CN205377704U - 一种正弦波逆变电源 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种正弦波逆变电源。所述正弦波逆变电源包括DC-DC模块、逆变模块、控制模块和滤波模块。所述控制模块输出4路互补的正弦波脉宽调制SPWM脉冲；所述逆变模块为一全桥逆变电路，主要由四个功率开关管组成。所述DC-DC模块将输入的直流电压升压后为所述逆变模块供电，所述控制模块输出的SPWM脉冲送至所述逆变模块的功率开关管，所述逆变模块输出的脉冲信号经所述滤波模块滤波后输出正弦波信号。本实用新型的正弦波逆变电源，通过输出4路互补SPWM脉冲信号驱动全桥逆变电路，与传统的正弦波逆变电源相比，减小了滤波电路的体积，降低了谐波失真，提高了系统的电磁兼容性。

Description

一种正弦波逆变电源

技术领域

本实用新型属于电源技术领域，具体涉及一种正弦波逆变电源。

背景技术

逆变器的功能是将直流电转换为交流电，为整流的逆向过程。目前，逆变器已广泛应用于航天航空、新能源、电梯应急、城市景观节能工程、冷光路牌工程，以及各种逆变应急电源等领域。

逆变器按输出波形分可分为正弦波逆变器、方波逆变器等。正弦波逆变器使用较广泛的实现方法是采用正弦波脉宽调制SPWM(SinusoidalPWM)技术。所谓SPWM技术，就是在PWM的基础上改变了调制脉冲方式，脉冲宽度时间占空比按正弦规律排列，这样，输出波形经过滤波后可输出正弦波。由于输出正弦波频率较低，要求LC滤波器中的L、C的值都很大，导致滤波器的体积笨重，不利于逆变器体积的小型化。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述问题，本实用新型提出一种正弦波逆变电源，通过输出4路互补SPWM脉冲信号驱动全桥逆变电路，减小了滤波电路的体积。

为达到上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种正弦波逆变电源，包括DC-DC模块、逆变模块、控制模块和滤波模块。所述控制模块输出4路互补的正弦波脉宽调制SPWM脉冲；所述逆变模块为一全桥逆变电路，主要由四个功率开关管组成。所述DC-DC模块将输入的直流电压升压后为所述逆变模块供电，所述控制模块输出的SPWM脉冲送至所述逆变模块的功率开关管，所述逆变模块输出的脉冲信号经所述滤波模块滤波后输出正弦波信号。

进一步地，所述控制模块包括SPWM脉冲产生电路和驱动电路，所述SPWM脉冲产生电路输出的SPWM脉冲信号送至所述驱动电路，经所述驱动电路放大后送至所述逆变模块。

优选地，所述SPWM脉冲产生电路主要由微处理器或可编程逻辑控制器组成，通过修改编程参数改变输出SPWM脉冲信号的脉宽调制参数。

进一步地，所述滤波模块为一LC滤波器，其转折频率f_n为：

$f_n=\frac{1}{2\mathrm{\π}\sqrt{LC}}.$

优选地，SPWM脉冲频率f_s不小于10倍的LC滤波器的转折频率f_n，即f_s≥10f_n。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

本实用新型的正弦波逆变电源的控制模块输出4路互补SPWM脉冲信号控制全桥逆变电路的功率开关管，功率开关管通断的频率比传统方法增加了一倍，降低了对LC滤波器的滤波电感和滤波电容的要求，减小了LC滤波器的体积，有利于正弦波逆变电源的小型化。同时，由于逆变模块采用全桥连接方式，使输出电压波形中的偶次谐波相互抵消，输出只包含奇次谐波，与传统的正弦波逆变电源，减小了谐波失真，提高了系统的电磁兼容性。例如，采用传统的SPWM信号，当开关频率为20kH_Z时，滤波电感L>4mH，滤波电容C>4μF。采用本实用新型的正弦波逆变电源，滤波电感只需1mH，滤波电容只需2.2μF。采用本实用新型的正弦波逆变电源，输出正弦波信号的综合谐波失真THD小于5％。

附图说明

图1为正弦波逆变电源的组成框图；

图2为实施例逆变模块采用的一种全桥逆变电路的电原理图；

图3为LC滤波器的原理示意图。

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。

一种正弦波逆变电源，其组成如图1所示，包括DC-DC模块、逆变模块、控制模块和滤波模块。所述控制模块输出4路互补的正弦波脉宽调制SPWM脉冲；所述逆变模块为一全桥逆变电路，主要由四个功率开关管组成。所述DC-DC模块将输入的直流电压升压后为所述逆变模块供电，所述控制模块输出的SPWM脉冲送至所述逆变模块的功率开关管，所述逆变模块输出的脉冲信号经所述滤波模块滤波后输出正弦波信号。

