專利名稱：基于正弦調(diào)制波的單相逆變變頻電源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于正弦調(diào)制波的單相逆變變頻電源，屬于電源控制領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
電力電子技術(shù)涉及電子學(xué)、電力學(xué)和控制理論，隨著微處理器和功率器件的迅速發(fā)展及控制理論的日益成熟，電力電子技術(shù)的應(yīng)用也越來越廣泛，各種電力電子裝置廣泛應(yīng)用于高壓直流輸電、靜止無功補償、交直流電力拖動、逆變電源等。

以上電力電子裝置的應(yīng)用中，逆變電源的應(yīng)用非常廣泛。在已有的各種電源中，蓄電池、太陽能電池等都是直流電源，當需要這些電源向交流負載供電時，就需要對其進行逆變。很多交流負載在獲得穩(wěn)定的交流電源和足夠的功率同時，還需要交流電源具有可變的頻率或者可變的電壓，比如交流電機的調(diào)速。在單相交流電源的各種負載中，也常常需要單相交流電源的頻率和電壓具有靈活的可調(diào)性，以實現(xiàn)節(jié)能和負載在不同工作方式下的電源供給。目前出現(xiàn)了以各種微處理器為控制核心的變頻電源，雖然都具有較高的性能，但是，這種變頻電源多數(shù)都是成本較高， 且控制復(fù)雜，不適合推廣使用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種基于正弦調(diào)制波的單相逆變變頻電源，通過電位器的調(diào)節(jié)靈活改變交流電源的頻率，控制系統(tǒng)采用全硬件實現(xiàn)方式，結(jié)構(gòu)簡單，減小了逆變電源的體積，并大大提高系統(tǒng)的可靠性。按照本發(fā)明提供的技術(shù)方案，所述基于正弦調(diào)制波的單相逆變變頻電源包括逆變電路，所述逆變電路的輸出端連接過溫和過流保護電路，逆變電路的輸入端連接隔離功率驅(qū)動電路和軟啟動電路，所述軟啟動電路的輸入端連接軟啟動控制信號生成電路、整流電路，整流電路的輸入接220V交流輸入，所述隔離功率驅(qū)動電路的輸入端連接驅(qū)動信號生成電路，驅(qū)動信號生成電路的輸入端連接過溫和過流保護電路、D/A轉(zhuǎn)換電路、鋸齒載波生成電路和死區(qū)電路，所述D/A轉(zhuǎn)換電路的輸入端連接數(shù)據(jù)存儲器和電壓取反電路，數(shù)據(jù)存儲器的輸入端連接計數(shù)器，計數(shù)器的輸出還連接所述死區(qū)電路，計數(shù)器的輸入端連接壓控振蕩器，壓控振蕩器的輸入端連接電壓調(diào)節(jié)器，電壓調(diào)節(jié)器的輸出端連接電壓取反電路的輸入端；其中所述整流電路、軟啟動電路和逆變電路一起稱為主電路；所述電壓調(diào)節(jié)器的輸出電壓分別連接到壓控振蕩器的電壓輸入與D/A轉(zhuǎn)換電路的參考電壓輸入，通過對電壓調(diào)節(jié)器輸出電壓的調(diào)節(jié)，一方面改變D/A轉(zhuǎn)換電路的參考電壓，實現(xiàn)正弦調(diào)制波幅值的改變，另一方面改變壓控振蕩器的輸入電壓，實現(xiàn)壓控振蕩器輸出頻率的改變；壓控振蕩器輸出的頻率經(jīng)計數(shù)器進行分頻，同時產(chǎn)生同步信號，分頻后的信號作為數(shù)據(jù)存儲器的地址選擇信號；讀取數(shù)據(jù)存儲器里存儲的正弦表，將讀取出的正弦表值經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換電路生成所需的單極性正弦調(diào)制波，所述單極性正弦調(diào)制波與鋸齒載波生成電路輸出的鋸齒載波通過驅(qū)動信號生成電路中的電壓比較器比較后生成SPWM信號；計數(shù)器輸出的同步信號經(jīng)過死區(qū)電路后與所述 SPWM信號生成驅(qū)動信號；當主電路中出現(xiàn)過溫或者過流時，驅(qū)動信號被封鎖。