一种变频电源的制作方法
【专利摘要】本发明提供了一种变频电源，包括EMI滤波电路、整流滤波电路、电压调节电路、第一单片机、逆变驱动电路及桥式逆变电路，EMI滤波电路接收加载的单相交流电压并输出滤波信号，整流滤波电路对滤波信号进行整流和滤波后输出稳定的直流电压，电压调节电路对直流电压进行电压调整，输出调节后电压信号；第一单片机生成SPWM控制信号并输入逆变驱动电路，逆变驱动电路根据SPWM控制信号生成SPWM驱动信号，桥式逆变电路根据SPWM驱动信号对调节后电压信号进行逆变获得变频正弦电压并输出。该变频电源结构简单，成本低，控制精确，可以用于舰艇，飞机及机载设备、雷达、导航等军用电子设备，以及其它需要的中频电源控制设备。
【专利说明】
-种变频电源
技术领域
[0001] 本发明设及电源技术领域，特别设及一种变频电源。
【背景技术】
[0002] 众所周知，我们所使用的市电频率是50Hz，但是，在实际生活中，有时需要的电源 频率不是50Hz。电气化铁路是我国铁路发展的方向，25Hz电源是电气化铁路区段信号系统 的关键设备。在航空航天领域大量使用的电源是400Hz的电源。由此可W看出在很多场合， 需要电源的频率并不是市电所提供的50化。结果造就变频电源的产生。在现实生活中变频 电源广泛应用于航空、机械、轻工等行业。
[0003] 1969年世界上诞生第一台逆变电源，由于其具有调节特性优良、而且体积小、重量 轻、功耗低，在电子和电气领域得到了迅速的推广应用。逆变器从1969年发展到今天，经历 了几十年的发展过程。其控制方法也出现了许多，大致可W分为:变压和变频控制方法。目 前采用较多的是变压中的脉宽调制技术即PWM控制技术，即利用控制输出电压的脉冲宽度， 将直流电压调制成等幅宽度可变的交流输出电压脉冲，来控制输出电压的有效值、控制输 出电压谐波的分布和抑制谐波。PWM技术可W迅速地控制输出电压，及其有效地进行谐波抑 审IJ，它的动态响应好，在输出电压质量、效率等诸方面有着明显的优点。
[0004] -种现有的PWM技术其采用比较器对正弦波和Ξ角波进行比较得到PWM波，将比较 后得到PWM送入驱动电路放大后再驱动IGBT。该方法实现比较困难，并且受运放参数影响较 大，调试困难，稳定性较差而且，不易灵活控制。
[0005] 另一种现有的PWM技术其采用间接生成法即使用专用的PWM忍片与单片机进行通 讯的方式，用单片机去指令控制PWM的移相或倒相。该方法优点是单片机的工作量并不大运 算速度要求不高，可W用一般的单片机实现。缺点是专用PWM忍片难W控制，增加了系统的 复杂程度成本较高，不易于在实际中应用。
[0006] 但传统的变频电源采用的都是模拟控制系统，模拟控制经过多年的发展，己经非 常成熟。然而，模拟控制有着固有的缺点：控制电路的元器件比较多，电路复杂，所占体积 大，制造成本比较高;灵活性不够，硬件电路设计好了，控制策略就无法改变;最主要的是变 频电源不便于调试，大量的模拟元器件使其之间的连接相当复杂，从而使系统的故障检测 与维修比较困难。
【发明内容】
[0007] 本发明的目的在于提供一种变频电源，W解决现有的变频电源存在的电路复杂， 所占体积大，制造成本比较高，控制策略不能改变，不便于调试，W及电源的故障检测与维 修比较困难的问题。
[000引为实现上述目的，本发明提供了一种变频电源，包括电压调节模块、逆变输出模 块，其中，所述电压调节模块包括EMI滤波电路、整流滤波电路、电压调节电路，所述EMI滤波 电路用于接收加载的单相交流电压，并输出滤波信号至所述整流滤波电路，所述整流滤波 电路用于对所述滤波信号进行整流和滤波后输出稳定的直流电压至所述电压调节电路，所 述电压调节电路对所述直流电压进行电压调整，输出调节后电压信号；
[0009] 所述逆变输出模块包括第一单片机、逆变驱动电路及桥式逆变电路，所述第一单 片机用于生成SPWM控制信号并将所述SPWM控制信号输入逆变驱动电路，所述逆变驱动电路 用于根据输入的SPWM控制信号生成SPWM驱动信号并发送至所述桥式逆变电路，所述桥式逆 变电路根据所述SPWM驱动信号对输入的所述调节后电压信号进行逆变获得变频正弦电压 并输出。
[0010] 较佳地，还包括电压显示模块，所述电压显示模块用于获取所述调节后电压信号 W显示当前的电压值。
