一种电力逆变器的市电输入与逆变输出切换电路的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种电力逆变器的市电输入与逆变输出切换电路，包括主切换电路、市电输入检测电路，逆变信号检测电路和单片机，市电输入检测电路和逆变信号检测电路的信号输出端分别接单片机对应的信号输入端；主切换电路包括输出继电器和两个切换继电器，第一切换继电器的常闭触点接逆变输出火线，常开触点接市电输入火线，公共触点接输出继电器的第一触点，输出继电器的第二触点接交流输出火线；第二切换继电器的常闭触点接逆变输出零线，常开触点接市电输入零线，公共触点接交流输出零线；输出继电器驱动电路和切换继电器驱动电路的信号输入端分别接单片机的信号输出端。本实用新型通过同时切换零火线的方法消除安全隐患，安全性能优越。
【专利说明】一种电力逆变器的市电输入与逆变输出切换电路
[【技术领域】]
[0001]本实用新型涉及电力逆变器控制电路，尤其涉及一种电力逆变器的市电输入与逆变输出切换电路。
[【背景技术】]
[0002]电力逆变器的切换功能主要是切换电网输入和逆变输出，电力逆变器是需要直流输入和市电输入的，如果只有直流输入，当直流输入端蓄电池存储的电用完的时候，负载就会掉电。此时如果有市电输入，当蓄电池存储的电用完的时候逆变器的输出可以通过切换电路自动切到电网上，由电网来给负载供电。
[0003]传统的电力逆变器切换电路如图1至图4所示，包括主切换电路、市电输入检测电路，逆变信号检测电路和单片机U18。
[0004]在图1中，主切换电路的主要器件切换继电器RLY3，继电器RLY3的2脚和5脚之间是继电器线圈，3脚是常开触点，4脚是常闭触点，I脚是动触点即公共触点。
[0005]继电器RLY3的驱动电路包括三极管Ql和电阻Rl。继电器RLY3线圈的供电+12V接到2脚，C27和C12为滤波电容，稳压管ZDl为三极管Ql的电压钳位，因为当继电器RYL3的线圈断电时会产生一个反向电动势并且会有一个很高的尖峰，尖峰电压超过稳压管的稳压值ZDl就击穿把电压钳位在稳压管的稳压值上，保证三极管不被击穿。
[0006]图1中，AC INPUT L是市电输入火线、AC INPUT N是市电输入零线、AC INPUTGONDP是地线。AC OUTPUT L是交流输出火线、AC OUTPUT N是交流输出零线、AC OUTPUTGNDP输出端的地线。INVERTER INPUT L是逆变输出火线，INVERTERINPUT N是逆变输出零线。
[0007]接在市电输入的零线与火线之间的电容C120和C121是X电容其作用是抑制差模干扰，接在市电输入的火线和地线以及零线和地线之间的电容C126和C122以及C127和C123是Y电容其作用是抑制共模干扰。
[0008]当在电源跨线电路中使用电容器来消除噪音时，不仅仅只有正常电压，还必须考虑到异常的脉冲电压(如雷击)的产生，这可能会导致电容器冒烟或者起火。所以，跨线电容器的安全标准对于在不同国家有严格规定，故必须使用经过安全认证的电容器。
[0009]接在市电输入零线与火线之间的元件MOVl是压敏电阻，俗称浪涌吸收器。当零线与火线之间的谐波干扰大于MOVl的阈值电压时其阻值突然变小，把过高的电压消耗在本身上，正常情况下其阻值很大。接在输出端的X电容C128和Y电容C29、C130其作用和接在输入端口的X电容Y电容相同。
[0010]如图3所示，在市电输入检测电路中，由运放U2A和相关元器件组成的差分放大电路。市电输入火线AC INPUT L通过电阻R225送到U2A的2脚(反相输入端)，市电输入零线由电阻R227与电阻R226分压后送到U2A的3脚(同相输入端)，反馈电阻R228和R100，把U2A的输出信号反馈到U2A的2脚。AC INPUT L和AC INPUT N端口接入市电后U2A的I脚输出幅值为5V的正弦波。
