一种汽柴油发电机组用正弦波逆变器的制造方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种汽柴油发电机组用正弦波逆变器，包括发电机输出电源电路、前端整流稳压滤波电路、逆变控制电路、IGBT驱动电路、全桥逆变电路、滤波吸收电路、电压采样反馈电路和电流采样反馈电路，发电机输出电源电路给整个逆变器供电；前端整流稳压滤波电路和全桥逆变电路电连接，IGBT驱动电路与逆变控制电路和全桥逆变电路分别电连接，全桥逆变电路上电连接有滤波吸收电路，滤波吸收电路之后为正弦波输出电路，正弦波输出电路上电连接有电压采样反馈电路和电流采样反馈电路；逆变控制电路上电连接有温度检测电路和状态显示电路。本实用新型采用了集成化电路减少体积和EMI干扰，采用了新的保护电路，提高了变频器的稳定性和安全性。
【专利说明】一种汽柴油发电机组用正弦波逆变器
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种正弦波逆变器，具体涉及一种集成化电路减少体积和EMI干扰，采用新的保护电路，提高变频器的稳定性和安全性的汽柴油发电机组用正弦波逆变器。
【背景技术】
[0002]逆变技术是整流技术的逆向变换电源技术，将直流电转换成交流电的装置称为逆变器。根据输出波形可分为方波逆变器和正弦波逆变器，目前多数负载要求输入为正弦波，因此正弦波逆变器得到了越来越多的研究和关注。
[0003]从上世纪90年代初到目前为止，风行于全球，市场的逆变电源，经历了多次改变。最初的逆变电源为自激推挽饱和式变换器，此类原始的饱和式变换器电路，效率低，损耗大，可靠性极差。为了解决以往逆变器存在的问题，逆变技术到现今得到了质的提升，但还存在一些问题和缺陷，需要对电路结构、抗干扰能力、体积及整体的散热系统进行改进，提升逆变器的整体性能和可靠性。
[0004]目前常见的逆变器一般存在如下问题:体积大、电路结构复杂、易受干扰、整体散热系统方案陈旧、功耗大、稳定性差。
实用新型内容
[0005]针对上述问题，本实用新型的主要目的在于提供一种集成化电路减少体积和EMI干扰，采用新的保护电路，提高变频器的稳定性和安全性的汽柴油发电机组用正弦波逆变器。
[0006]本实用新型是通过下述技术方案来解决上述技术问题的:一种汽柴油发电机组用正弦波逆变器，所述汽柴油发电机组用正弦波逆变器包括发电机输出电源电路、前端整流稳压滤波电路、逆变控制电路、IGBT驱动电路、全桥逆变电路、滤波吸收电路、电压采样反馈电路和电流采样反馈电路，所述发电机输出电源电路给整个汽柴油发电机组用正弦波逆变器供电，
[0007]发动机启动后输出两路电:一路是主绕组，是经过整流稳压滤波后为全桥逆变电路提供电能；另一路是副绕组脉冲电路，给逆变控制电路和IGBT驱动电路提供运行电能；
[0008]前端整流稳压滤波电路和全桥逆变电路电连接，IGBT驱动电路与逆变控制电路和全桥逆变电路分别电连接，全桥逆变电路上电连接有滤波吸收电路，滤波吸收电路之后为正弦波输出电路，正弦波输出电路上电连接有电压采样反馈电路和电流采样反馈电路；
[0009]逆变控制电路上电连接有温度检测电路和状态显示电路。
[0010]在本实用新型的一个优选实施例子中，所述副绕组脉冲电路上连接有副绕组欠压检测电路。
[0011]在本实用新型的一个优选实施例子中，所述IGBT驱动电路采用IGBT驱动芯片HCLP-3120。
[0012]在本实用新型的一个优选实施例子中，所述前端整流稳压滤波电路采用可调式精密并联稳压器TL431控制。
[0013]在本实用新型的一个优选实施例子中，所述正弦波输出电路采用降压变压器获取电压波形及电压值大小。
[0014]在本实用新型的一个优选实施例子中，所述前端整流稳压滤波电路由全桥半控电路组成，对经整流滤波的母线电压进行采样，用可调式精密并联稳压器TL431控制，通过光耦隔离来控制可控硅开关动作。
[0015]在本实用新型的一个优选实施例子中，所述副绕组欠压检测电路中采用三极管5401。
