一種具有穩壓隔離功能的純正弦波逆變器的制作方法

本發明涉及逆變器領域，特別涉及一種具有穩壓隔離功能的純正弦波逆變器。

背景技術：

逆變器是一種將直流電轉換為交流電的裝置，目前，使用的一種修正正弦波逆變器，由低壓驅動控制電路、脈沖寬度調制輸出驅動電路及輸入輸出保護電路連接構成，但是這種結構的修正正弦波逆變器產生的波形在對精密儀器使用時，由于沒有隔離，信號干擾較大，造成采集數據不準確，尤其在一些醫療設備，軍用設備上，對于精密性的要求比較高，即使稍微有點干擾也會產生嚴重的后果。

另外，電器設備的電路板中，為了防止電網電壓的較大波動而造成對電器的損害，通常會設置一個電壓采樣電路，并把電壓采樣電路得到的信號送到單片機進行處理，當檢測到電網電壓大于某一個數值或小于某一數值時，單片機相關的控制電路便會控制電器停止工作，以免對其造成損害。如電磁爐中的電壓采樣電路把對電網電壓采樣得到的信號送到單片機進行處理，當電磁爐工作時，單片機時刻檢測電壓采樣信號的變化，當電網電壓大于260伏或者小于160伏時，單片機會輸出相關保護指令，使電磁爐停止加熱；單片機工作時，也會根據電壓信號的變化，自動調整PWM信號，使電磁爐做恒定功率處理。

然而，現有的電壓采樣電路中，通常采用電壓分壓式進行采樣，對所需采樣的變量進行直接采樣，沒有將單片機控制信號與電壓采樣信號進行有效的隔離，從而影響控制的精度，存在采樣誤差較大的問題。

技術實現要素：

本發明要解決的技術問題在于，針對現有技術的上述缺陷，提供一種能避免信號干擾、保證儀器采集數據準確、能將控制信號與電壓采樣信號進行有效隔離、提高采樣精度的具有穩壓隔離功能的純正弦波逆變器。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：構造一種具有穩壓隔離功能的純正弦波逆變器，包括電源輸入模塊、輸入隔離模塊、PWM調制模塊、變壓整流濾波模塊、SPWM驅動模塊、LC濾波模塊、正弦波發生器、MCU和電壓采樣模塊，所述輸入隔離模塊的輸入端與所述電源輸入模塊的一輸出端連接，所述輸入隔離模塊的輸出端與所述PWM調制模塊的輸入端連接，所述變壓整流濾波模塊的輸入端與所述PWM調制模塊的輸出端連接，所述SPWM驅動模塊的一輸入端與所述變壓整流濾波模塊的輸出端連接，所述LC濾波模塊的輸入端與所述SPWM驅動模塊的輸出端連接，所述正弦波發生器的輸入端與所述LC濾波模塊的輸出端連接，所述電壓采樣模塊的輸入端與所述電源輸入模塊的另一輸出端連接，所述MCU的一輸入端與所述電壓采樣模塊的輸出端連接；

所述電壓采樣模塊包括依次連接的整流電路、電壓比較電路、光電耦合器、電壓轉換電路和平滑濾波電路；所述電壓比較電路包括電壓比較器、第一電阻、第二電阻、第三電阻、第四電阻、第五電阻、第六電阻、第一電容、第二電容和第一穩壓管，所述電壓比較器的同相輸入端通過所述第五電阻分別與所述第一電阻的一端和第二電阻的一端連接，所述第一電阻的另一端與所述整流電路的正極輸出端連接，所述電壓比較器的反相輸入端通過所述第六電阻分別與所述第三電阻的一端、第四電阻的一端和第一電容的一端連接，所述第三電阻的另一端連接第一電壓源，所述第二電阻的另一端、第四電阻的另一端和第一電容的另一端均與所述整流電路的負極輸出端連接，所述電壓比較器的一個引腳分別與所述第一電壓源和第二電容的一端連接，所述第二電容的另一端與所述整流電路的負極輸出端連接，所述電壓比較器的輸出端分別與所述第一穩壓管的陰極和光電耦合器中發光二極管的陽極連接，所述第一穩壓管的陽極與所述整流電路的負極輸出端連接，所述光電耦合器中光敏三極管的集電極與所述電壓轉換電路連接。

