CN201230280Y - 太阳能逆变器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种太阳能逆变器，包括滤波电路、直流―直流变换电路以及直流-交流变换电路，滤波电路的输出端与直流―直流变换电路中的前级振荡电路的输入端连接、滤波电路的输出端与前级控制单元输入端连接，前级振荡电路的输出端与变压器初级线圈连接，所述直流―交流变换电路包括第一变压器次级线圈及整流电路、第二变压器次级线圈及整流电路、后级振荡电路和后级控制单元，变压器次级线圈与整流电路电连接再与后级振荡电路连接，变压器次级线圈与整流电路连接再与后级控制单元连接，后级控制单元的输出端与后级振荡电路连接，后级振荡电路与交流输出电连接，交流输出与后级控制单元电连接。本实用新型体积小、重量轻、效率高。

Description

太阳能逆变器

技术领域

本实用新型涉及电源技术，具体地说，涉及一种能将太阳能电池的直流电转换为交流电的逆变器。

背景技术

众所周知，由交流转换成直流稳压电源，已是成熟技术，而由直流电源转换成交流电源的逆变器则起步晚，品种少，早期设计主要是使用低频变压器，但是体积大而笨重，而且效率很低。

发明内容

本实用新型的目的是克服现有技术的不足，提供一种体积小、重量轻、效率高的太阳能逆变器。

实现上述目的的技术方案是：一种太阳能逆变器，包括滤波电路、直流—直流变换电路以及直流—交流变换电路，滤波电路与直流—直流变换电路电连接，其改进点在于：所述直流—直流变换电路包括前级振荡电路、前级控制单元以及变压器初级线圈，滤波电路的输出端与前级振荡电路的输入端电连接、滤波电路的输出端与前级控制单元的输入端电连接，前级控制单元的输出端与前级振荡电路电连接，前级振荡电路的输出端与变压器初级线圈电连接，所述直流—交流变换电路包括第一变压器次级线圈、第二变压器次级线圈、第一整流电路、第二整流电路、后级振荡电路和后级控制单元，第一变压器次级线圈与第一整流电路电连接，第一整流电路与后级振荡电路电连接，第二变压器次级线圈与第二整流电路电连接，第二整流电路与后级控制单元电连接，后级控制单元的输出端与后级振荡电路电连接，后级振荡电路与交流输出电连接，交流输出与后级控制单元电连接，交流输出反馈到后级控制单元，直流—直流变换电路与直流—交流变换电路间通过第一变压器次级线圈和第二变压器次级线圈耦合来进行电流的传递。

本实用新型采用了以上技术方案的优点在于：1、整个太阳能逆变器使用的器件少，因此体积小，重量轻。2、前级振荡电路是直流—直流变换过程，其由两个场效应管Q1、Q2和变压器T的初级线圈构成的推挽式他励变换器。场效应管是单极型器件，是靠多数载流子传导电流的，没有载流子蓄积而产生的延迟时间，开关速度快，开关时间短，场效应管Q1和Q2受来自前级控制单元送来的驱动信号控制而作交替通断工作，其中任一晶体管导通时都给变压器次级侧线圈提供负载功率，由此使得太阳能逆变器的效率高。

附图说明

图1为本实用新型的原理框图；

图2为本实用新型的前级控制单元2-2的内部功能示意图；

图3为本实用新型的后级控制单元3-2的内部功能示意图；

图4为本实用新型的实施例的电路示意图。

具体实施方式

以下结合附图，对本实用新型作进一步的描述。

如图1所述，一种太阳能逆变器，包括滤波电路1、直流—直流变换电路2以及直流—交流变换电路3，滤波电路1与直流—直流变换电路2电连接，所述直流—直流变换电路2包括前级振荡电路2-1、前级控制单元2-2以及变压器初级线圈T11，滤波电路1的输出端与前级振荡电路2-1的输入端电连接、滤波电路1的输出端与前级控制单元2-2的输入端电连接，前级控制单元2-2的输出端与前级振荡电路2-1电连接，前级振荡电路2-1的输出端与变压器初级线圈T11电连接，所述直流—交流变换电路3包括第一变压器次级线圈T13、第二变压器次级线圈T14、第一整流电路3-1、第二整流电路3-4、后级振荡电路3-2和后级控制单元3-3，第一变压器次级线圈T13与第一整流电路3-1电连接，第一整流电路3-1与后级振荡电路3-2电连接，第二变压器次级线圈T14与第二整流电路3-4电连接，第二整流电路3-4与后级控制单元3-3电连接，后级控制单元3-3的输出端与后级振荡电路3-2电连接，后级振荡电路3-2与交流输出5电连接，交流输出5与后级控制单元3-3电连接，交流输出5反馈到后级控制单元3-3，直流—直流变换电路2与直流—交流变换电路3间通过第一变压器次级线圈T13和第二变压器次级线圈T14耦合来进行电流的传递。

