CN100499347C - 电源逆变装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电源逆变装置，其逆变电路5输出端输出逆变电给滤波电路6，滤波电路6输出正弦电压，其特征在于：PIC微电脑控制器MCU的经光隔离驱动器11连接逆变电路5的控制端；光隔离驱动器11为光耦隔离，所述逆变电路5为IGBT逆变H桥，该IGBT逆变H桥的输出端连接滤波电路6。其有益效果是：可以根据不同地区，调节相应的工作频率，使发电机工作在最佳效率状态，同时，降低了发电机正弦波形的畸变率，还节约了电源的占用空间，降低了成本。
Description
技术领域
本发明属于电源供电装置，具体地说，是一种通用发电机的电源逆变装置。
背景技术
通用发电机主要用于停电情况下，或是没有电源的环境，为用电设备供电，通机内安装有发电机，传统发电机输出的交流电经半控整流桥整流后形成直流电源，发送给电源逆变装置，传统电源逆变装置包括逆变电路、滤波电路、光隔离驱动器和逆变控制器，其中逆变电路的电源端获取半控整流桥输出的直流电源，逆变电路的控制端经光隔离驱动器连接逆变控制器，逆变电路的输出端输出逆变电给滤波电路的输入端，经滤波电路滤波整形后，其二个输出端输出正弦波电压。公知的单相发电机是二极同步发电机，采取的是AVR调节转子励磁电流来进行调压，为了保证输出额定电压和频率与市电相同，所以发电机的转速不管是空载、半载还是重载的时候，都是工作在固定的转速，输出50Hz时是3000转/分钟，输出60Hz时是3600转/分钟，这样将造成一定的能源浪费，也不环保；而且逆变电路正弦波形畸变率很大，如图1、图2所示，图1为空载波形、图2为满载波形，通常的波形畸变率达到20％左右，难以控制在国家标准规定的5％以下，电压和频率波动大，欠压与过压保护的响应速度慢或者就没有，对电源质量要求高的设备容易造成损坏；发电机的开、关机都需要人为现场干预，操控也比较麻烦。
现有逆变电源的缺点是：输出波形的畸变率大电压和频率波动大，欠压与过压保护的响应速度慢或者就没有，且无法根据负载变化调节输出功率。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本实用新型的目的在于提供一种电源逆变装置，它既能降低输出波形的畸变率，而且可根据负载变化调节输出功率。
为达到上述目的，本发明的技术方案如下：一种电源逆变装置，包括逆变电路、滤波电路、光隔离驱动器和逆变控制器，其中逆变电路输出端输出逆变电给所述滤波电路的输入端，该滤波电路的二个输出端输出的正弦波电压，其特征在于：所述逆变控制器是PIC微电脑控制器MCU，该PIC微电脑控制器MCU的第一输出端PA和第二输出端PB连接所述光隔离驱动器的输入端，该光隔离驱动器的输出端连接所述逆变电路的控制端；
PIC微电脑控制器MCU的的第一输出端PA和第二输出端PB输出电压值稳定的脉冲波，其脉冲波的频率周期不变，波宽由大到小、再由小到大，按正弦规律变化。
所述光隔离驱动器包括第一、第二、第三、第四光耦，所述逆变电路为IGBT逆变H桥，该IGBT逆变H桥包括第一、第二、第三、第四开关管；
其中第一、第三光耦的输入端并接在所述PIC微电脑控制器MCU的第一输出端PA上，第二、第四光耦的输入端并接在所述PIC微电脑控制器MCU的第二输出端PB上；
所述第一光耦的输出端连接有第一二极管的负极，该第一二极管的正极接所述第一开关管的栅极，所述第二光耦的输出端连接有第二二极管的负极，该第二二极管的正极接所述第三开关管的栅极，所述第三光耦的输出端连接有第三二极管的负极，该第三二极管的正极接所述第四开关管的栅极，所述第四光耦的输出端连接有第四二极管的负极，该第四二极管的正极接所述第二开关管的栅极，所述第一、第二、第三、第四二极管的两端都分别并联有电阻；