在本發明所述的具有穩壓隔離功能的純正弦波逆變器中，所述電壓采樣模塊還包括第八電阻，所述電壓比較器的輸出端還與所述第八電阻的一端連接，所述第八電阻的另一端與所述第一電壓源連接。

在本發明所述的具有穩壓隔離功能的純正弦波逆變器中，所述電壓轉換電路包括三極管、第九電阻和第十電阻，所述三極管的基極與所述光電耦合器中光敏三極管的集電極連接，所述三極管的基極還通過所述第九電阻連接第二電壓源，所述三極管的集電極通過所述第十電阻連接所述第二電壓源，所述三極管的發射極接地。

在本發明所述的具有穩壓隔離功能的純正弦波逆變器中，所述平滑濾波電路包括第十一電阻、第十二電阻、第十三電阻、第三電容和第四電容；所述第十一電阻的一端與所述三極管的集電極連接，所述第十一電阻的另一端分別與所述第十二電阻的一端和第三電容的一端連接，所述第十二電阻的另一端、第十三電阻的一端和第四電容的一端均連接電壓輸出端，所述第三電容的另一端、第十三電阻的另一端和第四電容的另一端均接地。

在本發明所述的具有穩壓隔離功能的純正弦波逆變器中，所述電壓采樣模塊還包括第二穩壓管，所述第二穩壓管的陰極連接所述電壓輸出端，所述第二穩壓管的陽極接地。

在本發明所述的具有穩壓隔離功能的純正弦波逆變器中，還包括電流采樣模塊和顯示模塊，所述電流采樣模塊的輸入端與所述PWM調制模塊的另一輸出端連接，所述電流采樣模塊的輸出端與所述MCU的另一輸入端連接，所述MCU的輸出端與所述顯示模塊的輸入端連接。

在本發明所述的具有穩壓隔離功能的純正弦波逆變器中，還包括輸出電壓檢測模塊，所述輸出電壓檢測模塊的一輸入端與所述SPWM驅動模塊的另一輸出端連接，所述輸出電壓檢測模塊的另一輸入端與所述正弦波發生器的輸出端連接。

在本發明所述的具有穩壓隔離功能的純正弦波逆變器中，所述整流電路包括第一二極管、第二二極管、第三二極管和第四二極管，所述第一二極管的陽極和第四二極管的陰極均與交流電的火線連接，所述第二二極管的陽極和第三二極管的陰極均與交流電的零線連接，所述第一二極管的陰極和第二二極管的陰極連接后作為所述整流電路的正極輸出端，所述第三二極管的陽極和第四二極管的陽極連接后作為所述整流電路的負極輸出端。

實施本發明的具有穩壓隔離功能的純正弦波逆變器，具有以下有益效果：由于采用電源輸入模塊、輸入隔離模塊、PWM調制模塊、變壓整流濾波模塊、SPWM驅動模塊、LC濾波模塊、正弦波發生器、MCU和電壓采樣模塊，電壓采樣模塊包括依次連接的整流電路、電壓比較電路、光電耦合器、電壓轉換電路和平滑濾波電路，電壓比較電路包括電壓比較器、第一電阻、第二電阻、第三電阻、第四電阻、第五電阻、第六電阻、第一電容、第二電容和第一穩壓管，第一穩壓管用于對電壓比較器輸出端輸出的電壓信號進行穩壓，輸入隔離模塊可以對電源輸入進行有效隔離，SPWM就是在PWM的基礎上改變了調制脈沖方式，脈沖寬度時間占空比按正弦規率排列，這樣輸出波形經過適當的濾波可以做到正弦波輸出，LC濾波模塊用來給諧波補償，采用光電耦合器可以將MCU控制信號與電壓采樣信號進行有效的隔離，能避免信號干擾、保證儀器采集數據準確、能將控制信號與電壓采樣信號進行有效隔離、提高采樣精度。

附圖說明

為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動性的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發明具有穩壓隔離功能的純正弦波逆變器一個實施例中的結構示意圖；

