一种用于高压直流的单相逆变器及开关电路的制作方法
【专利摘要】本发明属于电能转换【技术领域】，公开了一种用于高压直流的单相逆变器及开关电路，该逆变器包括防反保护电路、降压模块、开关电路及控制电路；防反保护电路输入端接外部输入，输出端接降压模块和开关电路；降压模块的输出端接控制电路；控制电路输出相互互补的两路PWM信号；开关电路中包括以采用桥式结构连接的四个场效应管Q1-Q4，第一路PWM信号的高、低电平直接驱动场效应管Q4导通和断开，并经带自举功能的驱动电路驱动场效应管Q3断开和导通；第二路PWM信号的高、低电平直接驱动场效应管Q2的导通和断开，并经带自举功能的驱动电路驱动场效应管Q1断开和导通。本发明电路结构简单，灵活实用，安全稳定可靠。
【专利说明】一种用于高压直流的单相逆变器及开关电路
【技术领域】
[0001]本发明涉及电能转换【技术领域】，尤其涉及一种将高压直流电转变成交流电的转化装置，具体地说是一种适用于高压直流电变换的单相逆变器。
【背景技术】
[0002]逆变器是把直流电能转变成交流电(一般为220v/50HZ正弦或方波)。通俗的讲，逆变器是一种将直流电(DC)转化为交流电(AC)的装置，一般包括逆变桥、控制逻辑及滤波电路等，它在我们日常生活中广泛应用，如:电脑、电视、风扇、照明及汽车等，不过在日常生活中使用的逆变器基本上都是一种将低压(12V或24V或48V)直流电转变为220V交流电的电子设备，并且受变压器功率、开关器件参数及散热等的限制，市面上出售的逆变器输出功率普遍都较小。针对高压直流电的逆变装置目前尚不可见。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是针对现有逆变器技术的缺陷，提供一种单相逆变器，从而解决上述逆变器不能实现高压输入、大功率输出的设计缺陷。
[0004]为实现上述目的，本发明采用如下技术方案:一种用于高压直流的单相逆变器，包括防反保护电路、降压模块、开关电路及控制电路，防反保护电路的输入端接高压直流外部输入，输出端接降压模块的输入端和开关电路的直流输入端，降压模块的输出端接控制电路的电源输入端，控制电路输出相互互补的第一路PWM信号和第二路PWM信号，其特征在于，所述开关电路包括用于输入高压直流电的直流正输入端和直流负输入端、第一交流输出端、第二交流输出端、第一路PWM信号接入端、第二路PWM信号接入端；场效应管Ql接在直流正输入端和第一交流输出端之间，场效应管Q2接在直流负输入端和第一交流输出端之间，场效应管Q3接在直流正输入端和第二交流输出端之间，场效应管Q4接在直流负输入端和第二交流输出端之间；第一路PWM信号的高、低电平直接驱动场效应管Q4导通和断开，并经带自举功能的驱动电路驱动场效应管Q3断开和导通；第二路PWM信号的高、低电平直接驱动场效应管Q2的导通和断开，并经带自举功能的驱动电路驱动场效应管Ql断开和导通。
[0005]进一步地，所述防反保护电路包括至少一个二极管或至少一个整流桥，用于防止输入端直流正负极接反导致电路中器件烧毁。所述防反保护电路根据设计电路的不同形式可分为两种模式，一种是输入端正负极反接时该单相逆变器不工作，另一种是输入端正负极反接时该单相逆变器正常工作。
[0006]进一步地，所述降压模块，用于将输入端的高压直流电转换为控制电路需要的低压直流电，保证控制电路的正常运行，优选具有降压功能的DC-DC模块。
[0007]具体地，所述防反保护电路包括一个整流桥D7，所述降压模块包括一个DC-DC降压芯片U2 ;两路高压直流外部输入分别接整流桥D7的两个输入端，整流桥D7正、负输出端分别接降压芯片U2的两个输入端，整流桥D7的正、负输出端之间连接电容C3，降压芯片U2的正输出端经电阻R13输出低压直流电，负输出端接GND，降压芯片U2的负输出端与电阻R13输出低压直流电的一端之间连接电容C4。