[0011] 较佳地，所述电压显示模块包括第二单片机、电压采样电路、显示驱动电路及电压 显示电路，所述电压采样电路用于对所述调节后电压信号进行采样后将采样信号发送至所 述第二单片机，所述第二单片机用于对所述采样信号进行处理后得到控制信号，所述控制 信号输出至所述显示驱动电路，所述显示驱动电路用于根据所述控制信号驱动所述电压 显示电路进行电压的显示。
[0012] 较佳地，还包括第二电源电路，所述第二电源电路用于为所述电压显示单元及所 述第一单片机供电。
[0013] 较佳地，所述逆变输出模块还包括光电隔离电路，所述第一单片机生成的SPWM控 制信号加载在所述光电隔离电路上后，由所述光电隔离电路进行变压隔离后输出SPWM波形 信号至所述逆变驱动电路W生成SPWM驱动信号。
[0014] 较佳地，所述逆变驱动电路包括ΝΡΝΞ极管及ΡΝΡΞ极管，所述ΝΡΝΞ极管的发射极 与所述ΡΝΡΞ极管的发射极相连，一上拉电阻的一端与所述ΝΡΝΞ极管及ΡΝΡΞ极管的发射 极相连，所述上拉电阻的另一端构成输出端，所述ΝΡΝΞ极管的基极与所述ΡΝΡΞ极管的基 极相连构成输入端，所述SPWM波形信号通过所述输入端输入所述逆变驱动电路，所述输出 端输出SPWM驱动信号。
[0015] 较佳地，还包括与所述逆变驱动电路相连的第一电源电路，所述第一电源电路用 于为所述逆变驱动电路提供驱动电源。
[0016] 较佳地，所述桥式逆变电路为由4个绝缘口极双极型晶体管组成的全桥式电路。
[0017] 较佳地，还包括输出滤波电路，所述变频正弦电压经所述输出滤波电路滤波后输 出。
[0018] 本发明提供的变频电源通过第一单片机输出小信号的SPWM波形，再将其通过光电 禪合电路进行隔离放大后，再送入IGBT桥式电路中放大，进行开关放大到所需的电压值，经 过低通滤波后得到所需频率的正弦波电压信号。该技术方案具有W下有益效果：
[0019] (1)通过第一单片机ATMEGA8根据等效面积算法来计算逆变产生SPWM波形，可有效 保持输出波形不出现明显失真；
[0020] (2)该系统结构简单，成本低，控制精确，可W用于舰艇，飞机及机载设备、雷达、导 航等军用电子设备，W及其它需要的中频电源控制设备；
[0021 ] (3)体积小，无需调外部元件，接口简单。
【附图说明】
[0022] 图1为本发明优选实施例提供的变频电源的原理框图；
[0023] 图2为本发明优选实施例的光电隔离电路组成图；
[0024] 图3为本发明优选实施例的逆变驱动电路组成图；
[0025] 图4为本发明优选实施例的桥式逆变电路组成图；
[0026] 图5为本发明优选实施例的第一电源电路组成图；
[0027] 图6为本发明优选实施例的第二电源电路组成图；
[0028] 图7为本发明优选实施例的第一单片机部分电路组成图；
[0029] 图8为优选实施例的光电隔离电路、逆变驱动电路及桥式逆变电路连接图；
[0030] 图9为本发明优选实施例的电压显示模块部分组成图。
【具体实施方式】
[0031] 为更好地说明本发明，兹W-优选实施例，并配合附图对本发明作详细说明，具体 如下：
[0032] 如图1所示，本实施例提供的变频电源，包括电压调节模块10、逆变输出模块20。其 中，电压调节模块10包括EMI滤波电路11、整流滤波电路12及电压调节电路13"EMI滤波电路 11用于接收加载的单相交流电压，并输出滤波信号至所述整流滤波电路，整流滤波电路12 用于对所述滤波信号进行整流和滤波后输出稳定的直流电压至所述电压调节电路，电压调 节电路13对所述直流电压进行电压调整，输出调节后电压信号。
[0033] 逆变输出模块20包括第一单片机21、逆变驱动电路22及桥式逆变电路23,第一单 片机21用于生成SPWM控制信号并将SPWM控制信号输入驱动电路22,驱动电路22用于根据输 入的SPWM控制信号生成SPWM驱动信号并发送至桥式逆变电路23,桥式逆变电路23根据所述 SPWM驱动信号对输入的调节后电压信号进行逆变获得变频正弦电压并输出。
[0034] 该变频电源还包括电压显示模块30,用于获取调节后电压信号W显示当前的电压 值。电压显示模块30包括第二单片机31、电压采样电路32、显示驱动电路33及电压显示电路 34,所述电压采样电路用于对所述调节后电压信号进行采样后将采样信号发送至所述第二 单片机，所述第二单片机用于对所述采样信号进行处理后得到控制信号，所述控制信号输 出至所述显示驱动电路，所述显示驱动电路用于根据所述控制信号驱动所述电压显示电路 进行电压的显示。