[0016]本实用新型的积极进步效果在于:本实用新型提供的汽柴油发电机组用正弦波逆变器具有如下优点:
[0017](I)、电路板以主电源板(包括前端整流稳压、开关电源、保护采样及逆变输出)、电源控制板及逆变控制板三个部分组成，与散热片合理地组装减少电路板的占用面积。
[0018](2)、简化电路，采用部分集成芯片(如IGBT驱动芯片HCLP-3120)替换过去的IGBT驱动电路，该芯片驱动能力强，增加电气隔离，减少器件，提高电路的抗干扰能力。
[0019](3)、前端整流稳压电路，用可调式精密并联稳压器TL431控制，通过光耦隔离，经过两级可控硅触发来实现对母线电压的稳定。该电路电压稳定精准，且带负载冲击时母线电压恢复时间短。
[0020](4)、为防止发动机飞车导致前端输入电压过高而失控，对前端整流稳压电路做了防失控改进。
[0021 ] ( 5 )、输出电压取样电路，采用降压变压器获取电压波形及电压值大小。该电路电气隔离，电压跟踪及时，误差小。
[0022](6)、过载及短路保护电路，采用电流互感器采取电流信号与基准信号比较判定，该保护比以往功率电阻取样灵敏、准确、电气隔离、无功耗。
[0023](7)、散热主体部分由铝制散热片和抽风式涡轮风扇组成，摒弃了以往发动机组的吹风式风扇。散热的风道也有所改进，过去逆变器上的风是发动机那边传来的热风，整体散热效果极差，现在风道隔开，不受发动机热风影响。
【专利附图】
【附图说明】
[0024]图1为本实用新型安装在箱体中的结构示意图。
[0025]图2为正弦波逆变器的结构框图。
[0026]图3为本实用新型提供的正弦波逆变器工作流程图。
[0027]图4为前端整流稳压滤波电路中稳压控制电路的结构示意图。
[0028]图5为前端整流稳压滤波电路中前端全桥半控电路的结构示意图。
[0029]图6为逆变控制电路的结构示意图。
[0030]图7为IGBT驱动电路的结构示意图。
[0031]图8为全桥逆变电路的结构示意图。
[0032]图9为欠压、短路检测电路的结构示意图。
[0033]图10为副绕组欠压检测电路的结构示意图。
【具体实施方式】
[0034]下面结合附图给出本实用新型较佳实施例，以详细说明本实用新型的技术方案。
[0035]图1为本实用新型安装在箱体中的结构示意图。如图1所示:本实用新型提供的汽柴油发电机组用正弦波逆变器安装在外箱体100中，图1中标识400的为本实用新型提供的逆变器与散热片的组合400，将逆变器与散热片的组合400安装在外箱体100中后，再在外箱体100中安装散热装置200，散热装置200 —般可以选为抽风式涡轮风扇，安装好散热装置200后，在外箱体100上盖上外箱体侧盖300。
[0036]以上四个构件组装起来后，本实用新型提供的逆变器主体跟外箱体100内部完全接合，只留出出风口 101对面引风口 301，形成一个U形风道。当抽风式涡轮风扇开启后，冷风从外箱体侧盖3的引风口 301吸入，首先将表面器件温度带走，经过U形风道将逆变器底部的电感和散热片上的温度带走，最后由抽风式涡轮风扇将热风排出去。
[0037]图2为正弦波逆变器的结构框图，如图2所示:本实用新型提供的汽柴油发电机组用正弦波逆变器包括发电机输出电源电路1、前端整流稳压滤波电路2、逆变控制电路3、IGBT驱动电路4、全桥逆变电路5、滤波吸收电路6、电压采样反馈电路7和电流采样反馈电路8，发电机输出电源电路I给整个汽柴油发电机组用正弦波逆变器供电。
[0038]发动机启动后输出两路电:一路是主绕组，是经过整流稳压滤波后为全桥逆变电路6提供电能；另一路是副绕组脉冲电路9,给逆变控制电路3和IGBT驱动电路4提供运行电能。
[0039]前端整流稳压滤波电路2和全桥逆变电路5电连接，IGBT驱动电路4与逆变控制电路3和全桥逆变电路5分别电连接，全桥逆变电路5上电连接有滤波吸收电路6，滤波吸收电路6之后为正弦波输出电路10，正弦波输出电路10上电连接有电压采样反馈电路7和电流采样反馈电路8。
