CN204597786U - 一种基于igbt的变频电源 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于IGBT的变频电源，其特征在于：包括依次连接的EMI滤波模块、整流滤波模块、电压调节模块，电压调节模块输出端分别与桥式逆变模块和电压采集模块相连，桥式逆变模块输入端与驱动电路连接，桥式逆变模块输出端与输出滤波模块连接，驱动电路输入端连接第一电源电路和SPWM信号发生模块，SPWM信号发生模块输入端与第一电源电路连接，第一电源电路输出端还与单片机和电压采集模块相连，单片机和电压采集模块相连接，单片机通过显示驱动模块与电压显示模块连接。本实用新型成本低，体积小，灵活性好，性能可靠，无需调外部元件，接口简单，操作方便，便于推广使用。

Description

一种基于IGBT的变频电源

技术领域

本实用新型涉及电源技术领域，尤其是涉及一种基于IGBT的变频电源。

背景技术

众所周知，我们所使用的市电频率是50Hz，但是，在实际生活中，有时需要的电源频率不是50Hz。电气化铁路是我国铁路发展的方向，25Hz电源是电气化铁路区段信号系统的关键设备。在航空航天领域大量使用的电源是400Hz的电源。由此可以看出在很多场合，需要电源的频率并不是市电所提供的50Hz。结果造就变频电源的产生。在现实生活中变频电源广泛应用于航空、机械、轻工等行业。1969年世界上诞生第一台逆变电源，由于其具有调节特性优良、而且体积小、重量轻、功耗低，在电子和电气领域得到了迅速的推广应用。

逆变器从1969年发展到今天，经历了几十年的发展过程。其控制方法也出现了许多，大致可以分为：变压和变频控制方法。目前采用较多的是变压中的脉宽调制技术即PWM控制技术，即利用控制输出电压的脉冲宽度，将直流电压调制成等幅宽度可变的交流输出电压脉冲，来控制输出电压的有效值、控制输出电压谐波的分布和抑制谐波。PWM技术可以迅速地控制输出电压，及其有效地进行谐波抑制，它的动态响应好，在输出电压质量、效率等诸方面有着明显的优点。

根据形成PWM波原理的不同，可以分为以下几种：矩形波PWM、正弦波SPWM、空间相量PWM(SVM)、特定谐波消除PWM、电流滞环PWM等。这四类PWM波各有优缺点，因而适用于不同的场合。传统的电源采用都是模拟控制系统，模拟控制经过多年的发展，己经非常成熟。然而，模拟控制有着固有的缺点：控制电路的元器件比较多，电路复杂，所占体积大，制造成本比较高；灵活性不够，硬件电路设计好了，控制策略就无法改变；最主要的是逆变电源不便于调试，大量的模拟元器件使其之间的连接相当复杂，从而使系统的故障检测与维修比较困难。模拟器件的老化问题和不可补偿的温漂问题，以及易受环境(如电磁噪声，上作环境温度等)干扰等因素都会影响控制系统的长期稳定性。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种基于IGBT的变频电源，本实用新型将SPWM信号发生模块产生的SPWM波形经隔离驱动放大，最后滤波输出，得到所需要的正弦波形。同时，通过89S52单片机控制ADC0809采集输出的电压值并在数码管上作相对应的显示。其成本低，体积小，灵活性好，性能可靠，无需调外部元件，接口简单，操作方便，便于推广使用。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：一种基于IGBT的变频电源，其特征在于：包括依次连接的EMI滤波模块、整流滤波模块、电压调节模块，所述电压调节模块输出端分别与桥式逆变模块和电压采集模块相连，所述桥式逆变模块输入端与驱动电路连接，所述桥式逆变模块输出端与输出滤波模块连接，所述驱动电路输入端连接第一电源电路和SPWM信号发生模块，所述SPWM信号发生模块输入端与第一电源电路连接，所述第一电源电路输出端还与单片机和电压采集模块相连，所述单片机和电压采集模块相连接，所述单片机通过显示驱动模块与电压显示模块连接。

