CN111614281A - 一种新型低电压高频带逆变电路 - Google Patents

一种新型低电压高频带逆变电路 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种新型低电压高频带逆变电路。滞环比较输入负极与参考输入R2及反馈输入R3相连，正极与匹配电阻R1及C1电容形成积分关联，其比较器输出直接驱动负载电阻R4；所述运放工作电源V+接入三极管D3发射极，其基极与通过电阻、稳压管、电容形成的参考电压相连接；所述运放电源生成三极管D3集电极与限流电阻R9、驱动电阻R7形成串联关系，两电阻分压后经限流电阻接入功率管D2栅极；所述PNP三极管、限流电阻R10、取样电阻R11构成功率管保护回路，用于功率管D2的实时保护。本发明用全新的逆变控制思路，通过合理的参数设计，能使回路提供几百伏安的功率输出，且频率响应速度快，结构简单、调试方便等优点。

Description

一种新型低电压高频带逆变电路
技术领域
本发明涉及一种电力设备逆变电路，涉及电力***技术领域。
背景技术
逆变电路(Inverter Circuit)是与整流电路(Rectifier)相对应，把直流电变成交流电称为逆变。逆变电路可用于构成各种交流电源，在工业中得到广泛应用。
逆变电路的应用非常广泛。在已有的各种电源中，蓄电池、干电池、太阳能电池等都是直流电源，当需要这些电源向交流负载供电时，就需要逆变电路。另外，交流电机调速用变频器、不间断电源、感应加热电源等电力电子装置使用非常广泛，其电路的核心部分都是逆变电路。它的基本作用是在控制电路的控制下将中间直流电路输出的直流电源转换为频率和电压都任意可调的交流电源。
电力***中，针对各类二次设备的测试常常需要可控交直流电压。传统的设计一般是通过SPWM电力电子的形式，对直流电压源斩波、再LC滤波产生可控交直流电压。此种原理结构复杂、成本高、体积重量大、调试及参数计算麻烦等缺点。很不适合在小功率情况下的批量生产及维护。
为了克服上述缺陷，小功率、低交直流电压输出、高频率响应、低成本的逆变技术需求迫切。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种纯硬件控制、高频率响应、快速反馈自平衡的应用于小功率交直流电压输出的逆变技术，全新的逆变控制思路，通过合理的参数设计，能使回路提供几百伏安的功率输出，且频率响应速度快，结构简单、调试方便等优点。
本发明通过以下技术手段解决上述技术问题：
本发明的一种新型低电压高频带逆变电路，其包括滞环比较器、运放工作电源、功率管驱动回路、功率管保护回路；
所述滞环比较器输入负极与参考输入R2及反馈输入R3相连，正极与匹配电阻R1及C1电容形成积分关联，滞环比较器输出直接驱动负载电阻R4；
所述运放工作电源V+接入三极管D3发射极，其基极与通过电阻、稳压管、电容形成的参考电压相连接；
所述运放工作电源的三极管D3集电极与限流电阻R9、驱动电阻R7形成串联关系，两电阻分压后经限流电阻接入功率管D2栅极；
所述功率管保护回路包括PNP三极管、限流电阻R10、取样电阻R11，用于功率管D2的实时保护；
参考小信号电压经R2转换为电流信号，与反馈电压经R3生成的反馈电流信号引入滞环比较器进行差额计算，通过运放积分滤波，其输出直接驱动负载电阻R4；所述滞环比较器驱动R4电阻产生的驱动电流，最终来源于运放工作电源V+/V-，运放工作电源除了基本的静态电流消耗，其动态电流与流过负载R4电流正向比例关联；
所述运放工作电源V+通过分压电阻R6、稳压管D1、电容C2生成，再经R5、C3限流滤波接入NPN三极管，其D3发射极接入运放正电源输入端V+，从而完成最终运放电源的生成参考；所述运放工作电源V+/-驱动电流最终通过三极管D3放大后的CE极电流驱动，滞环比较器U1输出的负载R4电流最终转换为三极管D3的集电极电流；