所述主電路包括四個IGBT管構(gòu)成的單相逆變橋電路，單相逆變橋電路的輸出端接負載，在單相逆變橋電路的兩個輸入端并聯(lián)有第二繼電器常閉觸點和第四電阻的串聯(lián)支路、第三電阻、第二電容、濾波電容，濾波電容的正極通過充電電阻連接二極管整流橋的正輸出端，濾波電容的負極接所述二極管整流橋的負輸出端，二極管整流橋的輸入端接單相220V交流電源；所述充電電阻兩端并聯(lián)有第一繼電器的常開觸點以及第一電容和第二電阻的串聯(lián)支路；在主電路接通單相220V交流電源時所述充電電阻使直流母線電壓逐步增加，待濾波電容的電壓為穩(wěn)態(tài)值的90%時，第一繼電器的常開觸點閉合，從而實現(xiàn)充電軟啟的功能，第一繼電器的控制信號由軟啟動控制信號生成電路提供；第二繼電器的控制線圈由220V交流電壓控制，當主電路通電時第二繼電器的常閉觸點打開，主電路斷電時，第二繼電器觸點閉合，第四電阻并聯(lián)到放電回路，此時主電路的放電時間常數(shù)變小，保證斷電時主電路的安全。所述計數(shù)器、數(shù)據(jù)存儲器和D/A轉(zhuǎn)換電路包括計數(shù)器⑶4040實現(xiàn)對輸入脈沖的計數(shù)，同時也具有分頻的作用，計數(shù)器CD4040的12腳輸出方波每半周表示對壓控振蕩器 LM331輸出的脈沖計了 256個數(shù)，將其作為正弦調(diào)制波的同步信號；E2PROM數(shù)據(jù)存儲器內(nèi)部存儲一個256個數(shù)據(jù)的正弦表；計數(shù)器⑶4040的輸出Ql Q7腳連接E2PROM數(shù)據(jù)存儲器的八個地址輸入端，用來查取正弦表相對位置的值；E2PROM數(shù)據(jù)存儲器的數(shù)據(jù)輸出端連接到數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片DAC0808的數(shù)字量輸入端，經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換輸出模擬量，數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片DAC0832 輸出的電流信號經(jīng)過運算放大器轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘?，所述運算放大器輸出正弦調(diào)制波。所述死區(qū)電路包括計數(shù)器輸出的同步信號接第一非門的輸入端和第一與非門的第一輸入端，第一非門的輸出端接第二與非門的第一輸入端，第一與非門的輸出端連接第二非門的輸入端并通過第二十五電阻接第二與非門的第二輸入端，第二與非門的輸出端連接第三非門的輸入端并通過第二十四電阻接第一與非門的第二輸入端，所述第一與非門的第二輸入端通過第三電容接地，第二與非門的第二輸入端通過第四電容接地。所述鋸齒載波生成電路采用一個具有固定頻率的脈沖寬度調(diào)制芯片TL494，芯片 TL494的7、9、13、16、DT腳接地，RT腳通過第二十六電阻接地，CT腳通過第五電容接地，CT 腳輸出鋸齒載波。所述輸出的鋸齒載波頻率在5 15KHZ。所述過溫和過流保護電路包括檢測IGBT管溫度的溫度開關(guān)，溫度開關(guān)的輸出信號連接第一二極管的陽極并通過第二十八電阻接地，第一二極管陰極和第二二極管陰極接非門的輸入端，所述非門的輸入端還通過第三十電阻接地，第二二極管陽極接第一電壓比較器的輸出并通過第二十九電阻接+5V電壓，第一電壓比較器的正輸入端通過第五電容接地并通過第二十七電阻接單相逆變橋電路的直流回路電流，第一電壓比較器的負輸入端接第五電位器的調(diào)節(jié)端并通過第四電容接地，第五電位器的兩個固定端一端接地，另一端接 +5V電壓；一旦溫度超過80°C，溫度開關(guān)閉合，所述非門的輸出端輸出低電平；當系統(tǒng)過流時，檢測的電流信號經(jīng)過第二十七電阻轉(zhuǎn)變成電壓信號，與電位器的設(shè)定值通過第一電壓比較器進行比較，超過設(shè)定的上限值時，所述非門的輸出端輸出低電平。