DC-DC模块用于将输入直流电压提升后为逆变模块供电。根据具体的需求选用合适的DC-DC集成电路芯片。DC-DC集成电路芯片的数量可以为1片，也可以采取多片串联的方案，这样可以减小DC-DC模块的体积，并能提高电路的可靠性。

控制模块包括SPWM脉冲产生电路和驱动电路。SPWM脉冲产生电路输出4路SPWM脉冲信号至驱动电路进行放大后去控制逆变模块。SPWM脉冲产生电路主要由微处理器或可编程逻辑控制器组成。微处理器或可编程逻辑控制器通过软件编程可以很方便地产生各种波形，还可以通过修改编程参数改变输出SPWM脉冲信号的脉宽调制参数，如正弦调制频率。

逆变模块为一全桥逆变电路，主要由四组功率开关管组成。图2给出了一种具体的电原理图，每组功率开关管由2个场效应管并联而成，分别为：(Q9、Q10)，(Q11、Q12)，(Q13、Q14)，(Q15、Q16)。图中OUT+为DC-DC模块输出直流电压的正极，OUT-为逆变输出的低电位。Q1_1、Q2_1、Q3_1、Q4_1分别为四个驱动端，即4路SPWM脉冲信号的输入端。Q1_0和Q3_0分别为两个桥臂的中间连接点，也是逆变电路的两个输出端子，分别连接LC滤波器的输入端。当输出SPWM脉冲波为正脉冲时，(Q9、Q10)和(Q15、Q16)处于导通状态，(Q11、Q12)和(Q13、Q14)处于关断状态；当输出SPWM脉冲波为负脉冲时，(Q9、Q10)和(Q15、Q16)处于关断状态，(Q11、Q12)和(Q13、Q14)处于导通状态。另外，图2所示电路还包括尖峰干扰脉冲吸收电路等一些辅助电路。

滤波模块为一LC滤波器，如图3所示，滤波器的转折频率f_n为：

$f_n=\frac{1}{2\mathrm{\π}\sqrt{LC}}$

电路设计中，要求LC滤波器能够有效抑制逆变电源输出频率以及附近频带的谐波。选择SPWM脉冲频率f_s远高于LC滤波器的转折频率f_n，通常取f_s≥10f_n。

由于控制模块输出4路互补SPWM脉冲信号控制全桥逆变电路的功率开关管，功率开关管通断的频率比传统方法增加了一倍，降低了对LC滤波器的滤波电感和滤波电容的要求，减小了LC滤波器的体积，有利于正弦波逆变电源的小型化。同时，由于逆变模块采用全桥连接方式，使输出电压波形中的偶次谐波相互抵消，输出只包含奇次谐波，与传统的正弦波逆变电源，减小了谐波失真，提高了系统的电磁兼容性。经计算，采用传统的SPWM信号，当开关频率为20kH_Z时，滤波电感L>4mH，滤波电容C>4μF。采用本实用新型的正弦波逆变电源，滤波电感只需1mH，滤波电容只需2.2μF。采用本实用新型的正弦波逆变电源，输出正弦波信号的综合谐波失真THD小于5％。

本实用新型不限于上述实施方式，本领域技术人员所做出的对上述实施方式任何显而易见的改进或变更，都不会超出本实用新型的构思和所附权利要求的保护范围。

Claims (5)

1.一种正弦波逆变电源，包括DC-DC模块、逆变模块、控制模块和滤波模块；其特征在于，所述控制模块输出4路互补的正弦波脉宽调制SPWM脉冲；所述逆变模块为一全桥逆变电路，主要由四个功率开关管组成；所述DC-DC模块将输入的直流电压升压后为所述逆变模块供电，所述控制模块输出的SPWM脉冲送至所述逆变模块的功率开关管，所述逆变模块输出的脉冲信号经所述滤波模块滤波后输出正弦波信号。

2.根据权利要求1所述的正弦波逆变电源，其特征在于，所述控制模块包括SPWM脉冲产生电路和驱动电路，所述SPWM脉冲产生电路输出的SPWM脉冲信号送至所述驱动电路，经所述驱动电路放大后送至所述逆变模块。

3.根据权利要求2所述的正弦波逆变电源，其特征在于，所述SPWM脉冲产生电路主要由微处理器或可编程逻辑控制器组成，通过修改编程参数改变输出SPWM脉冲信号的脉宽调制参数。

4.根据权利要求1所述的正弦波逆变电源，其特征在于，所述滤波模块为一LC滤波器，其转折频率f_n为：

。

5.根据权利要求4所述的正弦波逆变电源，其特征在于，SPWM脉冲频率f_s不小于10倍的LC滤波器的转折频率f_n，即f_s≥10f_n。