逆变器原理

逆变器原理介绍

一、 慨述

EA系列电力逆变器主要针对电力控制系统的特点设计制造，以满足系统中电脑等终端设备的供电需求，主要应用于：

1、各类数字通信设备的后台管理设备，包括终端设备、监控设备、计费设备等。

2、信息网络系统的服务器、智能平台，电力控制系统的仪器仪表等。

3、适用于一切DC110/220V作为主供电源，同时又有其它通信设备需要AC220V供电的场合。

EA系列电力逆变器为直流/交流转换电源，采用SPWM技术，输出纯正弦波。要求有直流输入过、欠压保护，直流输入极性接反保护，交流输出过电压、过载、短路保护，机内过热保护等一系列保护措施，使电源的各项性能指标和可靠性具有足够的技术保证。

EA系列电力逆变器的直流输入为DC110/220V，功率等级为1kVA、2kVA、3kVA。

具体的技术指标如下：

a.输入直流电压范围：80V/160V150V/300V

b.输入交流电压范围：187V242V

c.输出电压：220V5%

d.输出频率：50Hz1%

e.输出功率：1000VA

f.波形失真：5%

g.效率：85%

h.功率因数：1kVA /0.8、2kVA /0.7、3kVA /0.7

i.转换时间：5ms

二、系统框图及工作原理

ＤＣ２２０Ｖ逆变器逆变与市电转换电路负载ＡＣ２２０Ｖ降压整流控制和驱动电路取样电路辅助电源

图1 EA系列电力逆变器工作原理框图

如图1所示，EA系列电力逆变器主要由市电输入的降压整流电路、辅助电源电路、逆变器、控制和驱动电路、逆变与市电转换电路、取样电路等组成。其工作原理如下，市电

一方面经过降压整流和输入的直流互锁后给辅助电源供电（注意市电经过降压整流后并不给逆变器供电），另一方面直接到取样电路和逆变与市电转换电路，在市电正常的情况下，经取样电路给控制和驱动电路送出一市电正常信号，控制和驱动电路在此信号作用下控制逆变与市电转换电路使市电直接向负载供电。辅助电源产生稳定的DC24V电源给控制和驱动电路供电。逆变器将DC220V转换成正弦波交流电。取样电路取样逆变输出电压、逆变输出电流和市电电压信号给控制和驱动电路。控制和驱动电路在取样信号作用下一方面控制逆变器工作，另一方面控制逆变与市电转换电路使其在市电正常时由市电给负载供电，市电不正常时由逆变器给负载供电。

三、 控制电路设计

1234561、 PWM调制脉冲形成 DR011+12V8R012VREFAC/LR136R001RJ1C036VREFR00275VREFCC02R033R007RJ2C16VREFR051+12VVREFR059R038R039R050U06B576电电电电电电JP06/5GNDGNDR065C17VREFC21GND3R052C1921R041R040R061R060C22R0326R0375U02B7U01BR005R031GNDC06R036R049R006C0523R010U01A1C094R034+12V+12VC188JP06/6U06AR066PWM4C20BR064 图2 PWM调制脉冲形成电路 ATitle如图2所示，本逆变器采用自适应调制法控制原理来产生逆变器所需要的脉宽调制脉SizeBDate:File:12345Number26-Mar-2003E:\\电电电电电\\PowerSysInverter.ddbSheet of Drawn By:6

冲。U01B与其外围电路R136、R001、RJ1、R006、R002、R007、C02、C03组成50Hz方波发生器，其产生的方波信号送到由U01A及其外围电路R010、R011、R012、C05、C06等组成的正弦波发生器产生标准正弦波。电位器RJ1用于调节标准正弦的频率，也可调节标准正弦波与市电的同步。电位器RJ2用于调节额定输出电压值。U02B与其外围电路R034、R036、R037、R049组成的电路产生一个具有较小幅度的恒定电压Δ，当U06A1脚的脉冲为高电平时，产生的为-Δ；当U06A1脚的脉冲为低电平时，产生的为+Δ，此恒定电压与标准正弦叠加，产生两路V+Δ和V-Δ的新的50Hz正弦波基准信号。这两路正弦波基准信号与逆变器输出端反馈回来的准正弦波信号比较，就能产生脉宽调制脉冲PWM。

