双模式逆变电源的制作方法

1.本实用新型涉及电源控制技术领域，尤其涉及一种双模式逆变电源。


背景技术：

2.目前通过将三相发电机作为电源直接在给后级负载供电时，其输出端电压会随着负荷的增大而降低，出现输出电压不稳定的问题。同时，三相发电机在给单相负载供电时，其输出容量仅为发电机额定容量的三分之一，无法满足大容量单相负载的供电需求。
3.可见，现有技术中的三相发电机存在供电不稳定和无法满足大容量单相负载供电需求的问题。


技术实现要素：

4.针对现有技术中所存在的不足，本实用新型的提供的一种双模式逆变电源，其解决了现有技术中三相发电机存在供电不稳定和无法满足大容量单相负载供电需求的问题。
5.本实用新型提供一种双模式逆变电源，所述逆变电源包括：三相整流桥、逆变模块、开关模块、输出模块、检测调理电路和主控模块；所述三相整流桥的输入端使用时与三相发电机相连，用于将所述三相发电机输出的三相交流电转换成直流电；所述逆变模块的输入端与所述三相整流桥的输出端相连，所述逆变模块的输出端通过所述开关模块与所述输出模块的输入端相连，所述输出模块的输出端使用时与后级负载相连；其中，所述输出模块包括a相输出端、b相输出端、c相输出端、中性线输出端和火线输出端；所述检测调理电路的输入端与所述输出模块的输出端相连，用于分别检测所述输出模块中每个输出端的实时电压；所述主控模块分别与所述检测调理电路的输出端、所述逆变模块的控制端和所述开关模块的控制端相连，用于根据每个输出端的实时电压控制所述逆变模块的工作状态，使所述逆变模块将所述直流电同时转换成输出功率相同的单相交流电和三相交流电；还用于控制所述开关模块的开关状态，使输出模块的输出模式在单相模式和三相模式中进行切换。
6.可选地，所述开关模块包括：第一继电器和第二继电器；所述第一继电器的控制端和所述第二继电器的控制端分别与所述主控模块相连，所述第一继电器的开关第一端与所述逆变模块的第一输出端相连，所述第一继电器的开关第二端与所述逆变模块的第二输出端相连，所述第二继电器的开关第一端与所述逆变模块的第二输出端相连，所述第二继电器的开关第二端与所述逆变模块的第三输出端相连，所述第二继电器的开关第二端还与所述输出模块的火线输出端相连。
7.可选地，所述逆变模块包括：第一桥臂单元、第二桥臂单元、第三桥臂单元、第四桥臂单元、第五桥臂单元和第六桥臂单元；所述第一桥臂单元的输入端、第二桥臂单元的输入端、第三桥臂单元的输入端、第四桥臂单元的输入端、第五桥臂单元的输入端和第六桥臂单元的输入端分别与所述三相整流桥的输出端相连；所述第一桥臂单元的输出端与所述 a相输出端相连，所述第二桥臂单元的输出端与所述b相输出端相连，所述第三桥臂单元的输出
单元与所述c相输出端相连，所述第四桥臂单元的输出端、所述第五桥臂单元的输出端和所述第六桥臂单元的输出端分别与所述中性线输出端相连；其中，所述第一桥臂单元的输出端为所述逆变模块的第一输出端，所述第二桥臂单元的输出端为所述逆变模块的第二输出端，所述第三桥臂单元的输出为所述逆变模块的第三输出端。
8.可选地，所述逆变模块还包括：第一滤波电感、第二滤波电感、第三滤波电感和第四滤波电感；所述第一滤波电感的第一端与所述第一桥臂单元的输出端相连，所述第一滤波电感的第二端与所述a相输出端相连；所述第二滤波电感的第一端与所述第二桥臂单元的输出端相连，所述第二滤波电感的第二端与所述b相输出端相连；所述第三滤波电感的第一端与所述第三桥臂单元的输出端相连，所述第三滤波电感的第二端与所述c相输出端相连；所述第四滤波电感的第一端与所述第四桥臂单元的输出端相连，所述第四滤波电感的第二端与所述中性线输出端相连。
9.可选地，每个桥臂单元包括：上臂开关管和下臂开关管；上臂开关管的漏极与三相整流桥的第一输出端相连，所述上臂开关管的栅极与所述主控模块相连，所述上臂开关管的源极与所述下臂开关管的漏极相连，所述下臂开关管的栅极与所述主控模块相连，所述下臂开关管的源极与所述三相整流桥的第二输出端相连；其中所述上臂开关管的源极为每个桥臂单元的输出端。