圖2為所述實施例中電壓采樣模塊的電路原理圖。

具體實施方式

下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。

在本發明具有穩壓隔離功能的純正弦波逆變器實施例中，該具有穩壓隔離功能的純正弦波逆變器的結構示意圖如圖1所示。圖1中，該具有穩壓隔離功能的純正弦波逆變器包括電源輸入模塊1、輸入隔離模塊2、PWM調制模塊3、變壓整流濾波模塊4、SPWM驅動模塊5、LC濾波模塊6、正弦波發生器7、MCU8和電壓采樣模塊9，其中，輸入隔離模塊2的輸入端與電源輸入模塊1的一輸出端連接，輸入隔離模塊2的輸出端與PWM調制模塊3的輸入端連接，變壓整流濾波模塊4的輸入端與PWM調制模塊3的輸出端連接，SPWM驅動模塊5的一輸入端與變壓整流濾波模塊4的輸出端連接，LC濾波模塊6的輸入端與SPWM驅動模塊5的輸出端連接，正弦波發生器7的輸入端與LC濾波模塊6的輸出端連接，電壓采樣模塊9的輸入端與電源輸入模塊1的另一輸出端連接，MCU8的一輸入端與電壓采樣模塊9的輸出端連接。采用MCU8的好處是簡單、便宜。

值得一提的是，SPWM就是在PWM的基礎上改變了調制脈沖方式，脈沖寬度時間占空比按正弦規率排列，這樣輸出波形經過適當的濾波可以做到正弦波輸出，其中PWM就是脈沖寬度調制。本實施例中的LC濾波模塊6是由電感、電容和電阻等組合而成，用來進行諧波補償。這樣就能產生純正弦波，能避免信號的干擾，保證儀器采集數據的準確度。

圖2是本實施例中電壓采樣模塊的電路原理圖。本實施例中，電壓采樣模塊9包括依次連接的整流電路、電壓比較電路、光電耦合器U1、電壓轉換電路和平滑濾波電路；其中，電壓比較電路包括電壓比較器U2、第一電阻R1、第二電阻R2、第三電阻R3、第四電阻R4、第五電阻R5、第六電阻R6、第一電容C1、第二電容C2和第一穩壓管ZD1，電壓比較器U2的同相輸入端通過第五電阻R5分別與第一電阻R1的一端和第二電阻R2的一端連接，第五電阻R5用于對電壓比較器U2的同相輸入端進行限流，第一電阻R1的另一端與整流電路的正極輸出端連接，電壓比較器U2的反相輸入端通過第六電阻R6分別與第三電阻R3的一端、第四電阻R4的一端和第一電容C1的一端連接，第六電阻R6用于對電壓比較器U2的反相輸入端進行限流，第三電阻R3的另一端連接第一電壓源VDD1，第二電阻R2的另一端、第四電阻R4的另一端和第一電容C1的另一端均與整流電路的負極輸出端連接，電壓比較器U2的一個引腳分別與第一電壓源VDD1和第二電容C2的一端連接，第二電容C2的另一端與整流電路的負極輸出端連接，電壓比較器U2的輸出端分別與第一穩壓管ZD1的陰極和光電耦合器U1中發光二極管的陽極連接，第一穩壓管ZD1的陽極與整流電路的負極輸出端連接，第一穩壓管ZD1用于對電壓比較器U2的輸出端輸出的電壓信號進行穩壓，光電耦合器U1中光敏三極管的集電極與電壓轉換電路連接。通過采用光電耦合器U1進行隔離，可以將控制信號與采樣信號進行有效的隔離，有效避免了外電壓電網對控制信號的影響，其控制精度較高，采樣誤差較小。

本實施例中，電壓采樣模塊9還包括第八電阻R8，電壓比較器U2的輸出端還與第八電阻R8的一端連接，第八電阻R8的另一端與第一電壓源VDD1連接。

本實施例中，電壓轉換電路包括三極管Q1、第九電阻R9和第十電阻R10，三極管Q1的基極與光電耦合器U1中光敏三極管的集電極連接，三極管Q1的基極還通過第九電阻R9連接第二電壓源VDD2，三極管Q1的集電極通過第十電阻R10連接第二電壓源VDD2，三極管Q1的發射極接地，即第二電壓源VDD2的負極。

