CN213279497U - 一种1000w高频型正弦波逆变器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出了一种1000W高频型正弦波逆变器，通过设置两组结构相同的第一推挽升压电路和第二推挽升压电路，使两组推挽升压电路输出电流叠加，输入的PWM脉冲信号放大，推挽升压电路中设置两个极性相反的三极管，在PWM脉冲信号的一个周期内始终有一个三极管是导通的，提高功率转换效率，降低电路损耗；通过设置两组结构相同的第一扩流电路和第二扩流电路，两组并联的扩流电路对推挽升压电路输出的电流进行分流，每一组扩流电路设置三个场效应管并联分流，使每个场效应管上的负载电流变小，场效应管工作温度降低，电阻阻值减小，电路产生的热量较小，电路损耗降低，功率转换效率提高。

Description

一种1000W高频型正弦波逆变器

技术领域

本实用新型涉及正弦波逆变器技术领域，尤其涉及一种1000W高频型正弦波逆变器。

背景技术

随着光伏发电等绿色再生能源的兴起，正弦波逆变器广泛运用于各类微机系统、通信系统、家用、航空、应急、通讯和工业设备等需要应急后备电源的场所，市面目前存在的正弦波逆变器通常分为工频型和高频型两种，工频型采用单级逆变结构，逆变后得到的交流经工频变压器升压后得到所需交流电压，存在重量重体积大等不足；高频型的采用两级结构，一般采用推挽升压得到直流350V左右的电压，后级经SPWM逆变后得到所需的交流电压，成本较低、对于输出波形质量有很大改善。

升压电路是高频型正弦波逆变器的一个关键部分，它的工作稳定性、安全性、响应灵敏性等的关键指标都影响着整个逆变电源系统的正常运行。现有 1000W正弦波逆变器的DC-DC直流升压变换电路存在电路不稳定，升压过程中温度升高，导致功率损耗大，正弦波逆变器的转换率低的特点，因此，为了解决上述问题，本实用新型提出了一种1000W高频型正弦波逆变器，逆变器的直流升压变换电路，采用三个场效应晶体管并联的扩流模块，实现扩流，降低功率管的温度，提高正弦波逆变器的转换效率。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提出了一种1000W高频型正弦波逆变器，逆变器的直流升压变换电路，采用三个场效应晶体管并联的扩流模块，实现扩流，降低功率管的温度，提高正弦波逆变器的转换效率。

本实用新型的技术方案是这样实现的：本实用新型提供了一种1000W高频型正弦波逆变器其包括CPU芯片、直流电源、变压器和整流单元，还包括两组结构相同的第一推挽升压电路和第二推挽升压电路，以及两组结构相同的第一扩流电路和第二扩流电路；

CPU芯片的PWM1输出端口和PWM2输出端口分别与第一推挽升压电路的输入端和第二推挽升压电路的输入端一一对应电性连接，第一推挽升压电路的输出端和第二推挽升压电路的输出端分别与第一扩流电路的输入端和第二扩流电路的输入端一一对应电性连接，第一扩流电路的输出端和第二扩流电路的输出端分别与变压器原边的两端一一对应电性连接，直流电源与变压器的中心抽头电性连接，变压器副边的两端与整流单元电性连接。

在以上技术方案的基础上，优选的，直流电源采用输出为12V的直流电源。

在以上技术方案的基础上，优选的，第一推挽升压电路包括PNP型三极管 Q20、NPN型三极管Q21、电阻R1-R2、无极性电容C11和极性电容C12；

CPU芯片的PWM1输出端口通过电阻R1分别与PNP型三极管Q20和NPN 型三极管Q21的基极电性连接，电阻R2并联在PNP型三极管Q20的基极与集电极之间，PNP型三极管Q20的集电极接地，NPN型三极管Q21的集电极与电源电性连接、NPN型三极管Q21的发射极和PNP型三极管Q20的发射极分别与第一扩流电路的输入端电性连接，无极性电容C11并联在PNP型三极管Q20 的集电极与NPN型三极管Q21的集电极的两端，极性电容C12并联在无极性电容C11的两端。

更进一步优选的，第一扩流电路包括电阻R15、电阻R17-R19和场效应管 Q3-Q5；

NPN型三极管Q21的发射极和PNP型三极管Q20的发射极分别与电阻R15 的一端、电阻R17的一端、电阻R18的一端和电阻R19的一端电性连接，电阻 R17的另一端、电阻R18的另一端和电阻R19的另一端分别与场效应管Q3的栅极、场效应管Q4的栅极和场效应管Q5的栅极一一对应电性连接，电阻R15 的另一端、场效应管Q3的源极、场效应管Q4的源极和场效应管Q5的源极均接地，场效应管Q3的漏极、场效应管Q4的漏极和场效应管Q5的漏极分别与变压器原边的一端电性连接。