[0035] 还包括与逆变驱动电路22相连的第一电源电路41，第一电源电路41用于为逆变驱 动电路22提供驱动电源。还包括第二电源电路42,第二电源电路42用于为电压显示单元中 的第二单片机31及电压采样电路32供电，W及为第一单片机21供电。
[0036] 还包括输出滤波电路51，该变频电源的变频正弦电压经输出滤波电路51滤波后输 出。
[0037] 具体地，本实施例中的逆变输出模块20还包括光电隔离电路，所述第一单片机生 成的SPWM控制信号加载在所述光电隔离电路上后，由所述光电隔离电路进行变压隔离后输 出SPWM波形信号至所述驱动电路W生成SPWM驱动信号。如图2所示，光电隔离电路包括光电 禪合器6N135及其外围电路，该电路由第一电源电路41提供18V的直流电供电，W保障后级 正常工作所需电压。6N135的最高频率为IMHz，二极管端的输入电流为16mA压降是1.6V，而 ATMEGA化(第一单片机)的输出电压是5V，因此需要在输入端串接一个输入电阻，其大小按 照下列公式计算：
[00；3 引
U)
[0039] 式中Vin为单片机的输出高电平是的电压5V，Vd是二极管的压降，Id是二极管端的 输入电流。
[0040] 如图3所示，逆变驱动电路22ΝΡΝΞ极管Q3及ΡΝΡΞ极管Q2，NPNS极管Q3的发射极 与ΡΝΡΞ极管Q2的发射极相连，一上拉电阻R6的一端与所述ΝΡΝΞ极管Q3及ΡΝΡΞ极管Q2的 发射极相连，上拉电阻R6的另一端构成输出端，ΝΡΝΞ极管Q3的基极与ΡΝΡΞ极管Q2的基极 相连构成输入端，所述SPWM波形信号通过所述输入端输入所述驱动电路，输出端输出SPWM 驱动信号。
[0041] 如图4所示，桥式逆变电路23为由IGBT组成的全桥式电路。其中，IGBT为绝缘口极 双极型晶体管（Isolated Gate Bipolar Transistor简称IGBTKIGBT是复合了功率场效应 管和电力晶体管的优点而产生的一种新型复合器件，具有输入阻抗高、工作速度快、热稳定 性好驱动电路简单、通态电压低、耐压高和承受电流大等优点。将IGBT连接成全桥式，可W 提高IGBT的带负载能力，将正弦波的正半个周期生成的SP丽波，送入BT1和BT3让其同时导 通(此时须先让BT2和BT4截止），那么在负载化上得到正半个波形的SPWM波形。将第一单片 机的正弦波的负半个周期生成的SPWM波，送入BT2和BT4让其同时导通(在BT2和BT4之前必 须先让BT1和BT3截止，W防止系统短路），那么在负载化上得到负半个波形的SPWM波形。也 就是在整个正弦波周期，I?L上的波形是正半个SPWM和负半个SPWM的叠加，就得到一个全波 型的SPWM控制信号。
[0042] 如图5所示，本实施例中的第一电源电路41包括Ξ组整流滤波电路，分别对变压器 Τ2、Τ3、Τ4的输出进行整流和滤波后分别经01、02、03、04、05、06端输出直流电压为逆变驱动 电路及桥式逆变电路供电。
[0043] 如图6所示，本实施例中的第二电源电路42包括整流滤波电路及稳压元件，具体 地，由变压器Τ2出来的交流信号经过桥式整流和电容滤波之后送给LM7809,稳压9V输出直 接接到LM7805,它的输出单独供给两个单片机。在Ξ端稳压管的输入输出端与地之间连接 大容量的滤波电容，使滤掉纹波的效果更好，输出的直流电压更稳定。接小容量高频电容W 抑制忍片自激，输出引脚端连接高频电容W减小高频噪声
[0044] 如图7所示，本实施例中的第一单片机21采用了ATMEGA8单片机，并配W外围电路， 用于根据需要产生SPWM脉冲序列，W作为SPWM控制信号，控制该变频电源的变频调速，其S1 端输出时钟数据，S2端输出脉冲序列数据。该单片机由第二电源电路供电。其中，本实施例 中的第一单片机采用等效面积法来计算逆变W产生SPWM脉冲序列，可更有效地保证输出的 波形不失真。具体地，SPWM的产生是用ATMEGA8内部的定时器中断实现的，根据SPWM每等份 的不同，在重新加载时给与不同的定时时间，从而实现按正弦规律变化的SPWM输出。
[0045] 如图8所示，该图包括了本实施例中的光电隔离电路、逆变驱动电路、桥式逆变电 路及输出滤波电路，其中，桥式逆变电路的四个IGBT分别对应了一组光电隔离电路、逆变驱 动电路，光电隔离电路分别接收来自第一单片机21的S1端、S2端的数据，而光电隔离电路、 逆变驱动电路中的直流供电端由第一电源电路的输出端:D1、D2、D3、D4、D5、D6端供电。经该 桥式逆变电路进行转换，输出变频正弦电压。本实施例中的输出滤波电路由L1、L2及C1组 成，最终变频正弦电压经输出滤波电路滤波后输出得到变频后的正弦波电压信号。
