第一篇：基于SG3525設(shè)計單相正弦波SPWM逆變電源

摘 要

本論文所需單相正弦波SPWM逆變電源的設(shè)計采用了運算放大器、二極管、功率場效應(yīng)管、電容和電阻等器件來組成電路。

逆變電源是一種采用電力電子技術(shù)進行電能變換的裝置，它從交流或直流輸入獲得穩(wěn)壓恒頻的交流輸出。通過對電路的分析，參數(shù)的確定選擇出一種最適合的方案。輸出頻率由電壓控制，波形幅值由電阻確定。

本論文以SG3525驅(qū)動芯片為核心，完成了單相正弦波SPWM逆變電源的參數(shù)設(shè)計，并利用所得結(jié)果，完成了實際電路的連接，通過調(diào)試與分析，驗證了設(shè)計的正確性。

關(guān)鍵詞: SPWM,SG3525 I II

Title: Design of Sine Wave Inverter Power Supply By SG3525 Applicant: Cao Lei Speciality: Electrical Engineering And Automation

ABSTRACT

Design of sine wave inverter power supply by SG3525 was designed using operational amplifier,diodes,transistors,zener diodes,the capacitor and resistor voltage devices such as to constitute circuit.Inverter power supply is one kind of power electronics process transformation of electrical energy device.It alternating voltage or volts d.c input to acquire voltage stabilization constant amplitude the alternating voltage output.Get through the circuit analytical.To ensure the parameter to chose one kind of best fit program.The output frequence is confirmed by voltage and resistance ect.The thesis use SG3525 as a core to achieve design of sine wave inverter power supply.Take the advantage of the result to achieve circuit ligature.Get through the debug to check the validity.KEY WORDS： SPWM，SG3525 III

IV

目 錄

1緒論..............................................................1 1.1逆變電源的發(fā)展背景............................................1 1.2逆變電源的研究現(xiàn)狀............................................1 1.3 設(shè)計的主要工作和難點..........................................3 1.3.1 設(shè)計的主要工作............................................3 1.3.2 論文的主要難點............................................5 2 SPWM逆變電源原理與應(yīng)用...........................................7 2.1 SPWM控制原理................................................7 2.2 SPWM控制的發(fā)展前景..........................................8 2.3本章小結(jié)......................................................8 3 硬件電路的設(shè)計....................................................9

3.1SG3525介紹..................................................9 3.2 文氏電橋振蕩電路...........................................11 3.3移位電路分析................................................13 3.4 逆變電路的工作原理分析.....................................13 3.5 本章小結(jié)...................................................14 4 系統(tǒng)的檢測與分析.................................................15 4.1正弦發(fā)生器部分的調(diào)試........................................15 4.2逆變部分及整體運行結(jié)果......................................16 5結(jié)論與展望.......................................................19 致謝...............................................................21 參考文獻...........................................................23

I

II

1緒論

1.1逆變電源的發(fā)展背景

逆變電源是一種采用電力電子技術(shù)進行電能變幻的裝置，它從交流或直流輸入獲得穩(wěn)壓恒頻的交流輸出。逆變電源技術(shù)是一門綜合性的專業(yè)技術(shù)，它橫跨電力、電子、微處理器及自動控制等多學(xué)科領(lǐng)域，是目前電力電子產(chǎn)業(yè)和科研的熱點之一。逆變電源廣泛應(yīng)用于航空、航海、、電力、鐵路交通、郵電通信等諸多領(lǐng)域。

逆變電源的發(fā)展是和電力電子器件的發(fā)展聯(lián)系在一起的，器件的發(fā)展帶動著逆變電源的發(fā)展。逆變電源出現(xiàn)于電力電子技術(shù)飛速發(fā)展的20世界60年代，到目前為止，它經(jīng)歷了三個發(fā)展階段。

第一代逆變電源是采用晶閘管（SCR）作為逆變器的開關(guān)器件稱為可控硅逆變電源?？煽毓枘孀冸娫吹某霈F(xiàn)雖然可以取代旋轉(zhuǎn)型變流機組，但由于SCR是一種沒有自關(guān)斷能力的器件，因此必須增加換流電路來強迫關(guān)斷SCR，但換流電路復(fù)雜。噪聲大、體積大、效率低等原因卻限制了逆變電源的進一步發(fā)展。