功率管驱动回路由三极管D3集电极电流经由R9、R7电阻分压组成，通过限流电阻R8接入功率管D2栅极，控制功率管的开关状态；
所述功率管保护回路由PNP三极管D4与电阻R10、R11构成，当主回路负载电流过大时，经取样电阻R11形成取样电压，再经限流电阻R10驱动PNP三极管，从而增大流经D4集电极的电流，对电阻R7形成分流作用，起到降低D2管的门开启电压的作用。
运放工作电源V-结构与V+相同。
参考信号经R2接入运放反向输入端，经积分滤波后其输出直接驱动负载电阻R4，负载电阻另一端与零电平相接；分压电阻R6与稳压管D1将直流电压源300+分压稳压生成运放可接受的工作电压，通过电容C2及R5、C3阻容滤波接入NPN三极管的基极，三极管发射极与滞环比较器正工作电源相连接；所述NPN三极管集电极与两电阻串联，R7上形成的驱动电压经电阻R8接入D2功率管的栅极；所述功率管源极通过取样电阻R11与直流电压源正极相连；所述PNP三极管与限流电阻R10、取样电阻R11构成功率管保护回路，三极管发射极接入直流电压源正极，集电极与功率管栅极相接；小信号参考输入与输出反馈电压AC_out经电阻生成电流接入滞环比较器，积分输出后驱动的负载电流转化为驱动功率管的栅源极控制电压，最终形成输出闭环控制。
输入参考信号、输出电压信号分别经由电阻R2、R3生成电流接入比较器U1的负端，经比较积分滤波后，输出直接驱动负载电阻R4，其电流是产生驱动功率管电压的必要条件；
所述分压电阻R6与稳压管D1串联，通过C2、R5、C3滤波限流接入D3三极管的基极，其发射极直接与滞环比较器正向工作电源相连接；
所述D3三极管集电极与分压电阻R9串联，R9另一端与驱动电压形成电阻R7串联，最终接入直流正向电压端300+，所述R7上端电压经R8限流接入功率管D2的栅极；
所述功率管D2源极通过取样电阻R11接入直流电源正向端，而功率管D2漏极则与负向功率管的漏极相连接，从而形成输出端口AC_out。
该设计思路巧妙，电路结构简单灵活，参数计算十分方便，满足批量生产要求，可显著提高生产、测试效率和可靠性，具有很高的实用价值。
本发明涉及电力***技术，特别是涉及高频率响应、低电压交流输出、小功率电路。
本发明的有益效果是：提供了全新的逆变控制思路，通过合理的参数设计，能使回路提供几百伏安的功率输出，且频率响应速度快，结构简单、调试方便等优点。
附图说明
附图1为本发明实施例1正端的电路图。
具体实施方式
以下将结合具体实施例和附图对本发明进行详细说明，本实施例的以下结合附图说明对本发明的实施例作进一步详细描述，但本实施例并不用于限制本发明，凡是采用本发明的相似结构及其相似变化，均应列入本发明的保护范围，本发明中的顿号均表示和的关系。
一种新型低电压高频带逆变电路，其包括滞环比较器、运放工作电源、功率管驱动回路、功率管保护回路；
所述滞环比较器输入负极与参考输入R2及反馈输入R3相连，正极与匹配电阻R1及C1电容形成积分关联，滞环比较器输出直接驱动负载电阻R4；
所述运放工作电源V+接入三极管D3发射极，其基极与通过电阻、稳压管、电容形成的参考电压相连接；
所述运放工作电源的三极管D3集电极与限流电阻R9、驱动电阻R7形成串联关系，两电阻分压后经限流电阻接入功率管D2栅极；
所述功率管保护回路包括PNP三极管、限流电阻R10、取样电阻R11，用于功率管D2的实时保护；
参考小信号电压经R2转换为电流信号，与反馈电压经R3生成的反馈电流信号引入滞环比较器进行差额计算，通过运放积分滤波，其输出直接驱动负载电阻R4；所述滞环比较器驱动R4电阻产生的驱动电流，最终来源于运放工作电源V+/V-，运放工作电源除了基本的静态电流消耗，其动态电流与流过负载R4电流正向比例关联；
所述运放工作电源V+通过分压电阻R6、稳压管D1、电容C2生成，再经R5、C3限流滤波接入NPN三极管，其D3发射极接入运放正电源输入端V+，从而完成最终运放电源的生成参考；所述运放工作电源V+/-驱动电流最终通过三极管D3放大后的CE极电流驱动，滞环比较器U1输出的负载R4电流最终转换为三极管D3的集电极电流；
