專利名稱：純正弦波逆變器的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種逆變器，特別是涉及一種純正弦波逆變器。
技術背景逆變器是一種電源轉換裝置，用于將直流電轉化為220V、 50Hz的交流電，不同地區該交流電參數并不一致。逆變器廣泛用于太陽能、風能、汽 車、野外作業、機車和飛行器等。目前所使用的傳統的逆變器存在如下幾個問題1、傳統的逆變器普遍存在著僅僅由集成放大器來實現各項保護功 能，在保護電路之上也沒有一級管理保護電路的電路，因此，保護電路的 靈活性差，針對不同場合的需要就須改變保護電路，而且，在前后級隔離 的逆變器電路中， 一部分保護電路在后級， 一旦前級的變壓器停止工作， 則后級將會失去供電電壓，這將導致這部分保護電路失去作用，從而存在著短路保護不可靠，使逆變器狀態不能穩定，逆變器容易損壞。2、傳統的逆變器在發生短路或者過流保護的時候，通常是將驅動芯片的關斷控制引 腳激活，使得全橋電路的場效應管全部停止工作，達到保護逆變器和用戶 電器的目的，但是，這樣存在著弊端，即此時全橋電路中沒有回路存在， 則輸出濾波電感上的電流不能突變，會產生一個很高的反電動勢，威脅到逆變器元件的安全。3、傳統上逆變器的正弦濾波電路僅僅只有一個由電感 和電容組成的LC濾波器，僅有一個電感電容LC濾波的傳統逆變器，輸出 濾波比較簡單，其濾波能力有限，且正弦波的輸出不是十分平滑，這種逆 變器在使用上有很多的局限性。總之，現有逆變器在實際使用中常會出現短路保護不可靠，逆變器容 易損壞，僅僅由集成放大器來實現各項保護功能，系統的保護功能不夠穩 定、靈活，針對芯片無特殊的保護器件，芯片容易損壞，輸出濾波比較簡單，波形不夠平滑等問題，因此，開發一種結構簡單，高效穩定的純正弦 逆變器是十分有意義的。 發明內容本實用新型的目的是要提供一種改進的純正弦波逆變器，它不但能有 效地使純正弦波逆變器工作時始終處于正常狀態，而且，還使得逆變器短 路保護更為可靠，保護電路更加穩定，芯片器件更加安全，輸出波形更加 平滑。為了達到上述的目的本實用新型的解決方案是本實用新型的純正弦 波逆變器包括一殼體，所述的殼體內設有一電路板，所述的殼體的前端面 上設有一直流輸入插座，所述的殼體的一側壁上設有一交流輸出插座，所 述的電路板由所述的脈沖寬度調制電路、全橋整流濾波電路、全橋電路、 輸出濾波電路、輔助電源、脈沖寬度調制控制電路、穩壓電路、保護電路、 正弦脈沖寬度調制發生電路所構成，所述的電路板上的直流輸入正、負極VIN+、 VIN—接點與直流輸入插座上的接點分別電連接，所述的電路板上 的交流輸出V0UT1、 V0UT2接點與交流輸出插座上的接點分別電連接，所述 的殼體的前端面上還設有狀態顯示安裝孔，所述的電路板上還設有輸出輔 助濾波電路、系統狀態管理電路及正弦脈沖寬度調制驅動電路，所述的輸 出輔助濾波電路由電阻R11和C2所組成并形成串接電連接，所述的電阻R11 和C2串聯后的兩端并聯在輸出濾波電路的電容Cl兩端的接點處，所述的 系統狀態管理電路由電阻R6、 R7、 R17、 R18、 R19、 R20、 R37、電容C5、 C6、 C12、發光二極管LED1和LED2、光耦U1、 U2、三端穩壓器IC2及單片 機IC4所組成并形成電連接，所述的光耦Ul的1腳接點接穩壓電路的Nl 接點，光耦U1的3腳接點接脈沖寬度調制控制電路的控制芯片IC3的1腳 接點，光耦Ul的4腳接點接脈沖寬度調制控制電路的控制芯片IC3的16 