发电机，采取的是AVR调节转子励磁电流来进行调压，为了保证输出额定电压和频率与市电相同，所以发电机的转速不管是空载、半载还是重载的时候，都是工作在固定的转速，输出50Hz时是3000转/分钟，输出60Hz时是3600转/分钟，这样将造成一定的能源浪费，也不环保；而且逆变电路正弦波形畸变率很大，如图1、图2所示，图1为空载波形、图2为满载波形，通常的波形畸变率达到20％左右，难以控制在国家标准规定的5％以下，电压和频率波动大，欠压与过压保护的响应速度慢或者就没有，对电源质量要求高的设备容易造成损坏；发电机的开、关机都需要人为现场干预，操控也比较麻烦。

现有发电机的缺点是：输出波形的畸变率大电压和频率波动大，欠压与过压保护的响应速度慢或者就没有，且其工作转速固定，输出波形不能既满足50Hz，又满足60Hz用电环境的要求。

实用新型内容

针对现有技术存在的问题，本实用新型的目的在于提供一种逆变电源，能降低输出波形的畸变率，在不改变硬件的情况下，能根据不同国家或地区电压和频率的用电环境要求，作出相应的输出频率和电压调整。

为达到上述目的，本实用新型的技术方案如下：一种逆变电源，包括发电机、三相半控整流桥、逆变电路、滤波电路和光隔离驱动器，其中发电机的三相绕组输出三相电给所述三相半控整流桥的输入端，该三相半控整流桥的输出端输出的直流电压给所述逆变电路，该逆变电路的输出端输出逆变电给所述滤波电路的输入端，该滤波电路的二个输出端输出的正弦波电压，其关键在于：所述三相半控整流桥的输出端还连接有直流电压检测器的检测端A/D1，直流电压检测器的输出端向PIC微电脑控制器MCU输出检测结果；

该PIC微电脑控制器MCU还设置有电压检测端A/D2，该电压检测端A/D2与输出电压检测器的输出端连接，该输出电压检测器的二个检测端分别连接在所述滤波电路的二个输出端上；

所述PIC微电脑控制器MCU的二个输出端PA、PB连接有光耦驱动器的输入端，该光耦驱动器的输出端连接所述逆变电路的控制端。

PIC微电脑控制器MCU的二个输出端PA、PB输出电压值稳定的脉冲波，其脉冲波的频率周期不变，波宽由大到小、再由小到大，呈正弦规律变化。只需调整PIC微电脑控制器MCU内预设的工作频率，就能满足不同国家或地区电压和频率的用电环境要求。

所述PIC微电脑控制器MCU内设置有控制器、SPWM比较器和输出电压比较器；

其中所述输出电压比较器接收控制器提供的输出电压比较值，该输出电压比较器还获取所述电压检测端A/D2的当前电压值，输出电压比较器输出所述输出电压比较值和当前电压值的对比结果给所述控制器，控制器向所述SPWM比较器提供SPWM比较值；

所述SPWM比较器还获取所述检测端A/D1的检测结果，SPWM比较器输出所述检测结果和SPWM比较值的比较结果给所述控制器，控制器根据比较结果输出SPWM载波信号给所述PIC微电脑控制器MCU的二个输出端PA、PB。

所述PIC微电脑控制器MCU内设置有输出电流比较器，该输出电流比较器设置有电流检测端A/D3，该电流检测端A/D3与输出电流检测器的输出端连接，该输出电流检测器的二个检测端串接在所述滤波电路的一个输出端电路上，所述输出电流比较器内存储有过电流保护值，输出电流比较器获取所述输出电流检测器的检测值，并与过电流保护值比较，将比较结果传送给所述控制器。

电流检测器输出的检测值送入PIC微电脑控制器MCU，MCU将电流值与电流保护值比较，当大于该值即关闭输出端PA、PB，停止输出脉冲波，保护整个系统。

所述光隔离驱动器包括第一、第二、第三、第四光耦，所述逆变电路为IGBT逆变H桥，该IGBT逆变H桥包括第一、第二、第三、第四开关管；

其中第一、第三光耦的输入端并接在所述PIC微电脑控制器MCU的输出端PA上，第二、第四光耦的输入端并接在所述PIC微电脑控制器MCU的输出端PB上；

光耦隔离为现有技术，保护MCU不被大电流烧损。

PIC微电脑控制器MCU的输出端PA输出的脉冲波，被第一、第四开关管放大，输出端PB输出的脉冲波，被第二、第三开关管放大，其脉冲波的频率周期和波宽变化保持一致，电压幅度被开关管放大。

