一种用于车载直流电源的逆变器装置的制作方法

本发明涉及直流与交流之间变换电力的逆变技术领域，特别涉及一种用于车载直流电源的逆变器装置。

背景技术：

目前，车载电源通常都是直流电，其主要原因为：首先，车辆需要电启动，存储电量的电源只能是直流；其次，控制电路的电子元件只能应用于直流电，即使提供交流电，也都是整流成直流后使用，所以直接为直流电源正好合适；再次，对直流电控制相对简单。但是为了满足家用电子设备的用电需求，例如笔记本电脑等，需要车辆也能提供和市电相同的220v交流电。车载直流电源逆变器是一种能够将12v或24v直流电转换为和市电相同的220v交流电，供一般电器使用的车用电源转换器。

现有技术中，车载直流电源逆变器的功能实现电路主要由两部分组成，第一部分为前级转换电路，负责将汽车12v或卡车24v直流电源电压转换为400v直流高压。第二部分为后级转换电路，负责将400v左右的直流高压转换为220vac/50hz交流市电。

但是，现有前级转换电路在实际应用中存在一个明显的问题：当升压比计算确定后，由于输入电压通常是一个范围值，会出现输出高压也是一个范围值的情况，举例如下：

卡车标称为24v直流电源的实际电压一般为22v～32v，要满足220v电压所需要的最低直流电压为220v*1.414＝311.08v，即升压比最少应该设计为：311.08v/22v≈14，据此可计算出前级转换电路的最高输出电压为32v*14＝448v，即输入电压在22v～32v范围变化时，输出直流高压的变化范围为：308v～448v。以上情况意味着前级转换电路升压后，后级电路的电子元件耐压必须达到448v，但是在实际测试和调试中往往会发现逆变器空载情况下，前级转换电路的输出电压会更高，有的甚至会远远超过500v，而后级电路部分电子元件耐压有限，这将导致后级电路部分电子元件因超出其耐压值而损坏，从而使整个逆变器功能失效。

技术实现要素：

本发明实施例提供一种用于车载直流电源的逆变器装置，以解决相关技术中将直流电压升压后电压过高，影响后级电路的电子元件正常使用的技术问题。

本发明实施例提供了一种用于车载直流电源的逆变器装置，包括：

逆变升压整流电路，其用于与直流电源连接，并用于将直流电源电压至少部分逆变升压整流后输出至后级电路；

采样分压比较电路，其与所述逆变升压整流电路连接，用于将逆变升压整流后输出的电压分压，再将该分压后的电压与预设的电压比较；

控制电路，其与所述逆变升压整流电路和采样分压比较电路连接，且被配置为：当分压后的电压大于预设的电压时，所述控制电路用于使所述逆变升压整流电路将所述直流电源电压部分逆变升压整流后输出至后级电路。

通过设置采样分压比较电路和控制电路，所述采样分压比较电路将逆变升压整流后输出的电压分压，再将该分压后的电压与预设的电压比较，所述控制电路使所述逆变升压整流电路将直流电源电压部分或全部逆变升压整流后输出，且当所述分压后的电压大于预设的电压时，所述控制电路使所述逆变升压整流电路将所述直流电源电压部分逆变升压整流后输出。由于逆变升压整流电路的升压比是不变的，当所述逆变升压整流电路输出的电压过高时，本发明将将直流电源电压部分逆变升压整流后输出，相当于降低升压前的电压，使得所述逆变升压整流电路输出电压降低，保护后级电路的电子元件。

一些实施例中，所述采样分压比较电路包括：

采样分压子电路，其与所述逆变升压整流电路连接，所述采样分压子电路用于采集所述逆变升压整流电路逆变升压整流后输出的电压并分压；

比较子电路，其与所述采样分压子电路连接，所述比较子电路用于获取所述采样分压子电路分压后的电压，并与预设的电压比较，再将比较结果发送至所述控制电路。

所述采样分压比较电路通过设置采样分压子电路和比较子电路，将所述逆变升压整流电路逆变升压整流后的电压先分压再比较，判断输出电压是否过高，便于根据反馈结果控制所述逆变升压整流电路逆变升压整流过程。