[0008]进一步地，所述开关电路中，场效应管Ql漏极接整流桥D7的正输出端，源极接第一交流输出端，栅极经电阻R2、电阻R1、二极管Dl接电阻R13输出低压直流电的一端，三极管Q5集电极接电阻Rl和R2之间，发射极接GND，基极经电阻R4接GND，并经电阻R3、电阻R5接电阻R13输出低压直流电的一端；电容Cl阳极接二极管Dl和电阻Rl之间，阴极接场效应管Ql源极；二极管D2阳极接场效应管Ql源极，阴极接场效应管Ql栅极。
[0009]场效应管Q2漏极接第一交流输出端，源极接GND，栅极接二极管D3阳极。
[0010]场效应管Q3漏极接整流桥D7的正输出端，源极接第二交流输出端，栅极经电阻R8、电阻R7、二极管D4接电阻R13输出低压直流电的一端；三极管Q6集电极接电阻R7和R8之间，发射极接GND，基极经电阻RlO接GND，并经电阻R9、电阻Rll接电阻R13输出低压直流电的一端；电容C2阳极接二极管D4和电阻R7之间，阴极接场效应管Q3源极；二极管D5阳极接场效应管Q3源极，阴极接场效应管Q3栅极。
[0011]场效应管Q4漏极接第二交流输出端，源极接GND，栅极接二极管D6阳极。
[0012]进一步地，所诉控制电路，用于驱动上述开关电路中开关器件的通断，所述控制电路包括一个PWM控制芯片Ul，PWM控制芯片Ul的电源输入引脚Vcc接电阻R13输出低压直流电的一端，PWM信号输出引脚CSl接接电阻R9与Rll之间和二极管D6阴极，并经电阻Rl2接场效应管Q4栅极。PWM信号输出引脚CS2接电阻R3与R5之间和二极管D3阴极，并经电阻R6接场效应管Q2栅极。
[0013]进一步地，所述PWM控制芯片Ul优选TL494C芯片，电阻R14的一端接整流桥D7的正输出端，另一端经电阻R5接GND ;二极管D8阴极接整流桥D7的正输出端，阳极接电阻R14和电阻R15之间；电容C6正端接二极管D8阳极，负端接GND ；电阻R17 —端接二极管D8阳极,另一端接控制芯片Ul的第一负输入引脚IIN-；电阻R16 —端接电容C6负端,另一端接控制芯片Ul的DTC引脚和电容C6正端；接控制芯片Ul的DTC引脚与CSl引脚之间连接有电容C8，与CS2引脚之间连接有电容C9 ;控制芯片Ul的RT引脚经电阻R18接GND ;控制芯片Ul的CT引脚经电容C7接GND ;控制芯片Ul第一负输入引脚1IN-、第二负输入引脚2IN-、Verf引脚、Ctrl引脚相互连接；控制芯片Ul的第一正输入引脚1IN+、第二正输入引脚 2IN+接 GND。
[0014]此外，本发明另一个目的是单独提出一种用于高压直流变交流的开关电路，包括用于输入高压直流电的直流正输入端和直流负输入端、第一交流输出端、第二交流输出端、用于输入第一路PWM信号的第一路PWM信号接入端，用于输入与第一路PWM信号互补的第二路PWM信号的第二路PWM信号接入端；场效应管Ql接在直流正输入端和第一交流输出端之间，场效应管Q2接在直流负输入端和第一交流输出端之间，场效应管Q3接在直流正输入端和第二交流输出端之间，场效应管Q4接在直流负输入端和第二交流输出端之间；第一路PWM信号的高、低电平直接驱动场效应管Q4导通和断开，并经带自举功能的驱动电路驱动场效应管Q3断开和导通；第二路PWM信号的高、低电平直接驱动场效应管Q2的导通和断开，并经带自举功能的驱动电路驱动场效应管Ql断开和导通。
[0015]上述开关电路中，场效应管Ql漏极接直流正输入端，源极接第一交流输出端，栅极经电阻R2、电阻R1、二极管Dl接低压直流电，三极管Q5集电极接电阻Rl和R2之间，发射极接GND，基极经电阻R4接GND，并经电阻R3、电阻R5接低压直流电；电容Cl阳极接二极管Dl和电阻Rl之间，阴极接场效应管Ql源极；二极管D2阴极接场效应管Ql源极，阳极接场效应管Ql栅极。
