CN209105057U - 宽电压输入正弦逆变电源 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开宽电压输入正弦逆变电源，将直流电转换为正弦交流电，包括太阳能光伏板结构、主电路结构、用户载体，主电路结构包括DC/DC升压电路、DC/DC降压电路、MOS全桥电路、半桥驱动IR2101S模块、LC滤波电路、可实现短路保护的电流互感器，还包括通过半桥驱动IR2101S模块驱动控制MOS全桥电路工作的主控模块，主控模块包括产生载波信号的U1STC15W4K48S4单片机、产生保护信号的U2STC15W4K48S4单片机。U1STC15W4K48S4单片机产生的SPWM波对半桥驱动IR2101S模块进行有效的电转光隔离并使半桥驱动IR2101S模块输出足够的电压来驱动MOS全桥电路向LC滤波电路输入功率放大的SPWM波以使直流电流经LC滤波电路后转换成稳压正弦交流电流，电路结构设计简单而合理，工作可靠稳定，且体积小、重量轻、功耗低。

Description

宽电压输入正弦逆变电源

技术领域

本实用新型涉及逆变电源技术领域，特别涉及一种宽电压输入正弦逆变电源。

背景技术

随着工业和科学技术的发展，对电能质量的要求越来越高，包括市电电网在内的原始电能的质量可能满足不了设备的要求，必须经过电力电子装置变换后才能使用，而逆变电源在这种变换中将起到重要的作用。现有的逆变电源设计了单片机SPWM波生成为控制核心。

脉冲宽度调制是一种模拟控制方式，其根据相应载荷的变化来调制晶体管基极的偏置，来实现晶体管导通时间的改变，从而实现开关稳压电源输出的改变。这种方式能使电源的输出电压在工作条件变化时保持恒定，是利用微处理器的数字信号对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术。但现有的 PWM控制电路设计结构复杂，多采用MSP430单片机，产品成本高昂，接口电路麻烦，而且I/0无保户，波形失真大，高次谐波分量大，体积大，使用不够灵活，而且集成电路一般由低压驱动控制电路、脉冲宽度调制输出驱动电路及输入输出保护电路连接构成，由于没有隔离，信号干扰较大，造成采集数据不准确，尤其在一些医疗设备、军用设备上，对于精密性的要求比较高，即使稍微有点干扰也会产生严重的后果。

因此，如何实现一种电路结构设计简单而合理、可靠性高、稳定性好、调节特性优良、体积小、重量轻、功耗低的宽电压输入正弦逆变电源是业内亟待解决的技术问题。

实用新型内容

本实用新型的主要目的是提供宽电压输入正弦逆变电源，旨在实现一种电路结构设计简单而合理、可靠性高、稳定性好、调节特性优良、体积小、重量轻、功耗低的宽电压输入正弦逆变电源。

本实用新型提出宽电压输入正弦逆变电源，将输入的直流电转换为正弦交流电，包括将太阳能转化为电能并为电路输入直流电流的太阳能光伏板结构、主电路结构、用户载体，主电路结构包括与太阳能光伏板结构连接的 DC/DC升压电路、与DC/DC升压电路连接的DC/DC降压电路、与DC/DC降压电路连接的MOS全桥电路、半桥驱动IR2101S模块、与MOS全桥电路连接的 LC滤波电路、对电流进行采样从而实现短路保护的电流互感器，还包括通过半桥驱动IR2101S模块驱动控制MOS全桥电路工作的主控模块，主控模块包括产生载波信号的U1STC15W4K48S4单片机、产生保护信号的U2 STC15W4K48S4单片机；U1STC15W4K48S4单片机产生上下对称的SPWM波对半桥驱动IR2101S模块进行有效的电转光隔离并使半桥驱动IR2101S模块输出足够的电压来驱动MOS全桥电路向LC滤波电路输入功率放大的SPWM波以使直流电流经LC滤波电路后转换成稳压正弦交流电流；在太阳能光伏板结构与DC/DC升压电路之间设有电压电流采样模块，电压电流采样模块和电流互感器均与U2STC15W4K48S4单片机连接，U2STC15W4K48S4单片机对电压电流采样模块和电流互感器检测到的数据进行分析判断并向U1 STC15W4K48S4单片机发出保护信号。