功率管驱动回路由三极管D3集电极电流经由R9、R7电阻分压组成，通过限流电阻R8接入功率管D2栅极，控制功率管的开关状态；
所述功率管保护回路由PNP三极管D4与电阻R10、R11构成，当主回路负载电流过大时，经取样电阻R11形成取样电压，再经限流电阻R10驱动PNP三极管，从而增大流经D4集电极的电流，对电阻R7形成分流作用，起到降低D2管的门开启电压的作用。
运放工作电源V-结构与V+相同。
参考信号经R2接入运放反向输入端，经积分滤波后其输出直接驱动负载电阻R4，负载电阻另一端与零电平相接；分压电阻R6与稳压管D1将直流电压源300+分压稳压生成运放可接受的工作电压，通过电容C2及R5、C3阻容滤波接入NPN三极管的基极，三极管发射极与滞环比较器正工作电源相连接；所述NPN三极管集电极与两电阻串联，R7上形成的驱动电压经电阻R8接入D2功率管的栅极；所述功率管源极通过取样电阻R11与直流电压源正极相连；所述PNP三极管与限流电阻R10、取样电阻R11构成功率管保护回路，三极管发射极接入直流电压源正极，集电极与功率管栅极相接；小信号参考输入与输出反馈电压AC_out经电阻生成电流接入滞环比较器，积分输出后驱动的负载电流转化为驱动功率管的栅源极控制电压，最终形成输出闭环控制。
输入参考信号、输出电压信号分别经由电阻R2、R3生成电流接入比较器U1的负端，经比较积分滤波后，输出直接驱动负载电阻R4，其电流是产生驱动功率管电压的必要条件；
所述分压电阻R6与稳压管D1串联，通过C2、R5、C3滤波限流接入D3三极管的基极，其发射极直接与滞环比较器正向工作电源相连接；
所述D3三极管集电极与分压电阻R9串联，R9另一端与驱动电压形成电阻R7串联，最终接入直流正向电压端300+，所述R7上端电压经R8限流接入功率管D2的栅极；
所述功率管D2源极通过取样电阻R11接入直流电源正向端，而功率管D2漏极则与负向功率管的漏极相连接，从而形成输出端口AC_out。
如图1所示，为正电源回路原理，负电源回路原理与正类似，只是曾镜像关系，此处不再赘述。本发明实施例所提供的一种快速响应逆变电路，其包括滞环比较器、运放工作电源生成回路、功率管驱动回路、功率管保护回路；
所述输入参考信号、输出电压信号分别经由电阻R2、R3生成电流接入比较器U1的负端，经比较积分滤波后，输出直接驱动负载电阻R4，其电流是产生驱动功率管电压的必要条件；
所述分压电阻R6与稳压管D1串联，通过C2、R5、C3滤波限流接入D3三极管的基极，其发射极直接与比较器正向工作电源相连接；
所述D3三极管集电极与分压电阻R9串联，R9另一端与驱动电压形成电阻R7串联，最终接入直流正向电压端300+，所述R7上端电压经R8限流接入功率管D2的栅极；
所述功率管D2源极通过取样电阻R11接入直流电源正向端，而功率管D2漏极则与负向功率管(原理类似，图中没示)的漏极相连接，从而形成输出端口AC_out。
所述D4三极管、R10电阻及R11电阻构成功率管保护回路。
本发明实施例的工作原理如下：
初始状态时，输入端R2电阻电流为零，AC_out输出也为零。某一时刻，输入R2端口电压不为零时(假设为-1V)，由于输出仍为零电平，此刻通过电阻R2、R3分压作用后加在比较器U1负输入端的电压小于零，比较器积分滤波后输出高电平信号，驱动R4负载电阻，形成正向驱动电流。由于驱动电流最终来源于V+，因此三极管D3处于正向动态放大过程，其电流经R7电阻形成压降，经限流电阻R8，迭加在D2功率管栅源极间，引起功率管D2处于微开通状态，此刻，正向驱动电源300+经限流电阻R11，微开通的功率管D2迭加在负载R12上的电压呈逐步递增状态，直到通过反馈电阻R3与流经R2的参考指令电流抵消为止，该反馈过程从指令输入电压有效激活开始，其响应时间主要与器件速度、参数设计相干。整体动态响应速度快，驱动输出稳定可靠，十分适合当前小功率，低电压高频响输出应用范围。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (4)

