CN202634312U - 锂电专用型逆变电源 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种锂电专用型逆变电源，属于电力电子技术和新能源技术领域。包括辅助电源电路、DC/DC升压电路、DC/AC逆变电路、保护电路和风机控制电路；辅助电源电路的输入端与直流12V电压相连，辅助电源电路的输出端分别与DC/DC升压电路、DC/AC逆变电路、保护电路和风机控制电路相连；保护电路与辅助电源电路相连；直流12V经DC/DC升压电路输出直流高压，直流高压再经DC/AC逆变电路得到交流220V电压。本实用新型能为多种装置作为输入供电设备，满足不同供电场合的需要，对负载冲击小，失真度小，电压稳定度高，输出频率稳定；本实用新型体积小、携带方便。

Description

锂电专用型逆变电源

技术领域

本实用新型涉及一种锂电专用型逆变电源，属于电力电子技术和新能源技术领域。 

背景技术

随着各行各业对控制技术的发展和对操作性能要求的提高，许多行业的用电设备都不是直接使用通用的交流电网提供的交流电作为电能源，而是通过各种形式将其他电能进行变换，从而得到所需的交流电能，逆变电源就是其中的主要形式。 

目前市场上现有的逆变电源大多采用铅酸电池或者稳定的直流电源供电，因为这些供电设备瞬间放电电流较小，不会对逆变电源造成太大的冲击，而随着社会的发展，对电子设备的小型化和轻便化的追求会越来越苛刻，所以锂电池这种供电方式也将会被越来越多的人们认可，但是锂电池拥有较大的瞬间放电电流，会对逆变电源造成较大冲击，逆变电源易损坏；并且，现在市场上大多逆变电源输出波形为方波，而不是纯正弦波，失真度较大，易对负载造成冲击，影响负载设备的使用寿命；还有，市场上大多逆变电源只能带纯阻性负载，不能带会产生较大冲击电流的感性负载和容性负载。 

实用新型内容

本实用新型的目的是为了克服现有技术的不足，提出锂电专用型逆变电源，该电源能满足锂电池供电，纯正弦波输出，失真度小，适应于各种负载，输出功率达600W。 

本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的。 

本实用新型的锂电专用型逆变电源，包括辅助电源电路、DC/DC升压电路、DC/AC逆变电路、保护电路和风机控制电路；辅助电源电路的输入端与直流12V电压相连，辅助电源电路的输出端分别与DC/DC升压电路、DC/AC逆变电路、 保护电路和风机控制电路相连，为它们提供辅助电压；保护电路与辅助电源电路相连，用于控制辅助电源电路电压的输出。 

直流12V经DC/DC升压电路输出直流高压，直流高压再经DC/AC逆变电路得到交流220V电压。 

所述的辅助电源电路包括反激变换电路、整流滤波电路、PWM控制电路I和电压隔离反馈电路I，直流12V经反激变换电路得到5路相互隔离的交流方波，5路交流方波分别经过各自的整流滤波电路的整流滤波，得到5路互相隔离的直流12V电压，即DC+12V I、DC+12V II、DC+12VIII、DC+12VIV和DC-12V；输出的DC+12V I经电压隔离反馈电路I把电压反馈信号传输给PWM控制电路I，PWM控制电路I与反激变换电路连接，为其提供驱动脉冲，并根据电压反馈信号的变化来调整输出脉冲的宽度；反激变换电路中的电流反馈给PWM控制电路I用于控制驱动脉冲的有无，尽而控制辅助电源电路的电压输出。 

所述的DC/DC升压电路包括推挽升压电路、高压整流滤波电路、PWM控制电路II、电压隔离反馈电路II和过流保护电路I，DC12V经推挽升压电路得到交流高压方波，交流高压方波经高压整流滤波电路得到DC360V电压，电压采样信号从得到的DC360V电压进行采样然后经电压隔离反馈电路II传输给PWM控制电路II，电流采样信号从得到的DC360V电压进行采样然后经过流保护电路I传输给PWM控制电路II，PWM控制电路II与推挽升压电路连接，为其提供驱动脉冲，并根据电压反馈信号和电流反馈信号的变化调整输出脉冲的宽度。 