在以上技术方案的基础上，优选的，整流单元包括第一整流单元和第二整流单元；

变压器副边的两端分别与第一整流单元的输入端和第二整流单元的输入端一一对应电性连接，第一整流单元的输出端输出高压直流信号，第二整流单元的输出端输出12V或5V的电压信号。

更进一步优选的，还包括反馈电路；

反馈电路的输入端与第一整流单元的输出端电性连接，反馈电路的输出端与CPU芯片的反馈输入端口电性连接。

更进一步优选的，还包括全桥逆变模块；

全桥逆变模块的输入端与第一整流单元的输出端电性连接，全桥逆变模块的输出端输出高频交流电压信号。

更进一步优选的，全桥逆变模块包括电流采样模块、电压采样模块和全桥逆变驱动电路；

全桥逆变驱动电路的输入端与第一整流单元的输出端电性连接，全桥逆变驱动电路的输出端分别与电流采样模块和电压采样模块的输入端电性连接，电流采样模块的输出端和电压采样模块的输出端分别与CPU芯片的电流反馈输入端口和电压反馈输入端口一一对应连接。

本实用新型的一种1000W高频型正弦波逆变器相对于现有技术具有以下有益效果：

(1)通过设置两组结构相同的第一推挽升压电路和第二推挽升压电路，使两组推挽升压电路输出电流叠加，输入的PWM脉冲信号放大，推挽升压电路中设置两个极性相反的三极管，在PWM脉冲信号的一个周期内始终有一个三极管是导通的，提高功率转换效率，降低电路损耗；

(2)通过设置两组结构相同的第一扩流电路和第二扩流电路，两组并联的扩流电路对推挽升压电路输出的电流进行分流，每一组扩流电路设置三个场效应管并联分流，使每个场效应管上的负载电流变小，场效应管工作温度降低，电阻阻值减小，电路产生的热量较小，电路损耗降低，功率转换效率提高；

(3)通过设置反馈电路、电压采样电路和电流采样电路，将第一整流单元输出的高压直流信号和全桥逆变驱动电路输出的交流信号实时反馈给CPU芯片， CPU芯片通过两级反馈调节输出的脉冲信号，使第一整流单元输出的高压直流信号和全桥逆变驱动电路输出的交流信号等于设定的阈值，对电路进行保护，提高正弦波逆变器的安全性能。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型的一种1000W高频型正弦波逆变器的系统结构图；

图2为本实用新型的一种1000W高频型正弦波逆变器中第一推挽升压电路和第二推挽升压电路的电路图；

图3为本实用新型的一种1000W高频型正弦波逆变器中第一扩流电路和第二扩流电路的电路图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施方式，对本实用新型实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本实用新型一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本实用新型中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本实用新型保护的范围。

如图1所示，本实用新型的一种1000W高频型正弦波逆变器包括CPU芯片、直流电源、变压器、整流单元、反馈电路、全桥逆变模块、两组结构相同的第一推挽升压电路和第二推挽升压电路，以及两组结构相同的第一扩流电路和第二扩流电路。

CPU芯片，用于给第一推挽升压电路和第二推挽升压电路提供PWM方波脉冲信号，对反馈电路反馈的整流单元输出的高压直流信号进行检测判断，当反馈电路反馈的整流单元输出的高压直流信号大于或小于设定的阈值时，CPU 芯片通过调节输出的PWM方波脉冲信号的频率和占空比使整流单元输出的高压直流信号等于设定的阈值。CPU芯片的反馈输入端口与反馈电路的输出端电性连接，CPU芯片的PWM1输出端口和PWM2输出端口分别与第一推挽升压电路的输入端和第二推挽升压电路的输入端一一对应电性连接。优选的，本实施例中，CPU芯片选用SG3525芯片。

直流电源，用于给变压器供电，提供12V的直流电源；直流电源与变压器的中心抽头电性连接。优选的，本实施例中，直流电源选用蓄电池。

变压器，与第一推挽升压电路、第二推挽升压电路、第一扩流电路和第二扩流电路配合，将直流电源输入的直流电压信号变化成交流电压信号；变压器的原边的两端分别与第一扩流电路和第二扩流电路一一对应电性连接，变压器的中心抽头与直流电源电性连接，变压器副边的两端与整流单元电性连接。优选的，本实施例中，变压器选用单相变压器。

