專利名稱：數(shù)碼發(fā)電機(jī)逆變器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及數(shù)碼發(fā)電機(jī)逆變器技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種用于控制發(fā)電機(jī)輸出 成為正弦波電壓并能對(duì)輸出波形進(jìn)行矯正的數(shù)碼發(fā)電機(jī)逆變器。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，移動(dòng)電源裝置，比如由通用汽油機(jī)驅(qū)動(dòng)的交流發(fā)電機(jī)，大量使用 逆變器。發(fā)電機(jī)逆變器的實(shí)現(xiàn)方法分為兩種，逆變和變頻，目前大都采用"交 直交"電路結(jié)構(gòu)，交-直-交的工作原理是先通過(guò)整流器將發(fā)電機(jī)發(fā)出的三相 交流電變換成直流電，再通過(guò)逆變器將直流電轉(zhuǎn)變成正弦交流電輸出。由于負(fù) 載性質(zhì)不同，輸出會(huì)發(fā)生畸變，為了使輸出波形穩(wěn)定，盡量避免失真，發(fā)電機(jī) 逆變器必須采用波形反饋控制，以對(duì)失真波形進(jìn)行矯正?，F(xiàn)有技術(shù)波形反饋控 制通常采用如下兩種方法 一、模擬電路反饋控制；二、 32位微處理器或高速 數(shù)字信號(hào)處理器DSP。上述兩種控制方法都存在著一定的不足。
模擬電路反饋控制存在電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜、調(diào)試?yán)щy、溫度漂移等問(wèn)題，而32 位微處理器或DSP方案，雖然可以解決模擬電路反饋控制存在的問(wèn)題，但32位 微處理器或DSP工作時(shí)外圍電路要求復(fù)雜，對(duì)外界環(huán)境的抗干擾能力相對(duì)較弱， 運(yùn)行環(huán)境要求較高，并且用一只微處理器控制數(shù)碼發(fā)電機(jī)組的逆變器功能軟件 相對(duì)復(fù)雜，容易出錯(cuò)。比如專利號(hào)為"ZL02141578. 1"、名稱為"逆變器裝置" 的中國(guó)發(fā)明專利就公開了這樣的微處理器控制方法，逆變器經(jīng)過(guò)可控整流使電 壓限定到一定值，由電壓波形檢測(cè)單元(反饋單元)對(duì)逆變器輸出波形進(jìn)行采 樣，反饋給32位微處理器，再由32位微處理器產(chǎn)生SP麗(正弦脈沖寬度調(diào)制) 信號(hào)，對(duì)輸出波形進(jìn)行修正，然后經(jīng)過(guò)H橋?yàn)V波產(chǎn)生正弦交流電輸出。上述專 利采用32位處理器實(shí)現(xiàn)波形反饋控制，同樣存在運(yùn)行環(huán)境要求較高、外圍電路
復(fù)雜的不足。同時(shí)因?yàn)榭刂贫鄠€(gè)對(duì)象，故軟件也非常復(fù)雜，容易出現(xiàn)錯(cuò)誤。 發(fā)明內(nèi)容針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，本發(fā)明的目的是提供一種在對(duì)輸出波形進(jìn) 行矯正以確保輸出波形失真度低的前提下運(yùn)行環(huán)境要求低、電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可 靠性高的數(shù)碼發(fā)電機(jī)逆變器。本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是數(shù)碼發(fā)電機(jī)逆變器，包括可 控整流電路、H橋驅(qū)動(dòng)電路，發(fā)電機(jī)輸出的交流電通過(guò)可控整流電路變?yōu)橹绷?