所述的DC/AC逆变电路包括全桥逆变电路、交流滤波电路、SPWM控制电路、电压反馈电路和过流保护电路II，DC360V经全桥逆变电路得到50Hz交流正弦波，50Hz交流正弦波经交流滤波电路得到失真度较小的交流正弦波AC220V，电压采样信号从得到的AC220V电压进行采样后经电压反馈电路把信号传输给SPWM控制电路，电流采样信号从得到的AC220V电压进行采样后经过流保护电路II把信号传输给SPWM控制电路，SPWM控制电路与全桥逆变电路连接，为其提供4路驱动脉冲，并根据电压反馈信号和电流反馈信号的变化调整输出脉冲的宽度；4路直流12V电压即DC+12VII、DC+12VIII、DC+12VIV、DC-12V与SPWM控制电路相连，为其提供直流电压。 

所述的保护电路包括过压保护电路、欠压保护电路和过温保护电路。 

所述的风机控制电路包括温度采样电路、电压比较电路和功率放大电路。 

本实用新型与现有技术相比有益效果为： 

(1)本实用新型具有较强的输入适应性，能用不同的直流输入设备为其供电，可以用直流稳压电源、铅酸电池、锂电池等多种装置作为输入供电设备，可满足不同供电场合的需要； 

(2)本实用新型是一种采用多级限流技术设计的锂电专用型逆变电源，保护更全面，更安全，它具有强大的耐电流冲击能力，适用于各种负载(包括阻性负载、感性负载和容性负载)，输出功率达600W，可为多种交流设备提供电能； 

(3)本实用新型是一种采用SPWM技术设计的锂电专用型逆变电源，它交流输出电压波形为纯正弦波，对负载冲击小，能满足对交流电压波形有严格要求的用电设备的需要； 

(4)本实用新型具有失真度小、电压稳定度高、负载稳定度高、输出频率稳定性好等优点，它失真度小于3％，电压稳定度小于5％，负载稳定度小于5％，频率稳定性小于0.5Hz，能为交流用电设备提供高质量的电力支持； 

(5)本实用新型是一种采用纯模拟控制技术设计的锂电专用型逆变电源，它具有很好的抗干扰能力，适应能力强，能在较恶劣的环境下工作； 

(6)本实用新型具有体积小、重量轻、效率高、携行方便、机动性强等优点，可以为数字化步兵使用的无线电装置、全球定位系统、小型计算机、传感器显示装置等提供快捷有力的电源保证，同时也是野外探险、自然灾害、消防、旅行及登山活动等场合的移动电源理想解决方案。 

附图说明

图1为本实用新型电路原理框图； 

图2为本实用新型辅助电源电路原理框图； 

图3为本实用新型DC/DC升压电路原理框图； 

图4为本实用新型DC/AC逆变电路原理框图； 

图5为本实用新型风机控制电路原理图； 

图6为本实用新型功能框图。 

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型做进一步说明。 

实施例 

如图1所示，锂电专用型逆变电源包括辅助电源电路、DC/DC升压电路、DC/AC逆变电路、保护电路和风机控制电路，辅助电源电路的输入端与直流12V相连，辅助电源电路的输出端分别与DC/DC升压电路、DC/AC逆变电路、保护电路和风机控制电路相连，为它们提供辅助电压；保护电路与辅助电源电路相连，用于控制辅助电源电路电压的输出；直流12V经DC/DC升压电路输出直流高压，直流高压再经DC/AC逆变电路得到交流220V电压。 

