专利名称：纯正弦波逆变器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种逆变器，特别是涉及一种纯正弦波逆变器。
技术背景逆变器是一种电源转换装置，用于将直流电转化为220V、 50Hz的交流电，不同地区该交流电参数并不一致。逆变器广泛用于太阳能、风能、汽 车、野外作业、机车和飞行器等。目前所使用的传统的逆变器存在如下几个问题1、传统的逆变器普遍存在着仅仅由集成放大器来实现各项保护功 能，在保护电路之上也没有一级管理保护电路的电路，因此，保护电路的 灵活性差，针对不同场合的需要就须改变保护电路，而且，在前后级隔离 的逆变器电路中， 一部分保护电路在后级， 一旦前级的变压器停止工作， 则后级将会失去供电电压，这将导致这部分保护电路失去作用，从而存在着短路保护不可靠，使逆变器状态不能稳定，逆变器容易损坏。2、传统的逆变器在发生短路或者过流保护的时候，通常是将驱动芯片的关断控制引 脚激活，使得全桥电路的场效应管全部停止工作，达到保护逆变器和用户 电器的目的，但是，这样存在着弊端，即此时全桥电路中没有回路存在， 则输出滤波电感上的电流不能突变，会产生一个很高的反电动势，威胁到逆变器元件的安全。3、传统上逆变器的正弦滤波电路仅仅只有一个由电感 和电容组成的LC滤波器，仅有一个电感电容LC滤波的传统逆变器，输出 滤波比较简单，其滤波能力有限，且正弦波的输出不是十分平滑，这种逆 变器在使用上有很多的局限性。总之，现有逆变器在实际使用中常会出现短路保护不可靠，逆变器容 易损坏，仅仅由集成放大器来实现各项保护功能，系统的保护功能不够稳 定、灵活，针对芯片无特殊的保护器件，芯片容易损坏，输出滤波比较简单，波形不够平滑等问题，因此，开发一种结构简单，高效稳定的纯正弦 逆变器是十分有意义的。 发明内容本实用新型的目的是要提供一种改进的纯正弦波逆变器，它不但能有 效地使纯正弦波逆变器工作时始终处于正常状态，而且，还使得逆变器短 路保护更为可靠，保护电路更加稳定，芯片器件更加安全，输出波形更加 平滑。为了达到上述的目的本实用新型的解决方案是本实用新型的纯正弦 波逆变器包括一壳体，所述的壳体内设有一电路板，所述的壳体的前端面 上设有一直流输入插座，所述的壳体的一侧壁上设有一交流输出插座，所 述的电路板由所述的脉冲宽度调制电路、全桥整流滤波电路、全桥电路、 输出滤波电路、辅助电源、脉冲宽度调制控制电路、稳压电路、保护电路、 正弦脉冲宽度调制发生电路所构成，所述的电路板上的直流输入正、负极VIN+、 VIN—接点与直流输入插座上的接点分别电连接，所述的电路板上 的交流输出V0UT1、 V0UT2接点与交流输出插座上的接点分别电连接，所述 的壳体的前端面上还设有状态显示安装孔，所述的电路板上还设有输出辅 助滤波电路、系统状态管理电路及正弦脉冲宽度调制驱动电路，所述的输 出辅助滤波电路由电阻R11和C2所组成并形成串接电连接，所述的电阻R11 和C2串联后的两端并联在输出滤波电路的电容Cl两端的接点处，所述的 系统状态管理电路由电阻R6、 R7、 R17、 R18、 R19、 R20、 R37、电容C5、 C6、 C12、发光二极管LED1和LED2、光耦U1、 U2、三端稳压器IC2及单片 机IC4所组成并形成电连接，所述的光耦Ul的1脚接点接稳压电路的Nl 接点，光耦U1的3脚接点接脉冲宽度调制控制电路的控制芯片IC3的1脚 接点，光耦Ul的4脚接点接脉冲宽度调制控制电路的控制芯片IC3的16 