CN211127616U - 高效率能源回收型逆变器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了高效率能源回收型逆变器，包括输入滤波电路、软开关升压电路、逆变电路、交流输出滤波电路、DSP信号采集控制电路；输入滤波电路得到纯净的直流输入低压；软开关升压电路用于将直流输入低压转化为直流高压；逆变电路用于将直流电转化为交流电；交流输出滤波电路用于过滤交流电的杂讯及干扰并输出符合并网规格的交流电；DSP信号采集控制电路用于动态监测并获取输出的交流电的电信号参数，进行处理后输出软开关驱动信号控制软开关升压电路以及输出驱动PWM信号控制逆变电路。本实用新型将DC直流输入逆变为可并网的交流电输入电网，客户产品在老化时不仅散热少，而且能节省90％以上的电能；同时便于监控，减少或者杜绝老化的安全事故。

Description

高效率能源回收型逆变器

技术领域

本实用新型涉及电源产品测试技术领域，尤其涉及高效率能源回收型逆变器。

背景技术

为确保电源类在使用中的稳定性,在生产中需进行老化测试,目前主要通过两种方式实现:

1.产品输入端直接连接相应功率的水泥或绕线电阻,通过产品的输出电压电流选择对应的电阻值及功率,纯消耗负载；这种方式的缺点是会产生大量的热量,且在整个老化过程中不能监控到产品的稳定性状态；

2.产品输出连接可控型电子负载,通过电脑可以直接设定产品老化的电压电流,同时方便监控到产品输出的状态,这种方式的缺点是同样会产品大量的热量,和第一种方式一样是把产品输出能量转化为热能,通过强制风冷的方式消散。

实用新型内容

本实用新型针对上述现有的问题的一个或多个，提出高效率能源回收型逆变器。

根据本实用新型的一个方面，高效率能源回收型逆变器，包括输入滤波电路、软开关升压电路、逆变电路、交流输出滤波电路、DSP信号采集控制电路、低压电源辅助电路；

所述输入滤波电路用于将通过输入接口输入的直流低压进行滤波，消除电路中的噪声干扰，得到纯净的直流输入低压；

所述软开关升压电路用于通过全桥工作模式将直流输入低压转化为直流高压，确保直流高压可用来逆变；

所述逆变电路用于将直流电转化为交流电；

所述交流输出滤波电路用于过滤交流电的杂讯及干扰并输出，得到符合并网规格的交流电；

所述DSP信号采集控制电路用于动态监测并获取输出的交流电的电信号参数，同时检测并获取输入的直流电的电信号参数，进行处理后输出软开关驱动信号控制软开关升压电路以及输出驱动PWM信号控制逆变电路；

所述低压电源辅助电路将并网的电压进行转换，为逆变电路、软开关升压电路、DSP信号采集控制电路提供工作电压。

在一些实施方式中，软开关升压电路包括全桥电路、变压器T3、谐振电路，所述全桥电路将输入电压通过由4个MOS管组成的全桥电路使全桥对管交替导通输出给变压器T3,所述变压器T3用于将输入的电压转变为高压电压，所述谐振电路由电感L2和五个并联的电容串联组成，用于实现软开关功能。

在一些实施方式中，所述软开关升压电路还包括桥式整流电路，所述桥式整流电路的输入端和所述谐振电路的输出端连接，用于整流形成母线电压VBUS,输送给所述逆变电路使用，所述桥式整流电路包括由D2、D3、 D8、D9形成的整流桥。

在一些实施方式中，所述软开关升压电路还包括四个吸收电路，每个吸收电路的一端与对应的MOS管漏极连接，每个吸收电路的另一端与对应的MOS管源极连接，所述吸收电路由一个电容串联两个电阻形成。

在一些实施方式中，DSP信号采集控制电路包括CPU、以及和所述CPU 通信连接的驱动电路、采样电路以及保护电路，所述CPU用于控制驱动电路、采样电路以及保护电路协调工作，所述采样电路用于采集电路中的母线电压VBUS以及其他电信号参数输送给CPU，所述CPU用于根据所述采样电路获取的电信号参数控制所述驱动电路输出驱动信号以及保护电路。

在一些实施方式中，所述电信号参数包括电网电压、电网电流、电网频率、逆变电压、输入电压、输入电流。

在一些实施方式中，所述驱动电路包括两极放大钳位电路，两极放大钳位电路包括两极放大钳位电路包括两个三极管Q19组成的复合管电路以及由两个三极管Q9组成的图腾柱电路，所述复合管由NPN三极管和PNP三极管组合而成。