[0046] 如图9所示，本实施例中的第二单片机为8051单片机，配备必要的外围电路，其中， 电压采样电路包括89S52单片机及其外围电路，还包括ADC0809N单片机，89S52单片机控制 ADC0809N单片机获取调节后电压信号，并将调节后电压信号进行模数转换，转换后的采样 信号输入8051单片机，由8051单片机将其进行处理后得到控制信号，控制信号输出至由U7 (7化S47)、U8(7化S138)构成的显示驱动电路，显示驱动电路根据控制信号控制电压显示电 路(DB1、DB2、DB3、DB4构成)进而进行变频电压的显示。
[0047] W上所述，仅为本发明的【具体实施方式】，但本发明的保护范围并不局限于此，任何 本领域的技术人员在本发明掲露的技术范围内，对本发明所做的变形或替换，都应涵盖在 本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应W所述的权利要求的保护范围为准。
【主权项】
1. 一种变频电源，其特征在于，包括电压调节模块、逆变输出模块，其中，所述电压调节 模块包括EMI滤波电路、整流滤波电路、电压调节电路，所述EMI滤波电路用于接收加载的单 相交流电压，并输出滤波信号至所述整流滤波电路，所述整流滤波电路用于对所述滤波信 号进行整流和滤波后输出稳定的直流电压至所述电压调节电路，所述电压调节电路对所述 直流电压进行电压调整，输出调节后电压信号； 所述逆变输出模块包括第一单片机、逆变驱动电路及桥式逆变电路，所述第一单片机 用于生成SPWM控制信号并将所述SPWM控制信号输入逆变驱动电路，所述逆变驱动电路用于 根据输入的SPWM控制信号生成SPWM驱动信号并发送至所述桥式逆变电路，所述桥式逆变电 路根据所述SPWM驱动信号对输入的所述调节后电压信号进行逆变获得变频正弦电压并输 出。2. 根据权利要求1所述的变频电源，其特征在于，还包括电压显示模块，所述电压显示 模块用于获取所述调节后电压信号以显示当前的电压值。3. 根据权利要求2所述的变频电源，其特征在于，所述电压显示模块包括第二单片机、 电压采样电路、显示驱动电路及电压显示电路，所述电压采样电路用于对所述调节后电压 信号进行采样后将采样信号发送至所述第二单片机，所述第二单片机用于对所述采样信号 进行处理后得到控制信号，所述控制信号输出至所述显示驱动电路，所述显示驱动电路用 于根据所述控制信号驱动所述电压显示电路进行电压的显示。4. 根据权利要求2所述的变频电源，其特征在于，还包括第二电源电路，所述第二电源 电路用于为所述电压显示单元及所述第一单片机供电。5. 根据权利要求1所述的变频电源，其特征在于，所述逆变输出模块还包括光电隔离电 路，所述第一单片机生成的SPWM控制信号加载在所述光电隔离电路上后，由所述光电隔离 电路进行变压隔离后输出SPWM波形信号至所述逆变驱动电路以生成SPWM驱动信号。6. 根据权利要求5所述的变频电源，其特征在于，所述逆变驱动电路包括NPN三极管及 PNP三极管，所述NPN三极管的发射极与所述PNP三极管的发射极相连，一上拉电阻的一端与 所述NPN三极管及PNP三极管的发射极相连，所述上拉电阻的另一端构成输出端，所述NPN三 极管的基极与所述PNP三极管的基极相连构成输入端，所述SPWM波形信号通过所述输入端 输入所述逆变驱动电路，所述输出端输出SPWM驱动信号。7. 根据权利要求1或6所述的变频电源，其特征在于，还包括与所述逆变驱动电路相连 的第一电源电路，所述第一电源电路用于为所述逆变驱动电路提供驱动电源。8. 根据权利要求1所述的变频电源，其特征在于，所述桥式逆变电路为由4个绝缘门极 双极型晶体管组成的全桥式电路。9. 根据权利要求1所述的变频电源，其特征在于，还包括输出滤波电路，所述变频正弦 电压经所述输出滤波电路滤波后输出。
【文档编号】H02M1/12GK106059330SQ201610554333
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年7月14日
【发明人】祝清兰, 费琛, 周芸吉
【申请人】苏州工业职业技术学院