一种自动同步并网全桥逆变驱动芯片的制作方法

本发明属于并网逆变系统技术领域，具体涉及一种自动同步并网全桥逆变驱动芯片。

背景技术：

随着社会的快速发展，能用紧张和各种污染成了人类亟待解决的问题，为解决能用紧张的问题，人们开发出了太阳能、风能、水能等能源。电力电子技术的快速发展，并网逆变系统的出现，解决了能用的采集和并网输送问题，同时也带来了一些其他问题：如并网逆变系统的高频污染电网的问题、孤岛效应引起的系统稳定问题和控制系统复杂、成本高，不支持热插拔(即插即用)、不适合小型的、分散的能源采集与并网。

技术实现要素：

针对现有技术中的上述不足，本发明提供的自动同步并网全桥逆变驱动芯片解决了现有的并网逆变系统复杂、成本高，不支持热插拔(即插即用)的问题。

为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：一种自动同步并网全桥逆变驱动芯片，包括自动同步并网全桥逆变驱动电路；

所述自动同步并网全桥逆变驱动电路包括ac平衡采样子电路、供电子电路、桥式隔离驱动子电路、波形整形驱动子电路和隔离控制子电路；

所述ac平衡采样子电路、桥式隔离驱动子电路和波形整形驱动子电路依次连接，所述供电子电路分别与桥式隔离驱动子电路、波形整形驱动子电路和隔离控制子电路连接，所述桥式隔离驱动子电路还与隔离控制子电路连接。

进一步地，所述ac平衡采样子电路包括电阻r30、电阻r32和电阻r33；

其中，电阻r30的一端通过电阻r32与电阻r33的一端连接；电阻r33的另一端与市电电网连接。

进一步地，所述桥式隔离驱动子电路包括光耦u1、光耦u2、光耦u3和光耦u4；

所述光耦u1的发光二极管、光耦u2的发光二极管、光耦u3的发光二极管和光耦u4的发光二极管通过桥式连接法连接；

所述光耦u1的发光二极管的正极、光耦u3的发光二极管的正极、光耦u2的发光二极管的负极和光耦u4的发光二极管的负极均与隔离控制子电路连接；

所述光耦u1的发光二极管的负极和光耦u2的发光二极管的正极均与电阻r30的一端连接；

所述光耦u3的发光二极管的负极和光耦u4的发光二极管的正极均与电阻r33的另一端连接；

所述电阻r30的一端作为自动同步并网全桥逆变驱动芯片的in+端口；

所述电阻r33的一端作为自动同步并网全桥逆变驱动芯片的in-端口。

进一步地，所述隔离控制子电路包括光耦u5；

所述光耦u5的三极管的集电极分别与光耦u2的发光二极管的负极和光耦u4的发光二极管的负极连接，光耦u5的三极管的发射极分别与光耦u1的发光二极管的正极和光耦u3的发光二极管的正极连接；

所述光耦u5的发光二极管的负极接地，光耦u5的发光二极管的正极分别与电阻r72的一端和二极管d16的正极连接，所述电阻r72的另一端分别与运算放大器ic11的输出端和电阻r73的一端连接，所述电阻r73的另一端接地；

所述运算放大器ic11的电源输入端与电阻r64的一端连接，所述电阻r64的另一端分别与电阻r70一端和精密稳压芯片ic10的负极连接，所述电阻r70的另一端分别于电阻r71和运算放大器ic11的同相输入端连接，所述电阻r71的另一端分别与运算放大器ic11的接地端和精密稳压芯片ic10的正极连接并接地，所述精密稳压芯片ic10的负极与其控制端连接；