本實施例中，平滑濾波電路包括第十一電阻R11、第十二電阻R12、第十三電阻R13、第三電容C3和第四電容C4；其中，第十一電阻R11的一端與三極管Q1的集電極連接，第十一電阻R11的另一端分別與第十二電阻R12的一端和第三電容C3的一端連接，第十二電阻R12的另一端、第十三電阻R13的一端和第四電容C4的一端均連接電壓輸出端Vo，第三電容C3的另一端、第十三電阻R13的另一端和第四電容C4的另一端均接地。為了保護MCU8，該電壓采樣模塊9還包括第二穩壓管ZD2，相當于在平滑濾波電路的輸出端并聯第二穩壓管ZD2，第二穩壓管ZD2的陰極連接電壓輸出端Vo，第二穩壓管ZD2的陽極接地。將平滑濾波電路的電壓輸出端Vo與MCU8的一輸入端連接，使經平滑濾波后的電壓采樣信號送到MCU8進行處理，MCU8便能根據所得到的采樣信號輸出相應的指令，有效地保護電器設備。

本實施例中，整流電路包括第一二極管D1、第二二極管D2、第三二極管D3和第四二極管D4，第一二極管D1、第二二極管D2、第三二極管D3和第四二極管D4組成橋式整流電路，第一二極管D1的陽極和第四二極管D4的陰極均與交流電的火線ACL連接，第二二極管D2的陽極和第三二極管D3的陰極均與交流電的零線ACN連接，第一二極管D1的陰極和第二二極管D2的陰極連接后作為整流電路的正極輸出端，第三二極管D3的陽極和第四二極管D4的陽極連接后作為整流電路的負極輸出端。

本實施例中，當電網電壓(如220V/50Hz)經過整流電路整流后得到脈動的全波電壓信號，第一電阻R1和第二電阻R2對其進行分壓，第二電阻R2上的電壓作為采樣電壓，第四電阻R4上的電壓作為基準電壓。電壓比較器U2的輸出端輸出的方波信號驅動光電耦合器U1工作，光電耦合器U1中光敏三極管的集電極輸出的信號經過電壓轉換電路和平滑濾波電路的平滑濾波處理后，得到的直流信號輸入到MCU8進行處理。當電網電壓發生變化時，電壓比較器U2的輸出端的輸出信號也發生變化，相應地，經電壓轉換和平滑濾波處理后得到的直流信號也隨之變化，MCU8便能根據所得到的電壓采樣信號輸出相應的指令，有效地保護電器設備。

本實施例中，該具有穩壓隔離功能的純正弦波逆變器還包括電流采樣模塊10和顯示模塊11，電流采樣模塊10的輸入端與PWM調制模塊3的另一輸出端連接，電流采樣模塊10的輸出端與MCU8的另一輸入端連接，MCU8的輸出端與顯示模塊11的輸入端連接。通過顯示模塊11可以直觀的看出電壓和功率。

具體的，本實施例中，經電壓采樣模塊9采集電源輸入模塊1的輸入電壓，再經MCU8控制顯示模塊11顯示出電壓值；顯示模塊11還可以用來顯示輸出功率，經電流采樣模塊10采集脈沖寬度調制后的電流，再由MCU8運算出功率，驅動顯示模塊11顯示功率；MCU8還可以用來檢測各模塊的工作狀態是否正常，當MCU8檢測到某個模塊的工作狀態不正常時，可以驅動顯示模塊11顯示錯誤提示。只需要根據需要，可以了解到輸入電壓的數值、輸出功率的數值以及該具有穩壓隔離功能的純正弦波逆變器的工作狀態是否正常，可以使工作人員對整個系統有很好地掌握。

本實施例中，該具有穩壓隔離功能的純正弦波逆變器還包括輸出電壓檢測模塊12，輸出電壓檢測模塊12的一輸入端與SPWM驅動模塊5的另一輸出端連接，輸出電壓檢測模塊12的另一輸入端與正弦波發生器7的輸出端連接。可以實時對正弦波發生器7進行電壓反饋，檢測電壓是否滿足需要，再調節SPWM驅動模塊5來改變脈沖，達到需要的電壓，也就是說讓該具有穩壓隔離功能的純正弦波逆變器最后獲得的電壓能滿足需要。

總之，在本實施例中，將該具有穩壓隔離功能的純正弦波逆變器用在醫療設備，軍用設備上時，不會產生信號的干擾，儀器測得的數據的準確性也得到很大的提高。

以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，并不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。