CN110943529A - 一种互动式逆变器用的市电切换电路及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种互动式逆变器用的市电切换电路,包括电压比较电路与开关切换电路;所述电压比较电路包括整流电路与电压比较器,所述整流电路的输入端与市电连接,所述整流电路的输出端与电压比较器的输入端连接;所述开关切换电路包括开关电路与切换电路,所述开关电路的输入端与所述电压比较器的输出端连接,所述切换电路包括第一输入端、第二输入端、控制端以及输出端,所述开关电路的输出端与所述控制端连接,所述第一输入端与市电连接,所述第二输入端与逆变回路连接,所述输出端与负载连接。实施本发明,无需占用MCU(或控制芯片)的接口资源,通过电压比较电路和开关切换电路,借助简单的元器件就能实现互动式逆变器的市电切换用途。
Description
技术领域
本发明涉及基于互动式逆变器的市电切换领域,尤其涉及一种互动式逆变器用的市电切换电路及方法。
背景技术
逆变器(inverter)是把直流电转变成交流电(一般为市电电压,波形为正弦或方波)的装置,所用的直流电源是蓄电池,光伏逆变器则使用太阳能光伏电池板和蓄电池的组合作为输入。从输入端看,逆变器或光伏逆变器又分成两类,一类不需要依赖市电,将蓄电池的电能逆变成市电,向用电设备(负载)供电。这类逆变器的蓄电池,必须通过其他充电设备或通过光伏电池板进行充电。另一类是互动式逆变器,带有市电输入和内部蓄电池,当市电电压正常时,将市电直接旁路或做必要的稳压处理后向负载供电,并且给内部蓄电池充电,当市电停电或者电压超出正常范围时,切换到逆变回路给负载供电。
互动式逆变器进行市电回路与逆变回路切换时,必须解决两方面的问题。第一,侦测市电是否存在以及电压是否正常;第二,切换时间不能超过应用场合的要求(通常在10ms以内),越短越好。对市电进行采样侦测的技术,通常有以下方式:(1)用电阻、电容器或变压器对220V交流电压进行降压,再进行整流、滤波,变为直流低压,然后通过光耦进行隔离,将采样信号送给MCU(或控制芯片);(2)采用运放构成差分放大电路,将220V交流电压转变为低压m形(馒头波)信号,再送到MCU A/D端口进行幅值检测。
上述技术,需要占用MCU(控制芯片)资源。针对中低端互动式逆变器,市场需求更加注重成本和可靠性,因此通常采用低端廉价的控制芯片,I/O端口有限。需要设计(或新增)市电侦测和切换时,面临I/O端口不足的困境。如果更换更高阶的控制芯片(重新选型),不仅面临成本大幅上升,而且会延缓开发进度,带来难以预测的开发风险。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于,提供一种互动式逆变器用的市电切换电路及方法,能够解决现有的基于互动式逆变器的市电切换方法必须依赖MCU(或控制芯片)进行市电侦测和切换的问题。
为了解决上述技术问题,本发明提供了一种互动式逆变器用的市电切换电路,包括电压比较电路与开关切换电路;所述电压比较电路包括整流电路与电压比较器,所述整流电路的输入端与市电连接,所述整流电路的输出端与电压比较器的输入端连接;所述开关切换电路包括开关电路与切换电路,所述开关电路的输入端与所述电压比较器的输出端连接,所述切换电路包括第一输入端、第二输入端、控制端以及输出端,所述开关电路的输出端与所述控制端连接,所述第一输入端与市电连接,所述第二输入端与逆变回路连接,所述输出端与负载连接。
优选地,所述电压比较器包括第一比较器、第二比较器、第一分压电阻、第二分压电阻、第三分压电阻、第四分压电阻以及比较电源;所述第一比较器的反相输入端与所述直流电源连接,输出端与所述第二比较器的同相输入端连接,第一比较器的同相输入端通过所述第一分压电阻与所述整流电路的输出端连接,同相输入端还通过所述第二分压电阻接地;所述第二比较器的输出端与所述开关电路的输入端连接,反相输入端通过第三分压电阻与所述整流电路的输出端连接,反相输入端还通过所述第四分压电阻接地。