第二代逆變電源是采用自關(guān)斷器件作為逆變器的開關(guān)器件。自20世紀(jì)70年代后期，各種自關(guān)斷器件想運而生，它們包括可關(guān)斷晶閘管（GTO）、電力晶閘管（GTR）、功率場效應(yīng)管（MOSFET）、絕緣柵雙極性晶體管（IGBT）等。自關(guān)斷器件在逆變器中的應(yīng)用大大提高了逆變電源的性能

第三代逆變電源實時反饋控制技術(shù)，使逆變電源性能得到提高。實時反饋控制技術(shù)是針對第二代逆變電源非線性負(fù)載適應(yīng)性不強及動態(tài)特性不好的的缺點提出來的，它是最近十年發(fā)展起來的的新型電源控制技術(shù)，目前仍在不斷完善和發(fā)展之中，實時反饋控制技術(shù)的采用使逆變電源的性能有了質(zhì)的飛躍。

1.2逆變電源的研究現(xiàn)狀

最初的逆變電源采用晶閘管（SCR）作為逆變器的開關(guān)器件，稱為可控制逆變電源。由于SCR是一種有關(guān)斷能力的器件，因此必須通過增加換流電路來強迫關(guān)斷SCR，SCR的換流電路限制的逆變電源的進一步發(fā)展。隨著半導(dǎo)體技術(shù)和交流技術(shù)的發(fā)展，有關(guān)斷能力的電力電子器件脫穎而出，相繼出現(xiàn)了電力晶體管（GTR）、可關(guān)斷晶閘管（GTO）、功率場效應(yīng)晶體管（MOSFET）、絕緣柵雙極性晶體管（IGBT）等等，可關(guān)斷器件在逆變器中的應(yīng)用大大提高了逆變電源的性能，由于可關(guān)斷器件的使用，使得開關(guān)頻率得以提高，從而逆變橋輸出電壓中次諧波的頻率比較高，使輸出濾波器的尺寸得以減小，而且非線性負(fù)載的適應(yīng)性得以提高。最初，對于采用全控型器件的逆變電源在控制上普遍采用帶輸出電壓有效值或平均值反饋的PWM控制技術(shù)，其輸出電壓的穩(wěn)定是通過輸出電壓的有效值或平均值反饋控制的方法實現(xiàn)的。采用輸出電壓有效值或平均值反饋控制的方法是有 結(jié)構(gòu)簡單、容易實現(xiàn)的優(yōu)點，但存在以下缺點：(1)對線性負(fù)載的適應(yīng)性不強

(2)死區(qū)時間存在將使PWM波中含有不易濾掉的低次諧波，使輸出電壓出 現(xiàn) 波形畸變

(3)動態(tài)性能不好，負(fù)載突變時輸出電壓調(diào)整時間長

為了克服單一電壓有效值或平均值反饋控制方法的不足，實現(xiàn)反饋控制技術(shù)得以應(yīng)用，它是10年來發(fā)展起來的新型電源控制技術(shù)，目前仍在不斷的完善和發(fā)展之中，實時反饋控制技術(shù)的采用使逆變電源的性能有了質(zhì)的飛躍，實時反饋控制技術(shù)多種多樣，主要有以下幾種： 1.諧波控制原理

當(dāng)逆變電源的負(fù)載為整流負(fù)載時，由于負(fù)載電流中含有大量諧波，諧波電流 在逆變電源內(nèi)阻上壓的降致使逆變電源輸出電壓波形畸變,諧波補償控制可以較好的解決這一問題，尤其是在逆變橋輸出PWM波中加入特定諧波，可抵消負(fù)載電流中的諧波對輸出電壓波形的影響，減小輸出電壓的波形是畸變，而且這種方法只能由數(shù)字信號處理器來實現(xiàn)。