[0016]场效应管Q2漏极接第一交流输出端，源极接直流负输入端，栅极接二极管D3阴极。
[0017]场效应管Q3漏极接直流正输入端，源极接第二交流输出端，栅极经电阻R8、电阻R7、二极管D4接低压直流电；三极管Q6集电极接电阻R7和R8之间，发射极接GND，基极经电阻RlO接GND，并经电阻R9、电阻Rll接低压直流电；电容C2阳极接二极管D4和电阻R7之间，阴极接场效应管Q3源极；二极管D5阴极接场效应管Q3源极，阳极接场效应管Q3栅极。
[0018]场效应管Q4漏极接第二交流输出端，源极接直流负输入端，栅极接二极管D6阴极。
[0019]第一 PWM信号接入端接电阻R9与Rll之间和二极管D6阳极，并经电阻R12接场效应管Q4栅极。
[0020]第二 PWM信号接入端接电阻R3与R5之间和二极管D3阳极，并经电阻R6接场效应管Q2栅极。
[0021]本发明有益效果包括:1、通过整体设计实现了高压直流电的变换交流的功能，填补了市场上高压直流逆变器的空白。2、独创两路PWM信号控制桥式连接的四个开关器件的开关电路，简化了电路结构，并大大降低了对控制电路的要求。3、全桥式防反保护，任意连接外部输入，灵活实用。DC-DC降压模块的选用，在实现降压供电的功能前题下，保证了电路的安全稳定可靠。
【专利附图】
【附图说明】
[0022]图1为本发明高压直流逆变器的原理框图。
[0023]图2为本发明防反保护电路原理图。
[0024]图3为本发明高压直流逆变器的互补PWM信号图。
[0025]图4为本发明高压直流逆变器的原理图。
[0026]图5为本发明开关电路原理图。
【具体实施方式】
[0027]为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
[0028]参照图1，本发明提供一种高压直流逆变器，包括防反保护电路、DC-DC模块、开关电路及控制电路。
[0029]防反保护电路的输入端接高压直流电，输出端分别接DC-DC模块的输入端和开关电路的输入端，DC-DC模块的输出端接控制电路的输入端，控制电路的输出端接开关电路的控制端，开关电路的输出端接滤波电路的输入端，滤波电路的输出端输出交流信号。
[0030]参照图2，防反保护电路包括至少一个二极管或至少一个整流桥，用于防止输入端直流正负极接反导致电路中器件烧毁。所述防反保护电路根据设计电路的不同形式可分为两种模式，一种是输入端正负极反接时该单相逆变器不工作，如图2 (a)所示，从图2 (a)可以看出，当HVCC+与HVCC-反接时，受到二极管的反向截止作用，不能构成回路；另一种是输入端正负极反接时该单相逆变器正常工作，如图2 (b) (c)所示，其中图2 (b)是由四个二极管构成的整流电路，不管HVCC+与HVCC-正接还是反接，输出的极性都不变，同理图2(c)为若干二极管构成的全波或半波整流桥模块，原理与图2 (b) 一致。
[0031]DC-DC模块，用于将输入端的高压直流电转换为控制电路需要的低压直流电，为控制电路提供必要的电源供给。
[0032]参照图3，控制电路用于驱动开关电路中开关器件的通断，该控制电路至少输出两路互补PWM信号，其中PWMl和PWM2为一组互补信号，该驱动信号保证图3中第一场消音管Ql和第四场效应管Q4导通的同时第二场效应管Q2和第三场效应管Q3截止，第一场消音管Ql和第四场效应管Q4截止的同时第二场效应管Q2和第三场效应管Q3导通。