上述的一种基于IGBT的变频电源，其特征在于：所述SPWM信号发生模块通过光电耦合电路与驱动电路相连。

上述的一种基于IGBT的变频电源，其特征在于：所述单片机为单片机AT89S52。

上述的一种基于IGBT的变频电源，其特征在于：所述驱动电路为由PNP三极管和NPN三极管串联组成的互补推挽驱动电路。

上述的一种基于IGBT的变频电源，其特征在于：所述桥式逆变模块为四个IGBT管组成的桥式逆变电路。

上述的一种基于IGBT的变频电源，其特征在于：所述输出滤波模块为LC低通滤波器。

本实用新型与现有技术相比具有以下优点：

本实用新型将SPWM信号发生模块产生的SPWM波形经隔离驱动放大，最后滤波输出，得到所需要的正弦波形。同时，通过89S52单片机控制ADC0809采集输出的电压值并在数码管上作相对应的显示。其成本低，体积小，灵活性好，性能可靠，无需调外部元件，接口简单，操作方便，便于推广使用。

下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本实用新型的IGBT的变频电源结构框图；

图2为本实用新型的光电耦合电路原理图；

图3为本实用新型的驱动电路原理图；

图4为本实用新型的桥式逆变电路原理图；

图5为本实用新型的低通滤波电路原理图；

图6为本实用新型的采集显示电路原理图；

图7为本实用新型的单片机供电电源电路原理图；

图8为本实用新型的驱动电路独立电源电路原理图。

具体实施方式

如图1所示，一种基于IGBT的变频电源，其特征在于：包括依次连接的EMI滤波模块4、整流滤波模块5、电压调节模块6，所述电压调节模块6输出端分别与桥式逆变模块7和电压采集模块9相连，所述桥式逆变模块7输入端与驱动电路8连接，所述桥式逆变模块7输出端与输出滤波模块12连接，所述驱动电路8输入端连接第一电源电路3和SPWM信号发生模块11，所述SPWM信号发生模块11输入端与第一电源电路2连接，所述第一电源电路2输出端还与单片机1和电压采集模块9相连，所述单片机1和电压采集模块9相连接，所述单片机1通过显示驱动模块13与电压显示模块10连接。

本实施例中，所述SPWM信号发生模块11通过光电耦合电路与驱动电路8相连。如图2所示，为光电耦合电路原理图，电路的核心部分是高速光电耦合器6N135，根据6N135的数据手册可知，6N135的最高频率为1MHz，二极管端的输入电流为16mA压降是1.6V，而SPWM信号发生模块的输出电压是5V，因此需要在输入端串接一个输入电阻，其大小按照下列公式计算：

$R=\frac{\mathrm{Vid}-\mathrm{Vd}}{\mathrm{Id}}$

式中，Vin为SPWM信号发生模块输出端的高电平5V，Vd为二极管压降，Id是二极管输入电流。由于后级的输入驱动电压一般不能低于12V，否则会造成后极无法正常工作，因此在光耦的三极管输出端为其加18V的电源电压，以保证后级正常工作所需电压。

如图3所示，本实施例中，所述驱动电路8为由PNP三极管和NPN三极管串联组成的互补推挽驱动电路，电路由PNP三极管Q2、NPN三极管Q3和电阻R6组成。由光电隔离电路送来的SPWM波形送入Q2和Q3的基极。当信号为高电平的时候Q3导通，那么Q3的C极和E极相当于是短接的，也就是输出为高电平。当SPWM输出为低电平是Q3截止，Q2导通后极的结电容通过R6和Q2放电，这样就可以加快了输出电路的反应速度。

如图4所示，本实施例中，所述桥式逆变模块7为四个IGBT管组成的桥式逆变电路。将正弦波的正半个周期生成的SPWM波，送入BT1和BT3让其同时导通(此时须先让BT2和BT4截止)，那么在负载RL上得到正半个波形的SPWM波形。将正弦波的负半个周期生成的SPWM波，送入BT2和BT4让其同时导通(在BT2和BT4之前必须先让BT1和BT3截止，以防止系统短路)，那么在负载RL上得到负半个波形的SPWM波形。也就是在整个正弦波周期，RL上的波形是正半个SPWM和负半个SPWM的叠加，就得到一个全波型的SPWM。

