一种输出识别控制单元及其逆变器、系统、控制方法
【专利摘要】本发明提供一种输出识别控制单元，所述输出识别控制单元包括采样模块、核心控制模块；所述采样模块，从交流变换单元采集采样电流，并将采集到的所述采样电流发送给所述核心控制模块；所述核心控制模块，接收所述采样模块发送的所述采样电流值与其预设的阈值相比较；当所述采样电流值小于阈值，发出控制信号控制交流变换单元输出直流电；当所述采样电流值大于阈值，发出控制信号控制交流变换单元输出交流电。本发明还提供具有所述输出识别控制单元的逆变器、系统、控制方法。本发明提供的输出识别控制单元能自动识别逆变器所接的负载性质并根据负载性质而控制逆变器选择交、直流输出，从而降低干扰和功耗。
【专利说明】一种输出识别控制单元及其逆变器、系统、控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及电子电路领域，具体的涉及一种输出识别控制单元及其逆变器、系统、 控制方法。
[0002]
【背景技术】
[0003] 目前的逆变电源的设计中，有常用的几种电流输出方式：方波输出，修正波输出， 纯正弦波输出。这些输出，无一例外都是交流输出，其原因是为了兼容感性负载而设计的。 早期的电器产品采用的是工频变压器将电压变成产品内部需要的交流电压变压处理后，再 将处理后的交流电整流、滤波、稳压，输出给产品的用电部分。这类的电器，必须采用交流电 输入，如附图1。
[0004] 但现在很多设备及家用电器中，为了减小体积，提高效率，几乎都采用了高频开关 电源，而非使用工频变压器，例如现在的电视机、打印机、电脑等电器，都是采用的开关电源 作为整机供电电源的，这类的电器，在输入端将电网交流电直接整流滤波后，用直流输入， 如附图2所示。
[0005] 目前，为了减少逆变器带来的干扰与降低损耗，很多逆变器在设计时，努力减少空 载时的功耗，即在空载期间让它进入睡眠状态，从而尽可能的减少交流谐波干扰。例如2009 年10月公开的专利号为2009100278981. 8的发明专利，2007年6月27日公开的专利号为 ZL200620096352. 2的发明专利，还有类似的针对待机减少干扰、降低功耗的专利，都是这类 设计。但这类发明中，完全无法解决在使用中的交流干扰，在不需要交流输入的电器中，仍 然要以交流输入的方式输出电流，造成很大的干扰。在精密设备中，有时这种干扰是致命 的。例如医疗设备中的彩超、内窥镜、血液分析仪等，都要求电源非常纯净，尽量减少干扰， 避免因干扰带来的误差导致诊断的错误。而这类电器，输入电源几乎全部都是附图2中的 开关电源，本不需要交流输入的。
[0006]
【发明内容】
[0007] 为解决上述问题，本发明提供一种能自动识别逆变器所接的负载性质并根据负载 性质而控制逆变器选择交、直流输出转换的输出识别控制单元及其逆变器、控制方法，从而 降低干扰和功耗。
[0008] 本发明提供一种输出识别控制单元，用于识别逆变器所接的负载性质，并自动控 制逆变器的交直流变换单元输出相应所需电流，包括：采样模块、核心控制模块； 所述采样模块，在交流变换单元采集采样电流，并将采集到的所述采样电流发送给所 述核心控制模块； 所述核心控制模块，接收所述采样模块发送的所述采样电流值与其预设的阈值相比 较；当所述采样电流值小于阈值，发出控制信号控制交流变换单元输出直流电；当所述采 样电流值大于阈值，发出控制信号控制交流变换单元输出交流电。
[0009] 本发明还提供一种逆变器，所述逆变器具有如上所述的输出识别控制单元。
[0010] 本发明还提供一种系统，所述系统具有如上所述的输出识别控制单元的逆变器。
[0011] 本发明还提供一种逆变器控制方法，所述方法包括： 获取采样电流； 核心控制模块将所述采样电流与其预设的阈值相比较，当采样电流大于预设阈值，发 出控制信号控制交流变换单元输出交流电；当采样电流小于预设阈值，发出控制信号控制 交流变换单元输出直流电。
[0012] 从以上技术方案可以看出，本发明实施例具有以下优点： 1、由于所述采样模块从所述交流变换单元采集电流，并将采集到的采样电流发送给核 心控制模块，所述核心控制模块将接收到的采样电流值与其预设的阈值相比较；当所述采 样电流值小于阈值，发出控制信号控制交流变换单元输出直流电；当所述采样电流值大于 阈值，发出控制信号控制交流变换单元输出交流电。因此，所述输出识别控制单元能自动识 别逆变器所接的负载性质并根据负载性质而控制逆变器选择交、直流输出转换，从而降低 干扰和功耗。