运算放大器ic11的反相输入端分别与供电子电路和电阻r73的另一端和电阻r74的一端连接，电阻r74的另一端与供电子电路连接；

所述运算放大器的ic11的电源输入端还与供电子电路连接。

所述光耦u5的发光二极管的正极作为自动同步全桥逆变驱动芯片的衡隔离控制端ir端口；

所述二极管d16的正极作为自动同步全桥逆变驱动芯片的使能控制端en端口。

进一步地，所述波形整形驱动子电路包括三极管q8、三极管q9、三极管q10和三极管q11；

所述三极管q8的集电极与光耦u1的三极管的集电极连接，所述三极管q8的基极与二极管d12的正极连接，所述二极管d12的负极与光耦u1的三极管的发射极连接，三极管q8的发射极还通过电阻r28与其基极连接；

所述三极管q9的集电极与光耦u2的三极管的集电极连接，所述三极管q9的基极与二极管d13的正极连接，所述二极管d13的负极与光耦u2的三极管的发射极连接，三极管q9的发射极还通过电阻r31与其基极连接；

所述三极管q10的集电极与光耦u3的三极管的集电极连接，所述三极管q10的基极与二极管d14的正极连接，所述二极管d14的负极与光耦u3的三极管的发射极连接，三极管q10的发射极还通过电阻r36与其基极连接；

所述三极管q11的集电极与光耦u4的三极管的集电极连接，所述三极管q11的基极与二极管d15的正极连接，所述二极管d15的负极与光耦u4的三极管的发射极连接，三极管q11的还发射极通过电阻r60与其基极连接；

所述三极管q8的集电极、三极管q9的集电极、三极管q10的集电极和三极管q11的集电极均与供电子电路连接；

所述电阻r28与三极管q8连接的一端作为自动同步并网全桥逆变驱动芯片的左桥臂上管驱动门极输出端口ho1端口；

所述电阻r36与三极管q10连接的一端作为自动同步并网全桥逆变驱动芯片的右桥臂上管驱动门极输出端口ho2端口；

所述电阻r31与三级管q9连接的一端作为自动同步并网全桥逆变驱动芯片左桥臂下管驱动门极输出端口l1端口；

所述电阻r60与三级管q11连接的一端作为自动同步并网全桥逆变驱动芯片右桥臂下管驱动门极输出端口l2端口。

进一步地，所述供电子电路包括主供电网络和自举供电网络；

所述主供电网络包括电容c17，所述电容c17的正极外接18v电源，且与自举供电网络和电阻r74的另一端连接，所述电容c17的与电阻r26的一端连接并接地，所述电阻r26的另一端与电阻r27的一端连接并接地，所述电阻r27的另一端与运算放大器的反相输入端连接；

所述自举供电网络包括二极管d1和二极管d2，所述二极管d1的正极分别与电容c17的正极和二极管d2的正极连接，二极管d1的负极与电容c15的正极连接，二极管d2的负极与电容c25的正极连接；

所述电容c15的负极作为自动同步并网全桥逆变驱动芯片的左桥臂mos管中心点输出端o1端口；

所述电容c25的负极作为自动同步并网全桥逆变驱动芯片的右桥臂mos管中心点输出端o2端口；

所述电容c17的正极作为自动同步并网全桥逆变驱动芯片的vcc端口；

所述电容c17的负极作为自动同步并网全桥逆变驱动芯片的gnd端口；

所述二极管d1的负极作为自动同步并网全桥逆变驱动芯片的vcc1端口；

所述二极管d2的负极作为自动同步并网全桥逆变驱动芯片的vcc2端口。

进一步地，所述电容c17的正极还分别与三极管q9的集电极、三极管q11的集电极和运算放大器ic11的电源输入端连接；

所述二极管d1的负极还与三极管q8的集电极连接；

所述二极管d2的负极还与三极管q10的集电极连接。

进一步地，所述光耦u3的发光二极管的正极和光耦u5的三极管的正极之间还连接有死区控制电阻r37；

所述电阻r37与光耦u3的发光二极管连接的一端作为自动同步并网全桥逆变驱动芯片的s1端口；

所述电阻r37与光耦u5的发光二极管连接的一端作为自动同步并网全桥逆变驱动芯片的s2端口。

进一步地，所述运算放大器ic11的型号为lm321或lm317。

本发明的有益效果为：本发明提供的自动同步并网全桥逆变驱动芯片，利用光耦的特性实现用市电作为同步采样和隔离驱动信号，也可以用mcu驱动；本发明电路结构简单，安全可靠，成本低，支持热插拔，无高频干扰问题。