脚接点，电阻R20的一端接点接保护电路的二极管D7的负极接点，光耦U2的3脚接点接脉冲宽度调制控制电路的控制芯片IC3的11脚接点，光耦U2 的4脚接点接脉冲宽度调制控制电路的控制芯片IC3的16脚接点，电阻R6 与三端稳压器IC2的1脚之间的接点接直流输入正极VIN+接点，单片机IC4 的7脚接点接二极管D6正极接点，所述的正弦脉冲宽度调制驱动电路由电 阻R31、 R32、 R33、 R34、电容C8、电解电容E7、 E8、 E9、 二极管D12、 D13、 D14及驱动芯片IC9、 IC10所组成并形成电连接，所述的电阻R31的一端 接点接全桥电路的场效应管Q3的栅极接点，电阻R32的一端接点接全桥电 路的场效应管Q4的栅极接点，电阻R33的一端接点接全桥电路的场效应管 Q6的栅极接点，电阻R34的一端接点接全桥电路的场效应管Q5的栅极接点， 电解电容E7的正极接点接输出滤波电路的电感L一端的接点，二极管D12、 D14正极接点分别接辅助电源的N2的接点，驱动芯片IC9的12脚接点接正 弦脉冲宽度调制发生电路的单片机IC11的11脚接点，驱动芯片IC9的14 脚接点接正弦脉冲宽度调制发生电路的单片机IC11的9脚接点，驱动芯片 IC10的12脚接点接正弦脉冲宽度调制发生电路的单片机IC11的8脚接点， 驱动芯片IC10的14脚接点接正弦脉冲宽度调制发生电路的单片机IC11的 7脚接点，所述的系统状态管理电路上的发光二极管LED1、 LED2安置在所 述的壳体上的状态显示安装孔处。由于本实用新型改进了现有的纯正弦波逆变器，在本实用新型中，安 设了系统状态管理电路，并添加了一个专门用于管理保护电路的单片机 IC4，由于单片机IC4可以调整它内部的程序，使得逆变器的保护电路不需要改变硬件电路即可应对不同的实际要求，而且，芯片采用前级供电电源， 即使在逆变器前级的变压器停止工作，后级的保护电路也停止工作的情况 下，芯片也将持续得到供电，从而保证了逆变器保护状态不会因掉电而丢 失。本实用新型还采取不关断电路中的全桥场效应管的技术方案，而是关 闭变压器的输出，同时许可全桥电路在发生短路或者过流后还持续工作一小段时间，放掉输出滤波电感上积累的电量，使逆变器本身不用承受过高 的反电动势，从而保障了元器件的安全，使系统更为可靠，并且采用这种 方法也简化了电路的结构。本实用新型在输出滤波电路后面还增加了一个 输出辅助滤波电路，则可以对输出波形进行进一步的滤波，又进一步平滑 了输出波形，且提高了输出波形的质量。总而言之，本实用新型使用单片机实现系统的保护功能，提高了逆变器的稳定性和可靠性，给单片机IC4增加了防电压突变保护，提供了逆变 器残余电量的泄放方案，使系统工作更加稳定，提高了逆变器的可靠性， 添加的输出辅助滤波电路，使输出波形更加平滑。
本实用新型的具体结构由以下的实施例及其附图给出。 图1是本实用新型的纯正弦波逆变器的结构示意图。图2是本实用新型的纯正弦波逆变器的电气原理图。 图3是本实用新型的纯正弦波逆变器的输出滤波电路与输出辅助滤波 电路图。图4是本实用新型的纯正弦波逆变器的系统状态管理电路图。图5是本实用新型的纯正弦波逆变器的正弦脉冲宽度调制驱动电路图。
具体实施方式