[0013] 2、由于所述输出识别控制单元还包括一驱动模块，因此当所述核心控制模块输出 的控制信号的电压不足以驱动所述交流变换单元时，所述核心控制模块输出的控制信号可 以经过驱动模块转换后发送给所述交流变换单元。
[0014] 3、由于核心控制模块最高输出的控制信号电平为5V，无法直接驱动交流变换单元 的P型M0S管Ql、Q2,故增加 N型M0S管Q5、Q6,与Ql、Q2共同组成N型复合管。
[0015] 4、由于所述输出识别控制单元还包括一稳压模块，因此可以将不稳定电压的高纹 波电流转换成稳定电压的低纹波电流发送给所述核心控制模块。
[0016] 5、由于所述输出识别控制单元还包括一分压模块，因此可以对加载在所述交流变 换单元的电压进行分压，防止交流变换单元导通时电压过大被烧坏。
[0017] 6、由于R1、R2-端分别接在Q1、Q2的源极，另一端分别接在Q1、Q2的栅极；R6、R7 的一端分别与Ql、Q2的栅极相接，另一端接在Q6、Q5的源极，因此可以防止在Q6、Q7导通 时将Q1、Q2的栅极与源极电位分压到源极电压控制在12V以内，避免烧坏Q1、Q2。
[0018] 7、由于所述输出识别控制单元还包括一用于表示所述输出识别控制单元的工作 状态的状态指示模块，因此可以明显显示所述逆变器输出交直流的工作状态。
[0019] 8、由于采用单片机作为核心控制模块进行控制，因此对功能的改动非常方便，只 需稍做改动就能做到输出过流保护，例如通过R3上面的过流时间的长短，判断是否是输出 适中。如果转换成交流后电流仍然超过上阀值，则可以执行输出断电保护。
[0020] 9、由于FB引脚设置两个阈值，阈值中间为窗口期，因此可以为有效的避免临界现 象下来回频繁的输出状态变动。
【专利附图】
【附图说明】
[0021] 图1为本发明实施例提供的输出识别控制单元的结构框图； 图2为本发明另一实施例提供的输出识别控制单元的结构框图； 图3为本发明实施例提供的交流变换单元和输出识别控制单元的电路图； 图4为本发明实施例提供的逆变器的原理图； 图5为本发明实施例提供的控制方法的流程图； 图6为本发明另一实施例提供的控制方法的流程图； 图7为本发明中提到的工频变压器负载电路图； 图8为本发明中提到的开关电源的负载的电路图。
【具体实施方式】
[0022] 发明提供一种能自动识别逆变器所接的负载性质并根据负载性质而控制逆变器 选择交、直流输出的输出识别控制单元及其逆变器、控制方法，从而降低干扰。
[0023] 下面将结合本发明中的说明书附图，对发明中的技术方案进行清楚、完整地描述， 显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，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。
[0024] 实施例一、 如图所示，本发明提供一种逆变器，所述逆变器包括：电池单元、直流斩波单元、隔离 变压单元、整流单元、交流变换单元、输出识别控制单元。其中电池单元、直流斩波单元、隔 离变压单元、整流单元属于现有技术且与本发明无关，在此不再赘述。所述输出识别控制单 元控制所述交流变换单元自动根据负载情况输出交直流电，即当空载或者负载为开关电源 时通过输出直流电从而可以降低干扰和功耗。
[0025] 如图3所示，为交流变换单元一个具体实施例的电路图，所述交流变换单元包括： 由4个场效应管（M0S管）Q1、Q2、Q3、Q4组成的电桥，从整流单元输出的直流电，接在所述电 桥的输入端；场效应管Ql、Q2、Q3、Q4的控制极分别连接所述输出识别控制单元；电桥的输 出端两条电线分别命名为a和b ;电桥的各场效应管Ql、Q2、Q3、Q4在输出识别控制单元发 出的控制信号下导通与截止，从而实现直流、交流两种状态的转换输出。
[0026] 如图1所示，所述输出识别控制单元包括：采样模块101、核心控制模块102。
[0027] 所述采样模块101，从交流变换单元采集采样电流，并将采集到的所述采样电流发 送给所述核心控制模块102。