辅助电源电路如图2所示，采用单端反激式电路拓扑结构，将输入的直流12V电压经变压器隔离变换输出相互隔离的5路直流12V电压。其包括反激变换电路、整流滤波电路、PWM控制电路I和电压隔离反馈电路I。直流12V经反激变换电路得到5路相互隔离的交流方波，5路交流方波分别经过各自的整流滤波电路的整流滤波，得到5路互相隔离的直流12V电压(DC+12V I、DC+12VII、DC+12VIII、DC+12VIV、DC-12V，其中DC+12V I与保护电路、风机控制电路和PWM控制电路II相连，为它们提供直流正12V电压；DC+12VII、DC+12VIII、DC+12VIV、DC-12V与SPWM控制电路相连，为其提供3路直流正12V和1路直流负12V电压)；输出的DC+12V I经电压隔离反馈电路I把电压反馈信号传输给PWM控制电路I；PWM控制电路I与反激变换电路连接，为其提供驱动脉冲，并根据电压反馈信号的变化来调整输出脉冲的宽度；反激变换电路中的电流反馈给PWM控制电路I用于控制驱动脉冲的有无，尽而控制辅助电源电路的电压输出。 

反激变换电路主要由直流滤波电容、隔离变压器、MOS管和采样电阻组成。反激变换电路由PWM控制电路I提供的驱动脉冲来控制MOS管的开关，使电路工作，为整流滤波电路提供交流方波，采样电阻对电路中的电流进行采样，并把采样信号传输给PWM控制电路I，用于控制电路中的电流，防止电路的短路。 

整流滤波电路主要由二极管、电解电容和电感组成，交流方波先经二极管整流，后经电解电容和电感滤波，使交流方波变为纹波较小的直流波形。此种 PWM控制电路I的控制芯片采用具有电压和电流双环控制的UC2845。PWM控制电路I为反激变换电路提供驱动脉冲，并根据电压隔离反馈电路I反馈信号的变化调整驱动脉冲的脉宽，使后端输出的直流12V电压得以稳定。 

电压隔离反馈电路I主要由基准源TL431、光耦PC817、电阻和电容等组成。此电路与传统反馈电路相比具有：动态响应快，控制精度高，性能稳定可靠等优点。 

DC/DC升压电路如图3所示，采用推挽式电路拓扑结构，使输入的直流12V电压经变压器隔离变换输出DC360V。DC/DC升压电路包括推挽升压电路、高压整流滤波电路、PWM控制电路II、电压隔离反馈电路II和过流保护电路I，DC12V经推挽升压电路得到交流高压方波，交流高压方波经高压整流滤波电路得到DC360V直流电压，电压采样信号经电压隔离反馈电路II传输给PWM控制电路II，电流采样信号经过流保护电路I传输给PWM控制电路II，PWM控制电路II与推挽升压电路连接，为其提供驱动脉冲，并根据电压和电流反馈信号的变化调整输出脉冲的宽度。 

推挽升压电路主要由直流滤波电容、MOS管和隔离变压器组成。PWM控制电路II为其提供驱动脉冲，控制推挽用MOS管的开关，使输入的直流12V转换为低压交流方波，低压交流方波经隔离变压器的升压得到高压交流方波。 

高压整流滤波电路主要由二极管、电解电容和电感组成。高压交流方波先经二极管整流，后经电解电容和电感滤波，使交流方波变为纹波较小的DC360V电压。 

PWM控制电路II主要采用电压型控制芯片TL494来实现，TL494具有双极型输出功能，并且输出电流较大，能直接驱动推挽用MOS管。TL494产生驱动脉冲用于驱动推挽用MOS管，并根据电压隔离反馈电路II反馈回的信号变化调整输出脉冲宽度，尽而控制输出的高压直流电压，使其稳定在所需的DC360V。 

电压隔离反馈电路II采用由基准源TL431、光耦PC817、电阻和电容等组成的电路。 

过流保护电路I主要由采样电阻、运算放大电路和电压比较电路组成。过流保护电路I与PWM控制电路II相连，把保护信号传输给PWM控制电路II。采样电阻把电路中的电流转换为电压，此电压经运算放大电路得以放大，放大 后的电压经电压比较电路得到高或低电平。高电平表示电路过流，PWM控制电路II关断驱动脉冲，使电路停止工作，电路得以保护；低电平表示电路存在过流，电路工作正常。 