所述第一、第三开关管的源极并接在直流高压电源的正极上，所述第一开关管的漏极接第二开关管的源极，所述第三开关管的漏极接第四开关管的源极，所述第二、第四开关管的漏极并接在直流高压电源的地线上，所述第一、第二、第三、第四开关管的栅极与漏极之间分别连接有电阻；
直流高压电源为IGBT逆变H桥的电源端提供大功率直流电。直流高压电源来自发电机输出的交流电经半控整流桥整流后形成直流电源。
所述第一开关管和第三开关管的漏极作为逆变电路的输出端，连接所述滤波电路。
第一、第二、第三、第四开关管输出的脉冲波被滤波电路整形后，生成正弦波，其中波宽部分被整形为正弦波波峰，波窄部分被整形为波谷。通过PIC微电脑控制器MCU、IGBT逆变H桥和滤波电路，发电机产生的电能被重新逆变，其输出的正弦波波形频率完全由PIC微电脑控制器MCU，MCU可以根据环境需求的不同，调整工作频率和电压，同时，正弦波形的畸变率被抑制在了2.5％以内，完全符合5％的国家供电标准。
所述PIC微电脑控制器MCU设置有检测端A/D1，该检测端A/D1连接有直流电压检测器的输出端，所述直流电压检测器与所述逆变电路的电源端连接，直流电压检测器获取逆变电路电源端的输入电压值A；
所述PIC微电脑控制器MCU还设置有电压检测端A/D2，该电压检测端A/D2连接有输出电压检测器的输出端，所述输出电压检测器的二个检测端分别连接在所述滤波电路的二个输出端上，输出电压检测器获取滤波电路的输出电压值B；
所述PIC微电脑控制器MCU内的存储器存储有输入参考电压值A、输出参考电压值B、驱动脉冲频率参考值C和驱动脉冲宽度参考值D。
所述PIC微电脑控制器MCU设置有：
用于开始的装置；
用于获取所述输入电压值A’的装置；
用于读取所述输入参考电压值A的装置；
用于判断所述A’是否大于或等于A的装置；
如果A’小于A，则返回所述用于获取所述输入电压值A’的装置；
如果A’大于或等于A，则执行用于读取所述驱动脉冲频率参考值C的装置；
比较A’与A的大小，就是判断直流高压电源所提供的电能是否符合发电要求，MCU将在延时一段时间后启动，可以避免冲击电压引起的误动作；
用于读取所述驱动脉冲宽度参考值D的装置；
脉冲频率可以根据需要事先设定，如50Hz、60Hz，满足不同环境的脉冲频率设置要求。还可以根据负载大小，事先设定驱动脉冲宽度参考值D，保证发电机处于最佳工作状态；
用于输出驱动脉冲的装置；
用于获取输出电压值B’的装置；
用于读取输出参考电压值B的装置；
用于判断所述B’是否大于B的装置；
如果B’大于B，则执行用于减小驱动脉冲宽度参考值D的装置；
返回所述用于读取所述驱动脉冲宽度参考值D的装置；
如果B’不大于B，则执行用于判断所述B’是否小于B的装置；
如果B’小于B，则执行用于加大驱动脉冲宽度参考值D的装置；
返回所述用于读取所述驱动脉冲宽度参考值D的装置；
如果B’等于B，则执行判断是否有关机指令的装置；
根据输出参考电压值B的大小，调整输出电压值B’的大小，使B’值无限接近B值，保证发电机处于最佳工作状态；
如果未获得关机指令，则返回所述用于读取所述驱动脉冲宽度参考值D的装置；
如果获得关机指令；
则执行用于关机结束的装置。
所述PIC微电脑控制器MCU还设置有电流检测端A/D3，该电流检测端A/D3连接有输出电流检测器的输出端，该输出电流检测器的二个检测端串接在所述滤波电路的一个输出端电路上，所述PIC微电脑控制器MCU获取所述输出电流检测器的检测值。