[0011]由U2B与相关元器件组成的是全桥精密整流电路，R63把U2A输出端(I脚)输出的信号送到U2B的6脚(反相输入端)，R101是反馈电阻，当6脚输入为正弦波的正半周时U2B的输出端(7脚)输出为负半周，正半周通过RlOl到端口 LINE.V此时D45截止，RlOl做耦合电阻用U2B工作在开环状态。当6脚输入为正弦波的负半周时U2B的7脚输出为正半周，D45导通，此时U2B工作在闭环状态，端口 LINE.V得到正弦波的正半周，D46截至防止U2B的7脚输出的正半周反灌到U2B的6脚。由此看以得到由U2B的6脚输入的正弦波经过精密整流电路后端口 LINE.V得到的是100HZ的脉动直流。
[0012]U2A的输出端(I脚)输出的另一路信号给QlO的基极，当QlO基极为正弦波正半周时三极管QlO饱和导通，端口 LINE.ZC为0V，当QlO的基极为正弦波的负半周时三极管QlO截止，端口 LINE.ZC为5V。在端口 LINE.ZC得到50HZ/5V的脉冲信号(用作过零信号)。
[0013]如图2所示，逆变信号检测电路为全波整流电路，端口 INVERTER INPUT L和端口INVERTER INPUT N接逆变器的输出，由二极管Dll和D12整流后，经电阻R179和R177、R178分压后，端口 INV.V得到电压低于5V，频率为100HZ的脉动直流。
[0014]控制电路主要由单片机U18组成，在图4中，单片机U18只示出有关切换电路所需要的四个引脚:LINE.ZC(市电输入频率检测信号-输入引脚)、LINE.V(市电输入电压检测信号-输入引脚)、INV.V (逆变检测信号-输入引脚)、0/P.RLY (继电器控制信号-输出引脚)。
[0015]逆变器正常工作时单片机U18的端口 INV.V得到正常的逆变检测信号；当没有市电输入时，市电输入检测端口 LINE.ZC和LINE.V得不到正常的信号，端口 O/P.RLY无动作，即输出为0V。逆变器接入市电后，市电输入检测端口 LINE.ZC得到正常的过零信号，单片机内部用于锁定市电相位的运算，端口 LINE.V得到100HZ的脉动直流，单片机内部用于计算市电输入电压值，当单片机跟踪并锁定市电相位，并且市电输入电压在正常范围内，此时端口 O/P.RLY输出5V高电平。
[0016]主切换电路，逆变器正常工作，没有市电输入时由于单片机端口 0/P.RLY输出为OV所以三极管Ql基极电压为0V，三极管Ql工作在截至状态，继电器线圈无电流流过继电器不动作。因为逆变输出火线端口 INVERTER INPUT L接在继电器的常闭触点4上，继电器I脚输出为逆变输出火线，逆变输出零线是直接接到输出零线上，所以此时输出端口AC OUTPUT L和AC OUTPUT N输出的点为逆变输出的交流电。逆变器正常工作有市电输入时由于单片机端口 0/P.RLY输出为5V所以三极管Ql基极电压为5V，三极管工作在导通状态，继电器线圈有电流流过继电器动作。继电器触电I由4跳到3上，输出火线端口 ACOUTPUT L接在市电输入的火线上，市电输入零线是直接接到输出零线上，所以此时输出端口 AC OUTPUT L和AC OUTPUT N输出的点为市电输入的交流电。
[0017]传统的电力逆变器切换电路存在安全隐患，电路中是直接把市电输入零线逆变输出零线和交流输出零线直接相连，如果用户把市电输入的零线接成火线那么输出端的零线也变成火线，这种现象很可能威胁到人身生命安全。
[
【发明内容】
]
[0018]本实用新型要解决的技术问题是提供一种安全性好的电力逆变器的市电输入与逆变输出切换电路。
