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你好!能不能給評論一這款逆變器呢單相正弦脈寬調(diào)制逆變器的設(shè)計 文章作者:朱代祥張代潤彭協(xié)華文章類型:設(shè)計應(yīng)用文章加入時間:2004年5月7日22:26文章出處:電源技術(shù)應(yīng)用 -------------------------------------------------------------------------------- 摘要:論述了單相正弦波逆變器的工作原理,介紹了SG3524的功能及產(chǎn)生SPWM波的方法,對逆變器的控制及保護(hù)電路作了詳細(xì)的介紹,給出了輸出電壓波形的實驗結(jié)果. 關(guān)鍵詞:逆變器;正弦波脈寬調(diào)制;場效應(yīng)管引言當(dāng)鐵路、冶金等行業(yè)的一些大功率非線性用電設(shè)備運行時,將給電網(wǎng)注入大量的諧波,導(dǎo)致電網(wǎng)電壓波形畸變.根據(jù)我們的實驗觀察,在發(fā)生嚴(yán)重畸變時,電壓會出現(xiàn)正負(fù)半波不對稱,頻率也會發(fā)生變化.這樣的供電電壓波形,即使是一般的電力用戶,也難以接受,更無法用其作為檢修、測試的電源.同時,在這種情況下,一般的穩(wěn)壓電源也難以達(dá)到滿意的穩(wěn)壓效果.為此,我們設(shè)計了該逆變電源.其控制電路采用了2片集成脈寬調(diào)制電路芯片SG3524,一片用來產(chǎn)生PWM波,另一片與正弦函數(shù)發(fā)生芯片ICL8038做適當(dāng)?shù)倪B接來產(chǎn)生SPWM波.集成芯片比分立元器件控制電路具有更簡單、更可靠的特點和易于調(diào)試的優(yōu)點.圖1系統(tǒng)主電路和控制電路框圖1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及框圖圖1示出了系統(tǒng)主電路和控制電路框圖.交流輸入電壓經(jīng)過共模抑制環(huán)節(jié)后,再經(jīng)工頻變壓器降壓,然后整流得到一個直流電壓,此電壓經(jīng)過Boost電路進(jìn)行升壓,在直流環(huán)上得到一個符合要求的直流電壓350V(50Hz/220V交流輸出時).DC/AC變換采用全橋變換電路.為保證系統(tǒng)可靠運行,防止主電路對控制電路的干擾,采用主、控電路完全隔離的方法,即驅(qū)動信號用光耦隔離,反饋信號用變壓器隔離,輔助電源用變壓器隔離.過流保護(hù)電路采用電流互感器作為電流檢測元件,其具有足夠快的響應(yīng)速度,能夠在MOS管允許的過流時間內(nèi)將其關(guān)斷.2控制及保護(hù)電路為了降低成本,使用兩塊集成PWM脈沖產(chǎn)生芯片SG3524和一塊函數(shù)芯片ICL8038,使得控制電路簡潔,易于調(diào)試.2.1SG3524的功能及引腳圖2所示為SG3524的結(jié)構(gòu)框圖和引腳圖.SG3524工作過程是這樣的:直流電源Vs從腳15接入后分兩路,一路加到或非門;另一路送到基準(zhǔn)電壓穩(wěn)壓器的輸入端,產(chǎn)生穩(wěn)定的+5V基準(zhǔn)電壓.+5V再送到內(nèi)部(或外部)電路的其他元器件作為電源. 振蕩器腳7須外接電容CT,腳6須外接電阻RT.振蕩器頻率f由外接電阻RT和電容CT決定,f=1.18/RTCT.本設(shè)計將Boost電路的開關(guān)頻率定為10kHz,取CT=0.22μF,RT=5kΩ;逆變橋開關(guān)頻率定為5kHz,取CT=0.22μF,RT=10kΩ.