输出电流检测器输出的检测值送入PIC微电脑控制器MCU，MCU将电流值与电流保护值比较，当大于该值即关闭第一输出端PA和第二输出端PB，停止输出脉冲波，保护整个***。
所述第一光耦的电源端Vcc连接有第一自举二极管的负极，该第一自举二极管的正极接正电源，第一光耦的电源端Vcc还连接有第一自举电容的正极，该第一自举电容的负极接所述第一光耦的逻辑地电位端Vss，该逻辑地电位端Vss还连接所述第一开关管的漏极；
所述第二光耦的电源端Vcc连接有第二自举二极管的负极，该第二自举二极管的正极接正电源，第二光耦的电源端Vcc还连接有第二自举电容的正极，该第二自举电容的负极接所述第二光耦的逻辑地电位端Vss，该逻辑地电位端Vss还连接所述第三开关管的漏极；
所述第三、第四光耦的逻辑地电位端Vss并接在一起，并与所述第二、第四开关管的漏极并接在一起。
常规的光耦控制开关管技术，为避免反向电流对电源和光耦的冲击，都是采用四路电源分别为四个光耦供电，自举二极管和自举电容起到了隔离保护的作用，只需要二路电源就可以实现四个光耦的安全供电，节约了电源的占用空间，降低了成本。
有益效果：可以根据不同地区，调节相应的工作频率，使发电机工作在最佳效率状态，同时，降低了发电机正弦波形的畸变率，还节约了电源的占用空间，降低了成本。
附图说明
图1为现有发电机输出的空载波形；
图2为现有发电机输出的满载波形，
图3为本发明的原理框图；
图4为光隔离驱动器、IGBT逆变H桥和滤波电路的电路原理图；
图5为光耦的电路原理图；
图6为PIC微电脑控制器MCU的工作流程图；
图7为PIC微电脑控制器MCU中PA、PB端的输出波形，及别滤波电路整形后的正弦波对照图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：
如图3所示，一种电源逆变装置，包括逆变电路5、滤波电路6、光隔离驱动器11和逆变控制器2，其中逆变电路5输出端输出逆变电给所述滤波电路6的输入端，该滤波电路6的二个输出端输出的正弦波电压，其特征在于：所述逆变控制器2是PIC微电脑控制器MCU，该PIC微电脑控制器MCU的第一输出端PA和第二输出端PB连接所述光隔离驱动器11的输入端，该光隔离驱动器11的输出端连接所述逆变电路5的控制端；
PIC微电脑控制器MCU的第一输出端PA和第二输出端PB输出电压值稳定的脉冲波，其脉冲波的频率周期不变，波宽由大到小、再由小到大，按正弦规律变化。
MCU采用性能高价格低的8位单片机PIC16F883，抗干扰能力强，有丰富的A/D接口，以及增强型CCP和ISP通讯功能，可以很方便地使用其内部的硬件就可以产生SPWM波形和频率捕捉控制。
如图3、4、5所示，所述光隔离驱动器11包括第一、第二、第三、第四光耦U7、U8、U9、U10，所述逆变电路5为IGBT逆变H桥，该IGBT逆变H桥包括第一、第二、第三、第四开关管Q1、Q2、Q3、Q4；
其中第一、第三光耦U7、U9的输入端并接在所述PIC微电脑控制器MCU的第一输出端PA上，第二、第四光耦U8、U10的输入端并接在所述PIC微电脑控制器MCU的第二输出端PB上；
所述第一光耦U7的输出端连接有第一二极管D14的负极，该第一二极管D14的正极接所述第一开关管Q1的栅极，所述第二光耦U8的输出端连接有第二二极管D16的负极，该第二二极管D16的正极接所述第三开关管Q3的栅极，所述第三光耦U9的输出端连接有第三二极管D17的负极，该第三二极管D17的正极接所述第四开关管Q4的栅极，所述第四光耦U10的输出端连接有第四二极管D18的负极，该第四二极管D18的正极接所述第二开关管Q2的栅极，所述第一、第二、第三、第四二极管D14、D16、D17、D18的两端都分别并联有电阻；