第一推挽升压电路和第二推挽升压电路，使用两组并联的推挽升压电路，使两组推挽升压电路输出的电流叠加，输入的PWM脉冲信号放大，在PWM脉冲信号的一个周期内始终有三极管导通，提高功率转换效率，降低电路损耗；第一推挽升压电路的输入端和第二推挽升压电路的输入端分别与CPU芯片的 PWM1输出端口和PWM2输出端口一一对应电性连接，第一推挽升压电路的输出端和第二推挽升压电路的输出端分别与第一扩流电路的输入端和第二扩流电路的输入端一一对应电性连接。由于第一推挽升压电路和第二推挽升压电路的结构相同，因此，在此只介绍第一推挽升压电路。优选的，本实施例中，如图2 所示，第一推挽升压电路包括PNP型三极管Q20、NPN型三极管Q21、电阻 R1-R2、无极性电容C11和极性电容C12；CPU芯片的PWM1输出端口通过电阻R1分别与PNP型三极管Q20和NPN型三极管Q21的基极电性连接，电阻 R2并联在PNP型三极管Q20的基极与集电极之间，PNP型三极管Q20的集电极接地，NPN型三极管Q21的集电极与电源电性连接、NPN型三极管Q21的发射极和PNP型三极管Q20的发射极分别与第一扩流电路的输入端电性连接，无极性电容C11并联在PNP型三极管Q20的集电极与NPN型三极管Q21的集电极的两端，极性电容C12并联在无极性电容C11的两端。

第一推挽升压电路的工作原理是：当CPU芯片的PWM1输出端口输出的 PWM1脉冲信号为低电平时，PNP型三极管Q20导通，NPN型三极管Q21截止，PNP型三极管Q20的基极输入电流大于零且小于饱和电流，PNP型三极管Q20的集电极输出大电流V1，使输入的PWM信号放大；当CPU芯片的PWM1 输出端口输出的PWM脉冲信号为高电平时，NPN型三极管Q21导通，PNP型三极管Q20截止，NPN型三极管Q21的基极输入电流大于零且小于饱和电流， NPN型三极管Q21的集电极输出大电流V2，使输入的PWM信号放大；其中，无极性电容C11，用于滤除电路电流中高频谐波，极性电容C12，用于平缓电流波形，起低频滤波作用，电阻R1为负载电阻，保护电路不被短路击穿，电阻 R2为保护电阻，用于避免微小电流流入三极管基极时三极管误导通，防止集电极和发射极之间都会有穿透电流烧坏电路。图3中的V2是第二推挽升压电路输出的大电流。

第一扩流电路和第二扩流电路，两组并联的扩流电路对推挽升压电路输出的电流进行分流，每一组扩流电路设置三个场效应管并联分流，使每个场效应管上的负载电流变小，场效应管工作温度降低，电阻阻值减小，电路产生的热量较小，电路损耗降低，功率转换效率提高；第一扩流电路的输入端和第二扩流电路的输入端分别与第一推挽升压电路的输出端和第二推挽升压电路的输出端一一对应电性连接，第一扩流电路的输出端和第二扩流电路的输出端分别与变压器原边的两端一一对应电性连接。由于第一扩流电路和第二扩流电路的结构相同，因此，在此只介绍第一扩流电路。优选的，本实施例中，如图3所示，第一扩流电路包括电阻R15、电阻R17-R19和场效应管Q3-Q5；NPN型三极管 Q21的发射极和PNP型三极管Q20的发射极分别与电阻R15的一端、电阻R17 的一端、电阻R18的一端和电阻R19的一端电性连接，电阻R17的另一端、电阻R18的另一端和电阻R19的另一端分别与场效应管Q3的栅极、场效应管Q4 的栅极和场效应管Q5的栅极一一对应电性连接，电阻R15的另一端、场效应管 Q3的源极、场效应管Q4的源极和场效应管Q5的源极均接地，场效应管Q3的漏极、场效应管Q4的漏极和场效应管Q5的漏极分别与变压器原边的一端电性连接。

第一扩流电路的工作原理是：第一推挽升压电路的输出电流输入到并联的场效应管Q3、场效应管Q4和场效应管Q5上，三个场效应管并联分流，每个场效应管上的负载电流小，场效应管工作温度降低，电阻阻值减小，电路产生的热量较小，电路损耗降低，功率转换效率提高。电阻R17、电阻R18和电阻R19 为保护电阻，防止静电损坏场效应管，电阻R15为负载电阻，保护电路不被短路击穿。