在没有市电取样电压AC/L和逆变输出取样电压JP06/6的情况下，各点波形如下：

V17.5VV22V6V20mS0V0V20mStt

图3 U01B6脚波形 图4 U01B7脚波形

V17.5VV17.5V6V10mS10mS0V8Vt0V20mSt

图5 U01B5脚波形 图6 U01A1脚波形

V22V0V20mSt

图6 U06A1脚波形

值得注意的是，以上波形是在没有市电取样电压AC/L和逆变输出取样电压JP06/6的情况下测的，如果在逆变器正常工作的情况下即有市电取样电压AC/L和逆变输出取样电压JP06/6的情况下，U06A1脚的波形应该是脉冲有宽有窄，且脉宽在不断变化，与SPWM调制波形类似。

1234562、 高频载波的加入 DD+12VR0186R020R021+12VC105U05B7R019R01365R014+12VU04B7R016R0172+12V8U07A13D29R022JCT/5U1BR023JCT/6JCT/7675GNDGND2VREFCR01513U05AGNDGNDD26+12V+12VD26R044R04565C12+12V48GNDU07B7D1GNDJCT/5312JCT/4R2Q1U2AJCT/3R4Q2C2R9+12V8C8GNDR075D28GNDD27VREFRO76324GNDU09A1R079R081TO/DRIVE14U8A312U08BR042R043+12VGNDD3GNDR64GND6U09B7R082R080TO/DRIVE2+12VR7R875D2U2BR5867VREF5R078GNDR07756+12VGND4 BB图7 高频载波形成电路 APWM调制脉冲加到U08A3脚，一方面U08A组成的射极跟随器送到U09的2脚和TitleA5脚，形成两个完全反相的脉冲TO/DRIVE1、TO/DRIVE2；同时通过U08及其外围电路SizeBNumberDate:File:29-Mar-2003E:\\电电电电电\\PowerSysInverter.ddbSheet of Drawn By:123456Revision

R042、R043、D27、D28形成一个占空比很大，频率为100Hz的脉冲，经过U05、U07、U04及其外围电路进行幅值调整和阻抗匹配之后，给JCT板上U2的3脚送一个占空比很大，频率为100Hz的脉冲，此信号与U2的2脚的频率为20kHz的三角波进行比较，在JCT/3处形成高频载波。

在没有市电取样电压AC/L和逆变输出取样电压JP06/6的情况下，各点波形如下：

V22VV19V12V0V10mS9Vt0V10mSt

图8 U05A1脚波形 图9 U07A1脚波形

V6VV6.3V2.1V52uS0V2.8V0V10mStt

图10 U2A2脚波形 图11 U2A3脚波形

V24V0V10mSt

图12 JCT/3波形 1234563、 驱动脉冲的形成 DD+24V+24VC44C45R116JCT/3R0251kU10B576LM393TO/DRIVE1U11BC675LM393+24VR11420kR113GND31GNDGND30.1J/100VGND1k+24VC42C4310UF/63V36N1366N136R112U10A312LM39320kR110R109GND31GNDGND3C46+24VU150.1J/100V2GND3R1171kLM3936N1366N1365GND1JE172876R1195.1k5.1k5GND2JE17210k5.1kQ13JE182R115100R125Q1410GND3DRV4R12610kC49+24V2U16876R1225.1kQ09JE182R121100R129Q1010GND2DRV1R130VCC2C50C510.1J/100V10UF/63VC0.1J/100V10UF/63VJE172R1208Q15JE182R1111000.1J/100VR123Q1610GND3DRV3R12410kVCC1GND24JE172TO/DRIVE2GNDGNDC47Q110.1J/100VJE182R118100R127Q1210GND1DRV2R12810kBC4810UF/63V4U11A2B3R0282k+24VGND18GND1 图13 驱动脉冲形成电路 ATitleA如图13所示，主开关管的两个下管由JCT/3信号分别与TO/DRIVE1、TO/DRIVE2SizeBNumberDate:File:2-Apr-2003 E:\\电电电电电\\EA-1000D.ddb12345RevisionSheet of Drawn By:6比较后产生的脉冲经过Q13/Q14、Q15/Q16放大驱动。主开关管的两个上管由JCT/3信号分别与TO/DRIVE1、TO/DRIVE2比较后产生的脉冲经过光耦隔离，然后经过Q09/Q10、Q11/Q12放大驱动。