所述第一、第三开关管Q1、Q3的源极并接在直流高压电源的正极上，所述第一开关管Q1的漏极接第二开关管Q2的源极，所述第三开关管Q3的漏极接第四开关管Q4的源极，所述第二、第四开关管Q2、Q4的漏极并接在直流高压电源的地线上，所述第一、第二、第三、第四开关管Q1、Q2、Q3、Q4的栅极与漏极之间分别连接有电阻；
直流高压电源为IGBT逆变H桥的电源端提供大功率直流电。直流高压电源来自发电机输出的交流电经半控整流桥3整流后形成直流电源。
所述第一开关管Q1和第三开关管Q3的漏极作为逆变电路5的输出端，连接所述滤波电路6。
如图7所示，第一、第二、第三、第四开关管Q1、Q2、Q3、Q4输出的脉冲波被滤波电路6整形后，生成正弦波，其中波宽部分被整形为正弦波波峰，波窄部分被整形为波谷。通过PIC微电脑控制器MCU、IGBT逆变H桥和滤波电路6，发电机产生的电能被重新逆变，其输出的正弦波波形频率完全由PIC微电脑控制器MCU，MCU可以根据环境需求的不同，调整工作频率和电压，同时，正弦波形的畸变率被抑制在了2.5％以内，完全符合5％的国家供电标准。
如图3所示，所述PIC微电脑控制器MCU设置有检测端A/D1，该检测端A/D1连接有直流电压检测器10的输出端，所述直流电压检测器10与所述逆变电路5的电源端连接，直流电压检测器10获取逆变电路5电源端的输入电压值A；
所述PIC微电脑控制器MCU还设置有电压检测端A/D2，该电压检测端A/D2连接有输出电压检测器7的输出端，所述输出电压检测器7的二个检测端分别连接在所述滤波电路6的二个输出端上，输出电压检测器7获取滤波电路6的输出电压值B；
所述PIC微电脑控制器MCU内的存储器存储有输入参考电压值A、输出参考电压值B、驱动脉冲频率参考值C和驱动脉冲宽度参考值D。
如图6所示，所述PIG微电脑控制器MCU设置有：
用于开始的装置；
用于获取所述输入电压值A’的装置；
用于读取所述输入参考电压值A的装置；
用于判断所述A’是否大于或等于A的装置；
如果A’小于A，则返回所述用于获取所述输入电压值A’的装置；
如果A’大于或等于A，则执行用于读取所述驱动脉冲频率参考值C的装置；
比较A’与A的大小，就是判断直流高压电源所提供的电能是否符合发电要求，MCU将在延时一段时间后启动，可以避免冲击电压引起的误动作；
用于读取所述驱动脉冲宽度参考值D的装置；
脉冲频率可以根据需要事先设定，如50Hz、60Hz，满足不同环境的脉冲频率设置要求。还可以根据负载大小，事先设定驱动脉冲宽度参考值D，保证发电机处于最佳工作状态；
用于输出驱动脉冲的装置；
用于获取输出电压值B’的装置；
用于读取输出参考电压值B的装置；
用于判断所述B’是否大于B的装置；
如果B’大于B，则执行用于减小驱动脉冲宽度参考值D的装置；
返回所述用于读取所述驱动脉冲宽度参考值D的装置；
如果B’不大于B，则执行用于判断所述B’是否小于B的装置；
如果B’小于B，则执行用于加大驱动脉冲宽度参考值D的装置；
返回所述用于读取所述驱动脉冲宽度参考值D的装置；
如果B’等于B，则执行判断是否有关机指令的装置；
根据输出参考电压值B的大小，调整输出电压值B’的大小，使B’值无限接近B值，保证发电机处于最佳工作状态；
如果未获得关机指令，则返回所述用于读取所述驱动脉冲宽度参考值D的装置；
如果获得关机指令；
则执行用于关机结束的装置。
如图3所示，所述PIC微电脑控制器MCU还设置有电流检测端A/D3，该电流检测端A/D3连接有输出电流检测器8的输出端，该输出电流检测器8的二个检测端串接在所述滤波电路6的一个输出端电路上，所述PIC微电脑控制器MCU获取所述输出电流检测器8的检测值。