-以下将结合附图对本实用新型的纯正弦波逆变器作进一步详细描述。 参见图1、图2、图3、图4和图5，该实用新型的纯正弦波逆变器由 所述的壳体1与所述的壳体1内的所述的电路板2所构成。所述的壳体1的前端面上设有一直流输入插座3，所述的壳体1的前端 面上还设有状态显示安装孔5、 6，所述的壳体1的一侧壁上设有一交流输 出插座4，所述的电路板2包含有所述的脉冲宽度调制电路201、全桥整流 滤波电路202、全桥电路203、输出滤波电路204、输出辅助滤波电路205、辅助电源206、脉冲宽度调制控制电路207、系统状态管理电路208、正弦 脉冲宽度调制驱动电路209，稳压电路210、保护电路211及正弦脉冲宽度 调制发生电路212，所述的电路板2上的直流输入正、负极VIN+、 VIN— 接点与直流输入插座3上的接点分别电连接，所述的电路板2上的交流输 出V0UT1、 V0UT2接点与交流输出插座4上的接点分别电连接。所述的输出辅助滤波电路205由电阻Rll和C2所组成并形成串接电连 接，所述的电阻Rll和C2串联后的两端并联在输出滤波电路204的电容Cl 两端的接点处。所述的系统状态管理电路208由电阻R6、 R7、 R17、 R18、 R19、 R20、 R37、电容C5、 C6、 C12、发光二极管LED1和LED2、光耦U1、 U2、三端稳 压器IC2及单片机IC4所组成并形成电连接，所述的光耦Ul的1脚接点接 稳压电路210的Nl接点，光耦Ul的3脚接点接脉冲宽度调制控制电路207 的控制芯片IC3的1脚接点，光耦Ul的4脚接点接脉冲宽度调制控制电路 207的控制芯片IC3的16脚接点，电阻R20的一端接点接保护电路211的 二极管D7的负极接点，光耦U2的3脚接点接脉冲宽度调制控制电路207 的控制芯片IC3的11脚接点，光耦U2的4脚接点接脉冲宽度调制控制电 路207的控制芯片IC3的16脚接点，电阻R6与三端稳压器IC2的1脚之 间的接点接直流输入正极VIN+接点，单片机IC4的7脚接点接二极管D6正 极接点。所述的系统状态管理电路208上的发光二极管LED1、 LED2安置在 所述的壳体1上的状态显示安装孔5、 6处。所述的正弦脉冲宽度调制驱动电路209由电阻R31、 R32、 R33、 R34、 电容C8、电解电容E7、 E8、 E9、 二极管D12、 D13、 D14及驱动芯片IC9、 IC10所组成并形成电连接，所述的电阻R31的一端接点接全桥电路203的 场效应管Q3的栅极接点，电阻R32的一端接点接全桥电路203的场效应管 Q4的栅极接点，电阻R33的一端接点接全桥电路203的场效应管Q6的栅极接点，电阻R34的一端接点接全桥电路203的场效应管Q5的栅极接点，电 解电容E7的正极接点接输出滤波电路204的电感L一端的接点，二极管D12、 D14正极接点分别接辅助电源206的N2的接点，驱动芯片IC9的12脚接点 接正弦脉冲宽度调制发生电路212的单片机IC11的11脚接点，驱动芯片 IC9的14脚接点接正弦脉冲宽度调制发生电路212的单片机IC11的9脚接 点，驱动芯片IC10的12脚接点接正弦脉冲宽度调制发生电路212的单片 机IC11的8脚接点，驱动芯片IC10的14脚接点接正弦脉冲宽度调制发生 电路212的单片机IC11的7脚接点。本实用新型的纯正弦波逆变器的电路工作状况如下，先由脉冲宽度调 制控制电路201产生40KHz的脉冲宽度调制信号，分频为20KHz后送入到 全桥电路203的场效应管Ql和Q2的栅极，控制场效应管Ql和Q2交替导 通，从而在高频变压器原边形成高速变化的电流，在高频变压器的副边升 压为高压交流电，再通过全桥整流滤波电路202的整流桥Dl至D4和滤波 电解电容E2变成高压直流电，该高压直流电经过采样，通过系统状态管理 电路208的光耦Ul反馈回到脉冲宽度调制控制电路201，从而改变脉冲宽 度调制输出的占空比，使高压直流电压稳定，通过采样高压直流线上的取 