[0040]逆变控制电路3上电连接有温度检测电路11和状态显示电路12。副绕组脉冲电路9上连接有副绕组欠压检测电路13。
[0041]图3为本实用新型提供的正弦波逆变器工作流程图。如图3所示:本实用新型中发动机启动后输出两路电，一路是主绕组，是经过整流稳压滤波后为全桥逆变电路提供电能；另一路是副绕组，是为主要芯片和IGBT驱动电路提供运行电能。发动机启动后有3秒延时，对副绕组电进行判别是否低于正常工作电压，若属于欠压则进入保护模式，若正常正弦波驱动电路开始正常工作。驱动电路输出的驱动波形经过一定处理后送至IGBT驱动电路，通过隔离驱动后送至全桥逆变电路直接驱动IGBT工作，再通过一定的滤波和吸收电路输出可供各负载使用的正弦波电压。在整个运行过程中，输出电压检测电路、输出电流检测电路及前面的副绕组欠压检测电路一直处于检测状态。当检测到输出电压低于限定最低电压时发送输出欠压保护信号，当检测到输出电流过载或短路时发送相应的保护信号，当检测到为副绕组欠压时发出副绕组欠压保护信号。当IGBT驱动保护电路接收到相应信号后，经过处理然后使逆变器进入保护模式。在电路检测电路中还有一路是给单片机采样进行负反馈的，用于波形电压补偿。
[0042]图4为前端整流稳压滤波电路中稳压控制电路的结构示意图。图5为前端整流稳压滤波电路中前端全桥半控电路的结构示意图。
[0043]如图4所示电路:前端整流稳压滤波电路由全桥半控电路组成，对经整流滤波的母线电压进行采样，用可调式精密并联稳压器TL431控制，通过光耦隔离来控制可控硅开关动作。
[0044]如图5所示电路:经过两级可控硅触发来实现对母线电压的稳定。第一级是微触发电路，第二级是大功率触发电路。
[0045]在测试过程中发现电机转速失控偏高情况下，由于发电机输出脉冲电压过高，超过第一级微触发可控硅的耐压而导致其失控。对这一问题做了改进，在保证能提供第二级可控硅驱动电流的条件下，对加载在第一级微触发可控硅上的电压进行分压，解决了失控问题。
[0046]图6为逆变控制电路的结构示意图。如图6所示:这部分是逆变器的核心部分，通过PIC芯片产生两路SPWM信号，经非门产生四路SPWM信号，再经与门给四路信号加上死区，传送给IGBT驱动电路。在电路中，通过非门和与门加入了 SPWM信号硬件自锁电路，当有故障信号产生时，该故障信号通过非门拉低四个与门上(脚2、脚4、脚10、脚12)的电平，将四路驱动信号全部封锁拉低，起到快速保护作用。提供了状态显示及按键输入接口，分别显示运行状态、故障状态及检测按键状态。
[0047]图7为IGBT驱动电路的结构示意图，如图7所示:本实用新型采用HCPL-3120驱动芯片，由磷砷化镓光耦合器和功率输出电路组成，其特点是:前级和后级电器隔离，驱动能力强，快关速度0.5 μ S,电源电压范围15?30V。驱动输出电压信号米用正负电压来驱动，正向驱动电压为15V，负向驱动电压为-5V ;采用这种方式的优点是:能有效、快速的使IGBT开通和关断，减少了开通和关断过程中的损耗。各驱动芯片采用20V隔离电源，防止了IGBT各工作回路之间的干扰。
[0048]图8为全桥逆变电路的结构示意图，如图8所示:在本实用新型中，大功率正弦波逆变器都采用全桥逆变的方式。与IGBT连接电路上正向与负向连接电阻采用差别化设计，可以能够使IGBT导通稍慢点，关断更快些。根据采用的IGBT参数合理的选配好正反向电阻，能够更有效的降低IGBT的开关切换时的损耗。
[0049]图9为欠压、短路检测电路的结构示意图，如图9所示:在本实用新型中，该电路采用电压比较器LM293，用于逆变器输出欠压保护和输出短路保护。输出欠压保护:是将电压输出通过低压变压器转化的电压有效值与设定的电压基准参考值对比，低于参考值则比较器OA输出端输出高电平，待延迟电路延迟5秒后，单片机收到欠压保护信号进行保护。输出短路保护:是将通过互感器采样到的电流瞬时信号与单片机提供的驱动波形基准信号按一定比例做比较，一但电流信号超过设计的倍率说明发生短路，比较器OA输出端输出高电平，通过非门和与门控制封锁四路驱动信号，单片机收到短路信号进行保护。