所述第一光耦的输出端连接有第一二极管的负极，该第一二极管的正极接所述第一开关管的栅极，所述第二光耦的输出端连接有第二二极管的负极，该第二二极管的正极接所述第三开关管的栅极，所述第三光耦的输出端连接有第三二极管的负极，该第三二极管的正极接所述第四开关管的栅极，所述第四光耦的输出端连接有第四二极管的负极，该第四二极管的正极接所述第二开关管的栅极，所述第一、第二、第三、第四二极管的两端都分别并联有电阻；

所述第一、第三开关管的源极并接在所述三相半控整流桥的正电源输出端上，所述第一开关管的漏极接第二开关管的源极，所述第三开关管的漏极接第四开关管的源极，所述第二、第四开关管的漏极并接在所述三相半控整流桥的地线端上，所述第一、第二、第三、第四开关管的栅极与漏极之间分别连接有电阻；

所述第一开关管和第三开关管的漏极作为逆变电路的输出端，连接所述滤波电路。

第一、第二、第三、第四开关管输出的脉冲波被滤波电路整形后，生成正弦波，其中波宽部分被整形为正弦波波峰，波窄部分被整形为波谷。通过PIC微电脑控制器MCU、IGBT逆变H桥和滤波电路，发电机产生的电能被重新逆变，其输出的正弦波波形频率完全由PIC微电脑控制器MCU，MCU可以根据负载需求做自适应调整频率和电压，避免能源浪费，同时，正弦波形的畸变率被抑制在了2.5％以内，完全符合5％的国家供电标准。

所述第一光耦的电源端Vcc连接有第一自举二极管的负极，该第一自举二极管的正极接正电源，第一光耦的电源端Vcc还连接有第一自举电容的正极，该第一自举电容的负极接所述第一光耦的逻辑地电位端Vss，该逻辑地电位端Vss还连接所述第一开关管的漏极；

所述第二光耦的电源端Vcc连接有第二自举二极管的负极，该第二自举二极管的正极接正电源，第二光耦的电源端Vcc还连接有第二自举电容的正极，该第二自举电容的负极接所述第二光耦的逻辑地电位端Vss，该逻辑地电位端Vss还连接所述第三开关管的漏极；

所述第三、第四光耦的逻辑地电位端Vss并接在一起，并与所述第二、第四开关管的漏极并接在一起。

常规的光耦控制开关管技术，为避免反向电流对电源和光耦的冲击，都是采用四路电源分别为四个光耦供电，自举二极管和自举电容起到了隔离保护的作用，只需要二路电源就可以实现四个光耦的安全供电，节约了电源的占用空间，降低了成本。

有益效果：降低了发电机输出波形的畸变率，提高了电源质量；在不改变硬件的情况下，能根据不同国家或地区电压和频率的用电环境要求，作出相应的输出频率和电压调整。

附图说明

图1为现有发电机输出的空载波形；

图2为现有发电机输出的满载波形，

图3为本实用新型的原理框图；

图4为PIC微电脑控制器的结构框图；

图5为光隔离驱动器、IGBT逆变H桥和滤波电路的电路原理图；

图6为光耦的电路原理图；

图7为PIC微电脑控制器中PA、PB端的输出波形，及别滤波电路整形后的正弦波对照图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明：

如图3所示，一种逆变电源，由发电机1、PIC微电脑控制器MCU、三相半控整流桥3、逆变电路5、滤波电路6、直流电压检测器10和光隔离驱动器11组成，其中发电机1的三相绕组输出三相电给所述三相半控整流桥3的输入端，该三相半控整流桥3的输出端输出的直流电压给所述逆变电路5，该逆变电路5的输出端输出逆变电给所述滤波电路6的输入端，该滤波电路6的二个输出端输出的正弦波电压，所述三相半控整流桥3的输出端还连接有直流电压检测器10的检测端A/D1，直流电压检测器10的输出端向PIC微电脑控制器MCU输出检测结果；