[0033]参照图4，其中间部分为开关电路，包括至少一个半导体开关、至少一个电阻、至少一个二极管、至少一个电容，本发明逆变器包括第一场效应管Q1、第二场效应管Q2、第三场效应管Q3、第四场效应管Q4、第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4、第五二极管D5、第六二极管D6、第一三极管Q5、第二三极管Q6、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8、第九电阻R9、第十电阻R10、第i^一电阻R11、第十二电阻R12、第十三电阻R13、第十四电阻R14、第十五电阻R15、第十六电阻R16、第十七电阻R17、第十八电阻R18、第一电容Cl、第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4、第五电容C5、第六电容C6、第七电容C7、第八电容C8、电源模块U2、整流桥D7、保险丝Fl、控制芯片Ul、高压直流电源HVCC、低压直流电源VCC和地GND。
[0034]电源为直流电源，具体连接方式如下:
保险丝Fl的一端接外部输入，另一端接整流桥D7的一个输入端，整流桥D7另一个输入端接外部输入，整流桥D7的正输出端分别接第三电容C3的正端和整流模块U2的一个输入端，整流桥D7的负输出接整流模块U2的另一个输入端，整流模块U2的输出端接第十三电阻R13的一端，第十三电阻R13另一端接第四电容C4的正端，第四电容C4的负端接整流模块U2负输出端，第四电容C4的正端接第一二极管Dl的阳极，
第一场效应管Ql漏极与高压直流电源HVCC连接，第一场效应管Ql栅极分别与第二电阻R2—端和第二二极管D2阴极连接，第二电阻R2另一端分别与第一电阻Rl—端和第一三极管Q5集电极连接，第一电阻Rl另一端分别与第一二极管Dl阴极和第一电容Cl正极连接，第一二极管Dl阳极与低压直流电源VCC连接，第一场效应管Ql源极分别与第二二极管D2阳极、第一电容Cl负极和第二场效应管Q2漏极连接，低压直流电源VCC与第五电阻R5一端连接，第五电阻R5另一端分别与第三电阻R3和第三二极管D3阴极连接，第三电阻R3另一端分别与第四电阻R4 —端和第一三极管Q5基极连接，第四电阻R4另一端与第一三极端Q5发射极连接。
[0035]第二场效应管Q2栅极分别与第三二极管D3阳极和第六电阻R6 —端连接，第六电阻R6另一端与第三二极管D3阴极连接，第三二极管D3阴极接控制信号，第二场效应管Q2源极分别与第三场效应管Q4源极和GND连接。
[0036]第三场效应管Q3漏极与高压直流电源HVCC连接，第三场效应管Q3栅极分别与第八电阻R8—端和第五二极管D5阴极连接，第五电阻R5另一端分别与第七电阻R7—端和第二三极管Q6集电极连接，第七电阻R7另一端分别与第四二极管D4阴极和第二电容C2正极连接，第四二极管D4阳极与低压直流电源VCC连接，第三场效应管Q3源极分别与第五二极管D5阳极、第二电容C2负极和第四场效应管Q4漏极连接，低压直流电源VCC与第十一电阻Rll —端连接，第十一电阻Rll的另一端分别与第九电阻R9和第六二极管D6阴极连接，第九电阻R9另一端分别与第十电阻RlO —端和第二三极管Q6基极连接，第十电阻RlO另一端与第二三极端Q6发射极连接。
[0037]第四场效应管Q4栅极分别与第六二极管D6阳极和第十二电阻R12 —端连接，第十二电阻R12另一端与第六二极管D6阴极连接，第六二极管D6阴极与PWM控制信号连接。