一些实施例中，所述采样分压子电路包括至少两个分压电阻r5，所有所述分压电阻r5串联后一端与所述逆变升压整流电路的电压输出端连接、另一端接地。

通过多个分压电阻将所述逆变升压整流电路逆变升压整流后的电压分压，结构简单，设计方便，使用成本低。

一些实施例中，所述比较子电路包括运算放大器op1和光耦合器pc1，所述光耦合器pc1的阳极与所述运算放大器op1的输出端连接，所述运算放大器op1的同相输入端和所述光耦合器pc1的阴极分别连接任一所述分压电阻r5的两端，所述运算放大器op1的反相输入端连接参考电压，所述光耦合器pc1的集电极与所述控制电路连接、发射极接地。

所述比较子电路通过设置运算放大器op1和光耦合器pc1，一方面使用所述运算放大器op1将分压电阻的分压与参考电压进行比较，结构简单，设计方便；另一方便，将比较的结果通过光耦合器pc1反馈至所述控制电路，保护所述控制电路。所述光耦合器pc1信号单向传输，输入端与输出端电气隔离，输出信号对输入端无影响，抗干扰能力强，工作稳定，无触点，使用寿命长，传输效率高。

一些实施例中，所述逆变升压整流电路包括变压器t1和开关器件q1、q2，所述变压器t1的初级线圈的输入端用于与所述与直流电源连接，所述变压器t1的初级线圈的第一输出端与开关器件q1的第一端连接，所述变压器t1的初级线圈的第二输出端与开关器件q2的第一端连接，所述开关器件q1、q2的第三端均接地，所述开关器件q1、q2的第二端均与所述控制电路连接。

所述逆变升压整流电路通过设置变压器t1和开关器件q1、q2，通过所述开关器件q1、q2的开启或关闭，将车载直流电源逆变并升压，结构简单，设计方便，使用成本低。

一些实施例中，所述控制电路包括pwm控制器，所述pwm控制器的反馈管脚与所述光耦合器pc1的集电极连接，所述pwm控制器的第一输出管脚和第二输出管脚分别与所述开关器件的q1、q2的第二端连接。

所述控制电路通过设置pwm控制，可以精确控制所述开关器件的q1、q2的开启或关闭，进而控制所述逆变升压整流电路将车载直流电源部分或全部逆变升压整流后输出至后级电路。

一些实施例中，所述逆变升压整流电路还包括整流子电路，所述整流子电路的第一输入端和第二输入端分别与所述变压器t1的次级线圈的两端连接，所述整流子电路的第一输出端用于与后级电路连接、第二输出端接地。

所述逆变升压整流电路通过设置整流子电路，将所述逆变升压整流电路逆变升压的电压再次整流输出，便于后级电路进一步处理。

一些实施例中，所述整流子电路为全桥整流电路，包括两两对接的二极管d1、d2、d3和d4。

全桥整流电路利用四个二极管d1、d2、d3和d4，输入正弦波的正半部分是两个二极管导通，得到正的输出；输入正弦波的负半部分时，另外两个二极管导通，由于这两个二极管是反接的，所以输出还是得到正弦波的正半部分。

一些实施例中，所述逆变升压整流电路还包括输出电容e2，所述输出电容e2的正极与所述整流子电路的第一输出端连接、负极接地。

所述输出电容e2优选铝电解电容，铝电解电容价格便宜，同样耐压的电解电容器，铝电解电容可以做更大的容量。铝电解电容耐压更好，铝电解电容可以最高达到450-600v，另外由于本发明实施例提供一种用于车载直流电源的逆变器装置，能够有效地避免所述逆变升压整流电路输出的电压，变相也起到了保护输出电容e2的作用。

一些实施例中，所述逆变升压整流电路还包括输入电容e1，所述输入电容e1的正极用于与所述直流电源连接、负极接地。

所述输出电容e1也可以优选铝电解电容，铝电解电容价格便宜，同样耐压的电解电容器，铝电解电容可以做更大的容量。

本发明提供的技术方案带来的有益效果包括：

本发明实施例提供了一种用于车载直流电源的逆变器装置，其设置有采样分压比较电路和控制电路，所述采样分压比较电路将逆变升压整流后输出的电压分压，再将该分压后的电压与预设的电压比较，所述控制电路使所述逆变升压整流电路将直流电源电压部分或全部逆变升压整流后输出，且当所述分压后的电压大于预设的电压时，所述控制电路使所述逆变升压整流电路将所述直流电源电压部分逆变升压整流后输出。由于逆变升压整流电路的升压比是不变的，当所述逆变升压整流电路输出的电压过高时，本发明将将直流电源电压部分逆变升压整流后输出，相当于降低升压前的电压，使得所述逆变升压整流电路输出电压降低，保护后级电路的电子元件。