如图2、4所示，所述前级控制单元2-2包括过流比较部分、欠压比较部分、过压保护部分、关断恢复部分、温度比较部分、频率调制部分、波宽调制部分以及驱动电路A和驱动电路B，电流信号输入到过流比较部分，电源电压信号分别输入到过压保护部分和欠压比较部分；欠压比较部分与关断恢复部分双向连接；从过流比较部分、欠压比较部分、过压保护部分以及频率调制部分分别输出信号到波宽调制部分；波宽调制部分分别输出信号到驱动电路A、B，驱动电路A、B分别驱动前级振荡电路2-1工作。所述前级振荡电路2-1为场效应管Q1和场效应管Q2组成的推挽电路。场效应管Q1和Q2受来自前级控制单元2-2送来的驱动信号控制而作交替通断工作。其中任一晶体管导通时都给变压器次级侧线圈提供负载功率，当两个晶体管都截止时，由电容器C起到短时续流作用，同时，电容器C主要起到对电路中噪声电压的吸纳作用。当从前级控制单元2-2的3脚输出高电平信号，而4脚输出低电平时场效应管Q1进入导通而场效应管Q2截止，电流由电池正极经变压器中心抽头、变压器初级线圈上部及场效应管Q1组成电流回路自下往上流动，这样变压器次级线圈也产生一自下往上的电流。但随后从前级控制单元2-2的3和4脚输出脉冲出现翻转，即3脚输出低电平，而4脚变为高电平。此时场效应管Q1进入截止而场效应管Q2导通，电流将从电池正极流出经变压器中心抽头，经主线圈下部及场效应管Q2组成电路回路自上往下流动。同样在变压器次级输出端也产生了一自上往下流动的电流。这样在变压器输出端电流方向就发生了一次变化，随着场效应管Q1、Q2的交替通断，于是变压器主线圈中的电流就交替地发生变化，在变压输出端的电流也随之交替地变化，于是完成了从直流到交流一个周期的变化。储存在变压器初级线圈中的能量经变压器次级线圈的耦合，把已经转变为交流电源的能量继续往后传递。通过次级线圈T再经二极管整流以及C电容滤波后得到的高压直流电提供给后级逆变振荡电路。

如图3、4所示，后级控制单元3-3包括稳压反馈部分、波宽调制部分、振荡器部分、短路控制部分以及驱动电路C、驱动电路D；振荡器部分产生工作频率到波宽调制部分，电流输入信号经短路控制部分输出到波宽调制部分，交流电也输出交流信号经稳压反馈部分到波宽调制部分；波宽调制部分输出两路信号分别到驱动电路C和驱动电路D；驱动电路C和驱动电路D的输出分别驱动后级振荡电路3-2，后级振荡电路3-2输出交流电源，且后级振荡电路3-2的输出端的交流信号经稳压反馈部分反馈到波宽调制部分。所述后级振荡电路3-2为由场效应管M1、M2、M3和M4组成的全桥变换电路。后级控制单元由集成模块构成，通过其第1、2、3、4端口发出控制脉冲控制场效应管M1、M2、M3、M4的导通与关断。只是在该单元里从全桥振荡电路中取出交流输出电压作为反馈电压，从后级控制单元3-3的第9、10端口输入后级控制模块。通过该反馈来实现输出电压稳定的控制。

如图1、4所示，太阳能逆变器还包括逆接保护电路4，该逆接保护电路4由一个连接在滤波电路1前的反向二极管D9构成，连接在滤波电路1的前级。

所述滤波电路1由滤波电容E1构成。

如图4所示，所述第一整流电路3-1包括二极管D5、D6、D7、D8以及电容C10，二极管D5的正端接第一变压器次级线圈T13的一端，而负端接后级振荡电路3-2，二极管D6的正端接第一变压器次级线圈T13的另一端，而负端接二极管D5的负端，二极管D7的正端接地，而负端接二极管D5的正端，二极管D8的正端接地，而负端接二极管D6的正端，电容C10的正端接二极管D5的负端，而负端接地；所述第二整流电路3-4包括二极管D1、D2、D3、D4以及电容C15，二极管D1的正端接第二变压器次级线圈T14的一端，而负端接外电，二极管D2的正端接第二变压器次级线圈T14的另一端，而负端接二极管D1的负端，二极管D3的正端接地，而负端接二极管D2的正端，二极管D4的正端接地，而负端接二极管D1的正端，电容C15的正端接二极管D1的负端，而负端接地。