1.一种新型低电压高频带逆变电路，其特征在于：包括滞环比较器、运放工作电源、功率管驱动回路、功率管保护回路；
所述滞环比较器输入负极与参考输入R2及反馈输入R3相连，正极与匹配电阻R1及C1电容形成积分关联，滞环比较器输出直接驱动负载电阻R4；
所述运放工作电源V+接入三极管D3发射极，其基极与通过电阻、稳压管、电容形成的参考电压相连接；
所述运放工作电源的三极管D3集电极与限流电阻R9、驱动电阻R7形成串联关系，两电阻分压后经限流电阻接入功率管D2栅极；
所述功率管保护回路包括PNP三极管、限流电阻R10、取样电阻R11，用于功率管D2的实时保护；
参考小信号电压经R2转换为电流信号，与反馈电压经R3生成的反馈电流信号引入滞环比较器进行差额计算，通过运放积分滤波，其输出直接驱动负载电阻R4；所述滞环比较器驱动R4电阻产生的驱动电流，最终来源于运放工作电源V+/V-，运放工作电源除了基本的静态电流消耗，其动态电流与流过负载R4电流正向比例关联；
所述运放工作电源V+通过分压电阻R6、稳压管D1、电容C2生成，再经R5、C3限流滤波接入NPN三极管，其D3发射极接入运放正电源输入端V+，从而完成最终运放电源的生成参考；所述运放工作电源V+/-驱动电流最终通过三极管D3放大后的CE极电流驱动，滞环比较器U1输出的负载R4电流最终转换为三极管D3的集电极电流；
功率管驱动回路由三极管D3集电极电流经由R9、R7电阻分压组成，通过限流电阻R8接入功率管D2栅极，控制功率管的开关状态；
所述功率管保护回路由PNP三极管D4与电阻R10、R11构成，当主回路负载电流过大时，经取样电阻R11形成取样电压，再经限流电阻R10驱动PNP三极管，从而增大流经D4集电极的电流，对电阻R7形成分流作用，起到降低D2管的门开启电压的作用。
2.根据权利要求1所述的一种新型低电压高频带逆变电路，其特征在于：运放工作电源V-结构与V+相同。
3.根据权利要求1所述的一种新型低电压高频带逆变电路，其特征在于：参考信号经R2接入运放反向输入端，经积分滤波后其输出直接驱动负载电阻R4，负载电阻另一端与零电平相接；分压电阻R6与稳压管D1将直流电压源300+分压稳压生成运放可接受的工作电压，通过电容C2及R5、C3阻容滤波接入NPN三极管的基极，三极管发射极与滞环比较器正工作电源相连接；所述NPN三极管集电极与两电阻串联，R7上形成的驱动电压经电阻R8接入D2功率管的栅极；所述功率管源极通过取样电阻R11与直流电压源正极相连；所述PNP三极管与限流电阻R10、取样电阻R11构成功率管保护回路，三极管发射极接入直流电压源正极，集电极与功率管栅极相接；小信号参考输入与输出反馈电压AC_out经电阻生成电流接入滞环比较器，积分输出后驱动的负载电流转化为驱动功率管的栅源极控制电压，最终形成输出闭环控制。
4.根据权利要求1所述的一种新型低电压高频带逆变电路，其特征在于：输入参考信号、输出电压信号分别经由电阻R2、R3生成电流接入比较器U1的负端，经比较积分滤波后，输出直接驱动负载电阻R4，其电流是产生驱动功率管电压的必要条件；
所述分压电阻R6与稳压管D1串联，通过C2、R5、C3滤波限流接入D3三极管的基极，其发射极直接与滞环比较器正向工作电源相连接；
所述D3三极管集电极与分压电阻R9串联，R9另一端与驱动电压形成电阻R7串联，最终接入直流正向电压端300+，所述R7上端电压经R8限流接入功率管D2的栅极；
所述功率管D2源极通过取样电阻R11接入直流电源正向端，而功率管D2漏极则与负向功率管的漏极相连接，从而形成输出端口AC_out。
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