DC/AC逆变电路如图4所示，主要采用全桥式的电路拓扑结构，使输入的DC360V经全桥逆变和滤波电路得到交流50Hz、220V的输出电压。DC/AC逆变电路包括全桥逆变电路、交流滤波电路、SPWM控制电路、电压反馈电路和过流保护电路II。DC360V经全桥逆变电路得到基波为50Hz，载波为20kHz的交流方波电压，交流方波电压经交流滤波电路得到交流50Hz、220V电压；电压和电流采用信号分别经电压反馈电路和过流保护电路II把信号传输给SPWM控制电路，SPWM控制电路与全桥逆变电路连接，为其提供4路驱动脉冲，并根据电压和电流反馈信号的变化调整输出脉冲的宽度；4路直流12V电压(DC+12VII、DC+12VIII、DC+12VIV、DC-12V)与SPWM控制电路相连，为其提供直流电压。 

全桥逆变电路主要由4只MOS组成。全桥逆变电路与SPWM控制电路相连，SPWM控制电路为其提供4路驱动脉冲，控制4只MOS管的开关，使DC360V变为基波为50Hz，载波为20kHz的交流方波。 

交流滤波电路主要由两只电感和一只电容组成。基波为50Hz，载波为20kHz的交流方波的两路分别经过一只电感，然后加在电容的两端，尽而得到交流50Hz、220V的纯正弦波。此电路为低通滤波，滤除电路中的高频成份，使交流输出波形更光滑，失真度更小。 

SPWM控制电路包括基准正弦波发生电路、载波发生电路、迟滞比较电路和隔离驱动电路。基准正弦波发生电路主要为：先由CD4060分频芯片产生频率为50Hz的方波，然后经高精度低通滤波电路得到标准的50Hz正弦波，此正弦波作为SPWM控制电路的基波；载波发生电路主要由比较器芯片LM239和外围电阻、电容组成，此处的载波主要为三角波，LM239经RC谐振网络产生频率为20kHz的等腰三角波，此三角波作为SPWM控制电路的载波；迟滞比较电路主要由CD4011及外围电阻、电容组成，基波和载波经迟滞比较电路得到基波频率为50Hz、载波频率为20kHz的交流方波，此方波经隔离驱动电路产生用于控制全桥逆变电路中MOS管所需的驱动方波。 

电压反馈电路主要由4只电阻组成。4只电阻构成电压分压网络，把分压 后的电压传输给SPWM控制电路，SPWM控制电路根据反馈信号的变化来调整驱动脉冲的宽度，使电路输出得到控制。 

过流保护电路II主要由采样电阻、运算放大器LM258和外围电阻、电容组成。采样电阻把交流输出回路中的电流转换为电压，此电压经运算放大器LM258的放大，然后与设定的基准电压进行比较，得到高或低电平送到SPWM控制电路，SPWM控制电路根据电平状态对输出脉冲的进行控制，高电平时表示电路输出过流，SPWM控制电路关断4路驱动脉冲，使全桥逆变电路停止工作，电路得以保护；低电平时表示电路输出无过流，SPWM控制电路正常输出驱动脉冲，电路正常工作。 

本实用新型具有完善的保护电路，包括过压保护电路、欠压保护电路和过温保护电路。过压保护点设定为16.5V，所以当输入直流电压高于16.5V时，过压保护电路动作，使辅助电源电路停止工作，各控制电路因断电也停止工作，最终整机停止工作；欠压保护点设定为10.8V，所以当输入直流电压低于10.8V时，欠压保护电路动作，使辅助电源电路停止工作，各控制电路因断电也停止工作，最终整机停止工作；温度保护点设定为75℃，所以当电源内部温度高于75℃时，过温保护电路动作，使辅助电源电路停止工作，各控制电路因断电也停止工作，最终整机停止工作。 