优选地，用户载体连接于电流互感器上。

优选地，主电路结构还包括与DC/DC降压电路连接并为主控模块和半桥驱动IR2101S模块供电的辅助电源。

优选地，DC/DC升压电路采用UC3843升压器。

优选地，DC/DC降压电路采用LM2596降压器。

优选地，宽电压输入正弦逆变电源上设有对U2STC15W4K48S4单片机进行频率调节的旋钮。

优选地，U2STC15W4K48S4单片机连接有显示模块。

本实用新型宽电压输入正弦逆变电源，通过UC3843升压器把10～32V直流电压转成27V，再通过LM2596降压器降压到22V稳压直流来作为后期及三端稳压集成电路电源。通过U1STC15W4K48S4单片机产生SPWM波，逆变部分采用半桥驱动IR2101S模块进行全桥逆变，通过MOS全桥电路和LC 滤波电路产生15V单相正弦波交流电，最终为用户载体输入稳压交流电，而且后期输出采用电流互感器进行电流电压和相位的采样反馈，形成双重反馈环节，增加了宽电压输入正弦逆变电源的稳定性，在整个集成电路上，具有输出过载、短路保护、过流保护、空载保护等多重保护功能电路，增强了宽电压输入正弦逆变电源的可靠性和安全性，同时能避免信号干扰，保证数据采集的准确性，对电源输入能进行有效隔离。因此，本实用新型宽电压输入正弦逆变电源，实现了电路设计简单而合理、可靠性高、稳定性好、调节特性优良、体积小、重量轻、功耗低等积极效果。

附图说明

图1为本实用新型的宽电压输入正弦逆变电源的一实施例的电路框架结构示意图；

图2为本实用新型的宽电压输入正弦逆变电源的一实施例中的全桥逆变电路的电路结构示意图。

本实用新型目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

参照图1至图2，提出本实用新型的宽电压输入正弦逆变电源的一实施例，将输入的直流电转换为正弦交流电，包括将太阳能转化为电能并为电路输入直流电流的太阳能光伏板结构、主电路结构、用户载体，主电路结构将输入的直流电转换为正弦交流电并为用户载体供电。

主电路结构包括DC/DC升压电路、DC/DC降压电路、MOS全桥电路、半桥驱动IR2101S模块、LC滤波电路、电流互感器，太阳能光伏板结构的输出端与DC/DC升压电路的输入端连接，DC/DC升压电路的输出端与DC/DC降压电路的输入端连接，DC/DC降压电路的输出端与MOS全桥电路的输入端连接， MOS全桥电路的输出端与LC滤波电路的输入端连接，LC滤波电路的输出端与电流互感器的输入端连接，电流互感器用于对电流进行采样从而实现短路保护，用户载体连接于电流互感器上。