附图说明

图1为本发明提供的实施例中自动同步并网全桥逆变驱动芯片内部电路结构图。

图2为本发明提供的实施例中自动同步并网全桥逆变驱动电路原理图。

图3为本发明提供的实施例中自动同步并网全桥逆变驱动芯片结构图。

图4为本发明提供的实施例中光耦特性曲线示意图。

图5为本发明提供的实施例中自动同步并网全桥逆变驱动电路输入18v电压时的输入波形示意图。

图6为本发明提供的实施例中自动同步并网全桥逆变驱动电路输出波形示意图。

具体实施方式

下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

如图1所示，一种自动同步并网全桥逆变驱动芯片，包括自动同步并网全桥逆变驱动电路，该电路包括ac平衡采样子电路、供电子电路、桥式隔离驱动子电路、波形整形驱动子电路和隔离控制子电路；

ac平衡采样子电路、桥式隔离驱动子电路和波形整形驱动子电路连接依次连接，供电子电路分别与桥式隔离驱动子电路、波形整形驱动子电路和控制子电路连接，桥式隔离驱动子电路还与隔离控制子电路连接。

其中，ac平衡采样子电路与市电连接，实现同步平衡采样；桥式隔离驱动子电路中的光耦的发光二极管按照桥式整流接法连接，实现电路互锁，利用光耦的发光二极管特性实现死区控制，利用光耦的高频相应特性实现谐波控制；波形整形驱动子电路作为波形整形和包络追踪；供电子电路可实现自举供电；隔离控制子电路利用运算放大器检测电流实现逐周保护。

如图2所示，ac平衡采样子电路包括电阻r30、电阻r32和电阻r33；

其中，电阻r30的一端通过电阻r32与电阻r33的一端连接；电阻r33的另一端与市电电网连接。

桥式隔离驱动子电路包括光耦u1、光耦u2、光耦u3和光耦u4；

光耦u1的发光二极管、光耦u2的发光二极管、光耦u3的发光二极管和光耦u4的发光二极管通过桥式连接法连接；

光耦u1的发光二极管的正极、光耦u3的发光二极管的正极、光耦u2的发光二极管的负极和光耦u4的发光二极管的负极均与隔离控制子电路连接；

光耦u1的发光二极管的负极和光耦u2的发光二极管的正极均与电阻r30的一端连接；

光耦u3的发光二极管的负极和光耦u4的发光二极管的正极均与电阻r33的另一端连接；

电阻r30的一端作为自动同步并网全桥逆变驱动芯片的in+端口；

电阻r33的一端作为自动同步并网全桥逆变驱动芯片的in-端口。

隔离控制子电路包括光耦u5，上述光耦u5实现隔离控制，避免直接控制影响采样平衡；

光耦u5的三极管的集电极分别与光耦u2的发光二极管的负极和光耦u4的发光二极管的负极连接，光耦u5的三极管的发射极分别与光耦u1的发光二极管的正极和光耦u3的发光二极管的正极连接；

光耦u5的发光二极管的负极接地，光耦u5的发光二极管的正极分别与电阻r72的一端和二极管d16的正极连接，电阻r72的另一端分别与运算放大器ic11的输出端和电阻r73的一端连接，电阻r73的另一端接地；

运算放大器ic11的电源输入端与电阻r64的一端连接，电阻r64的另一端分别与电阻r70一端和精密稳压芯片ic10的负极连接，电阻r70的另一端分别于电阻r71和运算放大器ic11的同相输入端连接，电阻r71的另一端分别与运算放大器ic11的接地端和精密稳压芯片ic10的正极连接并接地，精密稳压芯片ic10的负极与其控制端连接；