[0028] 所述核心控制模块102,接收所述采样模块101发送的所述采样电流值与其预设 的阈值相比较；当所述采样电流值小于阈值，发出控制信号控制交流变换单元输出直流电； 当所述采样电流值大于阈值，发出控制信号控制交流变换单元输出交流电。
[0029] 综上所述，所述采样模块从所述交流变换单元采集电流，并将采集到的采样电流 发送给核心控制模块，所述核心控制模块将接收到的采样电流值与其预设的阈值相比较； 当所述采样电流值小于阈值，发出控制信号控制交流变换单元输出直流电；当所述采样电 流值大于阈值，发出控制信号控制交流变换单元输出交流电。因此，所述输出识别控制单元 可以控制所述交流变换单元自动根据负载情况输出交、直流电，从而可以降低逆变器的干 扰与功耗。
[0030] 如图2所示，在一些实施例中，所述输出识别控制单元还包括一驱动模块，当所述 核心控制模块输出的控制信号的电压不足以驱动所述交流变换单元时，所述核心控制模块 输出的控制信号经过驱动模块转换后发送给所述交流变换单元。
[0031] 如图3所示，为驱动模块的一个具体实施例，所述驱动模块包括：第一、第二MOS 管Q5、Q6。由于核心控制模块最高输出的控制信号电平为5V，无法直接驱动交流变换单元 的P型M0S管Ql、Q2,故增加 N型M0S管Q5、Q6,与Ql、Q2共同组成N型复合管。
[0032] 所述Q5、Q6的栅极分别连接所述控制信号输出端引脚：K1_、K2_ ;源极接地；漏极 分别连接所述分压电阻R6、R7的其中一连接端。
[0033] 如图2所示，在一些实施例中，所述输出识别控制单元还包括一稳压模块，所述稳 压模块用于将不稳定电压的高纹波电流转换成稳定电压的低纹波电流发送给所述核心控 制丰吴块。
[0034] 如图3所示，所述稳压模块U2可以为：各种线性稳压LD0或三端稳压器，如 ΗΤ7550、ST7805、LM7805等，本具体实施例稳压集成电路U2优选ΗΤ7550,所述集成电路U2 引脚1为电流输入端，且接滤波电容C1 ;引脚2接地；引脚3为电流输出端，且输出端接滤 波电容C2。
[0035] 如图2所示，在一些实施例中，所述输出识别控制单元还包括一分压模块，所述分 压模块用于对加载在所述交流变换单元的电压进行分压，防止交流变换单元导通时电压过 大被烧坏。
[0036] 如图3所示，为分压模块的一个具体实施例，所述分压模块包括：第一、第二上拉 电阻Rl、R2 ;第一、第二分压电阻R6、R7。
[0037] Rl、R2 -端分别接在Ql、Q2的源极，另一端分别接在Ql、Q2的栅极；R6、R7的一 端分别与Q1、Q2的栅极相接，另一端接在Q6、Q5的源极。其作用是防止在Q6、Q7导通时将 Q1、Q2的栅极与源极电位分压到源极电压控制在12V以内，避免烧坏Q1、Q2。
[0038] 如图2所示，在一些实施例中，所述输出识别控制单元还包括一用于表示所述输 出识别控制单元的工作状态的状态指示模块。
[0039] 如图3所示，所述状态指示模块由所述控制模块控制。所述状态指示模块可以包 括指示灯、指示铃等等。所述指示灯或指示铃可以为一个或者两个，如图3所述，所述指示 灯为两个，所述两个指示灯LEDULED2 -端接地，一端分别通过电阻R4、R5连接所述输出识 别控制单元，所述两个LED1、LED2分别用于显示控制模块控制所述交流变换单元输出交流 电和直流电的不同状态。
[0040] 如图3所示，所述核心控制模块可以为单片机U1，例如：51系列14单片机，为了简 化电路图，将无用的引脚未列出，只画出电源引脚、GND引脚、I/O端口（0/pin/Kl_/K2_/K3/ K4)、AD端口（FB引脚）。所述该单片机属于现有技术，在此不再赘述，所述单片机各引脚连 接情况如下： VCC引脚：所述VCC引脚连接所述稳压器U2的输出端，用于接收所述稳压器U2传来的 具有稳定电压的电流，以启动集成控制电路U1。
[0041] 在原理图中将C2直接拉到U1的第pin是为了指导PCB工程师，此电容必须接在 U1的最近pin位处，不能将电容安排在远处用线连接。
[0042] I/O端口，具体包括如下： K1_、K2_、K1、K2引脚，其中1(1_、1(2_与1(3、1(4倒向；所述四个引脚用于输出控制所述 交流变换单元的4个场效应管Ql、Q2、Q3、Q4的控制信号。
[0043] 2个0/引脚：通过所述电阻R4、R5连接所述LEDULED2,控制LEDULED2的亮灭。