所述驅(qū)動信號生成電路包括鋸齒載波與正弦調(diào)制波分別輸入第二電壓比較器的負輸入端和正輸入端，第二電壓比較器的輸出端接第一與門的第一輸入端和第二與門的第一輸入端并通過第三十三電阻接+5V電壓，死區(qū)電路第二非門的輸出端接第一與門的第二輸入端以及第五非門的輸入端，死區(qū)電路第三非門的輸出端接第二與門的第二輸入端以及第七非門的輸入端，第一與門的輸出端接第四非門的輸入端，第二與門的的輸出端接第六非門的輸入端，所述第四、五、六、七非門的輸出端分別接第三、四、五、六與門的第一輸入端，所述第三、四、五、六與門的第二輸入端接過溫和過流保護電路的輸出；經(jīng)電壓比較器 LM339-1生成的SPWM信號與死區(qū)電路輸出的具有死區(qū)時間的同步信號經(jīng)所述第三、四、五、 六與門后生成驅(qū)動四個IGBT管的驅(qū)動信號；當出現(xiàn)過溫或者過流時，過溫和過流保護電路的輸出信號將通過所述第三、四、五、六與門封鎖四路驅(qū)動信號，從而實現(xiàn)對逆變電路的硬件保護。 本發(fā)明的優(yōu)點有1.通過電壓調(diào)節(jié)器控制輸出電源的頻率，實現(xiàn)輸出電源頻率的無極調(diào)節(jié)，應(yīng)用場合廣泛，可用于電風(fēng)扇、抽油煙機等的無極調(diào)速，也可用于對交流電源頻率變換較為頻繁的場合。2.本發(fā)明在硬件設(shè)計方面設(shè)計了單極性正弦波生成電路、鋸齒載波生成電路、驅(qū)動電路、死區(qū)電路、逆變橋電路及其過溫和過流保護電路等。采用硬件查表的方式生成單極性正弦調(diào)制波及利用集成芯片產(chǎn)生鋸齒波，使得本發(fā)明的應(yīng)用更具通用性，過溫和過流保護提高了系統(tǒng)的可靠性。


圖1是本發(fā)明的電路結(jié)構(gòu)框圖。
圖2是圖1中主電路的原理圖。
圖3是軟啟動控制信號生成電路原理圖。
圖4是電壓調(diào)節(jié)器、壓控振蕩器與電壓取反電路原理圖。
圖5是計數(shù)器、數(shù)據(jù)存儲器和D/A轉(zhuǎn)換電路原理圖。
圖6是死區(qū)電路原理圖。
圖7是鋸齒載波生成電路原理圖。
圖8是過溫和過流保護電路原理圖。
圖9是驅(qū)動信號生成電路原理圖。
圖10是隔離功率驅(qū)動電路原理圖。
圖11是主要點波形示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步說明。如圖1所示，本發(fā)明所述基于正弦調(diào)制波的單相逆變變頻電源包括逆變電路，所述逆變電路的輸出端連接過溫和過流保護電路，逆變電路的輸入端連接隔離功率驅(qū)動電路和軟啟動電路，所述軟啟動電路的輸入端連接軟啟動控制信號生成電路、整流電路，整流電路的輸入接220V交流輸入，所述隔離功率驅(qū)動電路的輸入端連接驅(qū)動信號生成電路，驅(qū)動信號生成電路的輸入端連接過溫和過流保護電路、D/A轉(zhuǎn)換電路、鋸齒載波生成電路和死區(qū)電路，所述D/A轉(zhuǎn)換電路的輸入端連接數(shù)據(jù)存儲器和電壓取反電路，數(shù)據(jù)存儲器的輸入端連接計數(shù)器，計數(shù)器的輸出還連接所述死區(qū)電路，計數(shù)器的輸入端連接壓控振蕩器，壓控振蕩器的輸入端連接電壓調(diào)節(jié)器，電壓調(diào)節(jié)器的輸出端連接電壓取反電路的輸入端。其中所述整流電路、軟啟動電路和逆變電路一起稱為主電路。本發(fā)明中電壓調(diào)節(jié)器的輸出電壓分別連接到壓控振蕩器的電壓輸入與D/A轉(zhuǎn)換電路的參考電壓輸入，通過對電壓調(diào)節(jié)器輸出電壓的調(diào)節(jié)，一方面改變D/A轉(zhuǎn)換電路的參考電壓，實現(xiàn)正弦波幅值的改變，另一方面改變壓控振蕩器的輸入電壓，實現(xiàn)壓控振蕩器輸出頻率的改變；壓控振蕩器輸出的頻率經(jīng)計數(shù)器進行分頻，同時產(chǎn)生同步信號，分頻后的信號作為數(shù)據(jù)存儲器的地址選擇信號；讀取數(shù)據(jù)存儲器里存儲的正弦表，將讀取出的正弦表值經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換電路生成所需的單極性正弦調(diào)制波，所述單極性正弦波與鋸齒載波生成電路輸出的鋸齒載波通過驅(qū)動信號生成電路中的電壓比較器比較后生成SPWM信號；計數(shù)器輸出的同步信號經(jīng)過死區(qū)電路后與所述SPWM信號生成驅(qū)動信號；當主電路中出現(xiàn)過溫或者過流時，驅(qū)動信號被封鎖，起到有效保護主電路的作用。具體電路原理及工作方式如下。1.主電路工作原理本發(fā)明的主電路結(jié)構(gòu)如圖2所示。