本实用新型工作时，第一步，直流—直流变换过程把从蓄电池的12V直流电通过前级高频振荡经变压器升压再整流滤波后输出高压直流电；第二步，从前级输出的高压直流电经后级振荡滤波后即可得到我们所要求的交流电。

直流—直流变换过程：从电源输入端取得的电压信号从前级控制单元2-2的第15端口进入前级控制单元2-2，再分为两路，一路经取样后送入过压保护部分进行比较，若电源电压幅值超过电压限定值S，则电压保护部分也会给出一高电平信号到波宽调制部分里，迫使波宽调节器关断；另一路被送入欠压比较部分，当电压低于设定值S1时，欠压比较部分给出一高电平信号到报警器，发出低电压报警信号，如果输入电压继续下降到低于设定值S2时，欠压报警单元还会给出一高电平信号至波宽调制部分，使其关断。

当电路因输入电压过低而关断时，欠压比较部分同时给出一电平信号，使恢复起动单元电路工作，而恢复电路工作后，将使得欠压比较部分的取样基准发生变化，即输入电压必须高于某一设定值S3时，由于内部关断的电路才能自行恢复启动，从而进入正常工作。一般设定S3值大于S1值，这样做的目的是为了避免电路在关断电压点处频繁通断，起保护电路各元器件作用。

当电路工作温度过高时，位于主电路中的热敏电阻将起作用，其阻值随温度升高而变大，反应为电源电压取样值变小。选择适当的热敏电阻，就可将温度信号转化为电压信号。然后从前极控制单元2-2的第2端口送入前级控制模块的欠压比较部分。根据前面所述的道理就可实现过温保护控制。

从波宽调制部分输出两信号分别经驱动电路A、B驱动振荡电路Q1、Q2工作。

直流—交流变换过程：首先通过选取与波宽调制部分相联接的振荡器上的电阻和电容的数值，得到所要求的输出电压的频率由于输出脉冲的宽度决定了场效应管的导通时间，进而影响了输出电压的大小，也即在输出脉冲宽度和输出电压幅值间建立了一定的对应关系。故通过对波宽调制部分输出脉冲宽度的调节，可以实现对输出电压幅值的控制。从波宽调制部分出来的两路控制信号控制驱动电路C和驱动电路D交替工作。当驱动电路C工作时场效应管M1和M3导通工作，这样在交流输出端5就产生了一正方向的电压。驱动电路D工作时场效应管M2和M4导通工作，在交流输出端5就产生了一负方向的电压。于是直流电就变化成交流电。同时输出电压经交流线送至稳压反馈部分，在该单元里与设定的标准输出电压值相比较，给出一负反馈信号至波宽调制部分，波宽调制部分根据反馈信号自动调节输出脉冲的宽度，从而实现输出电压的稳定。后级直流—交流逆变部分是由4个开关场效应管M1、M2、M3、M4组成的全桥式变换电路，从前级输入的直流电通过M1、M3和M2、M4交替通断工作而完成直流到交流的变化，和前级升压电路一样，其栅极驱动电路由后级控制单元控制。从直流—交流输出的交流电经滤波电容C滤波后，就可得到提供给交流负载使用的完好交流电。

短路及过载保护电路与前级过流保护单元一样，后级场效应管漏极电流经后级取样电阻RSH取样后通过后级控制模块12脚送入后级控制模块短路控制单元进行比较，当输出回路由于短路或过载，其反映是流过后级取样电阻RSH上的电流变大，如果电流超过设定之限值，短路控制单元发出高电平信号到波宽调制部分控制驱动A、B，使其停止发射驱动信号，从而实现过载和短路保护功能。

本实用新型结构简单，使用方便，效率高，并可制成多种规格的逆变器，以适应不同型号的电器使用。

Claims (9)