优选地,所述电压比较器还包括断电保护电路,所述断电保护电路包括二极管和第五分压电阻,所述第五分压电阻一端与直流电源连接,另一端与所述第二比较器的同相输入端连接。
优选地,所述开关电路包括NPN型三极管、第六分压电阻、第七分压电阻以及稳压二级管;所述NPN型三极管的基极通过所述第六分压电阻与所述电压比较器的输出端连接,还通过所述第七分压电阻接地;所述NPN型三极管的集电极与所述切换电路的控制端连接;所述NPN型三极管的发射极接地;所述NPN型三极管的集电极与发射极通过稳压二极管连接。
优选地,所述切换电路包括双刀双掷继电器,所述双刀双掷继电器包括两个常闭静触点、两个常开静触点、两个动触点以及线圈触点;所述常闭静触点分别与逆变回路连接;所述常开静触点分别与市电连接;所述动触点分别与负载连接;所述线圈触点分别与所述NPN型三极管的集电极以及线圈电源连接。
优选地,所述开关切换电路还包括加速电路,所述加速电路包括PNP型三极管、电容、第一限流电阻、第二限流电阻以及二极管;所述线圈电源通过所述二极管与所述线圈触点连接,还通过所述电容与所述PNP型三极管的集电极连接,所述PNP型三极管的集电极通过所述第二限流电阻接地;所述PNP型三极管的基极通过所述第一限流电阻与所述NPN型三极管的集电极连接;所述PNP型三极管的发射极与所述线圈电源连接。
优选地,所述整流电路与市电之间设有降压电路。
优选地,所述整流电路与电压比较器之间设有滤波电路。
优选地,所述滤波电路与电压比较器之间设有整流二极管。
本发明还提供了一种互动式逆变器用的市电切换方法,包括:市电通过整流后送入电压比较电路;所述电压比较电路根据市电的电压大小输出相应的电平信号,其中,如果市电电压不小于第一阈值且不大于第二阈值,所述电压比较电路输出高电平,否则输出低电平;根据电压比较电路输出的电平信号的高低,切换负载的供电方式,其中,如果电压比较电路输出高电平,所述负载直接采用市电供电方式,否则采用逆变回路供电方式。
实施本发明的有益效果在于:
本发明提供的互动式逆变器用的市电切换电路,通过电压比较电路对市电进行电压比较与检测,根据市电电压的大小,输出相应的电平信号,所述开关切换电路根据电平信号的高低,判断并切换负载的供电方式。本发明无需占用MCU(或控制芯片)的I/O端口资源,通过电压比较电路和开关切换电路,借助简单的元器件就能实现互动式逆变器的市电切换用途。
同时,本发明通过电容的电荷泵原理,在继电器线圈通电的瞬间提供一个两倍于线圈电源的电压,加速继电器的切换速度。
附图说明
图1是本发明提供的互动式逆变器用的市电切换电路示意图;
图2是本发明提供的电压比较电路电路图;
图3是本发明提供的开关切换电路电路图;
图4是本发明提供的互动式逆变器用的市电切换方法流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。仅此声明,本发明在文中出现或即将出现的上、下、左、右、前、后、内、外等方位用词,仅以本发明的附图为基准,其并不是对本发明的具体限定。
如图1所示,本发明提供了一种互动式逆变器用的市电切换电路,包括电压比较电路与开关切换电路;所述电压比较电路包括整流电路1与电压比较器2,所述整流电路1的输入端与市电连接,所述整流电路1的输出端与电压比较器2的输入端连接;所述开关切换电路包括开关电路3与切换电路4,所述开关电路3的输入端与所述电压比较器2的输出端连接,所述切换电路4包括第一输入端、第二输入端、控制端以及输出端,所述开关电路3的输出端与所述控制端连接,所述第一输入端与市电连接,所述第二输入端与逆变回路连接,所述输出端与负载连接。
本发明,通过电压比较电路对市电进行电压比较与检测,根据市电电压的大小,输出相应的电平信号,通过电压比较电路和开关切换电路,借助简单的元器件就能实现互动式逆变器的市电切换,所述开关切换电路根据电平信号的高低,判断和切换负载的供电方式。本发明无需占用MCU(或控制芯片)的接口。