样电阻R4上的电压，可以判断是否有短路或过流发生，若有，过流保护和 短路保护电路将产生一高电平，通过系统状态管理电路208的光耦U2送入 单片机IC4，再反馈正弦脉冲宽度调制驱动电路209，关断正弦脉冲宽度调 制驱动电路209的输出，正弦脉冲宽度调制波形由正弦脉冲宽度调制发生 电路212的单片机IC11产生，正弦脉冲宽度调制波形输出至正弦脉冲宽度 调制驱动电路209上，通过正弦脉冲宽度调制驱动电路209的放大，从而 驱动全桥电路203的场效应管Q3， Q4， Q5， Q6，使全桥电路203的场效应 管Q3、 Q4按20KHz速度开关，全桥电路203的场效应管Q5、 Q6按50Hz速 度开关，最后，通过输出滤波电路204、输出辅助滤波电路205之后，过滤掉2KHz以上的高频部分，从而获得220V的纯正弦的交流电。其中所述的系统状态管理电路208中，单片机IC4管理逆变器的保护 状态，如果保护电路211启动，光耦U2将导通，单片机IC4的6脚将获得 一个高电平，通过单片机IC4的内部运算后，单片机IC4的7脚将会输出 高电平关闭脉冲宽度调制控制电路207的控制芯片IC3，从而关闭变压器的 工作，实现了逆变器的保护功能，逆变器的输入电压VIN+通过电阻R6和 R7分压后进入单片机IC4的1脚，单片机IC4可以由此来判断是否过电压 或者欠电压，从而相应地打开或关闭变压器，单片机IC4内部的程序可以 调整在何时、以什么方式关闭或开启变压器，从而达到灵活管理保护状态 的目的，电阻R20则用来限制通过光耦U2的电流，保护光耦U2，针对单片 机IC4的Vpp引脚还作了特别的保护，因为在Vpp脚上的电压过高，会使 单片机内部的程序丢失或者跑飞。在单片机IC4的Vpp引脚接一个由电阻 R37和电容C12组成的结构，电阻R37使单片机IC4的Vpp的对地电位不 为零，并联上电容C12后，不但可以在程序中使用单片机IC4的Vpp引脚， 让单片机IC4的Vpp引脚发挥作用，还可以有效的防止了该脚位上的电压 突变，从而抑制了电压尖峰，阻止单片机IC4的芯片程序跑飞或程序丢失 等现象发生，保证了单片机IC4工作的稳定性，使逆变器更加可靠。其中在所述的正弦脉冲宽度调制驱动电路209中，在正弦脉冲宽度调 制驱动芯片IC9、 IC10的关断控制引脚上直接接地，使得在发生短路或者 过流时，在关断变压器的输入之后，正弦脉冲宽度调制驱动电路209还可 以利用系统内部电解电容E7、 E8和E9的电量继续工作，全桥电路203的 场效应管Q3， Q4， Q5， Q6还能持续工作一小段时间，放掉输出滤波电路204 中滤波电感L上的电能，从而提高了逆变器的可靠性。其中在交流220V输出滤波电路204上，再并联一个由C2和Rll组成 的输出辅助滤波电路205，则可以对输出波形实施进一步的滤波，提高输出 波形的质量。
权利要求1、一种纯正弦波逆变器，它包括一壳体(1)，所述的壳体(1)内设有一电路板(2)，所述的壳体(1)的前端面上设有一直流输入插座(3)，所述的壳体(1)的一侧壁上设有一交流输出插座(4)，所述的电路板(2)由所述的脉冲宽度调制电路(201)、全桥整流滤波电路(202)、全桥电路(203)、输出滤波电路(204)、辅助电源(206)、脉冲宽度调制控制电路(207)、稳压电路(210)、保护电路(211)、正弦脉冲宽度调制发生电路(212)所构成，所述的电路板(2)上的直流输入正、负极VIN+、VIN-接点与直流输入插座(3)上的接点分别电连接，所述的电路板(2)上的交流输出VOUT1、VOUT2接点与交流输出插座(4)上的接点分别电连接，其