运算放大器ic11的反相输入端分别与供电子电路和电阻r73的另一端和电阻r74的一端连接，电阻r74的另一端与供电子电路连接；

运算放大器的ic11的电源输入端还与供电子电路连接；

光耦u5的发光二极管的正极作为自动同步全桥逆变驱动芯片的衡隔离控制端ir端口；

二极管d16的正极作为自动同步全桥逆变驱动芯片的使能控制端en端口。

上述运算放大器ic11的型号为lm321或lm317，用于检测电流电压实现逐周过流保护。

波形整形驱动子电路包括三极管q8、三极管q9、三极管q10和三极管q11；

三极管q8的集电极与光耦u1的三极管的集电极连接，三极管q8的基极与二极管d12的正极连接，二极管d12的负极与光耦u1的三极管的发射极连接，三极管q8的发射极还通过电阻r28与其基极连接；

三极管q9的集电极与光耦u2的三极管的集电极连接，三极管q9的基极与二极管d13的正极连接，二极管d13的负极与光耦u2的三极管的发射极连接，三极管q9的发射极还通过电阻r31与其基极连接；

三极管q10的集电极与光耦u3的三极管的集电极连接，三极管q10的基极与二极管d14的正极连接，二极管d14的负极与光耦u3的三极管的发射极连接，三极管q10的发射极还通过电阻r36与其基极连接；

三极管q11的集电极与光耦u4的三极管的集电极连接，三极管q11的基极与二极管d15的正极连接，二极管d15的负极与光耦u4的三极管的发射极连接，三极管q11的还发射极通过电阻r60与其基极连接；

三极管q8的集电极、三极管q9的集电极、三极管q10的集电极和三极管q11的集电极均与供电子电路连接；

电阻r28与三极管q8连接的一端作为自动同步并网全桥逆变驱动芯片的左桥臂上管驱动门极输出端口ho1端口；

电阻r36与三极管q10连接的一端作为自动同步并网全桥逆变驱动芯片的右桥臂上管驱动门极输出端口ho2端口；

电阻r31与三级管q9连接的一端作为自动同步并网全桥逆变驱动芯片左桥臂下管驱动门极输出端口l1端口；

电阻r60与三级管q11连接的一端作为自动同步并网全桥逆变驱动芯片右桥臂下管驱动门极输出端口l2端口。

上述波形整形驱动子电路中的二极管d12-d15作为波形整形和包络追踪；利用三极管q8-q11作为功率管驱动。

供电子电路包括主供电网络和自举供电网络；

主供电网络包括电容c17，电容c17的正极外接18v电源，且与自举供电网络和电阻r74的另一端连接，电容c17的与电阻r26的一端连接并接地，电阻r26的另一端与电阻r27的一端连接并接地，电阻r27的另一端与运算放大器的反相输入端连接；

自举供电网络主要包括二极管d1和二极管d2，实现自举供电；

自举供电网络包括二极管d1和二极管d2，二极管d1的正极分别与电容c17的正极和二极管d2的正极连接，二极管d1的负极与电容c15的正极连接，二极管d2的负极与电容c25的正极连接；

电容c15的负极作为自动同步并网全桥逆变驱动芯片的左桥臂mos管中心点输出端o1端口；

电容c25的负极作为自动同步并网全桥逆变驱动芯片的右桥臂mos管中心点输出端o2端口；

电容c17的正极作为自动同步并网全桥逆变驱动芯片的vcc端口；

电容c17的负极作为自动同步并网全桥逆变驱动芯片的gnd端口；

二极管d1的负极作为自动同步并网全桥逆变驱动芯片的vcc1端口；

二极管d2的负极作为自动同步并网全桥逆变驱动芯片的vcc2端口。

供电子电路中的电容c17的正极还分别与三极管q9的集电极、三极管q11的集电极和运算放大器ic11的电源输入端连接；二极管d1的负极还与三极管q8的集电极连接；二极管d2的负极还与三极管q10的集电极连接。