在一些实施方式中，所述逆变电路采用双极性PWM方式实现直流电到交流电的转化。

在一些实施方式中，所述逆变电路包括由IGBTQ5、IGBTQ6、IGBTQ7、 IGBTQ8组成的全桥电路、电感L10、L11，所述全桥电路的输入端连接DSP 信号采集控制电路中CPU的输出端，两对IGBTQ5和Q7、IGBTQ6和Q8交替导通实现逆变，全桥电路的输出端通过连接电感L10和L11输出交流电压。

在一些实施方式中，所述交流输出滤波电路包括差模共模抑制电路，所述差模共模抑制电路由电容C43、C52、C58、C44、C48和L5组成。

本实用新型实用新型的益处：本实用新型通过输入滤波电路、软开关升压电路、逆变电路、交流输出滤波电路、DSP信号采集控制电路，低压直流输入经过输入滤波电路到软开关升压电路，再升到380VDC的高压，之后经过逆变电路逆变成交流电，最后经过交流滤波电路滤掉交流电的杂讯及干扰后输出，得到达到并网规格的交流电。由此，将DC直流输入逆变为可并网的交流电输入电网，客户产品在老化时不仅散热少，而且能节省90％以上的电能；同时便于监控，减少或者杜绝老化的安全事故。

附图说明

图1为高效率能源回收型逆变器的总框架结构图：

图2为高效率能源回收型逆变器的低压电源辅助电路的电路图；

图3为高效率能源回收型逆变器的DSP信号采集控制电路的CPU及外围电路的电路图；

图4为高效率能源回收型逆变器的DSP信号采集控制电路的采样电路及保护电路相配合的电路图；

图5为高效率能源回收型逆变器的逆变电路的电路图；

图6为高效率能源回收型逆变器的交流输出滤波电路的电路图；

图7为高效率能源回收型逆变器的软开关升压电路的电路图。

具体实施方式

下面结合附图对申请技术方案作进一步详细说明。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“横向”、“纵向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型保护范围的限制。

根据本实用新型的一个方面，如图1-7所示，高效率能源回收型逆变器，包括输入滤波电路2、软开关升压电路3、逆变电路4、交流输出滤波电路5、DSP信号采集控制电路6、低压电源辅助电路7；输入滤波电路2 用于将通过输入接口1输入的直流低压进行滤波，消除电路中的噪声干扰，得到纯净的直流输入低压；软开关升压电路3用于通过全桥工作模式将直流输入低压转化为直流高压，确保直流高压可用来逆变；逆变电路4用于将直流电转化为交流电；交流输出滤波电路5用于过滤交流电的杂讯及干扰并输出，得到符合并网规格的交流电；DSP信号采集控制电路6用于动态监测并获取输出的交流电的电信号参数，进行处理后输出软开关驱动信号控制软开关升压电路3以及输出驱动PWM信号控制逆变电路4；低压电源辅助电路7将并网的交流电压进行指定直流电压的转换，为逆变电路4、软开关升压电路3、DSP信号采集控制电路6提供工作电压。

在本实施例中，如图7所示，软开关升压电路3包括全桥电路、变压器T3、谐振电路，全桥电路将输入电压通过由4个MOS管组成的全桥电路使全桥对管交替导通输出给变压器T3,变压器T3用于将输入的电压转变为高压电压，谐振电路由电感L2和五个并联的电容C31-C35串联组成，用于实现软开关功能。

在本实施例中，软开关升压电路3还包括桥式整流电路，桥式整流电路的输入端和谐振电路的输出端连接，用于整流形成母线电压VBUS,输送给逆变电路4使用，桥式整流电路包括由D2、D3、D8、D9形成的整流桥。

在本实施例中，软开关升压电路还包括四个吸收电路，每个吸收电路的一端与对应的MOS管漏极连接，每个吸收电路的另一端与对应的MOS管源极连接，吸收电路由一个电容串联两个电阻形成。

本实施例中，如图7所示的软开关升压电路3，逆变启动后，输入电压 VIN通过全桥对管Q3/Q12,Q6/Q9的交替导通，经过变压器T3变压得到高压电压，通过电感L2和电容C31-C35形成的谐振电路实现软开关功能，该电压通过桥式整流管D2,D3,D8,D9整流形成母线电压VBUS,供逆变电路4使用。 C27,R39,R67形成吸收电路，增加MOS管Q3工作稳定性；C30,R64,R70形成吸收电路，增加MOS管Q6工作稳定性；C38,R73,R79形成吸收电路，增加MOS管Q9工作稳定性；C41,R76,R82形成吸收电路，增加MOS管Q12工作稳定性；该电路具有转换效率高，发热量小，工作稳定的特点。