[0019]为了解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是，一种电力逆变器的市电输入与逆变输出切换电路，包括主切换电路、市电输入检测电路，逆变信号检测电路和单片机，市电输入检测电路和逆变信号检测电路的信号输出端分别接单片机对应的信号输入端，主切换电路包括输出继电器和两个切换继电器，第一切换继电器的常闭触点接逆变输出火线，常开触点接市电输入火线，公共触点接输出继电器的第一触点，输出继电器的第二触点接交流输出火线；第二切换继电器的常闭触点接逆变输出零线，常开触点接市电输入零线，公共触点接交流输出零线；输出继电器驱动电路的控制信号输入端接单片机第一控制信号输出端，切换继电器驱动电路的控制信号输入端接单片机第二控制信号输出端。
[0020]以上所述的市电输入与逆变输出切换电路，逆变信号检测电路包括第一二极管、第二二极管、第一电阻和第二电阻，逆变输出火线接第一二极管阳极，逆变输出零线接第二二极管阳极，第一二极管和第二二极管的阴极接第一电阻的第一端，第一电阻的第一端通过第二电阻接地，第一电阻的第二端作为逆变信号检测电路信号输出端接单片机的逆变检测信号输入端。
[0021]以上所述的市电输入与逆变输出切换电路，市电输入检测电路包括第一运放和第二运放，市电输入火线通过第三电阻接第一运放的反相输入端，市电输入零线通过第四电阻与接第一运放的同相输入端，第一运放的同相输入端通过第五电阻接地，反馈电阻接在第一运放的输出端与反相输入端之间；第一运放的输出端接第一三极管的基极，第一三极管的集电极通过第六电阻接芯片电源，发射极接地，第一三极管的集电极接单片机市电输入频率检测信号输入端；第一运放输出端通过第八电阻接第二运放的反相输入端，第二运放的同相输入端接地；第三二极管的阳极接第二运放的输出端，第三二极管的阴极通过第二反馈电阻接第二运放的反相输入端；第二运放的反相输入端接第四二极管的阳极，第四二极管的阴极接第二运放的输出端；第三二极管的阴极接单片机的市电输入电压检测信号输入端。
[0022]以上所述的市电输入与逆变输出切换电路，输出继电器驱动电路包括第二三极管，输出继电器线圈的第一端接继电器供电电源，第二端接第二三极管的集电极；第二三极管的发射极接地，基极接单片机的第一控制信号输出端。
[0023]以上所述的市电输入与逆变输出切换电路，输出继电器驱动电路包括箝位稳压管，箝位稳压管的阴极接第二三极管的集电极，阳极接地。
[0024]以上所述的市电输入与逆变输出切换电路，输出继电器驱动电路包括滤波电容，滤波电容的一端接输出继电器线圈的第一端，另一端接地。
[0025]以上所述的市电输入与逆变输出切换电路，两个切换继电器的线圈并联，切换继电器驱动电路包括第三三极管，两个切换继电器线圈的第一端接继电器供电电源，第二端接第三三极管的集电极；第三三极管的发射极接地，基极接单片机的第二控制信号输出端。
[0026]以上所述的市电输入与逆变输出切换电路，切换继电器驱动电路包括第二箝位稳压管，第二箝位稳压管的阴极接第三三极管的集电极，阳极接地。
[0027]以上所述的市电输入与逆变输出切换电路，切换继电器驱动电路包括加速关断电路，加速关断电路包括PNP三极管、电解电容、第五二极管和第六二极管，第五二极管的阴极接两个切换继电器线圈的第一端，阳极接继电器供电电源；电解电容的正极接两个切换继电器线圈的第一端，负极通过第七电阻接地；PNP三极管的发射极接继电器供电电源，集电极接电解电容的负极，基极接地；第六二极管的阳极接地，阴极接PNP三极管的发射极。
[0028]本实用新型通过同时切换零火线的方法消除安全隐患，输出继电器是加载输出的火线上，在没有正常工作或者是有故障情况下能迅速切断输出，确保用户的设备与逆变器彻底分离，保护用户的设备不受逆变器的故障而损坏。
[【专利附图】
【附图说明】]
[0029]下面结合附图和【具体实施方式】对本实用新型作进一步详细的说明。
[0030]图1是现有技术主切换电路的原理图。
[0031]图2是现有技术和本实用新型实施例逆变信号检测电路的原理图。
[0032]图3是现有技术和本实用新型实施例市电输入检测电路的原理图。
[0033]图4是现有技术单片机的接线示意图。
[0034]图5是本实用新型实施例主切换电路的原理图.