10.可选地，所述输出模块还包括：第一滤波电容、第二滤波电容和第三滤波电容；所述第一滤波电容的第一端与所述a相输出端相连，所述第二滤波电容的第一端与所述b相输出端相连，所述第三滤波电容的第一端与所述c相输出端相连，所述第一滤波电容的第二端、第二滤波电容的第二端和第三滤波电容的第二端分别与所述中性线输出端相连。
11.可选地，所述逆变电源还包括：直流滤波电容，所述直流滤波电容的第一端与所述三相整流桥的第一输出端相连，所述直流滤波电容的第二端与所述三相整流桥的第二输出端相连。
12.可选地，当所述输出模块处于三相运行模式时，所述a相输出端、所述b相输出端、所述c相输出端分别与三相负载相连；或/和，所述a相输出端与第一单相负载的第一端相连，所述b相输出端与第二单相负载的第一端相连，所述c相输出端与第三单相负载的第一端相连，所述第一单相负载的第二端、所述第二单相负载的第二端和所述第三单相负载的第二端与所述中性线输出端相连。
13.可选地，当所述输出模块处于单相运行模式时，所述火线输出端与第四单相负载的第一端相连，所述中性线输出端与第四单相负载的第二端相连。
14.可选地，所述主控模块包括：主控芯片和驱动电路；所述主控芯片与所述检测调理电路的输出端和所述开关模块的控制端相连，用于对所述每个输出端的实时电压进行分析，并根据分析结果输出pwm信号；还用于输出控制信号控制开关模块的开关状态；所述驱动电路的输入端与所述主控芯片相连，所述驱动电路的输出端与所述逆变模块相连，用于根据所述pwm信号驱动每个桥臂单元中的上臂开关管和下臂开关管分时导通。
15.相比于现有技术，本实用新型具有如下有益效果：
16.1、本实用新型通过三相整流桥将三相发电机输出的三相交流电转换成直流电，再通过逆变模块将直流电转换成稳定的单相交流电和三相交流电，不仅满足对输出电压稳定性的要求，还同时提供了单相和三相的两种供电形式。
17.2、本实用新型通过主控模块控制开关模块的开关状态，使输出模块的输出模式在单相模式和三相模式中进行切换，从而满足不同类型负载的供电需求。
18.3、本实用新型通过逆变模块可以将直流电同时转换成输出功率相同的单相交流电和三相交流电，即所述单相交流电的输出功率与所述三相交流电的输出功率相同，从而提高了单相模式下的输出功率，可以满足大容量单相负载的供电需求。
19.4、本实用新型通过所述检测调理电路检测每个输出端的实时电压，所述主控模块再根据每个输出端的实时电压驱动逆变模块的逆变工作，从而达到调整输出端电流平衡的目的，防止烧坏中性线。
附图说明
20.此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本实用新型的实施例，并与说明书一起用于解释本实用新型的原理。
21.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
22.图1所示为本实用新型实施例提供的一种双模式逆变电源的结构示意图；
23.图2所示为本实用新型实施例提供的一种双模式逆变电源的电路示意图；
24.图3所示为本实用新型实施例提供的一种三相模式下的控制时序图；
25.图4所示为本实用新型实施例提供的一种双模式逆变电源与后级负载的连接示意图；
26.图5所示为本实用新型实施例提供的另一种双模式逆变电源与后级负载的连接示意图；
27.图6所示为本实用新型实施例提供的又一种双模式逆变电源与后级负载的连接示意图；
28.图7所示为本实用新型实施例提供的一种单相模式下的控制时序图。
具体实施方式
29.为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术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技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，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，都属于本技术保护的范围。本实用新型实例中相同标号的功能单元具有相同和相似的结构和功能。