特征在于所述的壳体(1)的前端面上还设有状态显示安装孔(5)、(6)，所述的电路板(2)上还设有输出辅助滤波电路(205)、系统状态管理电路(208)及正弦脉冲宽度调制驱动电路(209)，所述的输出辅助滤波电路(205)由电阻R11和C2所组成并形成串接电连接，所述的电阻R11和C2串联后的两端并联在输出滤波电路(204)的电容C1两端的接点处，所述的系统状态管理电路(208)由电阻R6、R7、R17、R18、R19、R20、R37、电容C5、C6、C12、发光二极管LED1和LED2、光耦U1、U2、三端稳压器IC2及单片机IC4所组成并形成电连接，所述的光耦U1的1脚接点接稳压电路(210)的N1接点，光耦U1的3脚接点接脉冲宽度调制控制电路(207)的控制芯片IC3的1脚接点，光耦U1的4脚接点接脉冲宽度调制控制电路(207)的控制芯片IC3的16脚接点，电阻R20的一端接点接保护电路(211)的二极管D7的负极接点，光耦U2的3脚接点接脉冲宽度调制控制电路(207)的控制芯片IC3的11脚接点，光耦U2的4脚接点接脉冲宽度调制控制电路(207)的控制芯片IC3的16脚接点，电阻R6与三端稳压器IC2的1脚之间的接点接直流输入正极VIN+接点，单片机IC4的7脚接点接二极管D6正极接点，所述的正弦脉冲宽度调制驱动电路(209)由电阻R31、R32、R33、R34、电容C8、电解电容E7、E8、E9、二极管D12、D13、D14及驱动芯片IC9、IC10所组成并形成电连接，所述的电阻R31的一端接点接全桥电路(203)的场效应管Q3的栅极接点，电阻R32的一端接点接全桥电路(203)的场效应管Q4的栅极接点，电阻R33的一端接点接全桥电路(203)的场效应管Q6的栅极接点，电阻R34的一端接点接全桥电路(203)的场效应管Q5的栅极接点，电解电容E7的正极接点接输出滤波电路(204)的电感L一端的接点，二极管D12、D14正极接点分别接辅助电源(206)的N2的接点，驱动芯片IC9的12脚接点接正弦脉冲宽度调制发生电路(212)的单片机IC11的11脚接点，驱动芯片IC9的14脚接点接正弦脉冲宽度调制发生电路(212)的单片机IC11的9脚接点，驱动芯片IC10的12脚接点接正弦脉冲宽度调制发生电路(212)的单片机IC11的8脚接点，驱动芯片IC10的14脚接点接正弦脉冲宽度调制发生电路(212)的单片机IC11的7脚接点，所述的系统状态管理电路(208)上的发光二极管LED1、LED2安置在所述的壳体(1)上的状态显示安装孔(5)、(6)处。
专利摘要一种纯正弦波逆变器。它包括内设电路板的壳体，壳体上设有直流输入插座、交流输出插座，电路板由脉冲宽度调制电路、全桥整流滤波电路、全桥电路、输出滤波电路、辅助电源、脉冲宽度调制控制电路、稳压电路、保护电路、正弦脉冲宽度调制发生电路所构成，电路板上的直流输入正、负极VIN+、VIN-接点与直流输入插座上接点电连接，交流输出VOUT1、VOUT2接点与交流输出插座上接点电连接，其特征壳体上还设状态显示安装孔，电路板上还设输出辅助滤波电路、系统状态管理电路及正弦脉冲宽度调制驱动电路，系统状态管理电路上的发光二极管LED1、LED2安置在壳体上的状态显示安装孔处。本实用新型的纯正弦波逆变器适用于太阳能、风能、汽车、野外作业、机车和飞行器等。
文档编号H02M7/48GK201118464SQ20082005625
公开日2008年9月17日 申请日期2008年3月14日 优先权日2008年3月14日
发明者郑进文 申请人:郑进文