[0044] 由于采用单片机作为核心控制模块进行控制，因此对功能的改动非常方便，只需 稍做改动就能做到输出过流保护，例如通过R3上面的过流时间的长短，判断是否是输出适 中。如果转换成交流后电流仍然超过上阀值，则可以执行输出断电保护。
[0045] AD端口（FB引脚）：连接所述采样电阻R3,接收所述采样电阻R3反馈的采样信号。 FB引脚设置有检测阈值，当采样电流小于阈值则控制Kl_、K4输出低电平，K2_、K3输出高 电平，这时Q2、Q3导通，Ql、Q4截止，输出直流电；当获取采样的采样电流大于阈值则控制 Kl_、Κ4与Κ2_、Κ3输出交变信号，从而Q2、Q3与Ql、Q4交替导通，输出交流电。
[0046] 优选的，为有效的避免临界现象下来回频繁的输出状态变动，可以设置上、下两个 阈值，两值中间为窗口期。当输出变为交流电后，采样模块的电压马上降低，但因设定了一 个下阈值，一但上阈值达到"Β状态"，电流必须下降到下阈值才能转换成Α状态，而下阈值 很低，目的只是为了在负载断开后自动转换成直流输出状态，所以这时即使采样模块采样 的电压下降到正常值，仍然可以保持交流电输出。
[0047] 优选的，所述FB引脚还连接一滤波电容C3。
[0048] 如图3所示，所述采样模块为一采样电阻R3,所述电阻R3 -连接端分别连接所述 控制模块的电压反馈输入端FB引脚及场效应管Q3、Q4的源极；另一端接地。
[0049] 本【具体实施方式】以逆变器的方波输出为具体实施例，实际上本发明除了可以应用 于方波输出的逆变器，还可以直接应用于控制修正波或者正弦波输出等的逆变器。
[0050] 工作过程如下： 上电后，单片机U1进入初始化。初始化结束后，Kl_、K4输出低电平，K2_、K3输出高电 平，这时Q2、Q3导通，Ql、Q4截止，电流经a流向b，并一直维持这个状态，设这个状态为"Α 状态"。
[0051] 当接入的负载为附图8所示的开关电源负载（比如：打印机)，因电路工作在正常 状态下，则电流在FB引脚的阈值范围以下，电路状态仍然维持在"A状态"； 假设接入的负载为如附图7所示的工频变压器负载，因工频变压器对直流电几乎无阻 抗，相当于220V输入端直接短路，电流很大，这时R3上面的电压立即增加到上阈值以上，FB 引脚接收到此信号后，控制引脚K1_、K4与K2_、K3转换成交变的输出状态(在本具体实施例 中所述输出的控制信号优选50Hz)，此时，Q2、Q3与Ql、Q4交替导通，输出变成交流电，设这 个状态为"B状态"。
[0052] 当输出变为交流电后，R3上的电压马上降低，但因设定了一个下阈值，一但上阈值 达到"B状态"，电流必须下降到下阈值才能转换成A状态，而下阈值很低，目的只是为了在 负载断开后自动转换成直流输出状态，所以这时即使R3上电压下降到正常值，U1的输出仍 然不变，保持交流电的输出。
[0053] 实施例二、 本发明还提供一种具有如实施例一所述的输出识别控制单元的逆变器，所述输出识别 控制单元参见具体实施例一所述，在此不再赘述。
[0054] 实施例三、 本发明还提供一种具有如实施例一所述的输出识别控制单元的逆变器的系统，所述输 出识别控制单元参见具体实施例一所述，在此不再赘述。
[0055] 所述系统可以为对噪声干扰且要求较高的系统，比如医疗设备。现有的医疗设备 上需要配置打印机，因打印机是办公用品，不能过医疗安规，就需要通过逆变器为它供电， 医疗设备对干扰极为敏感，采用本发明后，由于现有的打印机98%都为开关电源供电（即只 需直流电供电即可)，因此本发明的逆变器只需要在其输出识别控制单元的控制下输出直 流电，从而解决干扰问题。
[0056] 实施例四、 本发明还介绍一种如上述实施例所述的逆变器的输出识别控制单元的控制方法，所述 方法中部分内容已被前述实施例描述，在此不再赘述。所述方法包括如下步骤： S201，获取采样电流； 采样模块获取采样电流发送给核心控制模块。
[0057] S202,核心控制模块将所述采样电流与其预设的阈值相比较，当采样电流大于预 设阈值，发出控制信号控制交流变换单元输出交流电；当采样电流小于预设阈值，发出控制 信号控制交流变换单元输出直流电。
[0058] 优选的，所述阈值包括上阈值和下阈值，中间为空窗期。
[0059] 如图6示，为更好的理解本发明的方法，下面进一步以更详细的实施例进行说明。