腳接點，電阻R20的一端接點接保護電路的二極管D7的負極接點，光耦U2的3腳接點接脈沖寬度調制控制電路的控制芯片IC3的11腳接點，光耦U2 的4腳接點接脈沖寬度調制控制電路的控制芯片IC3的16腳接點，電阻R6 與三端穩壓器IC2的1腳之間的接點接直流輸入正極VIN+接點，單片機IC4 的7腳接點接二極管D6正極接點，所述的正弦脈沖寬度調制驅動電路由電 阻R31、 R32、 R33、 R34、電容C8、電解電容E7、 E8、 E9、 二極管D12、 D13、 D14及驅動芯片IC9、 IC10所組成并形成電連接，所述的電阻R31的一端 接點接全橋電路的場效應管Q3的柵極接點，電阻R32的一端接點接全橋電 路的場效應管Q4的柵極接點，電阻R33的一端接點接全橋電路的場效應管 Q6的柵極接點，電阻R34的一端接點接全橋電路的場效應管Q5的柵極接點， 電解電容E7的正極接點接輸出濾波電路的電感L一端的接點，二極管D12、 D14正極接點分別接輔助電源的N2的接點，驅動芯片IC9的12腳接點接正 弦脈沖寬度調制發生電路的單片機IC11的11腳接點，驅動芯片IC9的14 腳接點接正弦脈沖寬度調制發生電路的單片機IC11的9腳接點，驅動芯片 IC10的12腳接點接正弦脈沖寬度調制發生電路的單片機IC11的8腳接點， 驅動芯片IC10的14腳接點接正弦脈沖寬度調制發生電路的單片機IC11的 7腳接點，所述的系統狀態管理電路上的發光二極管LED1、 LED2安置在所 述的殼體上的狀態顯示安裝孔處。由于本實用新型改進了現有的純正弦波逆變器，在本實用新型中，安 設了系統狀態管理電路，并添加了一個專門用于管理保護電路的單片機 IC4，由于單片機IC4可以調整它內部的程序，使得逆變器的保護電路不需要改變硬件電路即可應對不同的實際要求，而且，芯片采用前級供電電源， 即使在逆變器前級的變壓器停止工作，后級的保護電路也停止工作的情況 下，芯片也將持續得到供電，從而保證了逆變器保護狀態不會因掉電而丟 失。本實用新型還采取不關斷電路中的全橋場效應管的技術方案，而是關 閉變壓器的輸出，同時許可全橋電路在發生短路或者過流后還持續工作一小段時間，放掉輸出濾波電感上積累的電量，使逆變器本身不用承受過高 的反電動勢，從而保障了元器件的安全，使系統更為可靠，并且采用這種 方法也簡化了電路的結構。本實用新型在輸出濾波電路后面還增加了一個 輸出輔助濾波電路，則可以對輸出波形進行進一步的濾波，又進一步平滑 了輸出波形，且提高了輸出波形的質量。總而言之，本實用新型使用單片機實現系統的保護功能，提高了逆變器的穩定性和可靠性，給單片機IC4增加了防電壓突變保護，提供了逆變 器殘余電量的泄放方案，使系統工作更加穩定，提高了逆變器的可靠性， 添加的輸出輔助濾波電路，使輸出波形更加平滑。
本實用新型的具體結構由以下的實施例及其附圖給出。 圖1是本實用新型的純正弦波逆變器的結構示意圖。圖2是本實用新型的純正弦波逆變器的電氣原理圖。 圖3是本實用新型的純正弦波逆變器的輸出濾波電路與輸出輔助濾波 電路圖。圖4是本實用新型的純正弦波逆變器的系統狀態管理電路圖。圖5是本實用新型的純正弦波逆變器的正弦脈沖寬度調制驅動電路圖。
具體實施方式