2.無差拍控制

1959年，Kalman首次提出了狀態(tài)變量的無差拍控制理論。1985年，GokhalePESC年會上提出將無差拍控制應(yīng)用于逆變控制，逆變器的無差拍控制才引起了廣泛的重視無差拍控制是一種基于微機實現(xiàn)的控制原理，這種控制方法根據(jù)逆變電源系統(tǒng)的狀態(tài)方程和輸出反饋信號來推算下一個采樣周期的開關(guān)時間，使輸出電壓在每個采樣點上與給定信號相等，無差拍控制的缺點是算法比較復(fù)雜，實現(xiàn)起來不太容易，它對系統(tǒng)模型的準(zhǔn)確性要求比較高。對負(fù)載大小的變化及負(fù)載性質(zhì)變化比較敏感，當(dāng)負(fù)載大小變化及負(fù)載性質(zhì)變化時不是獲得理想的正弦波輸出。3.重復(fù)控制

為了消除非線性負(fù)載對逆變器輸出的影響，在UPS逆變器控制中導(dǎo)入重復(fù)控制技術(shù)。重復(fù)控制是一種基于內(nèi)模原理的控制方法，它將一個基波周期的的偏差存儲起來，用于下一個基波周期的控制，經(jīng)過幾個周期基波周期的重復(fù)可達到很高的控制頻度。在這種控制方法中，加到控制對象的輸入信號除偏差信號外，還疊加了一個過去的控制偏差，這個過去的控制偏差實際上是一個基波周期忠的控制偏差，把上一個基波周期的偏差反映到現(xiàn)在，和現(xiàn)在的偏差一起加到控制對象進行控制，這種控制方式偏差好像在被重復(fù)使用，所以稱為重復(fù)控制。它的突出特點是穩(wěn)定性好、控制能力強但動態(tài)響應(yīng)速度慢，因此，重復(fù)控制一般都不單獨用于逆變器的控制，而是與其他控制方式結(jié)合共同實現(xiàn)整個系統(tǒng)性能。4.單一的電壓瞬時值反饋控制

這種控制方式的基本思想是把輸出電壓的瞬時反饋與給定正弦波進行比較，2

用瞬時偏差作為控制量，對逆變橋輸出PWM波進行動態(tài)調(diào)節(jié)，和傳統(tǒng)PWM控制方法相比，該方法能對PWM波進行動態(tài)調(diào)整，故系統(tǒng)快速性、抗擾性、對非線性負(fù)載的適應(yīng)性、輸出電壓的波形品質(zhì)等都比傳統(tǒng)PWM控制方法有所提高。這種方法的缺點就是穩(wěn)定性不好，特別是空載時。5.帶電流內(nèi)環(huán)的電壓瞬時值反饋控制

帶電流內(nèi)環(huán)的電壓瞬時值反饋控制方法是在單一的電壓瞬時值反饋控制方法的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的在這種方法中，不但引入輸出電壓的瞬時值反饋，還引入濾波電容電流的瞬時值反饋，電壓環(huán)是外環(huán)，內(nèi)流環(huán)具有將濾波電容電流或濾波電感電流改造為可控的電流源的作用，這一，控制輸入和輸出電壓之間就形成了具有單極點的傳遞函數(shù)，因而系統(tǒng)的穩(wěn)定性大大提高，克服了單一電壓瞬時值反饋控制系統(tǒng)空載容易震蕩的缺點。由于穩(wěn)定性的提高使得電壓調(diào)節(jié)器增益可以取比較大的值，所以突加負(fù)載或突卸負(fù)載時輸出電壓的動態(tài)性能大大提高，抗擾性能大大提高，對非線性負(fù)載的適應(yīng)能力也大大提高。

1.3 設(shè)計的主要工作和難點

1.3.1 設(shè)計的主要工作

本課題的研究設(shè)計，把它分成4個階段來進行完成：思路分析、體系結(jié)構(gòu)設(shè)計、硬件連接、系統(tǒng)調(diào)試。

首先設(shè)計正弦波信號發(fā)生器，正弦波信號發(fā)生器由文氏電橋振蕩電路和移位電路兩個部分組成如圖1-1所示

-12V10KRP15.1KR710KRP2R2R310KR10C3r810K10K00010K000104R6RP300R100R533kR9c2104104C1R433k文氏電橋振蕩電路移位電路 圖1-1 正弦波信號發(fā)生器