电流检测器8输出的检测值送入PIC微电脑控制器MCU，MCU将电流值与电流保护值比较，当大于该值即关闭的第一输出端PA和第二输出端PB，停止输出脉冲波，保护整个***。
如图4所示，所述第一光耦U7的电源端Vcc连接有第一自举二极管D13的负极，该第一自举二极管D13的正极接正电源，第一光耦U7的电源端Vcc还连接有第一自举电容C52的正极，该第一自举电容C52的负极接所述第一光耦U7的逻辑地电位端Vss，该逻辑地电位端Vss还连接所述第一开关管Q1的漏极；
所述第二光耦U8的电源端Vcc连接有第二自举二极管D15的负极，该第二自举二极管D15的正极接正电源，第二光耦U8的电源端Vcc还连接有第二自举电容C54的正极，该第二自举电容C54的负极接所述第二光耦U8的逻辑地电位端Vss，该逻辑地电位端Vss还连接所述第三开关管Q3的漏极；
所述第三、第四光耦U9、U10的逻辑地电位端Vss并接在一起，并与所述第二、第四开关管Q2、Q4的漏极并接在一起。
常规的光耦控制开关管技术，为避免反向电流对电源和光耦的冲击，都是采用四路电源分别为四个光耦供电，自举二极管和自举电容起到了隔离保护的作用，只需要二路电源就可以实现四个光耦的安全供电，节约了电源的占用空间，降低了成本。
其工作原理是：
PIC微电脑控制器MCU的第一输出端PA和第二输出端PB输出脉冲波，该波形的功率和电压被IGBT逆变H桥放大，IGBT逆变H桥的的放大动能来自发电机1和三相半控整流桥3，IGBT逆变H桥放大输出的脉冲波被滤波电路6整形成畸变率小的电流向外输送。
Claims (5)
1、一种电源逆变装置，包括逆变电路(5)、滤波电路(6)、光隔离驱动器(11)和逆变控制器(2)，其中逆变电路(5)输出端输出逆变电给所述滤波电路(6)的输入端，该滤波电路(6)的二个输出端输出正弦波电压，其特征在于：所述逆变控制器(2)是PIC微电脑控制器(MCU)，该PIC微电脑控制器(MCU)的第一输出端(PA)和第二输出端(PB)连接所述光隔离驱动器(11)的输入端，该光隔离驱动器(11)的输出端连接所述逆变电路(5)的控制端；
所述光隔离驱动器(11)包括第一、第二、第三、第四光耦(U7、U8、U9、U10)，所述逆变电路(5)为IGBT逆变H桥，该IGBT逆变H桥包括第一、第二、第三、第四开关管(Q1、Q2、Q3、Q4)；
其中第一、第三光耦(U7、U9)的输入端并接在所述PIC微电脑控制器(MCU)的第一输出端(PA)上，第二、第四光耦(U8、U10)的输入端并接在所述PIC微电脑控制器(MCU)的第二输出端(PB)上；
所述第一光耦(U7)的输出端连接有第一二极管(D14)的负极，该第一二极管(D14)的正极接所述第一开关管(Q1)的栅极，所述第二光耦(U8)的输出端连接有第二二极管(D16)的负极，该第二二极管(D16)的正极接所述第三开关管(Q3)的栅极，所述第三光耦(U9)的输出端连接有第三二极管(D17)的负极，该第三二极管(D17)的正极接所述第四开关管(Q4)的栅极，所述第四光耦(U10)的输出端连接有第四二极管(D18)的负极，该第四二极管(D18)的正极接所述第二开关管(Q2)的栅极，所述第一、第二、第三、第四二极管(D14、D16、D17、D18)的两端都分别并联有电阻；
所述第一、第三开关管(Q1、Q3)的源极并接在直流高压电源的正极上，所述第一开关管(Q1)的漏极接第二开关管(Q2)的源极，所述第三开关管(Q3)的漏极接第四开关管(Q4)的源极，所述第二、第四开关管(Q2、Q4)的漏极并接在直流高压电源的地线上，所述第一、第二、第三、第四开关管(Q1、Q2、Q3、Q4)的栅极与漏极之间分别连接有电阻；