[0050]图10为副绕组欠压检测电路的结构示意图，如图10所示:在本实用新型中，副绕组欠压检测电路运用三极管5401的特性，当基极B电压降低到比发射极E的5V基准电压低于0.5V时，集电极C输出高电平。采用此特性，在发动机停机或发动机不稳时可以有效防止因副绕组电压低导致的逆变器损坏。
[0051]本实用新型的电路板以主电源板(包括前端整流稳压、开关电源、保护采样及逆变输出)、电源控制板及逆变控制板三个部分组成，与散热片合理地组装减少电路板的占用面积。
[0052]本实用新型简化电路，采用部分集成芯片(如IGBT驱动芯片HCLP-3120)替换过去的IGBT驱动电路，该芯片驱动能力强，增加电气隔离，减少器件，提高电路的抗干扰能力。
[0053]本实用新型前端整流稳压电路，用可调式精密并联稳压器TL431控制，通过光耦隔离，经过两级可控硅触发来实现对母线电压的稳定。该电路电压稳定精准，且带负载冲击时母线电压恢复时间短。
[0054]为防止发动机飞车导致前端输入电压过高而失控，本实用新型对前端整流稳压电路做了防失控改进。
[0055]本实用新型的输出电压取样电路，采用降压变压器获取电压波形及电压值大小。该电路电气隔离，电压跟踪及时，误差小。
[0056]本实用新型的过载及短路保护电路，采用电流互感器采取电流信号与基准信号比较判定。该保护比以往功率电阻取样灵敏、准确、电气隔离、无功耗。
[0057]本实用新型在安装在箱体中时，散热主体部分由铝制散热片和抽风式涡轮风扇组成，摒弃了以往发动机组的吹风式风扇。散热的风道也有所改进，过去逆变器上的风是发动机那边传来的热风，整体散热效果极差，现在风道隔开，不受发动机热风影响。以上对本实用新型的【具体实施方式】进行了说明，但本实用新型并不以此为限，只要不脱离本实用新型的宗旨，本实用新型还可以有各种变化。
【权利要求】
1.一种汽柴油发电机组用正弦波逆变器，其特征在于:所述汽柴油发电机组用正弦波逆变器包括发电机输出电源电路、前端整流稳压滤波电路、逆变控制电路、IGBT驱动电路、全桥逆变电路、滤波吸收电路、电压采样反馈电路和电流采样反馈电路，所述发电机输出电源电路给整个汽柴油发电机组用正弦波逆变器供电； 发动机启动后输出两路电:一路是主绕组，是经过整流稳压滤波后为全桥逆变电路提供电能；另一路是副绕组脉冲电路，给逆变控制电路和IGBT驱动电路提供运行电能； 前端整流稳压滤波电路和全桥逆变电路电连接，IGBT驱动电路与逆变控制电路和全桥逆变电路分别电连接，全桥逆变电路上电连接有滤波吸收电路，滤波吸收电路之后为正弦波输出电路，正弦波输出电路上电连接有电压采样反馈电路和电流采样反馈电路； 逆变控制电路上电连接有温度检测电路和状态显示电路。
2.根据权利要求1所述的汽柴油发电机组用正弦波逆变器，其特征在于:所述副绕组脉冲电路上连接有副绕组欠压检测电路。
3.根据权利要求1所述的汽柴油发电机组用正弦波逆变器，其特征在于:所述IGBT驱动电路采用IGBT驱动芯片HCLP-3120。
4.根据权利要求1所述的汽柴油发电机组用正弦波逆变器，其特征在于:所述前端整流稳压滤波电路采用可调式精密并联稳压器TL431控制。
5.根据权利要求1所述的汽柴油发电机组用正弦波逆变器，其特征在于:所述正弦波输出电路采用降压变压器获取电压波形及电压值大小。
6.根据权利要求1所述的汽柴油发电机组用正弦波逆变器，其特征在于:所述前端整流稳压滤波电路由全桥半控电路组成，对经整流滤波的母线电压进行采样，用可调式精密并联稳压器TL431控制，通过光耦隔离来控制可控硅开关动作。
7.根据权利要求1所述的汽柴油发电机组用正弦波逆变器，其特征在于:所述副绕组欠压检测电路中采用三极管5401。
【文档编号】H02M1/00GK203840232SQ201420161889
【公开日】2014年9月17日 申请日期:2014年4月3日 优先权日:2014年4月3日
【发明者】黄华辉, 黄善乐, 王震光 申请人:上海狮虎能源科技股份有限公司