如圖所示把正弦波信號發(fā)生器產(chǎn)生的50HZ的正弦波送入SG3525芯片的9號管腳與SG3525芯片的5號管腳的鋸齒波進行比較，從而獲得SPWM信號，改變正弦波幅值，即改變M，就可以改變輸出電壓幅值，正常M≤1。

再次設(shè)計SPWM驅(qū)動電路如圖1-2所示，由正弦波發(fā)生器產(chǎn)生一50Hz、幅度可變的正弦波，送人SG3525的第9端，和SG3525的第5腳（鋸齒波）比較后，輸出經(jīng)調(diào)制（調(diào)制頻率約為10kHz）的SPWM波形，經(jīng)過到相器反相后，得到兩路互為反相的PWM驅(qū)動信號，分別驅(qū)動功率場效應(yīng)管VT1、VT2，使VT1、VT2交替導(dǎo)通，從而在高頻變壓器的副邊得到一SPWM波形，經(jīng)過LC濾波后，得到一50Hz的正弦波，幅度可通過電位器RP進行改變。

u0Y 軸O①②③④⑤π⑥⑦⑧ ⑨⑩2π(a)正弦電壓ωt u0PWM①②③④⑤(b)SPWM等效電壓Y 軸O∠θ1∠θ∠θ3∠θ24-Udα1=θ1α2∠θ5=θ2X 軸ωt圖1-2 SPWM逆變電路

1.3.2 論文的主要難點

我在做設(shè)計時候遇到難題是由于選擇正弦波振蕩電路的電阻參數(shù)錯誤和SPWM逆變電路調(diào)節(jié)RP在SG3525的9號管腳和SG3525芯片的5號管腳得不到相應(yīng)的信號輸出。最后在指導(dǎo)老師的幫助下經(jīng)過更換電阻參數(shù)和負(fù)載R5從而得到應(yīng)該得到的輸出。

SPWM逆變電源原理與應(yīng)用 SPWM逆變電源原理與應(yīng)用

2.1 SPWM控制原理

逆變電路理想的輸出電壓是圖2-1（a）正弦波u0=Uo1sinωt。而電壓型逆變電路的輸出電壓是方波，如果將一個正弦波半波電壓分成N等分，并把正弦曲線每一等分所包圍的面積都用一個與其面積相等的等副矩形脈沖來代替，且矩形脈沖的中點與相應(yīng)正弦等分的中重合，得到如圖2-1（b）所示的脈沖列這就是PWM波形。正弦波的另外一個半波可以用相同的方法來等效?？梢钥闯?，該PWM波形的脈沖寬度按正弦規(guī)律變化，稱為SPWM（Sinusoidal Pulse Width Modulation）波形。

u0Y 軸O①②③④⑤π⑥⑦⑧ ⑨⑩2π(a)正弦電壓ωt u0PWM①②③④⑤(b)SPWM等效電壓Y 軸O∠θ1∠θ∠θ3∠θ24-Udα1=θ1α2∠θ5=θ2X 軸ωt

圖2-1 SPWM電壓等效正弦電壓

根據(jù)采樣控制理論，沖量相等而形狀不同的窄脈沖加在具有慣性的環(huán)節(jié)上時，其效果基本相同。脈沖頻率越高，SPWM波形越接近正弦波。逆變器的輸出電壓為SPWM波形時，其低次諧波將得到很好的抑制和消除，高次諧波又能很容易濾去，從而可獲得畸變率極低的正弦波輸出電壓。

SPWM控制方式就是對逆變電路開關(guān)器件的通、斷進行控制，使輸出端得帶一系列幅值相等而狂度不相等的脈沖，用這些脈沖來代替正弦波或者其他所需要的波形。

從理論上講，在SPWM控制方式中給出了正弦波頻率、幅值和半周期內(nèi)的脈沖 數(shù)后，脈沖波形的寬度和間隔便可以準(zhǔn)確計算出來，然后計算的結(jié)果控制電路忠各開關(guān)器件的通、斷，就可以得到所需要的波形，這種方法稱為計算法。計算法很繁瑣，其輸出正弦波的頻率、幅值或相位變化時，結(jié)果都要變化，實際中很少應(yīng)用。