[0060] S301，系统完成初始化 S302,采样模块获取采样电流发送给核心控制模块的FB引脚。
[0061] S303,根据核心控制模块的FB引脚接收的采样电流与该引脚的预设值相比较；当 小于下阈值，执行S304控制K1_、K4输出低电平，K2_、K3输出高电平；当大于上阈值，执行 S305控制Κ1_、Κ4与Κ2_、Κ3输出交变信号；当处于上阈值和下阈值之间，执行S306保持状 态不变。
[0062] 进一步，所述步骤S304还可以包括控制LED1点亮；所述步骤S305还可以包括控 制LED2点亮。
[0063] S307,经过固定延时后，重复执行步骤S302-S306。
[0064] 所述固定延时可以为合理的任意时间，在本具体实施例优选为30mm。
[0065] 以上对本发明所提供的一种逆变器的输出识别控制单元及其逆变器、系统、控制 方法进行了详细介绍，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例的思想，在具体实施 方式及应用范围上均会有改变之处，因此，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
【权利要求】
1. 一种输出识别控制单元，用于识别逆变器所接的负载性质，并自动控制逆变器的交 流变换单元输出相应所需电流，其特征在于，包括：采样模块、核心控制模块； 所述采样模块，从交流变换单元采集采样电流，并将采集到的所述采样电流发送给所 述核心控制模块； 所述核心控制模块，接收所述采样模块发送的所述采样电流值与其预设的阈值相比 较；当所述采样电流值小于阈值，发出控制信号控制交流变换单元输出直流电；当所述采 样电流值大于阈值，发出控制信号控制交流变换单元输出交流电。
2. 根据权利要求1所述的输出识别控制单元，其特征在于，所述核心控制模块为一单 片机，所述单片机的引脚包括： VCC引脚； I/O端口，包括第一、第二、第三、第四引脚，其中第一、第二与第三、第四引脚倒向； AD端口，包括一反馈（FB)引脚，所述FB引脚设置至少一个阈值。
3. 根据权利要求1或2所述的输出识别控制单元，其特征在于，所述采样模块为一采 样电阻R3,所述电阻R3 -连接端分别连接所述核心控制模块的FB引脚及输出识别控制单 元；另一端接地。
4. 根据权利要求1或2所述的输出识别控制单元，其特征在于，还包括一驱动模块，所 述驱动模块用于当所述核心控制模块输出的控制信号电压过低不能驱动所述交流变换单 元时，将所述信号通过所述驱动模块以驱动所述交流变换单元。
5. 根据权利要求4所述的输出识别控制单元，其特征在于，所述驱动模块包括：第一、 第二场效应管， 所述第一、第二场效应管的栅极分别连接所述控制信号输出端的第一、第二引脚；源极 接地；漏极输出控制信号。
6. 根据权利要求1或2所述的输出识别控制单元，其特征在于，所述输出识别控制单 元还包括一稳压模块，用于将不稳定电压的高纹波电流转换成稳定电压的低纹波电流发送 给所述核心控制模块。
7. 根据权利要求1或2所述的输出识别控制单元，其特征在于，还包括一分压模块，所 述分压模块用于对核心控制模块输出的加载在所述交流变换单元的电压进行分压，防止交 流变换单元导通时电压过大被烧坏。
8. 根据权利要求7所述的输出识别控制单元，其特征在于，所述分压模块包括：第一、 第二分压电阻及其第一、第二上拉电阻。
9. 根据权利要求1或2所述的输出识别控制单元，其特征在于，还包括一由所述核心控 制模块控制的用于表示输出识别控制单元的工作状态的状态指示模块。
10. -种逆变器，其特征在于，具有如权利要求1-9述的输出识别控制单元。
11. 一种系统，所述系统包括一逆变器，其特征在于，所述逆变器具有如权利要求1-9 述的输出识别控制单元。
12. -种逆变器的控制方法，其特征在于，包括： 获取采样电流； 核心控制模块将所述采样电流与其预设的阈值相比较，当采样电流大于预设阈值，发 出控制信号控制交流变换单元输出交流电；当采样电流小于预设阈值，发出控制信号控制 交流变换单元输出直流电。
【文档编号】H02M1/10GK104065254SQ201410257140
【公开日】2014年9月24日 申请日期:2014年7月16日 优先权日:2014年7月16日
【发明者】赵传东, 唐刚, 赵德知 申请人:深圳市开立科技有限公司