本发明实施例提供了一种用于车载直流电源的逆变器装置，其采样分压比较电路通过设置采样分压子电路和比较子电路，所述采样分压子电路包括至少两个分压电阻r5，所有所述分压电阻r5串联后一端与所述逆变升压整流电路的电压输出端连接、另一端接地，多个分压电阻r5将所述逆变升压整流电路逆变升压整流后的电压分压，结构简单，设计方便，使用成本低。所述比较子电路通过设置运算放大器op1和光耦合器pc1，一方面使用所述运算放大器op1将分压电阻的分压与参考电压进行比较，结构简单，设计方便；另一方便，将比较的结果通过光耦合器pc1反馈至所述控制电路，保护所述控制电路。

本发明实施例提供了一种用于车载直流电源的逆变器装置，其逆变升压整流电路通过设置变压器t1和开关器件q1、q2，通过所述开关器件q1、q2的开启或关闭，将车载直流电源逆变并升压，结构简单，设计方便，使用成本低。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种用于车载直流电源的逆变器装置的系统图；

图2为本发明实施例提供的一种用于车载直流电源的逆变器装置电路示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例提供了一种用于车载直流电源的逆变器装置，以解决相关技术中将直流电压升压后电压过高，影响后级电路的电子元件正常使用的技术问题。

参见图1所示，一种用于车载直流电源的逆变器装置，包括：逆变升压整流电路、采样分压比较电路和控制电路。

所述逆变升压整流电路，其用于与直流电源连接，并用于将直流电源电压至少部分逆变升压整流后输出至后级电路。所述采样分压比较电路与所述逆变升压整流电路连接，用于将逆变升压整流后输出的电压分压，再将该分压后的电压与预设的电压比较。所述控制电路与所述逆变升压整流电路和采样分压比较电路连接，且被配置为：当分压后的电压大于预设的电压时，所述控制电路用于使所述逆变升压整流电路将所述直流电源电压部分逆变升压整流后输出至后级电路。

本发明实施例提供了一种用于车载直流电源的逆变器装置，其设置有采样分压比较电路和控制电路，所述采样分压比较电路将逆变升压整流后输出的电压分压，再将该分压后的电压与预设的电压比较，所述控制电路使所述逆变升压整流电路将直流电源电压部分或全部逆变升压整流后输出，且当所述分压后的电压大于预设的电压时，所述控制电路使所述逆变升压整流电路将所述直流电源电压部分逆变升压整流后输出。由于逆变升压整流电路的升压比是不变的，当所述逆变升压整流电路输出的电压过高时，本发明将将直流电源电压部分逆变升压整流后输出，相当于降低升压前的电压，使得所述逆变升压整流电路输出电压降低，保护后级电路的电子元件。

作为可选的本发明实施例提供一种用于车载直流电源的逆变器装置，所述采样分压比较电路包括：采样分压子电路和比较子电路。所述采样分压子电路与所述逆变升压整流电路连接，所述采样分压子电路用于采集所述逆变升压整流电路逆变升压整流后输出的电压并分压。所述比较子电路与所述采样分压子电路连接，所述比较子电路用于获取所述采样分压子电路分压后的电压，并与预设的电压比较，再将比较结果发送至所述控制电路。所述采样分压比较电路通过设置采样分压子电路和比较子电路，将所述逆变升压整流电路逆变升压整流后的电压先分压再比较，判断输出电压是否过高，便于根据反馈结果控制所述逆变升压整流电路逆变升压整流过程。