主電路包括四個IGBT管構(gòu)成的單相逆變橋電路，單相逆變橋電路的輸出端接負載，在單相逆變橋電路的兩個輸入端并聯(lián)有第二繼電器 J2常閉觸點和第四電阻R4的串聯(lián)支路、第三電阻R3、第二電容C2、濾波電容E1，濾波電容 El的正極通過充電電阻Rl連接二極管整流橋的正輸出端，濾波電容El的負極接所述二極管整流橋的負輸出端，二極管整流橋的輸入端接單相220V交流電源；所述充電電阻Rl兩端并聯(lián)有第一繼電器Jl的常開觸點以及第一電容Cl和第二電阻R2的串聯(lián)支路。單相逆變橋電路是由四個IGBT FGA25N120構(gòu)成，該器件最高工作電壓1200V，最大電流25A。主電路具有充電軟啟功能，可以防止當主電路直接接通單相220V電源時對濾波電容El產(chǎn)生極大的電流沖擊，從而對主電路造成損害。本發(fā)明在濾波電容El前增加了一個充電電阻Rl，在主電路接通單相220V電源時電阻Rl可以使直流母線電壓逐步增加，避免了接通瞬間對電容El的大電流沖擊，待電容El的電壓為穩(wěn)態(tài)值的90%時，第一繼電器Jl 常開觸點閉合，從而實現(xiàn)了充電軟啟的功能，第一繼電器Jl的控制信號由軟啟動控制信號生成電路實現(xiàn)。第一電容Cl和第二電阻R2起到對整流電源的濾波作用。為了避免突然斷電時控制信號的紊亂可能造成功率開關(guān)管“直通”現(xiàn)象。本發(fā)明設(shè)計了系統(tǒng)斷電保護電路，用第二繼電器J2、第四電阻R4來實現(xiàn)這一功能。第二繼電器J2 為常閉觸點，其控制線圈由電網(wǎng)電壓220V控制。當主電路通電時第二繼電器J2觸點打開， 此時主電路可以實現(xiàn)對電容El “軟充電”;主電路斷電時，第二繼電器J2觸點閉合，第四電阻R4并聯(lián)到放電回路，此時主電路的放電時間常數(shù)變小，通過對第四電阻R4的適當選取可以保證斷電時主電路的安全。2.軟啟動控制信號生成電路如圖3所示，當主電路接通220V交流輸入時，+5V電源通過電阻R9向電容E2充電，電容E2電壓逐漸升高，當電容E2電壓高于電壓比較器LM311的反向輸入端電壓時，電壓比較器LM311的7腳輸出高電平，通過同相門電路74LS07生成軟啟動控制信號驅(qū)動繼電器Jl的控制線圈，使繼電器Jl閉合，電容Cl、電阻R2和電阻Rl被同時短路。調(diào)節(jié)電位器W4可以改變電壓比 較器LM311反向輸入端的電壓，從而實現(xiàn)調(diào)節(jié)軟啟動控制信號生成的時間。3.電壓調(diào)節(jié)器、壓控振蕩器與電壓取反電路如圖4所示，第一電位器Wl的兩個固定端一端接地另一端接+5V電壓，第一電位器Wl的調(diào)節(jié)端通過電容E3接地；所述第一電位器Wl的調(diào)節(jié)端還通過第十四電阻R14接第一運放IClA的正端，第一運放IClA輸出端連接自身的負端構(gòu)成電壓跟隨器；第一電位器 Wl的調(diào)節(jié)端還通過第十五電阻R15接第二運放IClB的負端，第二運放IClB輸出端通過第二電位器W2連接自身的負端構(gòu)成反向比例電路，第二運放IClB正端接地；第二運放IClB 輸出端接D/A轉(zhuǎn)換電路的參考電壓輸入端；第一運放IClA輸出端連接壓控振蕩器LM331的 1腳并通過第一電容Cl和第十六電阻R16接地；壓控振蕩器LM331的2腳通過第十九電阻 R19和第三電位器W3接地，壓控振蕩器LM331的3腳、4腳接地，壓控振蕩器LM331的5腳通過第二電容C2接地并通過第十七電阻R17接+5V電壓，壓控振蕩器LM331的7腳通過第十八電阻R18接+5V電壓并通過第二十電阻R20接地，壓控振蕩器LM331的8腳接+5V電壓，壓控振蕩器LM331的6腳通過第二十一電阻R21接+5V電壓并輸出給計數(shù)器。電壓調(diào)節(jié)器由第一電位器Wl與第三電容E3組成。采用集成雙運放芯片LF353 構(gòu)成電壓跟隨器與反向比例電路，電壓跟隨器實現(xiàn)穩(wěn)定壓控振蕩器LM331的輸入電壓，反向比例電路的輸出連接到D/A轉(zhuǎn)換器的參考電壓輸入端REF，調(diào)節(jié)第二電位器W2可以起到調(diào)節(jié)反向比例電路的比例系數(shù)的作用。