[0035]图6是本实用新型实施例单片机的接线示意图。
[【具体实施方式】]
[0036]本实用新型实施例的电力逆变器切换电路如图2、图3、图5和图6所示，包括主切换电路、市电输入检测电路，逆变信号检测电路和作为控制电路的单片机U18。
[0037]在图5中，AC INPUT L是市电输入火线、AC INPUT N是市电输入零线、AC INPUTGONDP是地线。AC OUTPUT L是交流输出火线、AC OUTPUT N是交流输出零线、AC OUTPUTGNDP输出端的地线。INVERTER INPUT L是逆变输出火线，INVERTER INPUT N是逆变输出零线。
[0038]接在市电输入的零线与火线之间的电容C120和C121是X电容其作用是抑制差模干扰，接在市电输入的火线和地线以及零线和地线之间的电容C126和C122以及C127和C123是Y电容其作用是抑制共模干扰。
[0039]当在电源跨线电路中使用电容器来消除噪音时，不仅仅只有正常电压，还必须考虑到异常的脉冲电压(如雷击)的产生，这可能会导致电容器冒烟或者起火。所以，跨线电容器的安全标准对于在不同国家有严格规定，故必须使用经过安全认证的电容器。
[0040]接在市电输入零线与火线之间的元件MOVl是压敏电阻，俗称浪涌吸收器。当零线与火线之间的谐波干扰大于MOVl的阈值电压时其阻值突然变小，把过高的电压消耗在本身上，正常情况下其阻值很大。接在输出端的X电容C128和Y电容C29、C130其作用和接在输入端口的X电容Y电容相同。
[0041]如图3所示，在市电输入检测电路中，由运放U2A和相关元器件组成的差分放大电路。市电输入火线AC INPUT L通过电阻R225送到U2A的2脚(反相输入端)，市电输入零线由电阻R227与电阻R226分压后送到U2A的3脚(同相输入端)，反馈电阻R228和R100，把U2A的输出信号反馈到U2A的2脚。AC INPUTL和AC INPUT N端口接入市电后U2A的I脚输出幅值为5V的正弦波。
[0042]由U2B与相关元器件组成的是全桥精密整流电路，R63把U2A输出端(I脚)输出的信号送到U2B的6脚(反相输入端)，R101是反馈电阻，当6脚输入为正弦波的正半周时U2B的输出端(7脚)输出为负半周，正半周通过RlOl到端口 LINE.V此时D45截止，RlOl做耦合电阻用U2B工作在开环状态。当6脚输入为正弦波的负半周时U2B的7脚输出为正半周，D45导通，此时U2B工作在闭环状态，端口 LINE.V得到正弦波的正半周，D46截至防止U2B的7脚输出的正半周反灌到U2B的6脚。由此看以得到由U2B的6脚输入的正弦波经过精密整流电路后端口 LINE.V得到的是10HZ的脉动直流。
[0043]U2A的输出端(I脚)输出的另一路信号给QlO的基极，当QlO基极为正弦波正半周时三极管QlO饱和导通，端口 LINE.ZC为0V，当QlO的基极为正弦波的负半周时三极管QlO截止，端口 LINE.ZC为5V。在端口 LINE.ZC得到50HZ/5V的脉冲信号(用作过零信号)。
[0044]如图2所示，逆变信号检测电路为全波整流电路，端口 INVERTER INPUT L和端口INVERTER INPUT N接逆变器的输出，由二极管Dll和D12整流后，经电阻R176和R177、R178分压后，端口 INV.V得到电压低于5V，频率为100HZ的脉动直流，R197是逆变输出的假负载，实际参数是100K/3W。
[0045]控制电路主要由单片机U18组成，在图4中，单片机U18只示出有关切换电路所需要的5个引脚:LINE.ZC(市电输入频率检测信号输入引脚)、LINE.V(市电输入电压检测信号-输入引脚)、INV.V (逆变检测信号输入引脚)、0/P.RLY (继电器控制信号输出引脚)和MAIN.RLY切换继电器控制信号的输出引脚)。