30.实施例一
31.图1所示为本实用新型实施例提供的一种双模式逆变电源的结构示意图，如图1所示，本实施例提供的双模式逆变电源100具体包括：
32.三相整流桥110、逆变模块120、开关模块130、输出模块140、检测调理电路150和主控模块150；
33.所述三相整流桥110的输入端使用时与三相发电机200相连，用于将所述三相发电机 200输出的三相交流电转换成直流电；
34.所述逆变模块120的输入端与所述三相整流桥110的输出端相连，所述逆变模块120 的输出端通过所述开关模块与所述输出模块140的输入端相连，所述输出模块140的输出端使用时与后级负载300相连；其中，所述输出模块140包括a相输出端、b相输出端、c 相输出端、中性线输出端和火线输出端；
35.所述检测调理电路150的输入端与所述输出模块140的输出端相连，用于分别检测所述输出模块140中每个输出端的实时电压；
36.所述主控模块150分别与所述检测调理电路150的输出端、所述逆变模块120的控制端和所述开关模块130的控制端相连，用于根据每个输出端的实时电压控制所述逆变模块 120的工作状态，使所述逆变模块120将所述直流电同时转换成输出功率相同的单相交流电和三相交流电；还用于控制所述开关模块130的开关状态，使输出模块140的输出模式在单相模式和三相模式中进行切换。
37.需要说明的是，本实施例中的后级负载包括单相负载和三相负载，其中单相负载包括小容量的单相负载和大容量的单相负载。
38.在本实施例提供的双模式逆变电源的技术原理为：本实施例通过三相整流桥110将三相发电机200输出的三相交流电转换成直流电，再通过逆变模块120将直流电转换成稳定的单相交流电和三相交流电，不仅满足对输出电压稳定性的要求，还同时提供了单相和三相的两种供电形式。
39.在本实施例中，通过主控模块150控制开关模块130的开关状态，使输出模块140的输出模式在单相模式和三相模式中进行切换，从而满足不同类型负载的供电需求。
40.在本实施例中，所述逆变模块120可以将直流电同时转换成输出功率相同的单相交流电和三相交流电，即所述单相交流电的输出功率与所述三相交流电的输出功率相同，从而提高了单相模式下的输出功率，可以满足大容量单相负载的供电需求。
41.在本实施例中，通过所述检测调理电路150检测每个输出端的实时电压，所述主控模块150再根据每个输出端的实时电压驱动逆变模块120的逆变工作，从而达到调整输出端电流平衡的目的，防止烧坏中性线。
42.实施例二
43.如图2所示，在本实施例中所述开关模块130包括：第一继电器k1和第二继电器k2；所述第一继电器k1的控制端和所述第二继电器k2的控制端分别与所述主控模块相连，所述第一继电器k1的开关第一端与所述逆变模块的第一输出端相连，所述第一继电器k1的开关第二端与所述逆变模块的第二输出端相连，所述第二继电器k2的开关第一端与所述逆变模块的第二输出端相连，所述第二继电器k2的开关第二端与所述逆变模块的第三输出端相连，所述第二继电器k2的开关第二端还与所述输出模块的火线输出端l相连。
44.在本实施例中，所述逆变模块包括：第一桥臂单元pa、第二桥臂单元pb、第三桥臂单元pc、第四桥臂单元pd、第五桥臂单元pe和第六桥臂单元pf；所述第一桥臂单元pa 的输入端、第二桥臂单元pb的输入端、第三桥臂单元pc的输入端、第四桥臂单元pd的输入端、第五桥臂单元pe的输入端和第六桥臂单元pf的输入端分别与所述三相整流桥的输出端相连；所述第一桥臂单元pa的输出端与所述a相输出端相连，所述第二桥臂单元 pb的输出端与所述b相输出端相连，所述第三桥臂单元pc的输出单元与所述c相输出端相连，所述第四桥臂单元pd的输出端、所述第五桥臂单元pe的输出端和所述第六桥臂单元pf的输出端分别与所