[0038]第三电容C3的正端分别接第十四电阻R14的一端和第八二极管D8的阴极，第十四电阻R14的另一端分别接第八二极管D8的阳极、第十五电阻R15的一端和第六电容C6的正端,第十五电阻R15另一端分别接第六电容C6的负端和第十六电阻R16的一端,第十六电阻R16的另一端接PWM控制芯片Ul第4脚，第十七电阻R17的一端接PWM控制芯片Ul的第2脚，第十七电阻R17的另一端接第六电容C6的正端，控制芯片Ul的I脚接GND，控制芯片Ul的第2脚分别接控制芯片Ul的第13、14和15脚，控制芯片Ul的第4脚分别接第十六电阻R16的正端和第八电容C8的一端，第八电容C8的另一端接控制芯片Ul的第8脚，控制芯片Ul的第8脚接第六二极管D6的阴极，控制芯片Ul的第5脚接第七电容C7的一端，第七电容C7的另一端分别接第十八电阻R18的一端和控制芯片Ul的第7脚,第十八电阻R18的另一端接控制芯片Ul的第6脚，控制芯片Ul的第7脚接GND，控制芯片Ul的第9脚接控制芯片Ul的第10脚并同时接GND，控制芯片Ul的第11脚分别接第三二极管D3的阴极和第九电容C9的一端，第九电容C9的另一端接第六电容C6的正端，控制芯片Ul的第12脚接低压直流电源VCC，控制芯片Ul的第16脚接GND。
[0039]第五电容C5的一端接第二二极管D2的阳极,第五电容C5的另一端接第五二极管D5的阳极，第五电容C5的两端为逆变器的输出端。
【权利要求】
1.一种用于高压直流的单相逆变器，包括防反保护电路、降压模块、开关电路及控制电路；防反保护电路的输入端接高压直流外部输入，输出端接降压模块的输入端和开关电路的直流输入端；降压模块的输出端接控制电路的电源输入端；控制电路输出相互互补的第一路PWM信号和第二路PWM信号；其特征在于，所述开关电路包括用于输入高压直流电的直流正输入端和直流负输入端，以及第一交流输出端、第二交流输出端、第一路PWM信号接入端、第二路PWM信号接入端；场效应管Ql接在直流正输入端和第一交流输出端之间，场效应管Q2接在直流负输入端和第一交流输出端之间，场效应管Q3接在直流正输入端和第二交流输出端之间，场效应管Q4接在直流负输入端和第二交流输出端之间；第一路PWM信号的高、低电平直接驱动场效应管Q4导通和断开，并经带自举功能的驱动电路驱动场效应管Q3断开和导通；第二路PWM信号的高、低电平直接驱动场效应管Q2的导通和断开，并经带自举功能的驱动电路驱动场效应管Ql断开和导通。
2.根据权利要求1所述的用于高压直流的单相逆变器，其特征在于，防反保护电路包括整流桥D7，降压模块包括DC-DC降压芯片U2 ;整流桥D7的两个输入端接两路高压直流外部输入，正、负输出端分别接降压芯片U2的两个输入端，整流桥D7的正、负输出端之间连接电容C3，降压芯片U2的正输出端经电阻R13输出低压直流电，负输出端接GND，降压芯片U2的负输出端与电阻R13输出低压直流电的一端之间连接电容C4 ； 场效应管Ql漏极接整流桥D7的正输出端，源极接第一交流输出端，栅极经电阻R2、电阻R1、二极管Dl接电阻R13输出低压直流电的一端，三极管Q5集电极接电阻Rl和R2之间，发射极接GND，基极经电阻R4接GND，并经电阻R3、电阻R5接电阻Rl3输出低压直流电的一端；电容Cl阳极接二极管Dl和电阻Rl之间，阴极接场效应管Ql源极；二极管D2阳极接场效应管Ql源极，阴极接场效应管Ql栅极； 场效应管Q2漏极接第一交流输出端，源极接GND，栅极接二极管D3阳极； 场效应管Q3漏极接整流桥D7的正输出端，源极接第二交流输出端，栅极经电阻R8、电阻R7、二极管D4接电阻Rl3输出低压直流电的一端；三极管Q6集电极接电阻R7和R8之间，发射极接GND，基极经电阻RlO接GND，并经电阻R9、电阻Rll接电阻R13输出低压直流电的一端；电容C2阳极接二极管D4和电阻R7之间，阴极接场效应管Q3源极；二极管D5阳极接场效应管Q3源极，阴极接场效应管Q3栅极； 场效应管Q4漏极接第二交流输出端，源极接GND，栅极接二极管D6阳极； PWM控制芯片的电源输入引脚Vcc接电阻R13输出低压直流电的一端，PWM信号输出引脚CSl接接电阻R9与Rll之间和二极管D6阴极，并经电阻R12接场效应管Q4栅极；PWM信号输出引脚CS2接电阻R3与R5之间和二极管D3阴极，并经电阻R6接场效应管Q2栅极。