在本实施例中，如图3-图4所示，DSP信号采集控制电路6包括CPU、以及和CPU通信连接的驱动电路、采样电路以及保护电路，CPU用于控制驱动电路、采样电路以及保护电路协调工作，采样电路用于采集电路中的母线电压VBUS以及其他电信号参数输送给CPU，CPU用于根据采样电路获取的电信号参数控制驱动电路输出驱动信号以及保护电路。本实施例中，DSP 的CPU采用型号TMS320F28033PAGT，CPU及外围电路如图3所示。

在本实施例中，电信号参数包括电网电压、电网电流、电网频率、逆变电压、输入电压、输入电流。DSP信号采集控制电路6是整个电路的关键部分，各部分电压正常后，通过DSP信号采集控制电路6的采样电路检测所需电参数信号，包括电网电压、电网电流、电网频率、逆变电压、输入电压、输入电流、温度等。

在本实施例中，驱动电路包括两极放大钳位电路，两极放大钳位电路包括两个三极管Q19组成的复合管电路以及由两个三极管Q9组成的图腾柱电路，所述复合管包括NPN三极管和PNP三极管。其中，PNP三极管和NPN 三极管组合成复合管使用，NPN三极管的集电极与PNP三极管发射极连接， NPN三极管的集电极与PNP三极管基极连接，NPN三极管的发射极通过电位器R151与PNP三极管集电极连接，NPN三极管的发射极通过连接电阻与PNP 三极管集电极连接，可使放大倍数增加，驱动能力强。图腾柱放大电路由两个三极管Q9构成，上管是NPN型三极管，下管是PNP型三极管，两个三极管的基极连接，两个三极管的发射极连接，图腾柱放大电路中的NPN型三极管的集电极接复合管电路中的PNP三极管的发射极连接，图腾柱放大电路中的PNP型三极管的集电极接地。采用图腾柱电路和复合管电路形成驱动电路的使整个电路驱动能力更强。

在本实施例中，如图5所示逆变电路4，逆变电路4采用双极性PWM 方式实现直流电到交流电的转化。逆变电路将电网电压转变为380V交流。逆变电路包括由IGBT Q5、IGBTQ6、IGBT Q7、IGBT Q8组成的全桥电路、电感L10、L11，全桥电路的输入端连接DSP信号采集控制电路中CPU的输出端，两对IGBT Q5和Q7、IGBT Q6和Q8交替导通实现逆变，全桥电路的输出端通过连接电感L10和L11输出交流电压。软开关升压电路3生成的高压母线电压VBUS加在IGBT Q5,Q6,Q7,Q8组成的桥臂两端，CPU通过输出双极性PWM调制信号控制Q5/Q7,Q6/Q8两对IGBT交替导通实现逆变电感 L10、L11输出交流电压。

在本实施例中，如图6所示，交流输出滤波电路5包括差模共模抑制电路，差模共模抑制电路由电容C43、C52、C58、C44、C48和L5组成。交流输出滤波电路5确保输出的交流电负荷并网规格。本实施例中， C43,C52,C58,C44,C48和L5组成差模共模抑制电路滤除电路中差共模干扰，保证输出符合并网规格的交流电。

本实施例中，图3-图4所示，DSP信号采集控制电路6检测到有直流输入且符合要求时，发出软开关升压PWM信号，如图4所示电路，使输入直流低压输入上升至380V，在整个工作过程中，DSP信号采集控制电路6 实时检测各参数，并控制输出PWM信号，实现动态监控响应的目的。

本实施例中，如图2所示，还包括低压电源辅助电路7，低压电源辅助电路7将并网的交流电压进行指定直流电压的转换，为逆变电路、软开关升压电路器件、DSP信号采集控制电路6提供工作电压。上图是本产品低压电源辅助电路的供电部分，当逆变器并入电网，接通交流电的时候，通过整流电路生成的360伏左右的母线电压VBus加到如图2所示变压器初级，同时控制IC工作，通过反馈电路把输出电压控制在12V和5V，供其他电路工作。