整流单元，用于将变压器输出的交流信号转换为直流信号，整流单元的输入端与变压器副边的两端电性连接；优选的，本实施例中，整流单元包括第一整流单元和第二整流单元；变压器副边的两端分别与第一整流单元的输入端和第二整流单元的输入端一一对应电性连接，第一整流单元的输出端输出430V的高压直流信号，第二整流单元的输出端输出12V或5V的电压信号。本实施例不涉及对第一整流单元和第二整流单元电路的改进，因此，在此不再累述第一整流单元和第二整流单元的电路结构。

反馈电路，用于将第一整流单元输出的高压直流信号反馈给CPU芯片；反馈电路的输入端与第一整流单元的输出端电性连接，反馈电路的输出端与CPU 芯片的反馈输入端口电性连接。本实施例不涉及对反馈电路结构的改进，因此，在此不再累述反馈电路的电路结构。

全桥逆变模块，用于将第一整流单元输出的430V的高压直流信号逆变为 1000w的交流信号，并把电路中的电流信号和电压信号实时反馈给CPU芯片；全桥逆变模块的输入端与第一整流单元的输出端电性连接，全桥逆变模块的输出端输出高频交流电压信号。优选的，本实施例中，全桥逆变模块包括电流采样模块、电压采样模块和全桥逆变驱动电路；全桥逆变驱动电路受CPU芯片输出的SPWM1-SPWM4信号控制，将整流单元输出的高压直流信号逆变为交流电压信号；电流采样模块和电压采样模块分别采集全桥逆变驱动电路输出的交流电压信号的电流信号值和电压信号值并反馈给CPU芯片，当CPU芯片检测到电流信号值以及电压信号值大于或小于设定的阈值时，CPU芯片通过调节输出的 SPWM正弦脉冲信号的频率和占空比，使全桥逆变驱动电路输出的交流电压信号等于设定的阈值。全桥逆变驱动电路的输入端与第一整流单元的输出端电性连接，全桥逆变驱动电路的输出端分别与电流采样模块和电压采样模块的输入端电性连接，电流采样模块的输出端和电压采样模块的输出端分别与CPU芯片的电流反馈输入端口和电压反馈输入端口一一对应连接。

本实用新型的工作原理是：CPU芯片的PWM1输出端口和PWM2输出端口分别输出PWM1和PWM2两路方波信号到第一推挽升压电路和第二推挽升压电路，使用两组并联的推挽升压电路，使两组推挽升压电路输出电流叠加，放大输入的PWM脉冲信号，放大后的电流输入到两组结构相同的第一扩流电路和第二扩流电路，使用两组并联的扩流电路，两组并联的扩流电路对推挽升压电路输出的电流进行分流，每一组扩流电路设置三个场效应管并联分流，扩流后的电流输入到变压器原边的两端，同时直流电源给变压器提供12V的直流，变压器产生电磁感应，将接收到的直流转换为大功率的交流信号，交流信号通过变压器副边的两端输入到第一整流单元和第二整流单元进行整流，第一整流单元整流后输出稳定的430V的高压直流信号，第二整流单元整流整流后输出稳定的12V直流信号或5V直流信号，同时反馈电路实时采集第一整流单元输出的高压直流信号并反馈给CPU芯片，当反馈电路反馈的整流单元输出的高压直流信号大于或小于设定的阈值时，CPU芯片通过调节输出的PWM方波脉冲信号的频率和占空比使整流单元输出的高压直流信号等于设定的阈值；第一整流单元输出的高压直流信号输入到全桥逆变驱动电路，全桥逆变驱动电路受CPU芯片输出的SPWM1-SPWM4信号控制，将整流单元输出的高压直流信号逆变为交流电压信号，电流采样模块和电压采样模块分别采集全桥逆变驱动电路输出的交流电压信号的电流信号值和电压信号值并反馈给CPU芯片，当CPU芯片检测到电流信号值大于或小于设定的阈值时，CPU芯片通过调节输出的SPWM正弦脉冲信号的频率和占空比，使全桥逆变驱动电路输出的交流电压信号等于设定的阈值；对电路进行保护。

本实施例的有益效果为：通过设置两组结构相同的第一推挽升压电路和第二推挽升压电路，使两组推挽升压电路输出电流叠加，输入的PWM脉冲信号放大，推挽升压电路中设置两个极性相反的三极管，在PWM脉冲信号的一个周期内始终有一个三极管是导通的，提高功率转换效率，降低电路损耗；