所述第一开关管(Q1)和第三开关管(Q3)的漏极作为逆变电路(5)的输出端，连接所述滤波电路(6)。
2、根据权利要求1所述的电源逆变装置，其特征在于：所述PIC微电脑控制器(MCU)设置有检测端(A/D1)，该检测端(A/D1)连接直流电压检测器(10)的输出端，所述直流电压检测器(10)与所述逆变电路(5)的电源端连接，直流电压检测器(10)获取逆变电路(5)电源端的输入电压值A’；
所述PIC微电脑控制器(MCU)还设置有电压检测端(A/D2)，该电压检测端(A/D2)连接输出电压检测器(7)的输出端，所述输出电压检测器(7)的二个检测端分别连接在所述滤波电路(6)的二个输出端上，输出电压检测器(7)获取滤波电路(6)的输出电压值B’；
所述PIC微电脑控制器(MCU)内的存储器存储有输入参考电压值A、输出参考电压值B、驱动脉冲频率参考值C和驱动脉冲宽度参考值D。
3、根据权利要求2所述的电源逆变装置，其特征在于：所述PIC微电脑控制器(MCU)设置有：
用于开始的装置；
用于获取所述输入电压值A’的装置；
用于读取所述输入参考电压值A的装置；
用于判断所述A’是否大于或等于A的装置；
如果A’小于A，则返回所述用于获取所述输入电压值A’的装置；
如果A’大于或等于A，则执行用于读取所述驱动脉冲频率参考值C的装置；
用于读取所述驱动脉冲宽度参考值D的装置；
用于输出驱动脉冲的装置；
用于获取输出电压值B’的装置；
用于读取输出参考电压值B的装置；
用于判断所述B’是否大于B的装置；
如果B’大于B，则执行用于减小驱动脉冲宽度参考值D的装置；
返回所述用于读取所述驱动脉冲宽度参考值D的装置；
如果B’不大于B，则执行用于判断所述B’是否小于B的装置；
如果B’小于B，则执行用于加大驱动脉冲宽度参考值D的装置；
返回所述用于读取所述驱动脉冲宽度参考值D的装置；
如果B’等于B，则执行判断是否有关机指令的装置；
如果未获得关机指令，则返回所述用于读取所述驱动脉冲宽度参考值D的装置；
如果获得关机指令；
则执行用于关机结束的装置。
4、根据权利要求1或2所述的电源逆变装置，其特征在于：所述PIC微电脑控制器(MCU)还设置有电流检测端(A/D3)，该电流检测端(A/D3)连接有输出电流检测器(8)的输出端，该输出电流检测器(8)的二个检测端串接在所述滤波电路(6)的一个输出端电路上，所述PIC微电脑控制器(MCU)获取所述输出电流检测器(8)的检测值。
5、根据权利要求1所述的电源逆变装置，其特征在于：所述第一光耦(U7)的电源端(Vcc)连接有第一自举二极管(D13)的负极，该第一自举二极管(D13)的正极接正电源，第一光耦(U7)的电源端(Vcc)还连接有第一自举电容(C52)的正极，该第一自举电容(C52)的负极接所述第一光耦(U7)的逻辑地电位端(Vss)，该逻辑地电位端(Vss)还连接所述第一开关管(Q1)的漏极；
所述第二光耦(U8)的电源端(Vcc)连接有第二自举二极管(D15)的负极，该第二自举二极管(D15)的正极接正电源，第二光耦(U8)的电源端(Vcc)还连接有第二自举电容(C54)的正极，该第二自举电容(C54)的负极接所述第二光耦(U8)的逻辑地电位端(Vss)，该逻辑地电位端(Vss)还连接所述第三开关管(Q3)的漏极；
所述第三、第四光耦(U9、U10)的逻辑地电位端(Vss)并接在一起，并与所述第二、第四开关管(Q2、Q4)的漏极并接在一起。
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