1、一种太阳能逆变器，包括滤波电路(1)、直流—直流变换电路(2)以及直流—交流变换电路(3)，滤波电路(1)与直流—直流变换电路(2)电连接，其特征在于：所述直流—直流变换电路(2)包括前级振荡电路(2-1)、前级控制单元(2-2)以及变压器初级线圈T11，滤波电路(1)的输出端与前级振荡电路(2-1)的输入端电连接、滤波电路(1)的输出端与前级控制单元(2-2)的输入端电连接，前级控制单元(2-2)的输出端与前级振荡电路(2-1)电连接，前级振荡电路(2-1)的输出端与变压器初级线圈T11电连接，所述直流—交流变换电路(3)包括第一变压器次级线圈T13、第二变压器次级线圈T14、第一整流电路(3-1)、第二整流电路(3-4)、后级振荡电路(3-2)和后级控制单元(3-3)，第一变压器次级线圈T13与第一整流电路(3-1)电连接，第一整流电路(3-1)与后级振荡电路(3-2)电连接，第二变压器次级线圈T14与第二整流电路(3-4)电连接，第二整流电路(3-4)与后级控制单元(3-3)电连接，后级控制单元(3-3)的输出端与后级振荡电路(3-2)电连接，后级振荡电路(3-2)与交流输出(5)电连接，交流输出(5)与后级控制单元(3-3)电连接，交流输出(5)反馈到后级控制单元(3-3)，直流—直流变换电路(2)与直流—交流变换电路(3)间通过第一变压器次级线圈T13和第二变压器次级线圈T14耦合来进行电流的传递。

2、根据权利要求1所述的太阳能逆变器，其特征在于：所述前级控制单元(2-2)包括过流比较部分、欠压比较部分、过压保护部分、关断恢复部分、温度比较部分、频率调制部分、波宽调制部分以及驱动电路A和驱动电路B，电流信号输入到过流比较部分，电源电压信号分别输入到过压保护部分和欠压比较部分；欠压比较部分与关断恢复部分双向连接；从过流比较部分、欠压比较部分、过压保护部分以及频率调制部分分别输出信号到波宽调制部分；波宽调制部分输出信号到驱动电路A、B，驱动电路A、B分别驱动前级振荡电路(2-1)工作。

3、根据权利要求、1所述的太阳能逆变器，其特征在于：后级控制单元(3-3)包括稳压反馈部分、波宽调制部分、振荡器部分、短路控制部分以及驱动电路C、驱动电路D；振荡器部分产生工作频率到波宽调制部分，电流输入信号经短路控制部分输出到波宽调制部分，波宽调制部分输出两路信号分别到驱动电路C和驱动电路D；驱动电路C和驱动电路D的输出分别驱动后级振荡电路(3-2)，后级振荡电路(3-2)输出交流电源，且后级振荡电路(3-2)的输出端的交流信号经稳压反馈部分反馈到波宽调制部分。

4、根据权利要求2所述的太阳能逆变器，其特征在于：所述前级振荡电路(2-1)为场效应管Q1和场效应管Q2组成的推挽电路。

5、根据权利要求3所述的太阳能逆变器，其特征在于：所述后级振荡电路(3-2)为由场效应管M1、M2、M3和M4组成的全桥变换电路。

6、根据权利要求1或2或3或4或5所述的太阳能逆变器，其特征在于：还包括逆接保护电路(4)，该逆接保护电路(4)由一个连接在滤波电路(1)前的反向二极管D9构成。

7、根据权利要求1或2或3或4或5所述的太阳能逆变器，其特征在于：所述滤波电路(1)由滤波电容E1构成。

8、根据权利要求6所述的太阳能逆变器，其特征在于：所述滤波电路

(1)由滤波电容E1构成。

9、根据权利要求1所述的太阳能逆变器，其特征在于：所述第一整流电路(3-1)包括二极管D5、D6、D7、D8以及电容C10，二极管D5的正端接第一变压器次级线圈T13的一端，而负端接后级振荡电路(3-2)，二极管D6的正端接第一变压器次级线圈T13的另一端，而负端接二极管D5的负端，二极管D7的正端接地，而负端接二极管D5的正端，二极管D8的正端接地，而负端接二极管D6的正端，电容C10的正端接二极管D5的负端，而负端接地；所述第二整流电路(3-4)包括二极管D1、D2、D3、D4以及电容C15，二极管D1的正端接第二变压器次级线圈T14的一端，而负端接外电，二极管D2的正端接第二变压器次级线圈T14的另一端，而负端接二极管D1的负端，二极管D3的正端接地，而负端接二极管D2的正端，二极管D4的正端接地，而负端接二极管D1的正端，电容C15的正端接二极管D1的负端，而负端接地。

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