具体地，参见图2所示，所述采样分压子电路包括至少两个分压电阻r5，所有所述分压电阻r5串联后一端与所述逆变升压整流电路的电压输出端连接、另一端接地。本发明实施例通过多个分压电阻r5将所述逆变升压整流电路逆变升压整流后的电压分压，结构简单，设计方便，使用成本低。所述比较子电路包括运算放大器op1和光耦合器pc1，所述光耦合器pc1的阳极与所述运算放大器op1的输出端连接，所述运算放大器op1的同相输入端和所述光耦合器pc1的阴极分别连接任一所述分压电阻r5的两端，所述运算放大器op1的反相输入端连接参考电压，所述光耦合器pc1的集电极与所述控制电路连接、发射极接地。本发明实施例通过设置运算放大器op1和光耦合器pc1，一方面使用所述运算放大器op1将分压电阻的分压与参考电压进行比较，结构简单，设计方便；另一方便，将比较的结果通过光耦合器pc1反馈至所述控制电路，保护所述控制电路。进一步地，所述控制电路包括pwm控制器，所述pwm控制器的反馈管脚与所述光耦合器pc1的集电极连接。

所述光耦合器pc1信号单向传输，输入端与输出端完全实现了电气隔离，输出信号对输入端无影响，抗干扰能力强，工作稳定，无触点，使用寿命长，传输效率高。所述运算放大器op1是一个内含多级放大电路的电子集成电路，其可以根据需要设计成多种用途的电路，本发明实施例通过运算放大器op1形成电压比较电路，将参考电压与分压电阻r5的分压进行比较，并配合光耦合器pc1生成反馈信号输出至pwm控制器的反馈管脚。脉宽调制(pwm)是指用微处理器的数字输出来对模拟电路进行控制，是一种对模拟信号电平进行数字编码的方法，以数字方式控制模拟电路，可以大幅度降低系统的成本和功耗，许多微控制器内都包含pwm控制器，使用方便。

具体地，所述采样分压比较电路的工作原理如下：

参见图2所示，多个分压电阻r5串联后一端与所述逆变升压整流电路的电压输出端连接、另一端接地。每个分压电阻r5两端的电压较小，本发明实施例中的所述运算放大器op1的同相输入端和所述光耦合器pc1的阴极分别连接一个分压电阻r5的两端，该分压电阻r5为一端接地的分压电阻，即所述光耦合器pc1的阴极接地，所述运算放大器op1的同相输入端与分压电阻r5的另一端连接。当该分压电阻r5的电压超过所述运算放大器op1的反相输入端的参考电压时，所述光耦合器pc1的阳极至阴极导通，所述光耦合器pc1的发光二极管发光，使得所述光耦合器pc1的集电极与发射极导通后接地，相当于所述pwm控制器的反馈管脚收到一个反馈信号。

进一步地，所述逆变升压整流电路包括变压器t1和开关器件q1、q2，所述变压器t1的初级线圈的输入端用于与所述与直流电源连接，所述变压器t1的初级线圈的第一输出端与开关器件q1的第一端连接，所述变压器t1的初级线圈的第二输出端与开关器件q2的第一端连接，所述开关器件q1、q2的第三端均接地，所述开关器件q1、q2的第二端均与所述控制电路连接。所述pwm控制器的第一输出管脚和第二输出管脚分别与所述开关器件的q1、q2的第二端连接。另外，参见图2所示，通常所述开关器件q1设置有外围电阻r1、r2，所述开关器件q2设置有外围电阻r3、r4。具体地，所述电阻r1一端与所述pwm控制器的第一输出管脚pwm1连接、另一端与所述开关器件q1的第二端连接，所述电阻r2的一端与所述开关器件q1的第二端连接、另一端接地，所述r3一端与所述pwm控制器的第二输出管脚pwm2连接、另一端与所述开关器件q2的第二端连接，所述电阻r4的一端与所述开关器件q2的第二端连接、另一端接地。

所述开关器件q1、q2可选用金属-氧化物半导体场效应晶体管(metal-oxide-semiconductorfield-effecttransistor，mosfet)。mosfet在其输入端基本不取电流或电流极小，具有输入阻抗高、噪声低、热稳定性好、制造工艺简单等特点，在大规模和超大规模集成电路中被应用。mosfet凭借其低功耗、性能稳定、抗辐射能力强等优势，控制方式比较方便，体积小，重量轻，寿命长。抗干扰能力强，功耗低。具有鼓励功率小，输出功率大，输出漏极电流具有负温度系数，平安牢靠，且有工作频率高，偏置简单等优点。