其中，DC/DC升压电路采用UC3843升压器，能直接驱动双极型的功率管或场效应管，其管脚效应少，外围电路简单，且其微调的振荡器放电电流可精确控制占空比，提高电路的稳定性。DC/DC降压电路采用LM2596降压器。主电路结构还包括通过半桥驱动IR2101S模块驱动控制MOS全桥电路工作的主控模块，主电路结构还包括与DC/DC降压电路连接并为主控模块和半桥驱动IR2101S模块供电的辅助电源。主控模块包括产生载波信号的U1STC15W4K48S4单片机、产生保护信号的U2STC15W4K48S4单片机，该单片机性能优越且集成度高，可提高整体性能还可使电路简洁，且价格便宜，使用方便简单。本实用新型U1STC15W4K48S4单片机产生上下对称的SPWM波对半桥驱动IR2101S模块进行有效的电转光隔离并使半桥驱动IR2101S模块输出足够的电压来驱动MOS全桥电路向LC滤波电路输入功率放大的SPWM波以使直流电流经LC滤波电路后转换成稳压正弦交流电流。SPWM波就是在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率排列，这样输出波形经过LC滤波电路可以做到正弦波输出，LC滤波电路用来给谐波补偿，采用半桥驱动IR2101S模块进行有效的电转光隔离，有效避免信号干扰，确保数据准确，电路结构设计合理而简单。本实施例采用两个半桥驱动IR2101S模块分别驱动MOS全桥电路两边场效应管按驱动信号SPWM波交替导通，从而输出功率放大的SPMW波，其中采用的半桥驱动IR2101S模块具有体积小、成本低、集成度高、响应速度快、偏值电压高、驱动能力强等优点，可有效提高电路整体性能且简化电路。

在太阳能光伏板结构与DC/DC升压电路之间设有电压电流采样模块，电压电流采样模块和电流互感器均与U2STC15W4K48S4单片机连接，U2 STC15W4K48S4单片机对电压电流采样模块和电流互感器检测到的数据进行分析判断并向U1STC15W4K48S4单片机发出保护信号。本实用新型通过电流互感器对主回路中的电流进行采样，一旦电流超过允许值，控制电流输出关闭，停止主回路的工作，从而达到短路保护，有效避免电气设备或配电线路因短路电流产生的强大电动力而造成损坏。电压电流采样模块和电流互感器形成双重反馈环节，增加了宽电压输入正弦逆变电源的稳定性，在整个集成电路上，具有输出过载、短路保护、过流保护、空载保护等多重保护功能电路，增强了宽电压输入正弦逆变电源的可靠性和安全性，同时能避免信号干扰，保证数据采集的准确性，对电源输入能进行有效隔离。

本实施例中，宽电压输入正弦逆变电源上设有对U2STC15W4K48S4单片机进行频率调节的旋钮。

本实施例中，U2STC15W4K48S4单片机连接有显示模块。

本实用新型宽电压输入正弦逆变电源，太阳光照射到太阳能光伏板结构后，太阳能光伏板结构将吸收的太阳能转化为电能并为主电路结构输入直流电流，直流电流经过DC/DC升压电路，把直流电流升压调制27V，然后经过 DC/DC降压电路，把升压后的直流电流降压至22V，并为后期电路和辅助电源供电，U1STC15W4K48S4单片机通过控制脉宽占空比产生上下对称的 SPWM波对半桥驱动IR2101S模块进行有效的电转光隔离并使半桥驱动IR2101S模块输出足够的电压来驱动MOS全桥电路向LC滤波电路输入功率放大的SPWM波以使直流电流经LC滤波电路后转换成稳压正弦交流电流。其中，电压电流采样模块对太阳能光伏板结构输出的电流进行取样检测对比， U2STC15W4K48S4单片机将检测到的数据进行处理，判断是否需要向U1 STC15W4K48S4单片机推送保护信号，如需保护宽电压输入正弦逆变电源， U2STC15W4K48S4单片机向U1STC15W4K48S4单片机发送保护信号，使得U1STC15W4K48S4单片机停止产生载波信号，以保护主电路结构。而电流互感器对交流输出电路中的电流进行监测，并与用户载体的电压进行对比，U2 STC15W4K48S4单片机判断交流输出电路的电流电压与相位电流电压是否一致。如果一致则直接推送到用户载体中；如果不一致，U2STC15W4K48S4单片机向U1STC15W4K48S4单片机发送保护信号，U1STC15W4K48S4单片机对输出的脉冲信号进行频率上的微调以及对SPWM波进行更改，以使直流电流电压转换成符合用户载体使用的交流电流电压。由此可见，U2 STC15W4K48S4单片机对整个宽电压输入正弦逆变电源具有保护的作用，为整个宽电压输入正弦逆变电源保驾护航，以确保其稳定可靠地长时间工作。