通過調(diào)節(jié)第一電位器Wl的大小可以改變壓控振蕩器LM331輸出頻率f0，同時也改變了數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片DAC0808的參考電壓，從而達到V/F = CONST的目的。4.同步信號與單極性正弦調(diào)制波生成電路如圖5所示，這個電路包括計數(shù)器、數(shù)據(jù)存儲器和D/A轉(zhuǎn)換電路。計數(shù)器⑶4040 實現(xiàn)對輸入脈沖的計數(shù)，同時也具有分頻的作用。計數(shù)器CD4040的12腳輸出方波每半周表示對壓控振蕩器LM331輸出的脈沖計了 256個數(shù)，將其作為正弦波的同步信號。IC4是數(shù)據(jù)存儲器E2PROM型號AT28C17，內(nèi)部存儲一個正弦表(為256個數(shù)據(jù)的正弦表)。計數(shù)器 ⑶4040的輸出Ql Q7連接數(shù)據(jù)存儲器AT28C17的地址輸入端AO A7，用來查取正弦表相對位置的值，1/00 1/07為AT28C17的數(shù)據(jù)輸出端，1/00 1/07連接到數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片 DAC0808的數(shù)字量輸入端，經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換輸出模擬量，數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片DAC0832輸出的是電流信號，所以要經(jīng)過運算放大器LF351轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘?，運算放大器LF351輸出正弦調(diào)制波。5.死區(qū)電路死區(qū)電路的設(shè)計是為了防止驅(qū)動信號引起同一橋壁的功率管同時導(dǎo)通而引起功率器件的“擊穿”，造成功率器件的損壞，本發(fā)明的死區(qū)電路如圖6所示，死區(qū)的實現(xiàn)由第二十四電阻R24、第三電容C3和第二十五電阻R25、第四電容C4實現(xiàn)，通過調(diào)節(jié)電阻、電容的大小來調(diào)節(jié)安全的死區(qū)時間。具體為計數(shù)器輸出的同步信號接第一非門IC6A的輸入端和第一與非門IC7A的第一輸入端，第一非門IC6A的輸出端接第二與非門IC7B的第一輸入端，第一與非門IC7A的輸出端連接第二非門IC6B的輸入端并通過第二十五電阻R25接第二與非門IC7B的第二輸入端，第二與非門IC7B的輸出端連接第三非門IC6C的輸入端并通過第二十四電阻R24接第一與非門IC7A的第二輸入端，所述第一與非門IC7A的第二輸入端通過第三電容C3接地，第二與非門IC7B的第二輸入端通過第四電容C4接地。
6.鋸齒載波生成電路如圖7所示，本發(fā)明的載波信號由TL494產(chǎn)生。TL494是一個具有固定頻率的脈沖寬度調(diào)制芯片，內(nèi)置了線性鋸齒波振蕩器。芯片TL494的7、9、13、16、DT腳接地，RT腳通過第二十六電阻R26接地，CT腳通過第五電容C5接地，CT腳輸出鋸齒載波。振蕩頻率可通過
外接的第二十六電阻R26和第五電容C5進行調(diào)節(jié)，其振蕩頻率為T05c = ，本發(fā)明設(shè)計
RxC
的鋸齒波頻率要求在5 15ΚΗΖ。7.過溫和過流保護電路本發(fā)明具有過溫保護和過流保護功能。溫度開關(guān)的輸出信號連接第一二極管Dl 的陽極并通過第二十八電阻觀接地，第一二極管Dl陰極和第二二極管D2陰極接非門的輸入端，所述非門的輸入端還通過第三十電阻R30接地，第二二極管D2陽極接第一電壓比較器LM339-1的輸出并通過第二十九電阻似9接+5V電壓，第一電壓比較器LM339-1的正輸入端通過第五電容Ε5接地并通過第二十七電阻R27接單相逆變橋電路的直流回路電流，第一電壓比較器LM339-1的負輸入端接第五電位器W5的調(diào)節(jié)端并通過第四電容Ε4接地，第五電位器W5的兩個固定端一端接地，另一端接+5V電壓。圖8中的溫度開關(guān)用來檢測IGBT的溫度，一旦溫度超過80°C，溫度開關(guān)閉合， protect端輸出低電平。