3.根据权利要求1所述的用于高压直流的单相逆变器，其特征在于，所述防反保护电路包括至少一个二极管或至少一个整流桥。
4.根据权利要求2所述的用于高压直流的单相逆变器，其特征在于，所述PWM控制芯片选用TL494C芯片。
5.根据权利要求4所述的用于高压直流的单相逆变器，其特征在于，电阻R14的一端接整流桥D7的正输出端，另一端经电阻R5接GND ;二极管D8阴极接整流桥D7的正输出端，阳极接电阻R14和电阻R15之间；电容C6正端接二极管D8阳极，负端接GND ；电阻R17 —端接二极管D8阳极，另一端接控制芯片Ul的第一负输入引脚1IN-;电阻R16—端接电容C6负端，另一端接控制芯片Ul的DTC引脚和电容C6正端；接控制芯片Ul的DTC引脚与CSl引脚之间连接有电容C8，与CS2引脚之间连接有电容C9 ;控制芯片Ul的RT引脚经电阻R18接GND ;控制芯片Ul的CT引脚经电容C7接GND ;控制芯片Ul第一负输入引脚1IN-、第二负输入引脚2IN-、Verf引脚、Ctrl引脚相互连接；控制芯片Ul的第一正输入引脚1IN+、第二正输入引脚2IN+接GND。
6.一种用于高压直流变交流的开关电路，包括用于输入高压直流电的直流正输入端和直流负输入端、第一交流输出端、第二交流输出端、用于输入第一路PWM信号的第一路PWM信号接入端、用于输入与第一路PWM信号互补的第二路PWM信号的第二路PWM信号接入端；其特征在于，场效应管Ql接在直流正输入端和第一交流输出端之间，场效应管Q2接在直流负输入端和第一交流输出端之间，场效应管Q3接在直流正输入端和第二交流输出端之间，场效应管Q4接在直流负输入端和第二交流输出端之间；第一路PWM信号的高、低电平直接驱动场效应管Q4导通和断开，并经带自举功能的驱动电路驱动场效应管Q3断开和导通；第二路PWM信号的高、低电平直接驱动场效应管Q2的导通和断开，并经带自举功能的驱动电路驱动场效应管Ql断开和导通。
7.根据权利要求6所述的用于高压直流变交流的开关电路，其特征在于，场效应管Ql漏极接直流正输入端，源极接第一交流输出端，栅极经电阻R2、电阻Rl、二极管Dl接低压直流电，三极管Q5集电极接电阻Rl和R2之间，发射极接GND，基极经电阻R4接GND，并经电阻R3、电阻R5接低压直流电；电容Cl阳极接二极管Dl和电阻Rl之间，阴极接场效应管Ql源极；二极管D2阴极接场效应管Ql源极，阳极接场效应管Ql栅极； 场效应管Q2漏极接第一交流输出端，源极接直流负输入端，栅极接二极管D3阴极； 场效应管Q3漏极接直流正输入端，源极接第二交流输出端，栅极经电阻R8、电阻R7、二极管D4接低压直流电；三极管Q6集电极接电阻R7和R8之间，发射极接GND，基极经电阻RlO接GND，并经电阻R9、电阻Rll接低压直流电；电容C2阳极接二极管D4和电阻R7之间，阴极接场效应管Q3源极；二极管D5阴极接场效应管Q3源极，阳极接场效应管Q3栅极； 场效应管Q4漏极接第二交流输出端，源极接直流负输入端，栅极接二极管D6阴极；第一 PWM信号接入端接电阻R9与Rll之间和二极管D6阳极，并经电阻R12接场效应管Q4栅极；第二 PWM信号接入端接电阻R3与R5之间和二极管D3阳极，并经电阻R6接场效应管Q2栅极。
【文档编号】H02M7/5387GK104393782SQ201410614392
【公开日】2015年3月4日 申请日期:2014年11月5日 优先权日:2014年11月5日
【发明者】沈亚斌 申请人:沈亚斌