-以下將結合附圖對本實用新型的純正弦波逆變器作進一步詳細描述。 參見圖1、圖2、圖3、圖4和圖5，該實用新型的純正弦波逆變器由 所述的殼體1與所述的殼體1內的所述的電路板2所構成。所述的殼體1的前端面上設有一直流輸入插座3，所述的殼體1的前端 面上還設有狀態顯示安裝孔5、 6，所述的殼體1的一側壁上設有一交流輸 出插座4，所述的電路板2包含有所述的脈沖寬度調制電路201、全橋整流 濾波電路202、全橋電路203、輸出濾波電路204、輸出輔助濾波電路205、輔助電源206、脈沖寬度調制控制電路207、系統狀態管理電路208、正弦 脈沖寬度調制驅動電路209，穩壓電路210、保護電路211及正弦脈沖寬度 調制發生電路212，所述的電路板2上的直流輸入正、負極VIN+、 VIN— 接點與直流輸入插座3上的接點分別電連接，所述的電路板2上的交流輸 出V0UT1、 V0UT2接點與交流輸出插座4上的接點分別電連接。所述的輸出輔助濾波電路205由電阻Rll和C2所組成并形成串接電連 接，所述的電阻Rll和C2串聯后的兩端并聯在輸出濾波電路204的電容Cl 兩端的接點處。所述的系統狀態管理電路208由電阻R6、 R7、 R17、 R18、 R19、 R20、 R37、電容C5、 C6、 C12、發光二極管LED1和LED2、光耦U1、 U2、三端穩 壓器IC2及單片機IC4所組成并形成電連接，所述的光耦Ul的1腳接點接 穩壓電路210的Nl接點，光耦Ul的3腳接點接脈沖寬度調制控制電路207 的控制芯片IC3的1腳接點，光耦Ul的4腳接點接脈沖寬度調制控制電路 207的控制芯片IC3的16腳接點，電阻R20的一端接點接保護電路211的 二極管D7的負極接點，光耦U2的3腳接點接脈沖寬度調制控制電路207 的控制芯片IC3的11腳接點，光耦U2的4腳接點接脈沖寬度調制控制電 路207的控制芯片IC3的16腳接點，電阻R6與三端穩壓器IC2的1腳之 間的接點接直流輸入正極VIN+接點，單片機IC4的7腳接點接二極管D6正 極接點。所述的系統狀態管理電路208上的發光二極管LED1、 LED2安置在 所述的殼體1上的狀態顯示安裝孔5、 6處。所述的正弦脈沖寬度調制驅動電路209由電阻R31、 R32、 R33、 R34、 電容C8、電解電容E7、 E8、 E9、 二極管D12、 D13、 D14及驅動芯片IC9、 IC10所組成并形成電連接，所述的電阻R31的一端接點接全橋電路203的 場效應管Q3的柵極接點，電阻R32的一端接點接全橋電路203的場效應管 Q4的柵極接點，電阻R33的一端接點接全橋電路203的場效應管Q6的柵極接點，電阻R34的一端接點接全橋電路203的場效應管Q5的柵極接點，電 解電容E7的正極接點接輸出濾波電路204的電感L一端的接點，二極管D12、 D14正極接點分別接輔助電源206的N2的接點，驅動芯片IC9的12腳接點 接正弦脈沖寬度調制發生電路212的單片機IC11的11腳接點，驅動芯片 IC9的14腳接點接正弦脈沖寬度調制發生電路212的單片機IC11的9腳接 點，驅動芯片IC10的12腳接點接正弦脈沖寬度調制發生電路212的單片 機IC11的8腳接點，驅動芯片IC10的14腳接點接正弦脈沖寬度調制發生 電路212的單片機IC11的7腳接點。本實用新型的純正弦波逆變器的電路工作狀況如下，先由脈沖寬度調 制控制電路201產生40KHz的脈沖寬度調制信號，分頻為20KHz后送入到 全橋電路203的場效應管Ql和Q2的柵極，控制場效應管Ql和Q2交替導 通，從而在高頻變壓器原邊形成高速變化的電流，在高頻變壓器的副邊升 壓為高壓交流電，再通過全橋整流濾波電路202的整流橋Dl至D4和濾波 電解電容E2變成高壓直流電，該高壓直流電經過采樣，通過系統狀態管理 電路208的光耦Ul反饋回到脈沖寬度調制控制電路201，從而改變脈沖寬 度調制輸出的占空比，使高壓直流電壓穩定，通過采樣高壓直流線上的取 