當系統(tǒng)過流時，檢測的電流信號經(jīng)過電阻R27轉(zhuǎn)變成電壓信號，與電位器W5的設(shè)定值通過電壓比較器LM339-1進行比較，超過設(shè)定的上限值，protect端輸出低電平。二極管D1、D2用來實現(xiàn)信號的單相傳輸。8.驅(qū)動信號生成電路驅(qū)動信號生成電路包括鋸齒載波與正弦調(diào)制波分別輸入第二電壓比較器 IC9A(LM339-1)的負輸入端和正輸入端，第二電壓比較器IC9A的輸出端接第一與門IClOA 的第一輸入端和第二與門IClOB的第一輸入端并通過第三十三電阻R33接+5V電壓，死區(qū)電路第二非門IC6B的輸出端接第一與門IClOA的第二輸入端以及第五非門的輸入端，死區(qū)電路第三非門IC6C的輸出端接第二與門IClOB的第二輸入端以及第七非門的輸入端，第一與門IClOA的輸出端接第四非門的輸入端，第二與門IClOB的的輸出端接第六非門的輸入端，所述第四、五、六、七非門(IC11虛線框內(nèi))的輸出端分別接第三、四、五、六與門(IC12 虛線框內(nèi))的第一輸入端，所述第三、四、五、六與門的第二輸入端接過溫和過流保護電路的輸出。如圖9所示，由圖7生成的鋸齒載波與圖5生成的正弦調(diào)制波V。經(jīng)電壓比較器 LM339-1生成SPWM信號，與具有死區(qū)時間的同步信號A、B經(jīng)與門74LS08實現(xiàn)邏輯后生成驅(qū)動四個功率管的驅(qū)動信號，IC12實現(xiàn)硬件鎖定驅(qū)動信號功能，當出現(xiàn)過溫或者過流時， protect低電平信號將通過與門74LS08封鎖四路驅(qū)動信號，從而實現(xiàn)了對逆變電路的硬件保護。9.隔離功率驅(qū)動電路隔離功率驅(qū)動電路如圖10所示。在本發(fā)明中隔離器件采用高速光耦器件6N137。 光耦6N137的輸出速度可達IOM bit/s，實現(xiàn)了控制信號輸入端與輸出端的電氣隔離。驅(qū)動芯片是采用的美國頂公司的頂2110專用功率管驅(qū)動芯片，只須單電源供電，內(nèi)部含自舉電路，可解決逆變橋上下橋臂功率管驅(qū)動不共地問題，簡化驅(qū)動電路的設(shè)計。兩個頂2110的輸出分別驅(qū)動4個 功率管的上下橋臂。 如圖11所示，1為圖4中電壓跟隨器IClA的1腳輸出波形，2為圖4中壓控振蕩器 LM331輸出波形，3為圖4中REF輸出波形，4為圖9中載波與調(diào)制波波形，5為圖9中SPWM 信號波形，6是圖6中IC7A的1腳輸出波形，7是圖6中IC7A的4腳輸出波形，8是圖2中 VT2的驅(qū)動波形AL，9是圖2中VT4的驅(qū)動波形BL，10是圖2中VT3的驅(qū)動波形BH，11是圖 2中VTl的驅(qū)動波形AH。
權(quán)利要求
1.基于正弦調(diào)制波的單相逆變變頻電源，包括逆變電路，其特征是所述逆變電路的輸出端連接過溫和過流保護電路，逆變電路的輸入端連接隔離功率驅(qū)動電路和軟啟動電路，所述軟啟動電路的輸入端連接軟啟動控制信號生成電路、整流電路，整流電路的輸入接 220V交流輸入，所述隔離功率驅(qū)動電路的輸入端連接驅(qū)動信號生成電路，驅(qū)動信號生成電路的輸入端連接過溫和過流保護電路、D/A轉(zhuǎn)換電路、鋸齒載波生成電路和死區(qū)電路，所述 D/A轉(zhuǎn)換電路的輸入端連接數(shù)據(jù)存儲器和電壓取反電路，數(shù)據(jù)存儲器的輸入端連接計數(shù)器， 計數(shù)器的輸出還連接所述死區(qū)電路，計數(shù)器的輸入端連接壓控振蕩器，壓控振蕩器的輸入端連接電壓調(diào)節(jié)器，電壓調(diào)節(jié)器的輸出端連接電壓取反電路的輸入端；其中所述整流電路、 軟啟動電路和逆變電路一起稱為主電路；所述電壓調(diào)節(jié)器的輸出電壓分別連接到壓控振蕩器的電壓輸入與D/A轉(zhuǎn)換電路的參考電壓輸入，通過對電壓調(diào)節(jié)器輸出電壓的調(diào)節(jié)，一方面改變D/A轉(zhuǎn)換電路的參考電壓，實現(xiàn)正弦調(diào)制波幅值的改變，另一方面改變壓控振蕩器的輸入電壓，實現(xiàn)壓控振蕩器輸出頻率的改變；壓控振蕩器輸出的頻率經(jīng)計數(shù)器進行分頻， 同時產(chǎn)生同步信號，分頻后的信號作為數(shù)據(jù)存儲器的地址選擇信號；讀取數(shù)據(jù)存儲器里存儲的正弦表，將讀取出的正弦表值經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換電路生成所需的單極性正弦調(diào)制波，所述單極性正弦調(diào)制波與鋸齒載波生成電路輸出的鋸齒載波通過驅(qū)動信號生成電路中的電壓比較器比較后生成SPWM信號；計數(shù)器輸出的同步信號經(jīng)過死區(qū)電路后與所述SPWM信號生成驅(qū)動信號；當主電路中出現(xiàn)過溫或者過流時，驅(qū)動信號被封鎖。