述中性线输出端n相连；其中，所述第一桥臂单元pa的输出端为所述逆变模块的第一输出端，所述第二桥臂单元pb的输出端为所述逆变模块的第二输出端，所述第三桥臂单元pc的输出为所述逆变模块的第三输出端。
45.进一步地，每个桥臂单元包括：上臂开关管和下臂开关管；上臂开关管的漏极与三相整流桥的第一输出端相连，所述上臂开关管的栅极与所述主控模块相连，所述上臂开关管的源极与所述下臂开关管的漏极相连，所述下臂开关管的栅极与所述主控模块相连，所述下臂开关管的源极与所述三相整流桥的第二输出端相连；其中所述上臂开关管的源极为每个桥臂单元的输出端。
46.在本实施例中，所述逆变模块还包括：第一滤波电感l1、第二滤波电感l2、第三滤波电感l3和第四滤波电感l4；所述第一滤波电感l1的第一端与所述第一桥臂单元pa的输出端相连，所述第一滤波电感l1的第二端与所述a相输出端相连；所述第二滤波电感 l2的第一端与所述第二桥臂单元pb的输出端相连，所述第二滤波电感l2的第二端与所述 b相输出端相连；所述第三滤波电感l3的第一端与所述第三桥臂单元pc的输出端相连，所述第三滤波电感l3的第二端与所述c相输出端相连；所述第四滤波电感l4的第一端与所述第四桥臂单元pd的输出端相连，所述第四滤波电感l4的第二端与所述中性线输出端 n相连。
47.在本实施例中，所述输出模块还包括：第一滤波电容c1、第二滤波电容c2和第三滤波电容c3；所述第一滤波电容c1的第一端与所述a相输出端相连，所述第二滤波电容c2 的第一端与所述b相输出端相连，所述第三滤波电容c3的第一端与所述c相输出端相连，所述第一滤波电容c1的第二端、第二滤波电容c2的第二端和第三滤波电容c3的第二端分别与所述中性线输出端n相连。
48.在本实施例中所述主控模块包括：主控芯片和驱动电路；所述主控芯片与所述检测调理电路的输出端和所述开关模块的控制端相连，用于对所述每个输出端的实时电压进行分析，并根据分析结果输出pwm信号；还用于输出控制信号控制开关模块的开关状态；所述驱动电路的输入端与所述主控芯片相连，所述驱动电路的输出端与所述逆变模块相连，用于根据所述pwm信号驱动每个桥臂单元中的上臂开关管和下臂开关管分时导通。
49.所述主控芯片包括现有技术中的单片机、芯片或其他具有同样功能的硬件电路，所述主控芯片为图2中的mcu。
50.需要说明的是，当所述输出模块的输出模式为三相模式时，所述主控芯片控制第一继电器和第二继电器断开，第一桥臂单元pa中点a、第二桥臂单元pb中点b、第三桥臂单元pc中点c分别通过第一滤波电感l1和第一滤波电容c1、第二滤波电感l2和第二滤波电容c2、第三滤波电感l3和第三滤波电容c3作为三相交流电的火线输出，从而使输出模块的a相输出端、b相输出端和c相输出端输出三相交流电。
51.此外，第四桥臂单元pd中点d、第五桥臂单元pe中点e和第六桥臂单元pf中点f并联后通过第四滤波电感l4作为三相电源的中性线输出，与输出模块的中性线输出端相对应。此时，第四桥臂单元pd、第五桥臂单元pe和第六桥臂单元pf的三个上管sd、se和sf同时导通，三个下管和也同时导通，上下管以50％的占空比交替导通。
52.在本实施例中，主控芯片根据每个输出端的实时电压生成相对应的三相正弦参考信号；将每相正弦参考信号与预设的三角载波信号进行比较，根据比较结果控制所述逆变模块的工作状态，使所述逆变模块将所述直流电转换成单相交流电和三相交流电。
53.所述逆变电源还包括：直流滤波电容c
dc
，所述直流滤波电容c
dc
的第一端与所述三相整流桥的第一输出端相连，所述直流滤波电容c
dc
的第二端与所述三相整流桥的第二输出端相连。
54.如图3所示，主控芯片根据比较结果控制逆变模块的工作状态具体包括：