樣電阻R4上的電壓，可以判斷是否有短路或過流發生，若有，過流保護和 短路保護電路將產生一高電平，通過系統狀態管理電路208的光耦U2送入 單片機IC4，再反饋正弦脈沖寬度調制驅動電路209，關斷正弦脈沖寬度調 制驅動電路209的輸出，正弦脈沖寬度調制波形由正弦脈沖寬度調制發生 電路212的單片機IC11產生，正弦脈沖寬度調制波形輸出至正弦脈沖寬度 調制驅動電路209上，通過正弦脈沖寬度調制驅動電路209的放大，從而 驅動全橋電路203的場效應管Q3， Q4， Q5， Q6，使全橋電路203的場效應 管Q3、 Q4按20KHz速度開關，全橋電路203的場效應管Q5、 Q6按50Hz速 度開關，最后，通過輸出濾波電路204、輸出輔助濾波電路205之后，過濾掉2KHz以上的高頻部分，從而獲得220V的純正弦的交流電。其中所述的系統狀態管理電路208中，單片機IC4管理逆變器的保護 狀態，如果保護電路211啟動，光耦U2將導通，單片機IC4的6腳將獲得 一個高電平，通過單片機IC4的內部運算后，單片機IC4的7腳將會輸出 高電平關閉脈沖寬度調制控制電路207的控制芯片IC3，從而關閉變壓器的 工作，實現了逆變器的保護功能，逆變器的輸入電壓VIN+通過電阻R6和 R7分壓后進入單片機IC4的1腳，單片機IC4可以由此來判斷是否過電壓 或者欠電壓，從而相應地打開或關閉變壓器，單片機IC4內部的程序可以 調整在何時、以什么方式關閉或開啟變壓器，從而達到靈活管理保護狀態 的目的，電阻R20則用來限制通過光耦U2的電流，保護光耦U2，針對單片 機IC4的Vpp引腳還作了特別的保護，因為在Vpp腳上的電壓過高，會使 單片機內部的程序丟失或者跑飛。在單片機IC4的Vpp引腳接一個由電阻 R37和電容C12組成的結構，電阻R37使單片機IC4的Vpp的對地電位不 為零，并聯上電容C12后，不但可以在程序中使用單片機IC4的Vpp引腳， 讓單片機IC4的Vpp引腳發揮作用，還可以有效的防止了該腳位上的電壓 突變，從而抑制了電壓尖峰，阻止單片機IC4的芯片程序跑飛或程序丟失 等現象發生，保證了單片機IC4工作的穩定性，使逆變器更加可靠。其中在所述的正弦脈沖寬度調制驅動電路209中，在正弦脈沖寬度調 制驅動芯片IC9、 IC10的關斷控制引腳上直接接地，使得在發生短路或者 過流時，在關斷變壓器的輸入之后，正弦脈沖寬度調制驅動電路209還可 以利用系統內部電解電容E7、 E8和E9的電量繼續工作，全橋電路203的 場效應管Q3， Q4， Q5， Q6還能持續工作一小段時間，放掉輸出濾波電路204 中濾波電感L上的電能，從而提高了逆變器的可靠性。其中在交流220V輸出濾波電路204上，再并聯一個由C2和Rll組成 的輸出輔助濾波電路205，則可以對輸出波形實施進一步的濾波，提高輸出 波形的質量。
權利要求1、一種純正弦波逆變器，它包括一殼體(1)，所述的殼體(1)內設有一電路板(2)，所述的殼體(1)的前端面上設有一直流輸入插座(3)，所述的殼體(1)的一側壁上設有一交流輸出插座(4)，所述的電路板(2)由所述的脈沖寬度調制電路(201)、全橋整流濾波電路(202)、全橋電路(203)、輸出濾波電路(204)、輔助電源(206)、脈沖寬度調制控制電路(207)、穩壓電路(210)、保護電路(211)、正弦脈沖寬度調制發生電路(212)所構成，所述的電路板(2)上的直流輸入正、負極VIN+、VIN-接點與直流輸入插座(3)上的接點分別電連接，所述的電路板(2)上的交流輸出VOUT1、VOUT2接點與交流輸出插座(4)上的接點分別電連接，其