具体地，所述逆变升压整流电路的工作原理如下：

参见图2所示，所述pwm控制器的第一输出管脚pwm1和第二输出管脚pwm2分别与所述开关器件的q1、q2的第二端连接，两路pwm分别以50％的占空比交替驱动所述开关器件的q1、q2通断，相当于在变压器t1的初级线圈上形成一个以直流电源电压为最高电压的交流电，再通过变压器t1，升压到需求的电压。进一步地，当所述pwm控制器的反馈管脚收到一个反馈信号时，所述pwm控制器可以控制第一输出管脚pwm1或第二输出管脚pwm2，使所述开关器件的q1或开关器件q2处于关闭状态，相当于在一个周期内只有一半的时间将直流电源电压升压，总体上看相当于降低了变压器t1升压前的电压，进而使得升压后的电压也降低，保护后级电路的电子元件。

作为可选的本发明实施例提供一种用于车载直流电源的逆变器装置，所述逆变升压整流电路还包括整流子电路，所述整流子电路的第一输入端和第二输入端分别与所述变压器t1的次级线圈的两端连接，所述整流子电路的第一输出端用于与后级电路连接、第二输出端接地。具体地，所述整流子电路为全桥整流电路，包括两两对接的二极管d1、d2、d3和d4。参见图2所示，二极管d1、d2、d3和d4两两对接形成全桥整流电路。全桥整流电路利用四个二极管d1、d2、d3和d4，输入正弦波的正半部分是两个二极管导通，得到正的输出；输入正弦波的负半部分时，另外两个二极管导通，由于这两个管是反接的，所以输出还是得到正弦波的正半部分。因此，最终整流输出的仍然是直流电压。

进一步地，所述逆变升压整流电路还包括输出电容e2，所述输出电容e2的正极与所述整流子电路的第一输出端连接、负极接地。所述输出电容e2优选铝电解电容，铝电解电容价格便宜，同样耐压的电解电容器，铝电解电容可以做更大的容量。铝电解电容耐压更好，铝电解电容可以最高达到450-600v。另外，由于本发明实施例能够有效地避免所述逆变升压整流电路输出的电压，变相也起到了保护输出电容e2的作用。

再进一步地，所述逆变升压整流电路还包括输入电容e1，所述输入电容e1的正极用于与所述直流电源连接、负极接地。所述输入电容e1也可以优选铝电解电容，同样耐压的电解电容器，铝电解电容可以做更大的容量。

结合图2，对本发明实施例中的用于车载直流电源的逆变器装置的工作原理进一步说明如下：

假设车载直流电源初始的输出电压为标定的电压24v，所述pwm控制器的第一输出管脚pwm1和第二输出管脚pwm2分别与所述开关器件的q1、q2的第二端连接，两路pwm分别以50％的占空比交替驱动所述开关器件的q1、q2通断，在变压器t1的初级线圈上形成一个以直流电源电压24v为最高电压的交流电，再通过变压器t1，升压到需求的电压。再假设升压比为14，据此可计算出升压后最高输出电压为24v*14＝336v。当某种情况下，车载直流电源的输出电压为32v，假设不做任何处理，据此可计算出升压后最高输出电压为32v*14＝448v。电压过高，对后级电路的元件不利。则此时，通过多个分压电阻r5分压，比较子电路的运算放大器op1可以将一个分压电阻r5的电压与参考电压比较，得知升压后的电压已经过高，此时，运算放大器op1通过光耦合器pc1反馈一个信号至pwm控制器，所述pwm控制器可以控制第一输出管脚pwm1或第二输出管脚pwm2，使所述开关器件的q1或开关器件q2处于关闭状态，只有一个开关器件正常开启或关闭，相当于在一个周期内只有一半的时间将直流电源电压升压，升压前的电压相当于32v的一半16v，据此可计算出升压后最高输出电压为16v*14＝224v，比正常使用时的336v要小。总体上看相当于降低了变压器t1升压前的电压，使得升压后的电压也降低，因此，本发明实施例中的用于车载直流电源的逆变器装置，能够将所述逆变升压整流电路的输出电压控制在相对稳定的范围内，不会出现输出电压长时间过高的情况，保护后级电路的电子元件。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

需要说明的是，在本发明中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文发明的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。