光耦u3的发光二极管的正极和光耦u5的三极管的正极之间还连接有死区控制电阻r37，实现死区控制；电阻r37与光耦u3的发光二极管连接的一端作为自动同步并网全桥逆变驱动芯片的s1端口；电阻r37与光耦u5的发光二极管连接的一端作为自动同步并网全桥逆变驱动芯片的s2端口。

如图3所示，一种自动同步并网全桥逆变驱动电路的芯片，包括如图2所示的自动同步并网全桥逆变驱动电路，该芯片包括16个引脚端口；

其中，in+端口和in-端口之间外接ac平衡采样子电路；

en端口外接开关和mcu保护电路；

ir端口外接功率管电流检测控制电路；

vcc1端口外接左桥臂自举供电电路；

vcc2端口外接右桥臂自举供电电路；

s1端口和s2端口之间外接死区控制电阻；

o1端口外接左桥臂上、下功率管输出中点；

o2端口外接右桥臂上、下功率管输出中点；

ho1端口外接左桥臂上功率管驱动门极；

ho2端口外接右桥臂上功率管驱动门极；

l1端口外接左桥臂下功率管驱动门极；

l2端口外接右桥臂下功率管驱动门极。

在本发明的一个实施例中，提供了本发明电路的工作原理：ac平衡采样子电路由电阻r30、r32和r33组成，其交流电正、负半轴回路电阻相同；当信号流入由光耦u1～u4组成的桥式隔离驱动电路中，交流电在正半周时，信号的流向为in+→u2→u5ce→r37→u3→in-，由u2驱动桥式功率电路左下管l1，u3驱动桥式功率电路右上管ho2；交流电负半周时in-→u4→u5ce→r37→u1→in+,u4驱动桥式功率电路右下管l2，u1驱动桥式功率电路左上管ho1。由桥式整流器特性可知，同桥臂上下管是互锁的，不会出现同时导通现象；调节死区控制电阻r37可同时平衡调整光偶电桥四只发光管的导通程度，改变死区大小或关闭电路信号。由于光偶u5ce端与r37串联的，所以u5的工作状态直接可以控制驱动电路工作，用一组运放检测电路中的电流和电压，并反馈到u5就可以实现控制和保护；电路中由d12～d15组成波形整形电路，使波形更加陡峭，降低功率管开关损耗。

通过光耦u1-u4的特性曲线(如图4所示)，实现波形整形和高频滤波，在in+和in-输入ac18v左右的电压，调节死区控制电阻r37，其中，输入波形如图5所示，三极管q8～q11输出波形如图6所示，图6中上方波形为三极管q9和三极管q11的下管驱动门极输出端口的波形，下方波形为三极管q8和三极管q10的上管驱动门极输出端口的波形。将图5和图6对比，可以看出驱动功率管的波形与市电波形基本一致，无杂波干扰。

本发明的有益效果为：本发明提供的自动同步并网全桥逆变驱动芯片可用作并网全桥逆变器驱动，解决了分散的电能采集和自动并网回馈的问题，从几瓦至数千瓦都能并网，用市电采样信号驱动、无高频干扰、即插即用、免安装、利用电网的吞吐能力，不用蓄电池并网运行，也可以加蓄电池，错开用电量高峰时段储存电能，提高电网的吞吐能力，零存整取，满足家用电器连续工作的时间很短，但功率比较大的特性，发电抵消自家电费，不用申请国家电网回购，成本低，用户只要几年就能收回投资成本；特别是为太阳能电池厂商拓宽了更大的市场。本发明利用光耦的特性实现用市电作为同步采样和隔离驱动信号，也可以用mcu驱动；本发明电路结构简单，安全可靠，成本低，支持热插拔(即插即用)，无高频干扰问题；该芯片可广泛应用于各种需要并网的设备及系统中。