2.如權(quán)利要求1所述基于正弦調(diào)制波的單相逆變變頻電源，其特征是所述主電路包括四個IGBT管構(gòu)成的單相逆變橋電路，單相逆變橋電路的輸出端接負載，在單相逆變橋電路的兩個輸入端并聯(lián)有第二繼電器(J2)常閉觸點和第四電阻(R4)的串聯(lián)支路、第三電阻(R3)、第二電容(C2)、濾波電容(E1)，濾波電容(El)的正極通過充電電阻(Rl)連接二極管整流橋的正輸出端，濾波電容(El)的負極接所述二極管整流橋的負輸出端，二極管整流橋的輸入端接單相220V交流電源；所述充電電阻(Rl)兩端并聯(lián)有第一繼電器(Jl)的常開觸點以及第一電容(Cl)和第二電阻(R2)的串聯(lián)支路；在主電路接通單相220V交流電源時所述充電電阻(Rl)使直流母線電壓逐步增加，待濾波電容(El)的電壓為穩(wěn)態(tài)值的90%時， 第一繼電器(Jl)的常開觸點閉合，從而實現(xiàn)充電軟啟的功能，第一繼電器(Jl)的控制信號由軟啟動控制信號生成電路提供；第二繼電器(J2)的控制線圈由220V交流電壓控制，當主電路通電時第二繼電器(J2)的常閉觸點打開，主電路斷電時，第二繼電器(J2)觸點閉合， 第四電阻(R4)并聯(lián)到放電回路，此時主電路的放電時間常數(shù)變小，保證斷電時主電路的安全。
3.如權(quán)利要求1所述基于正弦調(diào)制波的單相逆變變頻電源，其特征是所述計數(shù)器、數(shù)據(jù)存儲器和D/A轉(zhuǎn)換電路包括計數(shù)器CD4040實現(xiàn)對輸入脈沖的計數(shù)，同時也具有分頻的作用，計數(shù)器CD4040的12腳輸出方波每半周表示對壓控振蕩器LM331輸出的脈沖計了 256 個數(shù)，將其作為正弦調(diào)制波的同步信號；E2PROM數(shù)據(jù)存儲器內(nèi)部存儲一個256個數(shù)據(jù)的正弦表；計數(shù)器⑶4040的輸出Ql Q7腳連接E2PROM數(shù)據(jù)存儲器的八個地址輸入端，用來查取正弦表相對位置的值；E2PROM數(shù)據(jù)存儲器的數(shù)據(jù)輸出端連接到數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片DAC0808的數(shù)字量輸入端，經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換輸出模擬量，數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片DAC0832輸出的電流信號經(jīng)過運算放大器轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘?，所述運算放大器輸出正弦調(diào)制波。
4.如權(quán)利要求2所述基于正弦調(diào)制波的單相逆變變頻電源，其特征是所述死區(qū)電路包括計數(shù)器輸出的同步信號接第一非門(IC6A)的輸入端和第一與非門(IC7A)的第一輸入端，第一非門(IC6A)的輸出端接第二與非門(IC7B)的第一輸入端，第一與非門(IC7A)的輸出端連接第二非門(IC6B)的輸入端并通過第二十五電阻(R25)接第二與非門(IC7B)的第二輸入端，第二與非門(IC7B)的輸出端連接第三非門(IC6C)的輸入端并通過第二十四電阻(RM)接第一與非門(IC7A)的第二輸入端，所述第一與非門(IC7A)的第二輸入端通過第三電容(C3)接地，第二與非門(IC7B)的第二輸入端通過第四電容(C4)接地。
5.如權(quán)利要求1所述基于正弦調(diào)制波的單相逆變變頻電源，其特征是所述鋸齒載波生成電路采用一個具有固定頻率的脈沖寬度調(diào)制芯片TL494，芯片TL494的7、9、13、16、DT腳接地，RT腳通過第二十六電阻(似6)接地，CT腳通過第五電容(C5)接地，CT腳輸出鋸齒載波。