如图5所示，本实施例中，所述输出滤波模块12为LC低通滤波器。上述桥式逆变模块7输出的全波型的SPWM送入LC低通滤波器，SPWM经过低通滤波滤除高次谐波。首先电感把高次谐波中的一部份抑制之后电容把剩余部分的高次谐波对参考电位滤除，在输出端就可以得到无失真的正弦波。

如图6所示，本实施例中，所述单片机1为单片机AT89S52，用于控制系统电压采集和显示电路。本实施例的电压采集包括：采集和显示两部分，都是由单片机AT89S52控制。单片机是整个系统的核心部分，控制ADC0809的开始与结束，并把所采集的数据读入进行处理和BCD码的转换，最后送入数码管显示。ADC0809的时钟取自于单片机的ALE引脚。ALE输出1MHz的时钟经过SN74LS74二分频之后得到500KHz给ADC0809的CLK。

如图7和图8所示，由于低通需要驱动电路需要18V的工作电压而单片机、ADC0809、74LS47等工作电压需要5V，所以变压器的输出只需要接地和15V，考虑到IGBT驱动电路必须和单片机分开供电，所以采取对单片机单独供电，IGBT上桥臂单独供电，下桥臂共用一个电源。由变压器出来的交流信号经过桥式整流和电容滤波之后送给LM7809，稳压9V输出直接接到LM7805，它的输出单独供给单片机。在三端稳压管的输入输出端与地之间连接大容量的滤波电容，使滤掉纹波的效果更好，输出的直流电压更稳定。接小容量高频电容以抑制芯片自激，输出引脚端连接高频电容以减小高频噪声。

本实用新型工作原理是：单相交流电源经过EMI线滤波器后，再经单相桥式整流和大容滤波后可在直流母线上获得稳定的直流电压。该直流电压在电压可调电路的控制下，经过桥式逆变电路逆变后，可输出由驱动电路送来的SPWM信号，在经过一级小容量的LC滤波网络后，即可在输出端获得较为理想的正弦波输出电压信号。SPWM信号发生模块主要用来产生逆变电路开关器件的驱动信号，单片机通过对直流母线电压的采样，实时的监测并显示直流母线电压值，使整个系统方便用户的操作。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型作任何限制，凡是根据本实用新型技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本实用新型技术方案的保护范围内。

Claims (6)

1.一种基于IGBT的变频电源，其特征在于：包括依次连接的EMI滤波模块(4)、整流滤波模块(5)、电压调节模块(6)，所述电压调节模块(6)输出端分别与桥式逆变模块(7)和电压采集模块(9)相连，所述桥式逆变模块(7)输入端与驱动电路(8)连接，所述桥式逆变模块(7)输出端与输出滤波模块(12)连接，所述驱动电路(8)输入端连接第一电源电路(3)和SPWM信号发生模块(11)，所述SPWM信号发生模块(11)输入端与第一电源电路(2)连接，所述第一电源电路(2)输出端还与单片机(1)和电压采集模块(9)相连，所述单片机(1)和电压采集模块(9)相连接，所述单片机(1)通过显示驱动模块(13)与电压显示模块(10)连接。

2.按照权利要求1所述的一种基于IGBT的变频电源，其特征在于：所述SPWM信号发生模块(11)通过光电耦合电路与驱动电路(8)相连。

3.按照权利要求1所述的一种基于IGBT的变频电源，其特征在于：所述单片机(1)为单片机AT89S52。

4.按照权利要求1所述的一种基于IGBT的变频电源，其特征在于：所述驱动电路(8)为由PNP三极管和NPN三极管串联组成的互补推挽驱动电路。

5.按照权利要求1所述的一种基于IGBT的变频电源，其特征在于：所述桥式逆变模块(7)为四个IGBT管组成的桥式逆变电路。

6.按照权利要求1所述的一种基于IGBT的变频电源，其特征在于：所述输出滤波模块(12)为LC低通滤波器。