通过设置两组结构相同的第一扩流电路和第二扩流电路，两组并联的扩流电路对推挽升压电路输出的电流进行分流，每一组扩流电路设置3个场效应管并联分流，使每个场效应管上的负载电流变小，场效应管工作温度降低，电阻阻值减小，电路产生的热量较小，电路损耗降低，功率转换效率提高；

通过设置反馈电路、电压采样电路和电流采样电路，将第一整流单元输出的高压直流信号和全桥逆变驱动电路输出的交流信号实时反馈给CPU芯片，CPU芯片通过两级反馈调节输出的脉冲信号，使第一整流单元输出的高压直流信号和全桥逆变驱动电路输出的交流信号等于设定的阈值，对电路进行保护，提高正弦波逆变器的安全性能。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施方式而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种1000W高频型正弦波逆变器，其包括CPU芯片、直流电源、变压器和整流单元，其特征在于：还包括两组结构相同的第一推挽升压电路和第二推挽升压电路，以及两组结构相同的第一扩流电路和第二扩流电路；

所述CPU芯片的PWM1输出端口和PWM2输出端口分别与第一推挽升压电路的输入端和第二推挽升压电路的输入端一一对应电性连接，第一推挽升压电路的输出端和第二推挽升压电路的输出端分别与第一扩流电路的输入端和第二扩流电路的输入端一一对应电性连接，第一扩流电路的输出端和第二扩流电路的输出端分别与变压器原边的两端一一对应电性连接，直流电源与变压器的中心抽头电性连接，变压器副边的两端与整流单元电性连接。

2.如权利要求1所述的一种1000W高频型正弦波逆变器，其特征在于：所述直流电源采用输出为12V的直流电源。

3.如权利要求1所述的一种1000W高频型正弦波逆变器，其特征在于：所述第一推挽升压电路包括PNP型三极管Q20、NPN型三极管Q21、电阻R1-R2、无极性电容C11和极性电容C12；

所述CPU芯片的PWM1输出端口通过电阻R1分别与PNP型三极管Q20和NPN型三极管Q21的基极电性连接，电阻R2并联在PNP型三极管Q20的基极与集电极之间，PNP型三极管Q20的集电极接地，NPN型三极管Q21的集电极与电源电性连接，NPN型三极管Q21的发射极和PNP型三极管Q20的发射极分别与第一扩流电路的输入端电性连接，无极性电容C11并联在PNP型三极管Q20的集电极与NPN型三极管Q21的集电极的两端，极性电容C12并联在无极性电容C11的两端。

4.如权利要求3所述的一种1000W高频型正弦波逆变器，其特征在于：所述第一扩流电路包括电阻R15、电阻R17-R19和场效应管Q3-Q5；

所述NPN型三极管Q21的发射极和PNP型三极管Q20的发射极分别与电阻R15的一端、电阻R17的一端、电阻R18的一端和电阻R19的一端电性连接，电阻R17的另一端、电阻R18的另一端和电阻R19的另一端分别与场效应管Q3的栅极、场效应管Q4的栅极和场效应管Q5的栅极一一对应电性连接，电阻R15的另一端、场效应管Q3的源极、场效应管Q4的源极和场效应管Q5的源极均接地，场效应管Q3的漏极、场效应管Q4的漏极和场效应管Q5的漏极分别与变压器原边的一端电性连接。

5.如权利要求1所述的一种1000W高频型正弦波逆变器，其特征在于：所述整流单元包括第一整流单元和第二整流单元；

所述变压器副边的两端分别与第一整流单元的输入端和第二整流单元的输入端一一对应电性连接，第一整流单元的输出端输出高压直流信号，第二整流单元的输出端输出12V或5V的电压信号。

6.如权利要求5所述的一种1000W高频型正弦波逆变器，其特征在于：还包括反馈电路；

所述反馈电路的输入端与第一整流单元的输出端电性连接，反馈电路的输出端与CPU芯片的反馈输入端口电性连接。

7.如权利要求5所述的一种1000W高频型正弦波逆变器，其特征在于：还包括全桥逆变模块；

所述全桥逆变模块的输入端与第一整流单元的输出端电性连接，全桥逆变模块的输出端输出高频交流电压信号。

8.如权利要求7所述的一种1000W高频型正弦波逆变器，其特征在于：所述全桥逆变模块包括电流采样模块、电压采样模块和全桥逆变驱动电路；

所述全桥逆变驱动电路的输入端与第一整流单元的输出端电性连接，全桥逆变驱动电路的输出端分别与电流采样模块和电压采样模块的输入端电性连接，电流采样模块的输出端和电压采样模块的输出端分别与CPU芯片的电流反馈输入端口和电压反馈输入端口一一对应连接。

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