振蕩器的輸出分為兩路,一路以時鐘脈沖形式送至雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器及兩個或非門;另一路以鋸齒波形式送至比較器的同相端,比較器的反向端接誤差放大器的輸出.誤差放大器實際上是個差分放大器,腳1為其反向輸入端;腳2為其同相輸入端.通常,一個輸入端連到腳16的基準(zhǔn)電壓的分壓電阻上(應(yīng)取得2.5V的電壓),另一個輸入端接控制反饋信號電壓.本系統(tǒng)電路圖中,在DC/DC變換部分,SG35241芯片的腳1接控制反饋信號電壓,腳2接在基準(zhǔn)電壓的分壓電阻上.誤差放大器的輸出與鋸齒波電壓在比較器中進(jìn)行比較,從而在比較器的輸出端出現(xiàn)一個隨誤差放大器輸出電壓高低而改變寬度的方波脈沖,再將此方波脈沖送到或非門的一個輸入端.或非門的另兩個輸入端分別為雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和振蕩器鋸齒波.雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的兩個輸出端互補,交替輸出高低電平,其作用是將PWM脈沖交替送至兩個三極管V1及V2的基極,鋸齒波的作用是加入了死區(qū)時間,保證V1及V2兩個三極管不可能同時導(dǎo)通.最后,晶體管V1及V2分別輸出脈沖寬度調(diào)制波,兩者相位相差180°.當(dāng)V1及V2并聯(lián)應(yīng)用時,其輸出脈沖的占空比為0%~90%;當(dāng)V1及V2分開使用時,輸出脈沖的占空比為0%~45%,脈沖頻率為振蕩器頻率的1/2,在本系統(tǒng)電路圖(圖1)中,兩塊SG3524都為并聯(lián)使用.當(dāng)腳10加高電平時,可實現(xiàn)對輸出脈沖的封鎖,進(jìn)行過流保護(hù). 2.2利用SG3524生成SPWM信號按照上述SG3524的工作原理,要得到SPWM波,必須得有一個幅值在1~3.5V,按正弦規(guī)律變化的饅頭波,將它加到SG35242內(nèi)部,并與鋸齒波比較,就可得到正弦脈寬調(diào)制波.我們設(shè)計的控制電路框圖,以及實際電路各點的波形,如圖3所示.正弦波電壓ua由函數(shù)發(fā)生器ICL8038產(chǎn)生.ICL8038引腳和具體的接法如圖4所示.正弦波的頻率由R1,R2和C來決定,f=,為了調(diào)試方便,我們將R1及R2都用可調(diào)電阻,R2和R是用來調(diào)整正弦波失真度用的.在實驗中我們測得當(dāng)f=50Hz時,R1+R2=9.7kΩ,其中C=0.22μF.正弦波信號產(chǎn)生后,一路經(jīng)過精密全波整流,得到饅頭波uc,另一路經(jīng)過比較器得到與正弦波同頻率,同相位的方波ub.uc與1V基準(zhǔn)經(jīng)過加法器后得到ud,ud輸入到SG35242的腳1,腳2與腳9相連,這樣ud和鋸齒波將在SG35242內(nèi)部的比較器進(jìn)行比較產(chǎn)生SPWM波ue.分相電路用一塊二輸入與門74LS08和一塊單輸入非門74LS05所組成.ub和ue加到分相電路后就可以得到驅(qū)動信號uf和ug,再將uf和ug加到MOS管驅(qū)動電路的光耦原邊,就可以實現(xiàn)正弦脈寬調(diào)制.2.3驅(qū)動電路設(shè)計設(shè)計的驅(qū)動電路如圖5所示,它由驅(qū)動脈沖放大和5V基準(zhǔn)兩部分組成.脈沖放大包括光耦Vo1,R1和R2,中間級的VT1,推挽輸出電路VT2和VT3,對高頻干擾信號進(jìn)行濾波的C1;5V基準(zhǔn)部分包括R4,VZ1和C2,它既為MOS管提供-5V的偏置電壓,又為輸入光耦提供副邊電源.