[0046]逆变器正常工作时单片机U18的端口 INV.V得到正常的逆变检测信号；当没有市电输入时，市电输入检测端口 LINE.ZC和LINE.V得不到正常的信号，端口 O/P.RLY无动作，即输出为0V。逆变器接入市电后，市电输入检测端口 LINE.ZC得到正常的过零信号，单片机内部用于锁定市电相位的运算，端口 LINE.V得到100HZ的脉动直流，单片机内部用于计算市电输入电压值，当单片机跟踪并锁定市电相位，此时端口 MAIN.RLY输出5V高电平至继电器RLY3，无论单片机U18检测到逆变信号或者交流输入信号正常，端口 O/P.RLY就会输出5V，反之此端口输出0V。
[0047]切换继电器RLY3的驱动电路包括三极管Ql和电阻Rl。继电器RLY3的2脚和5脚之间是继电器线圈，继电器RLY3线圈的供电+12V接到线圈的2脚，C27和C12为滤波电容，稳压管ZDl用于三极管Ql的电压钳位，因为当继电器RYL3的线圈断电时会产生一个反向电动势并且会有一个很高的尖峰，尖峰电压超过稳压管ZDl的稳压值就击穿把电压钳位在稳压管的稳压值上，保证三极管不被击穿。
[0048]继电器RLYl和RLY2的驱动电路包括三极管Q2和电阻R114、RJ3。继电器RLYl和RLY2线圈的供电+12V通过二极管DJ2接到线圈的5脚，CJl和CJ2为滤波电容，稳压管ZD16为三极管Q2的电压钳位，因为当继电器RLYl和RLY2的线圈断电时会产生一个反向电动势并且会有一个很高的尖峰，尖峰电压超过稳压管的稳压值ZD16就击穿把电压钳位在稳压管的稳压值上，保证三极管不被击穿。三极管QJ1、电阻RJ2、RJ1、二极管DJl是继电器RLYl和RLY2的加速关断电路。
[0049]逆变器正常工作没有市电输入时由于单片机端口 MAIN.RLY输出为0V，三极管Q2基极电压为0V，三极管工作在截至状态，继电器线圈无电流流过继电器不动作。
[0050]因为逆变输出火线端口 INVERTER INPUT L接在继电器RLYl的常闭触点4上，逆变输出零线端口 INVERTER INPUT L接在继电器RLY2的常闭触点4上，继电器RLYl的I脚输出为逆变输出火线，当单片机检测到逆变信号正常时单片机U18的端口 O/P.RLY输出5V高电平，输出继电器RLY3线圈有电流流过，继电器动作，触点I和3连接，输出端口 AC OUTPUTL输出为逆变输出INVERTER INPUT L。继电器RLY2的I脚输出，为逆变输出零线，所以此时输出端口 AC OUTPUT L和AC OUTPUT N输出的电为逆变输出的交流电。
[0051]逆变器正常工作并有市电输入时由于单片机端口 MAIN.RLY输出为5V，三极管Q2基极电压为5V，三极管Q2工作在导通状态，继电器RLYl和RLY2的线圈有电流流过，继电器动作。继电器RLYl和RLY2的触点I由4跳到3上，此时继电器RLY3的触点I和触点3仍处在吸合状态，输出火线端口 AC OUTPUT L接在市电输入的火线上，输出零线端口 ACOUTPUT N接在市电输入的零线上，所以此时输出端口 AC OUTPUT L和AC OUTPUT N输出的点为市电输入的交流电。
[0052]本实用新型以上实施例通过同时切换零火线的方法消除安全隐患，输出继电器是加载输出的火线上，在没有正常工作或者是有故障情况下能迅速切断输出。确保用户的设备与逆变器彻底分离，保护用户的设备不受逆变器的故障而损坏。
【权利要求】