该PIC微电脑控制器MCU还设置有电压检测端A/D2，该电压检测端A/D2与输出电压检测器7的输出端连接，该输出电压检测器7的二个检测端分别连接在所述滤波电路6的二个输出端上；

所述PIC微电脑控制器MCU的二个输出端PA、PB连接有光耦驱动器11的输入端，该光耦驱动器11的输出端连接所述逆变电路5的控制端。

如图7所示，PIC微电脑控制器MCU的二个输出端PA、PB输出电压值稳定的脉冲波，其脉冲波的频率周期不变，波宽由大到小、再由小到大，呈正弦规律变化。只需调整PIC微电脑控制器MCU内预设的工作频率，就能满足不同国家或地区电压和频率的用电环境要求。

如图4所示，所述PIC微电脑控制器MCU内设置有控制器U1、SPWM比较器U2和输出电压比较器U3；

其中所述输出电压比较器U3接收控制器U1提供的输出电压比较值，该输出电压比较器U3还获取所述电压检测端A/D2的当前电压值，输出电压比较器U3输出所述输出电压比较值和当前电压值的对比结果给所述控制器U1，控制器U1向所述SPWM比较器U2提供SPWM比较值；

所述SPWM比较器U2还获取所述检测端A/D1的检测结果，SPWM比较器U2输出所述检测结果和SPWM比较值的比较结果给所述控制器U1，控制器U1根据比较结果输出SPWM载波信号给所述PIC微电脑控制器MCU的二个输出端PA、PB。

所述PIC微电脑控制器MCU内设置有输出电流比较器U4，该输出电流比较器U4设置有电流检测端A/D3，该电流检测端A/D3与输出电流检测器8的输出端连接，该输出电流检测器8的二个检测端串接在所述滤波电路6的一个输出端电路上，所述输出电流比较器U4内存储有过电流保护值，输出电流比较器U4获取所述输出电流检测器8的检测值，并与过电流保护值比较，将比较结果传送给所述控制器U1。

MCU采用性能高价格低的8位单片机PIC16F883，抗干扰能力强，有丰富的A/D接口，以及增强型CCP和ISP通讯功能，可以很方便地使用其内部的硬件就可以产生SPWM波形和频率捕捉控制。

电流检测器8输出的检测值送入PIC微电脑控制器MCU，MCU将电流值与电流保护值比较，当大于该值即关闭输出端PA、PB，停止输出脉冲波，保护整个系统。

如图5、6所示，所述光隔离驱动器11包括第一、第二、第三、第四光耦U7、U8、U9、U10，所述逆变电路5为IGBT逆变H桥，该IGBT逆变H桥包括第一、第二、第三、第四开关管Q1、Q2、Q3、Q4；

其中第一、第三光耦U7、U9的输入端并接在所述PIC微电脑控制器MCU的输出端PA上，第二、第四光耦U8、U10的输入端并接在所述PIC微电脑控制器MCU的输出端PB上；

PIC微电脑控制器MCU的输出端PA输出的脉冲波，被第一、第四开关管Q1、Q4放大，输出端PB输出的脉冲波，被第二、第三开关管Q2、Q3放大，其脉冲波的频率周期和波宽变化保持一致，电压幅度被开关管放大。

所述第一光耦U7的输出端连接有第一二极管D14的负极，该第一二极管D14的正极接所述第一开关管Q1的栅极，所述第二光耦U8的输出端连接有第二二极管D16的负极，该第二二极管D16的正极接所述第三开关管Q3的栅极，所述第三光耦U9的输出端连接有第三二极管D17的负极，该第三二极管D17的正极接所述第四开关管Q4的栅极，所述第四光耦U10的输出端连接有第四二极管D18的负极，该第四二极管D18的正极接所述第二开关管Q2的栅极，所述第一、第二、第三、第四二极管D14、D16、D17、D18的两端都分别并联有电阻；