特征在于所述的殼體(1)的前端面上還設有狀態顯示安裝孔(5)、(6)，所述的電路板(2)上還設有輸出輔助濾波電路(205)、系統狀態管理電路(208)及正弦脈沖寬度調制驅動電路(209)，所述的輸出輔助濾波電路(205)由電阻R11和C2所組成并形成串接電連接，所述的電阻R11和C2串聯后的兩端并聯在輸出濾波電路(204)的電容C1兩端的接點處，所述的系統狀態管理電路(208)由電阻R6、R7、R17、R18、R19、R20、R37、電容C5、C6、C12、發光二極管LED1和LED2、光耦U1、U2、三端穩壓器IC2及單片機IC4所組成并形成電連接，所述的光耦U1的1腳接點接穩壓電路(210)的N1接點，光耦U1的3腳接點接脈沖寬度調制控制電路(207)的控制芯片IC3的1腳接點，光耦U1的4腳接點接脈沖寬度調制控制電路(207)的控制芯片IC3的16腳接點，電阻R20的一端接點接保護電路(211)的二極管D7的負極接點，光耦U2的3腳接點接脈沖寬度調制控制電路(207)的控制芯片IC3的11腳接點，光耦U2的4腳接點接脈沖寬度調制控制電路(207)的控制芯片IC3的16腳接點，電阻R6與三端穩壓器IC2的1腳之間的接點接直流輸入正極VIN+接點，單片機IC4的7腳接點接二極管D6正極接點，所述的正弦脈沖寬度調制驅動電路(209)由電阻R31、R32、R33、R34、電容C8、電解電容E7、E8、E9、二極管D12、D13、D14及驅動芯片IC9、IC10所組成并形成電連接，所述的電阻R31的一端接點接全橋電路(203)的場效應管Q3的柵極接點，電阻R32的一端接點接全橋電路(203)的場效應管Q4的柵極接點，電阻R33的一端接點接全橋電路(203)的場效應管Q6的柵極接點，電阻R34的一端接點接全橋電路(203)的場效應管Q5的柵極接點，電解電容E7的正極接點接輸出濾波電路(204)的電感L一端的接點，二極管D12、D14正極接點分別接輔助電源(206)的N2的接點，驅動芯片IC9的12腳接點接正弦脈沖寬度調制發生電路(212)的單片機IC11的11腳接點，驅動芯片IC9的14腳接點接正弦脈沖寬度調制發生電路(212)的單片機IC11的9腳接點，驅動芯片IC10的12腳接點接正弦脈沖寬度調制發生電路(212)的單片機IC11的8腳接點，驅動芯片IC10的14腳接點接正弦脈沖寬度調制發生電路(212)的單片機IC11的7腳接點，所述的系統狀態管理電路(208)上的發光二極管LED1、LED2安置在所述的殼體(1)上的狀態顯示安裝孔(5)、(6)處。
專利摘要一種純正弦波逆變器。它包括內設電路板的殼體，殼體上設有直流輸入插座、交流輸出插座，電路板由脈沖寬度調制電路、全橋整流濾波電路、全橋電路、輸出濾波電路、輔助電源、脈沖寬度調制控制電路、穩壓電路、保護電路、正弦脈沖寬度調制發生電路所構成，電路板上的直流輸入正、負極VIN+、VIN-接點與直流輸入插座上接點電連接，交流輸出VOUT1、VOUT2接點與交流輸出插座上接點電連接，其特征殼體上還設狀態顯示安裝孔，電路板上還設輸出輔助濾波電路、系統狀態管理電路及正弦脈沖寬度調制驅動電路，系統狀態管理電路上的發光二極管LED1、LED2安置在殼體上的狀態顯示安裝孔處。本實用新型的純正弦波逆變器適用于太陽能、風能、汽車、野外作業、機車和飛行器等。
文檔編號H02M7/48GK201118464SQ20082005625
公開日2008年9月17日 申請日期2008年3月14日 優先權日2008年3月14日
發明者鄭進文 申請人:鄭進文