本实用新型还有智能的风机控制电路，包括温度采样电路、电压比较电路和功率放大电路组成，如图5所示。温度采样电路由电阻R1和负温度系数热敏电阻RT组成；电压比较电路由电阻R2、电阻R3和运算放大器LM258组成；功率放大电阻由电阻R4和三极管V1组成。随着电源内部温度的升高，负温度系数热敏电阻RT的阻值逐渐减小，其分压也逐渐减小，当温度达到45℃时，电压比较电路动作，运算放大器LM258输出高电平，使功率放大电路中的三极管V1导通，风机加电开始运转；当温度低于45℃时，电压比较电路翻转，运算放大器LM258输出低电平，三极管V1关断，风机停止工作。风机控制电路这样设计使电源的功耗更低，效率更高，噪声更小。 

如图6所示，直流12V电压经过锂电专用型逆变电源后转换为纯正弦波交流220V电压，为中、小型交流用电设备提供交流电能，并能满足只有直流供电场所中对交流电的需求。 

本实用新型未详细说明部分属本领域技术人员公知常识。 

Claims (7)

1.锂电专用型逆变电源，其特征在于：包括辅助电源电路、DC/DC升压电路、DC/AC逆变电路、保护电路和风机控制电路；辅助电源电路的输入端与直流12V电压相连，辅助电源电路的输出端分别与DC/DC升压电路、DC/AC逆变电路、保护电路和风机控制电路相连；保护电路与辅助电源电路相连；直流12V经DC/DC升压电路输出直流高压，直流高压再经DC/AC逆变电路得到交流220V电压。

2.根据权利要求1所述的锂电专用型逆变电源，其特征在于：辅助电源电路包括反激变换电路、整流滤波电路、PWM控制电路I和电压隔离反馈电路I，直流12V经反激变换电路得到5路相互隔离的交流方波，5路交流方波分别经过各自的整流滤波电路的整流滤波，得到5路互相隔离的直流12V电压，即DC+12V I、DC+12VII、DC+12VIII、DC+12V1V和DC-12V；输出的DC+12V I经电压隔离反馈电路I把电压反馈信号传输给PWM控制电路I，PWM控制电路I与反激变换电路连接；反激变换电路中的电流反馈给PWM控制电路I。

3.根据权利要求1所述的锂电专用型逆变电源，其特征在于：DC/DC升压电路包括推挽升压电路、高压整流滤波电路、PWM控制电路II、电压隔离反馈电路II和过流保护电路I，DC12V经推挽升压电路得到交流高压方波，交流高压方波经高压整流滤波电路得到DC360V电压，电压采样信号从得到的DC360V电压进行采样然后经电压隔离反馈电路II传输给PWM控制电路II，电流采样信号从得到的DC360V电压进行采样然后经过流保护电路I传输给PWM控制电路II，PWM控制电路II与推挽升压电路连接。

4.根据权利要求1所述的锂电专用型逆变电源，其特征在于：DC/AC逆变电路包括全桥逆变电路、交流滤波电路、SPWM控制电路、电压反馈电路和过流保护电路II，DC360V经全桥逆变电路得到50Hz交流正弦波，50Hz交流正弦波经交流滤波电路得到AC220V，电压采样信号从得到的AC220V电压进行采样后经电压反馈电路把信号传输给SPWM控制电路，电流采样信号从得到的AC220V电压进行采样后经过流保护电路II把信号传输给SPWM控制电路，SPWM控制电路与全桥逆变电路连接；4路直流12V电压即DC+12VII、DC+12VIII、DC+12VIV、DC-12V与SPWM控制电路相连。

5.根据权利要求1所述的锂电专用型逆变电源，其特征在于：保护电路包括过压保护电路、欠压保护电路和过温保护电路。

6.根据权利要求1所述的锂电专用型逆变电源，其特征在于：风机控制电路包括温度采样电路、电压比较电路和功率放大电路。

7.根据权利要求6所述的锂电专用型逆变电源，其特征在于：温度采样电路由电阻R1和负温度系数热敏电阻RT组成；电压比较电路由电阻R2、电阻R3和运算放大器LM258组成；功率放大电阻由电阻R4和三极管V1组成。

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