在大多數(shù)情況下，人們采用正弦波與等腰三角波橡膠的辦法來確定各矩形脈沖的寬度。等腰三角波上下寬度與高度呈線性關(guān)系且左右對稱，當(dāng)它與任何一個光滑曲線相交時，即得到一組等副而脈沖寬度正比于該曲線換數(shù)值的矩形脈沖，這種方法稱為調(diào)制法。希望輸出的信號為調(diào)制信號，接受調(diào)制的三角波稱為載波。當(dāng)調(diào)制信號是正弦波時所得到的便是SPWM波形；當(dāng)調(diào)制信號是正弦波時，等效也能得到與調(diào)制信號的SPWM 根據(jù)前面的法分析，SPWM逆變電路的優(yōu)點可以對那如下：

1.以得到接近正弦波輸出電壓，滿足負(fù)載需要。

2.整流電路采用二級管整流，可獲得較高的功率因數(shù)。

3.只用一級可控的功率環(huán)節(jié)，電路結(jié)構(gòu)簡單。

4.過對輸出脈沖寬度控制就可改變輸出電壓的大小，大大加快了逆變器的動態(tài)響應(yīng)速。

2.2 SPWM控制的發(fā)展前景

近年來，隨著逆變電源在各行各業(yè)應(yīng)用的日益廣泛，采用正弦脈寬調(diào)制(SPWM)技術(shù)控制逆變電源提高整個系統(tǒng)的控制效果是人們不斷探索的問題。對SPWM的控制有多種實現(xiàn)方法，其一是采用模擬電路、數(shù)字電路等硬件電路產(chǎn)生SPWM波形，該方法波形穩(wěn)定準(zhǔn)確，但電路復(fù)雜、體積龐大、不能進行自動調(diào)節(jié)；其二是借助單片機、DSP等微控制器來實現(xiàn)SPWM的數(shù)字控制方法，由于其內(nèi)部集成了多個控制電路，如PWM電路、可編程計數(shù)器陣列(PCA)等，使得這種方法具有控制電路簡單、運行速度快、抗干擾性強等優(yōu)點。

2.3本章小結(jié)

本章就實驗的SPWM控制原理利用等效波形圖進行了簡單的闡述，同時對SPWM控制的前景進行一定得介紹。

硬件電路的設(shè)計 硬件電路的設(shè)計

3.1SG3525介紹

隨著電能技術(shù)的發(fā)展，功率MOSFET在開關(guān)變換器中開始廣泛使用，為此美國硅通用半導(dǎo)體公司推出SG3525。SG3525是用于驅(qū)動N溝道功率MOSFET，其產(chǎn)品一推出就受到廣泛好評。SG3525系列PWM控制器分軍品、工業(yè)品、民品三個等級方面。下面對SG3525特點、引腳功能、電器參數(shù)、工作原理以及典型應(yīng)用進行介紹。

（1）PWM控制芯片SG3525功能簡介

SG3525是電流控制性型PWM控制器，所謂電流控制型脈寬調(diào)制器是按照反饋電流表調(diào)節(jié)脈寬的。在脈寬比較器的輸入端直接用流過輸出電感線圈的信號與誤差信號放大器輸出信號進行比較，從而調(diào)節(jié)占空比使輸出電感峰值電流跟隨誤差電壓變化而變化。由于結(jié)構(gòu)上有電壓環(huán)和電流環(huán)雙環(huán)系統(tǒng)。因此，無論開關(guān)電源的電壓調(diào)整率、負(fù)載調(diào)整率和瞬態(tài)響應(yīng)特性都有提高，是目前比較理想的新型控制器。