所述第一、第三开关管Q1、Q3的源极并接在所述三相半控整流桥3的正电源输出端上，所述第一开关管Q1的漏极接第二开关管Q2的源极，所述第三开关管Q3的漏极接第四开关管Q4的源极，所述第二、第四开关管Q2、Q4的漏极并接在所述三相半控整流桥3的地线端上，所述第一、第二、第三、第四开关管Q1、Q2、Q3、Q4的栅极与漏极之间分别连接有电阻；

所述第一开关管Q1和第三开关管Q3的漏极作为逆变电路5的输出端，连接所述滤波电路6。

如图7所示，第一、第二、第三、第四开关管Q1、Q2、Q3、Q4输出的脉冲波被滤波电路6整形后，生成正弦波，其中波宽部分被整形为正弦波波峰，波窄部分被整形为波谷。通过PIC微电脑控制器MCU、IGBT逆变H桥和滤波电路6，发电机产生的电能被重新逆变，其输出的正弦波波形频率完全由PIC微电脑控制器MCU，MCU可以根据负载需求做自适应调整频率和电压，避免能源浪费，同时，正弦波形的畸变率被抑制在了2.5％以内，完全符合5％的国家供电标准。

如图5所示，所述第一光耦U7的电源端Vcc连接有第一自举二极管D13的负极，该第一自举二极管D13的正极接正电源，第一光耦U7的电源端Vcc还连接有第一自举电容C52的正极，该第一自举电容C52的负极接所述第一光耦U7的逻辑地电位端Vss，该逻辑地电位端Vss还连接所述第一开关管Q1的漏极；

所述第二光耦U8的电源端Vcc连接有第二自举二极管D15的负极，该第二自举二极管D15的正极接正电源，第二光耦U8的电源端Vcc还连接有第二自举电容C54的正极，该第二自举电容C54的负极接所述第二光耦U8的逻辑地电位端Vss，该逻辑地电位端Vss还连接所述第三开关管Q3的漏极；

所述第三、第四光耦U9、U10的逻辑地电位端Vss并接在一起，并与所述第二、第四开关管Q2、Q4的漏极并接在一起。

常规的光耦控制开关管技术，为避免反向电流对电源和光耦的冲击，都是采用四路电源分别为四个光耦供电，自举二极管和自举电容起到了隔离保护的作用，只需要二路电源就可以实现四个光耦的安全供电，节约了电源的占用空间，降低了成本。

其工作原理是：

PIC微电脑控制器MCU的输出端PA、PB输出脉冲波，该波形的功率和电压被IGBT逆变H桥放大，IGBT逆变H桥的的放大动能来自发电机1和三相半控整流桥3，IGBT逆变H桥放大输出的脉冲波被滤波电路6整形成畸变率小的电流向外输送。

Claims (5)

1、一种逆变电源，包括发电机(1)、三相半控整流桥(3)、逆变电路(5)、滤波电路(6)和光隔离驱动器(11)，其中发电机(1)的三相绕组输出三相电给所述三相半控整流桥(3)的输入端，该三相半控整流桥(3)的输出端输出的直流电压给所述逆变电路(5)，该逆变电路(5)的输出端输出逆变电给所述滤波电路(6)的输入端，该滤波电路(6)的二个输出端输出的正弦波电压，其关键在于：所述三相半控整流桥(3)的输出端还连接有直流电压检测器(10)的检测端A/D1，直流电压检测器(10)的输出端向PIC微电脑控制器(MCU)输出检测结果；

该PIC微电脑控制器(MCU)还设置有电压检测端A/D2，该电压检测端A/D2与输出电压检测器(7)的输出端连接，该输出电压检测器(7)的二个检测端分别连接在所述滤波电路(6)的二个输出端上；

所述PIC微电脑控制器(MCU)的二个输出端PA、PB连接有光耦驱动器(11)的输入端，该光耦驱动器(11)的输出端连接所述逆变电路(5)的控制端。

2、根据权利要求1所述一种逆变电源，其特征在于：所述PIC微电脑控制器(MCU)内设置有控制器(U1)、SPWM比较器(U2)和输出电压比较器(U3)；

其中所述输出电压比较器(U3)接收控制器(U1)提供的输出电压比较值，该输出电压比较器(U3)还获取所述电压检测端A/D2的当前电压值，输出电压比较器(U3)输出所述输出电压比较值和当前电压值的对比结果给所述控制器(U1)，控制器(U1)向所述SPWM比较器(U2)提供SPWM比较值；