55.三相正弦信号与三角载波信号进行比较，对于第一桥臂单元pa，当a相正弦信号大于三角载波信号，上管sa开通，下管关断，当a相正弦信号小于三角载波信号，上管sa关断，下管开通。同样地，对于第二桥臂单元pb，当b相正弦信号大于三角载波信号，上管sb开通，下管关断，当b相正弦信号小于三角载波信号，上管sb关断，下管开通。对于第三桥臂单元pc，当c相正弦信号大于三角载波信号，上管sc开通，下管关断，当 c相正弦信号小于三角载波信号，上管sc关断，下管开通。
56.在一个实施例中，当所述输出模块处于三相运行模式时，可以为三相负载供电，如图 4所示，所述a相输出端、所述b相输出端、所述c相输出端分别与三相负载vr相连；
57.在另一个实施例中，当所述输出模块处于三相运行模式时，也可以为三个单相负载供电，如图5所示，所述a相输出端与第一单相负载r1的第一端相连，所述b相输出端与第二单相负载r2的第一端相连，所述c相输出端与第三单相负载r3的第一端相连，所述第一单相负载r1的第二端、所述第二单相负载r2的第二端和所述第三单相负载r3的第二端与所述中性线输出端n相连；此时每个单相输出的功率为系统额定容量的三分之一。
58.在又一个实施例中，当所述输出模块处于三相运行模式时，可以同时为一个三相负载和三个单相负载同时供电，其连接关系为图4和图5的结合，此处就不再赘述。
59.进一步地，当所述输出模块的输出模式为单相模式时，所述主控芯片控制第一继电器和第二继电器闭合，第一桥臂单元pa中点a、第二桥臂单元pb中点b、第三桥臂单元pc 中点c分别通过第一滤波电感l1、第二滤波电感l2和第三滤波电感l3后再并联作为单相的火线输出，与输出模块的火线输出端相对应。第四桥臂单元pd中点d、第五桥臂单元 pe中点e和第六桥臂单元pf中点f直接并联后通过第四滤波电感l4作为单相的零线输出，与输出模块的中性线输出端相对应；第一滤波电容c1、第二滤波电容c2和第三滤波电容 c3一同并联在火线l和零线n之间，吸收输出谐波。
60.如图6所示，当所述输出模块处于单相运行模式时，所述火线输出端l与第四单相负载r4的第一端相连，所述中性线输出端n与第四单相负载r4的第二端相连。
61.如图6所示，第一桥臂单元pa、第二桥臂单元pb和第三桥臂单元pc以交错并联方式运行，因此可以在实现单相输出等于系统额定容量的同时，还可以减小滤波电感和电容的体积。如图7所示，对于第一桥臂单元，当正弦参考信号大于第一桥臂单元pa的三角载波信号时，上管sa开通，下管关断，反之，上管sa关断，下管开通；对于第二桥臂单元，当正弦信号大于第二桥臂单元pb的三角载波信号时，上管sb开通，下管关断，反之，上管sb关断，下管开通；对于第三桥臂单元，当正弦信号大于第三桥臂单元pc的三角载波信号时，上管sc开通，下管关断，反之，上管sc关断，下管开通。其中，第一桥臂单元pa、第二桥臂单元pb和第三桥臂单元pc的三角载波信号相位互差120
°
。当正弦信号大于零时，第四桥臂单元
pd、第五桥臂单元pe和第六桥臂单元pf的三个下管和同时导通，三个上管sd、se和sf同时关断，反之，三个下管和同时关断，三个上管sd、se和sf同时开通。
62.与现有技术相比，本实施例的有益效果为：
63.本实施例将三相发电机发出的交流电通过三相整流桥转换为直流电，然后将该直流电逆变为单相交流电和三相交流电，可以有效解决传统三相发电机在给负荷供电时，其端电压随着负荷的增大而降低的缺点，且单相模式下输出的功率与系统额定容量相同，可满足不同负荷的供电需求。同时，在单相模式运行时，采用交错并联技术，减小了输出滤波电感和电容的用量，降低了系统成本和体积。
64.需要说明的是，在本文中，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。
65.以上所述仅是本实用新型的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本实用新型。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实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。