電，直流電再通過(guò)H橋驅(qū)動(dòng)電路輸出交流電，其特征在于它還包括反饋?zhàn)儔?器、具有A/D轉(zhuǎn)換功能的單片機(jī)和帶有正弦脈沖寬度調(diào)制發(fā)生器的信號(hào)發(fā)生芯 片，反饋?zhàn)儔浩骱蛦纹瑱C(jī)構(gòu)成反饋電路，可控整流由單片機(jī)控制完成，H橋驅(qū) 動(dòng)電路的輸出端與反饋?zhàn)儔浩鞯妮斎攵诉B接，反饋?zhàn)儔浩鞯妮敵龆伺c單片機(jī)的A/D轉(zhuǎn)換輸入連接，單片機(jī)的數(shù)據(jù)接口和信號(hào)發(fā)生芯片連接，信號(hào)發(fā)生芯片根 據(jù)SP麗發(fā)生算法和輸出波形的誤差，產(chǎn)生相應(yīng)的脈沖寬度去控制H橋驅(qū)動(dòng)電 路，實(shí)現(xiàn)對(duì)波形的修正。進(jìn)一步地，所述信號(hào)發(fā)生芯片包括時(shí)鐘發(fā)生模塊、接口控制邏輯模塊、地 址譯碼模塊、存儲(chǔ)器、控制模塊、D/A轉(zhuǎn)換模塊和SP麗發(fā)生模塊，時(shí)鐘發(fā)生模 塊產(chǎn)生整個(gè)芯片的工作時(shí)鐘，存儲(chǔ)器存放有若干互不相同的波形數(shù)據(jù)，接口控 制邏輯模塊具有與波形數(shù)據(jù)一一對(duì)應(yīng)的地址輸入端口，接口控制邏輯模塊接受 外部輸入的地址信號(hào)并通過(guò)地址譯碼模塊傳送給存儲(chǔ)器，存儲(chǔ)器將與該地址輸 入對(duì)應(yīng)的波形數(shù)據(jù)傳輸給控制模塊，由控制模塊對(duì)波形數(shù)據(jù)重新分配并按工作 時(shí)鐘時(shí)序傳送給D/A轉(zhuǎn)換模塊和P麗發(fā)生模塊，在D/A轉(zhuǎn)換模塊引腳輸出模擬信 號(hào)波形，同時(shí)在SP麗發(fā)生模塊的兩個(gè)引腳分別輸出正半周的SP麗信號(hào)波形和負(fù) 半周的SP觀信號(hào)波形。本發(fā)明的有益效果是由于本發(fā)明采用信號(hào)發(fā)生芯片實(shí)現(xiàn)SP麗發(fā)生算法， 輸出波形的誤差反饋全部數(shù)字化處理，響應(yīng)速度快，達(dá)微秒級(jí)，同時(shí)由于信號(hào) 發(fā)生芯片不需要外接存儲(chǔ)器，對(duì)外部環(huán)境要求低，可以工作在惡劣的環(huán)境下，
能使系統(tǒng)的復(fù)雜性大大降低，同時(shí)可靠性大為提高，測(cè)試表明使用本逆變器的 波形失真度小于2%。


圖1—本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2—本發(fā)明信號(hào)發(fā)生芯片的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3—本信號(hào)發(fā)生芯片一個(gè)實(shí)施例電路圖；圖4—本信號(hào)發(fā)生芯片封裝圖； 圖5—本發(fā)明信號(hào)發(fā)生芯片測(cè)試電路圖；圖6—本發(fā)明具體應(yīng)用電路圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。如圖1所示，本發(fā)明數(shù)碼發(fā)電機(jī)的逆變器由可控整流電路、驅(qū)動(dòng)電路、信號(hào)發(fā)生電路和反饋電路組成，驅(qū)動(dòng)電路由周知的H橋組成，信號(hào)發(fā)生電路為信號(hào)發(fā)生芯片；它帶有正弦脈沖寬度調(diào)制(SP麗)發(fā)生器，可以輸出正弦脈沖寬度調(diào)制波形，反饋電路由具有A/D轉(zhuǎn)換功能的高可靠性的單片機(jī)和反饋?zhàn)儔浩?構(gòu)成。單片機(jī)型號(hào)為NXP935，為8位微處理器。單片機(jī)和信號(hào)發(fā)生芯片由輔助 電源為其提供工作電壓，而輔助電源自身的工作電源為12V的交流電。