本实用新型益处：本实用新型通过输入滤波电路2、软开关升压电路3、逆变电路4、交流输出滤波电路5、DSP信号采集控制电路6，低压直流输入经过输入滤波电路2到软开关升压电路3，再升到380VDC的高压，之后经过逆变电路4逆变成交流电，最后经过交流输出滤波电路5滤掉交流电的杂讯及干扰后输出，得到达到并网规格的交流电。由此，将DC直流输入逆变为可并网的交流电输入电网，客户产品在老化时不仅散热少，而且能节省90％以上的电能；同时便于监控，减少或者杜绝老化的安全事故。

以上的仅是本实用新型的一些实施方式。对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.高效率能源回收型逆变器，其特征在于，包括输入滤波电路(2)、软开关升压电路(3)、逆变电路(4)、交流输出滤波电路(5)、DSP信号采集控制电路(6)、低压电源辅助电路(7)；

所述输入滤波电路(2)用于将通过输入接口(1)输入的直流低压进行滤波，消除电路中的噪声干扰，得到纯净的直流输入低压；

所述软开关升压电路(3)用于通过全桥工作模式将直流输入低压转化为直流高压，确保直流高压可用来逆变；

所述逆变电路(4)用于将直流电转化为交流电；

所述交流输出滤波电路(5)用于过滤交流电的杂讯及干扰并输出，得到符合并网规格的交流电，同时输出给低压电源辅助电路；

所述DSP信号采集控制电路(6)用于动态监测并获取输出的交流电的电信号参数，同时检测并获取输入的直流电的电信号参数，进行处理后输出软开关驱动信号控制软开关升压电路(3)以及输出驱动PWM信号控制逆变电路(4)；

所述低压电源辅助电路(7)将并网的电压进行转换，为逆变电路(4)、软开关升压电路(3)、DSP信号采集控制电路(6)提供工作电压。

2.根据权利要求1所述的高效率能源回收型逆变器，其特征在于，软开关升压电路(3)包括全桥电路、变压器T3、谐振电路，所述全桥电路将输入电压通过由4个MOS管组成的全桥电路使全桥对管交替导通输出给变压器T3,所述变压器T3用于将输入的电压转变为高压电压，所述谐振电路由电感L2和五个并联的电容串联组成，用于实现软开关功能。

3.根据权利要求2所述的高效率能源回收型逆变器，其特征在于，所述软开关升压电路(3)还包括桥式整流电路，所述桥式整流电路的输入端和所述谐振电路的输出端连接，用于整流形成母线电压VBUS,输送给所述逆变电路使用，所述桥式整流电路包括由D2、D3、D8、D9形成的整流桥。

4.根据权利要求2所述的高效率能源回收型逆变器，其特征在于，所述软开关升压电路(3)还包括四个吸收电路，每个吸收电路的一端与对应的MOS管漏极连接，每个吸收电路的另一端与对应的MOS管源极连接，所述吸收电路由一个电容串联两个电阻形成。

5.根据权利要求1所述的高效率能源回收型逆变器，其特征在于，DSP信号采集控制电路(6)包括CPU、以及和所述CPU通信连接的驱动电路、采样电路以及保护电路，所述CPU用于控制驱动电路、采样电路以及保护电路协调工作，所述采样电路用于采集电路中的母线电压VBUS以及其他电信号参数输送给CPU，所述CPU用于根据所述采样电路获取的电信号参数控制所述驱动电路输出驱动信号以及保护电路。

6.根据权利要求5所述的高效率能源回收型逆变器，其特征在于，所述电信号参数包括电网电压、电网电流、电网频率、逆变电压、输入电压、输入电流。

7.根据权利要求5所述的高效率能源回收型逆变器，其特征在于，所述驱动电路包括两极放大钳位电路，两极放大钳位电路包括两个三极管Q19组成的复合管电路以及由两个三极管Q9组成的图腾柱电路，所述复合管由NPN三极管和PNP三极管组合而成。

8.根据权利要求1所述的高效率能源回收型逆变器，其特征在于，所述逆变电路(4)采用双极性PWM方式实现直流电到交流电的转化。

9.根据权利要求1所述的高效率能源回收型逆变器，其特征在于，所述逆变电路(4)包括由IGBTQ5、IGBTQ6、IGBTQ7、IGBTQ8组成的全桥电路、电感L10、L11，所述全桥电路的输入端连接DSP信号采集控制电路中CPU的输出端，两对IGBTQ5和Q7、IGBTQ6和Q8交替导通实现逆变，全桥电路的输出端通过连接电感L10和L11输出交流电压。

10.根据权利要求1所述的高效率能源回收型逆变器，其特征在于，所述交流输出滤波电路(5)包括差模共模抑制电路，所述差模共模抑制电路由电容C43、C52、C58、C44、C48和L5组成。

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