在没有市电取样电压AC/L和逆变输出取样电压JP06/6的情况下，各点波形如下：

VV24V16V9V10mS0V10mS10mS0Vtt

图14 U10A3脚波形 图15 U10A2脚波形

V18.5V0V10mS10mSt

图16 U10A1脚波形

2四、 保护电路 34561、 输出过高压保护和过温保护 DC25GND10UF/63V+24VR15820kR156GND20kR068R05810kR057510kR072300VREFR0562k56LM393R069125kGNDR054VREF15kR055GNDVREF24kR03520k32LM393C2410UF/63VD33IN4148+24V+24VR05320kD32D26IN414820kC010.1J/100VR003GND20k32LM393C2310N/100VGNDGND+24VU03B7电电电电电JP09XH-2AY21R004D31JP06/6IN40078电电电电U02A1R0703kJP07/6C8电电电电U03A1R0713kJP07/5D2644GND 图17 输出过高压保护和过温保护电路 B2345678 如图17所示，输出取样电压经D31、R057、R058、R069、C24整流、滤波、分压D后与基准电压比较，如果输出电压高于某一值，U03B7脚变低，一方面通过D32封锁驱动脉冲，使逆变器停止工作，蜂鸣器告警；另一方面使面板上的故障LED亮，工作LED熄灭。当散热器上温度过高时，温度继电器闭合，使U03A2脚的电压高于3脚，这样，U03A1脚为低，一方面通过D32封锁驱动脉冲，使逆变器停止工作，蜂鸣器告警；另一方面使面C板上的故障LED亮，工作LED熄灭。 2、 直流高、低压保护 BD13DC+IN4007GNDR101100KR09910KR09530kR102100kJP1021XH-2AYR1005.1kGNDIN4148U12B6R091+24V14KR08351K75LM393RJ51K+24VR0982KC2710uF/100VD15GNDR09420k24U12AD1713IN4148LM393D268+24VR0961M电电R0853kJP07/4R084150kGNDD23IN4148Title NumberRevision2-Apr-2003 E:\\电电电电电\\EA-1000D.ddb7Sheet of Drawn By:8ASizeA3Date:File:2 图18 直流高、低压保护电路 3456如图18所示，直流取样电压经D13、R101、R100、R099、RJ5、C27滤波、分压后与基准电压比较，如果直流电压高于某一值或低于某一值，U12的1或7脚变低，一方面通过D17封锁驱动脉冲，使逆变器停止工作，蜂鸣器告警；另一方面使面板上的偏压LED亮，工作LED熄灭。

3、交流输入电压高、低压保护

DR148+24V10kR149GND10kRJ710KD40IN4148R1441M+24V5.1kU17BD35IN4148D261N4148LM393D34IN4148R1501M3+24VQ242N4401GND+24VRD1GND+24VR15620kD36IN4007+24VU19B576LM393+12VXH-2AYJP0812GND3kR1531U19ALM39376LM393+24VGNDD38IN4148R154R15820k5R1392KR138200KR14051KD39C5910UF/50VGNDR137200KIN4148+24V76D43R1431MR15720k24R1591k电电电电电电C8U17AD411N4007AC/L3+24VR14110KRJ6103R142GND10k12LM3931N4148C6510uF/50V+24V20kR145GNDGNDGND51kR147D425U18BC600.1uF/100v48 图19 交流输入电压高、低压保护电路 B如图19所示，交流输入电压取样电压经D41、R137、R138、R140、C59整流、滤波、分压后与基准电压比较，如果交流输入电压高于某一值或低于某一值，U17的1或72345脚变低，进一步使U19的1、7脚变高，使继电器RL1、RL2动作，逆变器处于逆变工作A状态，同时使面板上的市电正常LED熄灭。如果交流输入电压处于正常状态，U17的1或TitleSizeBNumberRevision7脚变高，进一步使U19的1、7脚变低，继电器RL1、RL2不动作，逆变器处于市电工Date:File:2-Apr-2003 E:\\电电电电电\\EA-1000D.ddb2345Sheet of Drawn By:6作状态，同时使面板上的市电正常LED亮。 4、输出过载保护 C3010N/100VD14IN4148+24VR09720k+24VJP07/1D19IN4007CS1CS2R090D21IN4007D22150IN4007R0871MC290.1J/100VD20IN4007R088100kR089150RJ4503R09215k3GNDR09324kD188U13AD1612LM393IN4148电电R0863kU13B76LM393C310.1J/100VGNDJP07/3D26C2810UF/63V5GND4IN4007VREFGND

图20 输出过载保护电路

如图20所示，负载电流取样信号经整流、滤波、分压后与基准电压比较，如果负载电流高于某一值，U13的7脚变低，一方面通过D16封锁驱动脉冲，使逆变器停止工作，蜂鸣器告警；另一方面使面板上的过载LED亮，工作LED熄灭。

5、 输出短路保护

如图7所示，U1B5、6脚在正常情况下，加一个偏压使U1B7脚保持为高，如果输出短路，取样的输出电流信号与偏压抵消，U1B7脚迅速变低，关断驱动脉冲，使逆变器停止工作。