如图2所示,所述电压比较器2包括第一比较器U1A、第二比较器U1B、第一分压电阻R7、第二分压电阻R8、第三分压电阻R5、第四分压电阻R6以及直流电源;所述第一比较器U1A的反相输入端与所述直流电源连接,输出端与所述第二比较器U1B的同相输入端连接,第一比较器的同相输入端通过所述第一分压电阻R7与所述整流电路1的输出端连接,同相输入端还通过所述第二分压电阻R8接地;所述第二比较器U1B的输出端与所述开关电路3的输入端连接,反相输入端通过第三分压电阻R5与所述整流电路1的输出端连接,反相输入端还通过所述第四分压电阻R6接地。
优选地,所述整流电路与市电之间设有降压电路,降压电路包括R1、R2、R3与R4,用于降低市电电压,防止电压过高损坏电压比较器,也方便随后的电路设计更好符合安规要求。
具体地,所述直流电源通过上拉电阻R11与所述第一比较器U1A的反相输入端连接,所述直流电源通过上拉电阻R9与所述第二比较器U1B的同相输入端连接,所述直流电源通过上拉电阻R13与所述第二比较器U1B的输出端连接,所述直流电源通过上拉电阻R12与所述第一比较器U1A的输出端连接。
需要说明的是,电压比较器要实现的目的是:当市电电压在第一阈值~第二阈值之间时,所述电压比较器输出高电平,否则输出低电平。进一步分析,当市电电压在第一阈值~第二阈值之间时,U1A同相输入端(脚3)的电压应高于反相输入端电压,U1A输出高电平。同时,U1B反相输入端(脚6)的电压应低于同相输入端电压,因而U1B输出高电平,即I/P-RLY为高电平。当市电电压低于第一阈值时,U1A同相输入端(脚3)的电压应低于反相输入端电压,U1A输出低电平。同时,U1B反相输入端(脚6)的电压应高于同相输入端电压,因而U1B输出低电平,即I/P-RLY为低电平。当市电电压大于第二阈值时,U1A同相输入端(脚3)的电压应高于反相输入端电压,U1A输出高电平。同时,U1B反相输入端(脚6)的电压应高于同相输入端电压,因而U1B输出低电平,即I/P-RLY为低电平。
由于第一阈值和第二阈值根据现实需求设定,因而直流电源和相应的分压电阻需要依据具体情况设计。例如,某领域负载要求市电电压的范围为210~230V,当市电低于210或高于230均不适宜负载的正常工作,需要切换至稳定的逆变回路。通过仿真可知,输入市电各电压值与Va的对应关系为(即V市电~Va):200~104,210~109,230~119,240~125。将直流电源电压(即基准电压)设为5V,R7=R5=910k,设R8=x,R6=y,经过电路分析计算可得:当市电电压较低需要切换至逆变回路,其切换的回差电压为200~210V,即当市电为200V时,R8分到的电压要小于5V,当市电为210V时,R8分到的电压要大于5V,通过计算得知:43.75<x<45.96,取x=45k;当电压较高需要切换至逆变回路时,其切换的回差电压为230~240V,即当市电为240V时,R6分到的电压要大于5V,当市电为230V时,R6分到的电压要小于5V,通过计算得知:37.92<y<39.91,取y=39k。所得设计的分压电阻R8为45k,R6为39k,满足本发明电压比较器的输出电平要求。
优选地,所述电压比较器2还包括断电保护电路,所述断电保护电路包括二极管D6和第五分压电阻R10,所述第五分压电阻R10一端与直流电源连接,另一端与所述第二比较器U1B的反相输入端连接。当市电停电或断电时,U1A输出低电平,U1B同相输入端也是低电平(零点几伏),但U1B反相输入端为0V,U1B将输出高电平(5V),将出现错误的电平输出。为此,通过增加R10和D6构成的断电保护电路,当断电时,U1B的反相输入电平始终大于同相输入低电平,U1B将输出正确的低电平。