其工作原理是:1)當(dāng)光耦原邊有控制電路的驅(qū)動脈沖電流流過時,光耦導(dǎo)通,使VT1基極電位迅速下降,VT1截止,導(dǎo)致VT2導(dǎo)通,VT3截止,電源通過VT2,柵極電阻R5,使MOS管導(dǎo)通;2)當(dāng)光耦原邊無控制電路的驅(qū)動脈沖電流流過時,光耦不導(dǎo)通,使VT1基極電位上升,VT1導(dǎo)通,導(dǎo)致VT3導(dǎo)通,VT2截止,MOS管柵極電荷通過VT3,柵極電阻R5迅速放電,-5V偏置電壓使之可靠地關(guān)斷; 3)電阻R5和穩(wěn)壓管VZ2,VZ3用以保護(hù)MOS管柵極不被過高的正、反向電壓所損壞;4)光耦Vo1采用組合光敏管型光耦6N136,具有光敏二極管響應(yīng)速度快,線性特性好,電流傳輸大的優(yōu)點,能滿足實驗的要求.2.4過流保護(hù)電路過流保護(hù)是利用SG3524的腳10加高電平封鎖脈沖輸出的功能.當(dāng)腳10為高電平時,SG3524的腳11及腳14上輸出的脈寬調(diào)制脈沖就會立即消失而成為零.過流信號取自電流互感器(對SG35241芯片串接在工頻變壓器的副邊,對SG35242芯片串接在濾波電路前),經(jīng)整流后得到電流信號加至如圖6所示過流保護(hù)電路上.過流信號加至電壓比較器LM339的同相端.當(dāng)過流信號使同相端電平比反相端參考電平高時,比較器將輸出高電平,則二極管D2將從原來的反向偏置狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)檎驅(qū)?并把同相端電位提升為高電平,這一變化將使得電壓比較器一直穩(wěn)定輸出高電平封鎖脈沖,則Boost電路停止工作,在正常狀態(tài)下,比較器輸出零電平,不影響B(tài)oost電路工作.2.5反饋調(diào)壓電路反饋調(diào)壓電路圖如圖7所示.當(dāng)逆變器正常工作時,逆變器的輸出信號接反饋變壓器,其二次電壓經(jīng)整流,濾波,分壓得到反饋電壓uo,顯然,uo的大小正比于逆變器的輸出電壓.調(diào)節(jié)W1可調(diào)節(jié)負(fù)反饋電壓的大小,從而調(diào)節(jié)逆變器輸出電壓的幅值.uo控制信號被送到SG35241芯片的誤差放大器的反相端腳1.誤差放大器的同相端腳2接參考電平.這樣,SG3524的輸出脈沖的占空比就受到反饋信號的控制.調(diào)節(jié)過程是這樣的,當(dāng)逆變器輸出因突加負(fù)載而降低時,它會使加在SG35241的腳1的輸入反饋電壓下降,這會導(dǎo)致SG35241輸出脈沖占空比增加,從而使得Boost電路輸出電壓升高,逆變橋的直流電壓升高,逆變器輸出交流電壓升高.反之亦然.可見,正是通過SG35241的脈寬調(diào)制組件的控制作用,實現(xiàn)了整個逆變器的輸出自動穩(wěn)壓調(diào)節(jié)功能. 3逆變器的實驗結(jié)果按本設(shè)計的SPWM逆變器方案試制了樣機,其額定輸出功率為300W,濾波器參數(shù)取L=0.7mH,C=5μF,濾波效果較好,樣機的輸出電壓如圖8所示.從直觀看,電壓波形正弦度較好(因條件所限,尚未測試THD).用此樣機帶負(fù)載運行,效果較好.實驗表明,本文提出的系統(tǒng)方案是切實可行的,可以用在鐵路、冶金等大功率非線性用電設(shè)備附近,作為對電網(wǎng)輸入電壓要求較高的一類負(fù)載(如檢修、測試設(shè)備)的電源.另外,為了滿足客戶的要求,本電路還可以提供60Hz/110V的正弦電?