综上所述，本实用新型宽电压输入正弦逆变电源，主电路结构采用 DC-DC-AC的技术，控制部分采用SPMW正弦脉宽调制技术，使输出稳压正弦波交流电，通过UC3843升压器把10～32V直流电压转成27V，再通过 LM2596降压器降压到22V稳压直流来作为后期及三端稳压集成电路电源。通过U1STC15W4K48S4单片机产生SPWM波，逆变部分采用半桥驱动IR2101S模块进行全桥逆变，通过MOS全桥电路和LC滤波电路产生15V单相正弦波交流电，最终为用户载体输入稳压正弦交流电，而且后期输出采用电流互感器进行电流电压和相位的采样反馈，形成双重反馈环节，增加了宽电压输入正弦逆变电源的稳定性，在整个集成电路上，具有输出过载、短路保护、过流保护、空载保护等多重保护功能电路，增强了宽电压输入正弦逆变电源的可靠性和安全性，同时能避免信号干扰，保证数据采集的准确性，对电源输入能进行有效隔离。因此，本实用新型宽电压输入正弦逆变电源，实现了电路设计简单而合理、可靠性高、稳定性好、调节特性优良、体积小、重量轻、功耗低等积极效果。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (7)

1.宽电压输入正弦逆变电源，将输入的直流电转换为正弦交流电，其特征在于，包括将太阳能转化为电能并为电路输入直流电流的太阳能光伏板结构、主电路结构、用户载体，所述主电路结构包括与太阳能光伏板结构连接的DC/DC升压电路、与DC/DC升压电路连接的DC/DC降压电路、与DC/DC降压电路连接的MOS全桥电路、半桥驱动IR2101S模块、与MOS全桥电路连接的LC滤波电路、对电流进行采样从而实现短路保护的电流互感器，还包括通过半桥驱动IR2101S模块驱动控制MOS全桥电路工作的主控模块，所述主控模块包括产生载波信号的U1 STC15W4K48S4单片机、产生保护信号的U2 STC15W4K48S4单片机；所述U1STC15W4K48S4单片机产生上下对称的SPWM波对半桥驱动IR2101S模块进行有效的电转光隔离并使半桥驱动IR2101S模块输出足够的电压来驱动MOS全桥电路向LC滤波电路输入功率放大的SPWM波以使直流电流经LC滤波电路后转换成稳压正弦交流电流；在所述太阳能光伏板结构与所述DC/DC升压电路之间设有电压电流采样模块，电压电流采样模块和电流互感器均与U2 STC15W4K48S4单片机连接，所述U2 STC15W4K48S4单片机对电压电流采样模块和电流互感器检测到的数据进行分析判断并向U1 STC15W4K48S4单片机发出保护信号。

2.根据权利要求1所述的宽电压输入正弦逆变电源，其特征在于，所述用户载体连接于电流互感器上。

3.根据权利要求1或2所述的宽电压输入正弦逆变电源，其特征在于，所述主电路结构还包括与DC/DC降压电路连接并为主控模块和半桥驱动IR2101S模块供电的辅助电源。

4.根据权利要求3所述的宽电压输入正弦逆变电源，其特征在于，所述DC/DC升压电路采用UC3843升压器。

5.根据权利要求4所述的宽电压输入正弦逆变电源，其特征在于，所述DC/DC降压电路采用LM2596降压器。

6.根据权利要求5所述的宽电压输入正弦逆变电源，其特征在于，所述宽电压输入正弦逆变电源上设有对U2 STC15W4K48S4单片机进行频率调节的旋钮。

7.根据权利要求6所述的宽电压输入正弦逆变电源，其特征在于，所述U2STC15W4K48S4单片机连接有显示模块。