1.一种电力逆变器的市电输入与逆变输出切换电路，包括主切换电路、市电输入检测电路，逆变信号检测电路和单片机，市电输入检测电路和逆变信号检测电路的信号输出端分别接单片机对应的信号输入端，其特征在于，主切换电路包括输出继电器和两个切换继电器，第一切换继电器的常闭触点接逆变输出火线，常开触点接市电输入火线，公共触点接输出继电器的第一触点，输出继电器的第二触点接交流输出火线；第二切换继电器的常闭触点接逆变输出零线，常开触点接市电输入零线，公共触点接交流输出零线；输出继电器驱动电路的控制信号输入端接单片机第一控制信号输出端，切换继电器驱动电路的控制信号输入端接单片机第二控制信号输出端。
2.根据权利要求1所述的市电输入与逆变输出切换电路，其特征在于，逆变信号检测电路包括第一二极管、第二二极管、第一电阻和第二电阻，逆变输出火线接第一二极管阳极，逆变输出零线接第二二极管阳极，第一二极管和第二二极管的阴极接第一电阻的第一端，第一电阻的第一端通过第二电阻接地，第一电阻的第二端作为逆变信号检测电路信号输出端接单片机的逆变检测信号输入端。
3.根据权利要求1所述的市电输入与逆变输出切换电路，其特征在于，市电输入检测电路包括第一运放和第二运放，市电输入火线通过第三电阻接第一运放的反相输入端，市电输入零线通过第四电阻与接第一运放的同相输入端，第一运放的同相输入端通过第五电阻接地，反馈电阻接在第一运放的输出端与反相输入端之间；第一运放的输出端接第一三极管的基极，第一三极管的集电极通过第六电阻接芯片电源，发射极接地，第一三极管的集电极接单片机市电输入频率检测信号输入端；第一运放输出端通过第八电阻接第二运放的反相输入端，第二运放的同相输入端接地；第三二极管的阳极接第二运放的输出端，第三二极管的阴极通过第二反馈电阻接第二运放的反相输入端；第二运放的反相输入端接第四二极管的阳极，第四二极管的阴极接第二运放的输出端；第三二极管的阴极接单片机的市电输入电压检测信号输入端。
4.根据权利要求1所述的市电输入与逆变输出切换电路，其特征在于，输出继电器驱动电路包括第二三极管，输出继电器线圈的第一端接继电器供电电源，第二端接第二三极管的集电极；第二三极管的发射极接地，基极接单片机的第一控制信号输出端。
5.根据权利要求4所述的市电输入与逆变输出切换电路，其特征在于，输出继电器驱动电路包括箝位稳压管，箝位稳压管的阴极接第二三极管的集电极，阳极接地。
6.根据权利要求5所述的市电输入与逆变输出切换电路，其特征在于，输出继电器驱动电路包括滤波电容，滤波电容的一端接输出继电器线圈的第一端，另一端接地。
7.根据权利要求1所述的市电输入与逆变输出切换电路，其特征在于，两个切换继电器的线圈并联，切换继电器驱动电路包括第三三极管，两个切换继电器线圈的第一端接继电器供电电源，第二端接第三三极管的集电极；第三三极管的发射极接地，基极接单片机的第二控制信号输出端。
8.根据权利要求7所述的市电输入与逆变输出切换电路，其特征在于，切换继电器驱动电路包括第二箝位稳压管，第二箝位稳压管的阴极接第三三极管的集电极，阳极接地。
9.根据权利要求7所述的市电输入与逆变输出切换电路，其特征在于，切换继电器驱动电路包括加速关断电路，加速关断电路包括PNP三极管、电解电容、第五二极管和第六二极管，第五二极管的阴极接两个切换继电器线圈的第一端，阳极接继电器供电电源；电解电容的正极接两个切换继电器线圈的第一端，负极通过第七电阻接地；PNP三极管的发射极接继电器供电电源，集电极接电解电容的负极，基极接地；第六二极管的阳极接地，阴极接PNP三极管的发射极。
【文档编号】H02J9/06GK204231011SQ201420533159
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年9月16日 优先权日:2014年9月16日
【发明者】党亚磊, 朱玉文, 余峰 申请人:深圳市科瑞爱特科技开发有限公司