發(fā)電機(jī)將輸出的三相交流電經(jīng)過(guò)可控整流電路變?yōu)?00V直流電，可控整 流由單片機(jī)控制完成，直流電再通過(guò)H橋驅(qū)動(dòng)電路輸出220V的正弦交流電。H 橋驅(qū)動(dòng)電路的輸出端(即逆變器的輸出端)與反饋?zhàn)儔浩鞯妮斎攵诉B接，反饋 變壓器的輸出端與單片機(jī)的A/D轉(zhuǎn)換輸入連接，單片機(jī)的數(shù)據(jù)接口和信號(hào)發(fā)生 芯片連接，信號(hào)發(fā)生芯片再與H橋驅(qū)動(dòng)電路連接。反饋?zhàn)儔浩鲗⒛孀兤鬏敵龅?220V交流電降壓后反饋到具有A/D轉(zhuǎn)換功能的單片機(jī)，單片機(jī)采樣后將數(shù)據(jù)傳 給信號(hào)發(fā)生芯片，信號(hào)發(fā)生芯片根據(jù)SP麗發(fā)生算法和輸出波形的誤差，產(chǎn)生 相應(yīng)的脈沖寬度去控制H橋驅(qū)動(dòng)電路，實(shí)現(xiàn)對(duì)波形的修正。本發(fā)明信號(hào)發(fā)生芯片為專用信號(hào)發(fā)生芯片，可以輸出正弦波和SP麗(正弦脈沖寬度調(diào)制)信號(hào)。由于此芯片為純硬件結(jié)構(gòu)(非微處理器)，運(yùn)行條件要求很低，所以可靠性較高，可以用于交交變頻，交-直-交變頻，配合8位微處 理器(單片機(jī))即可完成上述全部過(guò)程，從而大大提高了可靠性。信號(hào)發(fā)生芯片由震蕩器、時(shí)鐘發(fā)生器、接口控制邏輯模塊、地址譯碼模塊、 存儲(chǔ)器、控制模塊、壓縮解碼模塊、D/A轉(zhuǎn)換模塊、P麗發(fā)生模塊和工作狀態(tài)顯 示模塊組成，參見圖2，震蕩器和時(shí)鐘發(fā)生器共同構(gòu)成時(shí)鐘發(fā)生模塊。震蕩器 通過(guò)一只電阻與電源連接，根據(jù)電阻不同的阻值產(chǎn)生頻率為1000Hz到100KHz的 震蕩信號(hào)，此信號(hào)經(jīng)過(guò)時(shí)鐘發(fā)生器產(chǎn)生整個(gè)芯片的工作時(shí)鐘，其中P麗發(fā)生模 塊的工作時(shí)鐘頻率與震蕩信號(hào)相同，其他部分工作時(shí)鐘頻率為震蕩信號(hào)的1/4， 震蕩信號(hào)頻率越高，波形越準(zhǔn)確。存儲(chǔ)器設(shè)置成l-255個(gè)區(qū)間，每個(gè)區(qū)件間存 放8位的PCM (非壓縮)格式或者4位的ADPCM (壓縮)格式的信號(hào)單周期波形的 數(shù)據(jù)，即存儲(chǔ)器存放有255種波形數(shù)據(jù)。接口控制邏輯模塊設(shè)有八個(gè)數(shù)據(jù)線引腳A1 A8和一個(gè)數(shù)據(jù)鎖存引腳AL，因 此接口控制邏輯模塊具有255個(gè)輸入地址可供選擇，該255個(gè)輸入地址與存儲(chǔ)器 區(qū)間設(shè)置一一對(duì)應(yīng)，形成接口控制邏輯模塊的地址輸入端口。用戶通過(guò)數(shù)據(jù)線 A1到A8引腳及數(shù)據(jù)鎖存AL引腳輸入地址信號(hào)，該地址信號(hào)經(jīng)過(guò)接口控制邏輯模 塊和地址譯碼模塊譯碼后傳送給存儲(chǔ)器，對(duì)存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)區(qū)間進(jìn)行選擇，存儲(chǔ)器 將與該地址輸入對(duì)應(yīng)的波形數(shù)據(jù)(即選定的波形數(shù)據(jù))傳輸給壓縮解碼模塊， 由壓縮解碼模塊對(duì)波形數(shù)據(jù)解壓后再通過(guò)控制模塊按工作時(shí)鐘時(shí)序傳送給D/A 轉(zhuǎn)換模塊和硬件的P麗發(fā)生器模塊，在D/A轉(zhuǎn)換模塊MOUT引腳輸出模擬信號(hào)波 形，同時(shí)在P麵發(fā)生模塊的P0UT1引腳輸出正半周的P麗信號(hào)波形，在P麗發(fā)生模 塊的P0UT2引腳輸出負(fù)半周的P麗信號(hào)波形。