所述SPWM比较器(U2)还获取所述检测端A/D1的检测结果，SPWM比较器(U2)输出所述检测结果和SPWM比较值的比较结果给所述控制器(U1)，控制器(U1)根据比较结果输出SPWM载波信号给所述PIC微电脑控制器(MCU)的二个输出端PA、PB。

3、根据权利要求1或2所述一种逆变电源，其特征在于：所述PIC微电脑控制器(MCU)内设置有输出电流比较器(U4)，该输出电流比较器(U4)设置有电流检测端A/D3，该电流检测端A/D3与输出电流检测器(8)的输出端连接，该输出电流检测器(8)的二个检测端串接在所述滤波电路(6)的一个输出端电路上，所述输出电流比较器(U4)内存储有过电流保护值，输出电流比较器(U4)获取所述输出电流检测器(8)的检测值，并与过电流保护值比较，将比较结果传送给所述控制器(U1)。

4、根据权利要求1所述一种逆变电源，其特征在于：所述光隔离驱动器(11)包括第一、第二、第三、第四光耦(U7、U8、U9、U10)，所述逆变电路(5)为IGBT逆变H桥，该IGBT逆变H桥包括第一、第二、第三、第四开关管(Q1、Q2、Q3、Q4)；

其中第一、第三光耦(U7、U9)的输入端并接在所述PIC微电脑控制器(MCU)的输出端PA上，第二、第四光耦(U8、U10)的输入端并接在所述PIC微电脑控制器(MCU)的输出端PB上；

所述第一光耦(U7)的输出端连接有第一二极管(D14)的负极，该第一二极管(D14)的正极接所述第一开关管(Q1)的栅极，所述第二光耦(U8)的输出端连接有第二二极管(D16)的负极，该第二二极管(D16)的正极接所述第三开关管(Q3)的栅极，所述第三光耦(U9)的输出端连接有第三二极管(D17)的负极，该第三二极管(D17)的正极接所述第四开关管(Q4)的栅极，所述第四光耦(U10)的输出端连接有第四二极管(D18)的负极，该第四二极管(D18)的正极接所述第二开关管(Q2)的栅极，所述第一、第二、第三、第四二极管(D14、D16、D17、D18)的两端都分别并联有电阻；

所述第一、第三开关管(Q1、Q3)的源极并接在所述三相半控整流桥(3)的正电源输出端上，所述第一开关管(Q1)的漏极接第二开关管(Q2)的源极，所述第三开关管(Q3)的漏极接第四开关管(Q4)的源极，所述第二、第四开关管(Q2、Q4)的漏极并接在所述三相半控整流桥(3)的地线端上，所述第一、第二、第三、第四开关管(Q1、Q2、Q3、Q4)的栅极与漏极之间分别连接有电阻；

所述第一开关管(Q1)和第三开关管(Q3)的漏极作为逆变电路(5)的输出端，连接所述滤波电路(6)。

5、根据权利要求4所述一种逆变电源，其特征在于：所述第一光耦(U7)的电源端Vcc连接有第一自举二极管(D13)的负极，该第一自举二极管(D13)的正极接正电源，第一光耦(U7)的电源端Vcc还连接有第一自举电容(C52)的正极，该第一自举电容(C52)的负极接所述第一光耦(U7)的逻辑地电位端Vss，该逻辑地电位端Vss还连接所述第一开关管(Q1)的漏极；

所述第二光耦(U8)的电源端Vcc连接有第二自举二极管(D15)的负极，该第二自举二极管(D15)的正极接正电源，第二光耦(U8)的电源端Vcc还连接有第二自举电容(C54)的正极，该第二自举电容(C54)的负极接所述第二光耦(U8)的逻辑地电位端Vss，该逻辑地电位端Vss还连接所述第三开关管(Q3)的漏极；

所述第三、第四光耦(U9、U10)的逻辑地电位端Vss并接在一起，并与所述第二、第四开关管(Q2、Q4)的漏极并接在一起。

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