如图3所示,所述开关电路1包括NPN型三极管Q2、第六分压电阻R17、第七分压电阻R16以及稳压二级管D8;所述NPN型三极管Q2的基极通过所述第六分压电阻R17与所述电压比较器2的输出端连接,还通过所述第七分压电阻R16接地;所述NPN型三极管Q2的集电极与所述切换电路4的控制端连接;所述NPN型三极管Q2的发射极接地;所述NPN型三极管Q2的集电极与发射极通过稳压二极管D8连接。进一步地,所述切换电路2包括双刀双掷继电器RY1,所述双刀双掷继电器RY1包括两个常闭静触点(2,7)、两个常开静触点(4,5)、两个动触点(3,6)以及线圈触点(8,1);所述常闭静触点(2,7)分别与逆变回路(INV/L,INV/N)连接;所述常开静触点(4,5)分别与市电(IP/L,IP/N)连接;所述动触点(3,6)分别与负载(OUT/L,OUT/N)连接;所述线圈触点(8,1)分别与所述NPN型三极管Q2的集电极以及线圈电源(12V)连接。
需要说明的是,当所述电压比较器2输出高电平时,所述NPN型三极管Q2导通,线圈通电,两个动触点(3,6)与两个常开静触点(4,5)连接,此时由逆变回路切换至市电给负载供电;当所述电压比较器2输出低电平时,所述NPN型三极管Q2截止,线圈不通电,两个动触点(3,6)与两个常闭静触点(2,7)连接,此时由市电切换至逆变回路给负载供电,保障负载的稳定供电。
优选地,所述开关切换电路还包括加速电路,所述加速电路包括PNP型三极管Q1、电容C3、第一限流电阻、第二限流电阻以及二极管;所述线圈电源(12V)通过所述二极管D7与所述线圈触点1连接,还通过所述电容C3与所述PNP型三极管Q1的集电极连接,所述PNP型三极管Q1的集电极通过所述第二限流电阻R15接地;所述PNP型三极管Q1的基极通过所述第一限流电阻R14与所述NPN型三极管Q2的集电极连接;所述PNP型三极管Q2的发射极与所述线圈电源(12V)连接。
需要说明的是,Q1、D7、C3、R15构成继电器切换加速电路,利用电荷泵原理,说明如下:当Q2关断时(逆变器输出为逆变模式),C3通过D7和R15充电,两端电压接近12V;当Q2导通的瞬间,Q1也导通,此时12V电源通过Q1接到C3的负极,电源电压叠加电容两端的电压一并加到继电器线圈,形成倍压效果,加速继电器吸合,从而加快从逆变模式向市电的转换。
优选地,所述整流电路(本发明采用全桥整流桥,但不限于此)与电压比较器之间设有滤波电路(滤波电容C1与C2并联组成),用于滤除纹波,提高电压比较电路的稳定性。
更佳地,所述滤波电路与电压比较器之间设有整流二极管,用于防止滤波电容放电给电压比较器带来误差,影响输出电平。
如图4所示,本发明还提供了一种互动式逆变器用的市电切换方法,包括:
S401,市电通过整流后送入电压比较电路。
S402,所述电压比较电路将市电电压与第一阈值以及第二阈值进行比较,并输出相应的电平信号至开关切换电路。
S403,如果市电电压不小于第一阈值且不大于第二阈值,所述电压比较电路输出高电平,所述开关切换电路切换到市电给负载供电。
S404,如果市电电压小于第一阈值或大于第二阈值,所述电压比较电路输出低电平,所述开关切换电路切换到逆变回路给负载供电。
需要说明的是,所述第一阈值与第二阈值根据具体的负载确定具体数值,当市电电压不小于第一阈值且不大于第二阈值,所述电压比较电路输出高电平,开关切换电路切换市电供电方式,否则采用逆变回路供电方式。
综上所述,本发明提供的互动式逆变器用的市电切换电路及方法,通过电压比较电路对市电进行电压比较与检测,根据市电电压的大小,输出相应的电平信号,所述开关切换电路根据电平信号的高低,判断和切换负载的供电方式。本发明无需占用MCU(或控制芯片)的接口资源,通过电压比较电路和开关切换电路,借助简单的元器件就能实现互动式逆变器的市电切换用途。同时,配合两组分压电阻的设计,实现多段式电压切换功功能,还能通过加速电路,加快切换电路的切换速度。