工作狀態(tài)顯示模塊顯示本芯片工作狀態(tài)，具有三個(gè)輸出引腳NC1、 NC2和 NC3，故能顯示三種狀態(tài)，實(shí)際應(yīng)用中可分別用來(lái)顯示波形正在發(fā)生、波形發(fā) 生完畢和波形準(zhǔn)備發(fā)生。圖3為信號(hào)發(fā)生芯片的一個(gè)實(shí)施例電路圖，從圖上可以看出，其外圍電路
非常簡(jiǎn)單。連接RTS引腳(引腳19)上的0.01uf的電容C用于上電復(fù)位，連接0SC 引腳(引腳9)上的電阻R可以確定輸出信號(hào)的頻率。用戶通過(guò)數(shù)據(jù)線A1到A8引 腳及數(shù)據(jù)鎖存AL引腳選擇存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)區(qū)間，即可在MOUT引腳輸出模擬信號(hào)波 形，在P0UT1引腳輸出信號(hào)波形正半周的P麗，P0UT2引腳輸出信號(hào)波形負(fù)半周 的P麗。圖4是本信號(hào)發(fā)生芯片封裝圖，跟現(xiàn)有技術(shù)一樣，它有兩種封裝形式—— DIP (雙列直插式封裝)和SOP (小尺寸封裝)，引腳排列相同。引腳數(shù)為20 個(gè)，分別是八個(gè)數(shù)據(jù)線(Al、 A2、 A3、 A4、 A5、 A6、 A7、 A8)、數(shù)據(jù)鎖存引腳 AL、接地VSS、三個(gè)狀態(tài)輸出引腳(NC1、 NC2、 NC3)、兩個(gè)P麗輸出引腳(P0UT1、 P0UT2)、模擬輸出引腳MOUT、復(fù)位引腳RST、數(shù)字電源VDD、模擬電源VDA、 振蕩輸入0SC。本發(fā)明信號(hào)發(fā)生芯片測(cè)試電路見圖5，其中電阻Rl的阻值為300KQ， R2 的阻值為330Q，電容C為0.01uf。本信號(hào)發(fā)生芯片可以通過(guò)數(shù)據(jù)線選擇多種不同的信號(hào)輸出，信號(hào)輸出種類 高達(dá)255種，并且同時(shí)具有模擬和P麗輸出的輸出形式，同時(shí)外圍電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單， 工作可靠。它采用全CMOS結(jié)構(gòu)，工作電壓范圍2. 5-3.6V，靜態(tài)時(shí)僅5uA， 8bit輸 出精度，SP麗輸出頻率是OSC (震蕩器)的4倍，可達(dá)100KHz，可以通過(guò)調(diào)整OSC 來(lái)調(diào)整輸出正弦波頻率。通過(guò)A1到A8選擇輸出不同幅度的正弦波(以及它的 SPWM)，并且過(guò)零切換。由于限度SP麗的頻率為20KHz， 0SC必須為5KHz，所以呈階梯狀，半周期 階梯數(shù)為200，如果提高SP麗的頻率到25. 6K以上將達(dá)8bit (256階梯數(shù)/半 周期)。本發(fā)明具體應(yīng)用電路見圖6。單片機(jī)接信號(hào)發(fā)生芯片的數(shù)據(jù)線，H橋驅(qū)動(dòng)電 路接信號(hào)發(fā)生芯片的P0UT1輸出引腳和P0UT2輸出引腳。其中電阻R的阻值為 13K 300KQ，振蕩器OSC頻率為25KHz 49KHz，電容C為O. Oluf。
權(quán)利要求