6.如權(quán)利要求1所述基于正弦調(diào)制波的單相逆變變頻電源，其特征是所述輸出的鋸齒載波頻率在5 15KHZ。
7.如權(quán)利要求2所述基于正弦調(diào)制波的單相逆變變頻電源，其特征是所述過溫和過流保護電路包括檢測IGBT管溫度的溫度開關(guān)，溫度開關(guān)的輸出信號連接第一二極管(Dl) 的陽極并通過第二十八電阻(R28)接地，第一二極管(Dl)陰極和第二二極管(D2)陰極接非門的輸入端，所述非門的輸入端還通過第三十電阻(R30)接地，第二二極管(D2)陽極接第一電壓比較器的輸出并通過第二十九電阻(R29)接+5V電壓，第一電壓比較器的正輸入端通過第五電容(E5)接地并通過第二十七電阻(R27)接單相逆變橋電路的直流回路電流 (I)，第一電壓比較器的負輸入端接第五電位器(W5)的調(diào)節(jié)端并通過第四電容(E4)接地， 第五電位器(W5)的兩個固定端一端接地，另一端接+5V電壓；一旦溫度超過80°C，溫度開關(guān)閉合，所述非門的輸出端輸出低電平；當系統(tǒng)過流時，檢測的電流信號經(jīng)過第二十七電阻 (R27)轉(zhuǎn)變成電壓信號，與電位器(W5)的設(shè)定值通過第一電壓比較器進行比較，超過設(shè)定的上限值時，所述非門的輸出端輸出低電平。
8.如權(quán)利要求4所述基于正弦調(diào)制波的單相逆變變頻電源，其特征是所述驅(qū)動信號生成電路包括鋸齒載波與正弦調(diào)制波分別輸入第二電壓比較器(IC9A)的負輸入端和正輸入端，第二電壓比較器(IC9A)的輸出端接第一與門(IClOA)的第一輸入端和第二與門 (IClOB)的第一輸入端并通過第三十三電阻(R33)接+5V電壓，死區(qū)電路第二非門(IC6B) 的輸出端接第一與門(IC10A)的第二輸入端以及第五非門的輸入端，死區(qū)電路第三非門 (IC6C)的輸出端接第二與門(IClOB)的第二輸入端以及第七非門的輸入端，第一與門 (IClOA)的輸出端接第四非門的輸入端，第二與門(IClOB)的的輸出端接第六非門的輸入端，所述第四、五、六、七非門的輸出端分別接第三、四、五、六與門的第一輸入端，所述第三、 四、五、六與門的第二輸入端接過溫和過流保護電路的輸出；經(jīng)電壓比較器LM339-1生成的 SPWM信號與死區(qū)電路輸出的具有死區(qū)時間的同步信號經(jīng)所述第三、四、五、六與門后生成驅(qū)動四個IGBT管的驅(qū)動信號；當出現(xiàn)過溫或者過流時，過溫和過流保護電路的輸出信號將通過所述第三、四、五、六與門封鎖四路驅(qū)動信號，從而實現(xiàn)對逆變電路的硬件保護。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于正弦調(diào)制波的單相逆變變頻電源，其包括逆變電路，所述逆變電路連接過溫和過流保護電路、隔離功率驅(qū)動電路和軟啟動電路，軟啟動電路連接軟啟動控制信號生成電路、整流電路，整流電路連接220V交流輸入，隔離功率驅(qū)動電路連接驅(qū)動信號生成電路，驅(qū)動信號生成電路連接過溫和過流保護電路、D/A轉(zhuǎn)換電路、鋸齒載波生成電路和死區(qū)電路，D/A轉(zhuǎn)換電路連接數(shù)據(jù)存儲器和電壓取反電路，數(shù)據(jù)存儲器連接計數(shù)器，計數(shù)器連接所述的死區(qū)電路、壓控振蕩器和數(shù)據(jù)存儲器，壓控振蕩器連接電壓調(diào)節(jié)器，電壓調(diào)節(jié)器連接電壓取反電路。其優(yōu)點是本發(fā)明能夠根據(jù)負載需要改變電源的頻率，有效節(jié)省電源，減小系統(tǒng)體積，并大大提高系統(tǒng)的可靠性。
文檔編號H02M5/458GK102281011SQ20111025251
公開日2011年12月14日 申請日期2011年8月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月30日
發(fā)明者徐高松, 李曉東, 沈偉, 虞水中, 郎寶君, 高揚 申請人:江蘇物聯(lián)網(wǎng)研究發(fā)展中心