以上所述是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种互动式逆变器用的市电切换电路,其特征在于,包括电压比较电路与开关切换电路;
所述电压比较电路包括整流电路与电压比较器,所述整流电路的输入端与市电连接,所述整流电路的输出端与电压比较器的输入端连接;
所述开关切换电路包括开关电路与切换电路,所述开关电路的输入端与所述电压比较器的输出端连接,所述切换电路包括第一输入端、第二输入端、控制端以及输出端,所述开关电路的输出端与所述控制端连接,所述第一输入端与市电连接,所述第二输入端与逆变回路连接,所述输出端与负载连接。
2.如权利要求1所述的互动式逆变器用的市电切换电路,其特征在于,所述电压比较器包括第一比较器、第二比较器、第一分压电阻、第二分压电阻、第三分压电阻、第四分压电阻以及直流电源;
所述第一比较器的反相输入端与所述直流电源连接,输出端与所述第二比较器的同相输入端连接,第一比较器的同相输入端通过所述第一分压电阻与所述整流电路的输出端连接,同相输入端还通过所述第二分压电阻接地;
所述第二比较器的输出端与所述开关电路的输入端连接,反相输入端通过第三分压电阻与所述整流电路的输出端连接,反相输入端还通过所述第四分压电阻接地。
3.如权利要求2所述的互动式逆变器用的市电切换电路,其特征在于,所述电压比较器还包括断电保护电路,所述断电保护电路包括二极管和第五分压电阻,所述第五分压电阻一端与直流电源连接,另一端与所述第二比较器的反相输入端连接。
4.如权利要求1所述的互动式逆变器用的市电切换电路,其特征在于,所述开关电路包括NPN型三极管、第六分压电阻、第七分压电阻以及稳压二级管;
所述NPN型三极管的基极通过所述第六分压电阻与所述电压比较器的输出端连接,还通过所述第七分压电阻接地;
所述NPN型三极管的集电极与所述切换电路的控制端连接;
所述NPN型三极管的发射极接地;
所述NPN型三极管的集电极与发射极通过稳压二极管连接。
5.如权利要求4所述的互动式逆变器用的市电切换电路,其特征在于,所述切换电路包括双刀双掷继电器,所述双刀双掷继电器包括两个常闭静触点、两个常开静触点、两个动触点以及线圈触点;
所述常闭静触点分别与逆变回路连接;
所述常开静触点分别与市电连接;
所述动触点分别与负载连接;
所述线圈触点分别与所述NPN型三极管的集电极以及线圈电源连接。
6.如权利要求5所述的互动式逆变器用的市电切换电路,其特征在于,所述开关切换电路还包括加速电路,所述加速电路包括PNP型三极管、电容、第一限流电阻、第二限流电阻以及二极管;
所述线圈电源通过所述二极管与所述线圈触点连接,还通过所述电容与所述PNP型三极管的集电极连接,所述PNP型三极管的集电极通过所述第二限流电阻接地;
所述PNP型三极管的基极通过所述第一限流电阻与所述NPN型三极管的集电极连接;
所述PNP型三极管的发射极与所述线圈电源连接。
7.如权利要求1~6所述的互动式逆变器用的市电切换电路,其特征在于,所述整流电路与市电之间设有降压电路。
8.如权利要求1~6一种互动式逆变器用的市电切换电路,其特征在于,所述整流电路与电压比较器之间设有滤波电路。
9.如权利要求8所述一种互动式逆变器用的市电切换电路,其特征在于,所述滤波电路与电压比较器之间设有整流二极管。
10.一种互动式逆变器用的市电切换方法,其特征在于,包括:
市电通过整流后送入电压比较电路;
所述电压比较电路根据市电的电压大小输出相应的电平信号,其中,
如果市电电压不小于第一阈值且不大于第二阈值,所述电压比较电路输出高电平,否则输出低电平;
根据电压比较电路输出的电平信号的高低,切换负载的供电方式,其中,
如果电压比较电路输出高电平,所述负载直接采用市电供电方式,否则采用逆变回路供电方式。
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