1、數(shù)碼發(fā)電機(jī)逆變器，包括可控整流電路、H橋驅(qū)動(dòng)電路，發(fā)電機(jī)輸出的交流電通過(guò)可控整流電路變?yōu)橹绷麟?，直流電再通過(guò)H橋驅(qū)動(dòng)電路輸出交流電，其特征在于它還包括反饋?zhàn)儔浩?、具有A/D轉(zhuǎn)換功能的單片機(jī)和帶有正弦脈沖寬度調(diào)制發(fā)生器的信號(hào)發(fā)生芯片，可控整流由單片機(jī)控制完成，H橋驅(qū)動(dòng)電路的輸出端與反饋?zhàn)儔浩鞯妮斎攵诉B接，反饋?zhàn)儔浩鞯妮敵龆伺c單片機(jī)的A/D轉(zhuǎn)換輸入連接，單片機(jī)的數(shù)據(jù)接口和信號(hào)發(fā)生芯片連接，信號(hào)發(fā)生芯片根據(jù)SPWM發(fā)生算法和輸出波形的誤差，產(chǎn)生相應(yīng)的脈沖寬度去控制H橋驅(qū)動(dòng)電路，實(shí)現(xiàn)對(duì)波形的修正。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的數(shù)碼發(fā)電機(jī)逆變器，其特征在于所述信號(hào)發(fā)生 芯片包括時(shí)鐘發(fā)生模塊、接口控制邏輯模塊、地址譯碼模塊、存儲(chǔ)器、控制模 塊、D/A轉(zhuǎn)換模塊和SP麗發(fā)生模塊，時(shí)鐘發(fā)生模塊產(chǎn)生整個(gè)芯片的工作時(shí)鐘， 存儲(chǔ)器存放有若干互不相同的波形數(shù)據(jù)，接口控制邏輯模塊具有與波形數(shù)據(jù)一 一對(duì)應(yīng)的地址輸入端口，接口控制邏輯模塊接受外部輸入的地址信號(hào)并通過(guò)地 址譯碼模塊傳送給存儲(chǔ)器，存儲(chǔ)器將與該地址輸入對(duì)應(yīng)的波形數(shù)據(jù)傳輸給控制 模塊，由控制模塊對(duì)波形數(shù)據(jù)重新分配并按工作時(shí)鐘時(shí)序傳送給D/A轉(zhuǎn)換模塊 和PWM發(fā)生模塊，在D/A轉(zhuǎn)換模塊引腳輸出模擬信號(hào)波形，同時(shí)在SP麗發(fā)生模塊 的兩個(gè)引腳分別輸出正半周的SP麗信號(hào)波形和負(fù)半周的SP麗信號(hào)波形。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的數(shù)碼發(fā)電機(jī)逆變器，其特征在于:所述信號(hào)發(fā)生 芯片還包括壓縮解碼模塊，壓縮解碼模塊將存儲(chǔ)器輸出的經(jīng)壓縮處理的波形數(shù) 據(jù)解壓后由控制模塊重新分配并按工作時(shí)鐘時(shí)序傳送給D/A轉(zhuǎn)換模塊和SP麗發(fā) 生模塊。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種數(shù)碼發(fā)電機(jī)逆變器，發(fā)電機(jī)輸出的交流電通過(guò)可控整流電路變?yōu)橹绷麟姡绷麟娫偻ㄟ^(guò)H橋驅(qū)動(dòng)電路輸出交流電，H橋驅(qū)動(dòng)電路的輸出端與反饋?zhàn)儔浩鞯妮斎攵诉B接，反饋?zhàn)儔浩鞯妮敵龆伺c單片機(jī)的A/D轉(zhuǎn)換輸入連接，單片機(jī)的數(shù)據(jù)接口和信號(hào)發(fā)生芯片連接，信號(hào)發(fā)生芯片根據(jù)SPWM發(fā)生算法和輸出波形的誤差，產(chǎn)生相應(yīng)的脈沖寬度去控制H橋驅(qū)動(dòng)電路，實(shí)現(xiàn)對(duì)波形的修正。本發(fā)明輸出波形的誤差反饋全部數(shù)字化處理，響應(yīng)速度快，同時(shí)信號(hào)發(fā)生芯片對(duì)外部環(huán)境要求低，能使系統(tǒng)的復(fù)雜性大大降低，同時(shí)可靠性大為提高，測(cè)試表明使用本逆變器的波形失真度小于2％。
文檔編號(hào)H02M7/527GK101119093SQ20071007864
公開日2008年2月6日 申請(qǐng)日期2007年6月22日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月22日
發(fā)明者周海英 申請(qǐng)人:周海英