（2）SG3525內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作特性

反相輸入同相輸入同步端同步輸出CTRT軟電端軟啟動

圖3-1 SG3525引腳圖

1234567816***09URefUCC輸出BUC接地輸出A封鎖端補償端

***15.1V基準(zhǔn)振蕩器欠壓鎖定輸出AF/F1457x1x2x3S* / *u1RQ輸出B1285.0K105.0K圖3-2 SG3525結(jié)構(gòu)方框圖

1.相輸入端(引腳1):誤差放大器的反相輸入端，該誤差放大器的增益標(biāo)稱值為80dB，其大小由反饋或輸出負(fù)載而定，輸出負(fù)載可以是純電阻，也可以是電阻性元件和電容元件的組合。該誤差放大器的共模輸入電壓范圍為1.5~5.2V。此端通常接到與電源輸出電壓相連接的電阻分壓器上。負(fù)反饋控制時，將電源輸出電壓分壓后與基準(zhǔn)電壓相比較。

2.相輸入端(引腳2):此端通常接到基準(zhǔn)電壓引腳16的分壓電阻上，取得2.5V的基準(zhǔn)比較電壓與引腳1的取樣電壓相比較。

3.步端(引腳3):為外同步用。需要多個芯片同步工作時，每個芯片有各自的振蕩頻率，可以分別與它們的引腳4相副腳3相連，這時所有芯片的工作頻率以最快的芯片工作頻率同步;也可以使單個芯片以外部時鐘頻率工作。4.步輸出端(引腳4):同步脈沖輸出。作為多個芯片同步工作時使用。5.振蕩電容端(引腳5):振蕩電容一端接至引腳5，另一端直接接至地端。6.振蕩電阻端(引腳6):振蕩電阻一端接至引腳6，另一端直接接至地端。7.放電端(引腳7):Ct的放電由5、7兩端的死區(qū)電阻決定。

8.軟起動(引腳8):比較器的反相端，即軟起動器控制端(引腳8)，引腳8可外接軟起動電容。

9.補償端(引腳9):在誤差放大器輸出端引腳9與誤差放大器反相輸入端引腳1間接電阻與電容，構(gòu)成PI調(diào)節(jié)器，補償系統(tǒng)的幅頻、相頻響應(yīng)特性。10.鎖端(引腳10):引腳10為PWM鎖存器的一個輸入端，一般在該端接入過流檢測信號。

硬件電路的設(shè)計

11.沖輸出端(引腳

11、引腳14):輸出末級采用推挽輸出電路，驅(qū)動場效應(yīng)功率管時關(guān)斷速度更快。

12.地端(引腳12):該芯片上的所有電壓都是相對于引腳12而言，既是功率地也是信號地。

13.挽輸出電路電壓輸入端嶼1腳13):作為推挽輸出級的電壓源，提高輸出級輸出功率。

14.片電源端(引腳15):直流電源從引腳15引人分為兩路:一路作為內(nèi)部邏輯和模擬電路的工作電壓;另一路送到基準(zhǔn)電壓穩(wěn)壓器的輸入端，產(chǎn)生5.1V土1的內(nèi)部基準(zhǔn)電壓。

15.準(zhǔn)電壓端(引腳16):基準(zhǔn)電壓端引腳16的電壓由內(nèi)部控制在5.1V土1?？梢苑謮汉笞鳛檎`差放大器的參考電壓（3)SG3525脈寬調(diào)制器的特點

1.工作電壓范圍寬:8~35V。

2.5.1V士1%微調(diào)基準(zhǔn)電源。

3.振湯器上作頻率泡圍覓:l00~400kHz。

4.具有振蕩器外部同步功能。

5.死區(qū)時間可調(diào)。

6.內(nèi)置軟起動電路。

7.具有輸入欠電壓鎖定功能。

8.具有PWM鎖存功能，禁止多脈沖。

9.逐個脈沖關(guān)斷。

10.雙路輸出(灌電流啦電流):500mA(峰值)。

3.2 文氏電橋振蕩電路

硬件電路由三部分組成如圖3-3 正弦波信號發(fā)生器SG3525逆變 圖3-3 硬件電路組成圖

正弦波發(fā)生器由兩部分組成。前半部分為RC串并聯(lián)型正弦波振蕩器，后半部分為移位電路，最終將正弦波信號加在SG3525的輸入管腳。圖3-4為設(shè)計所選正弦信號發(fā)生裝置的電路圖

-12V10KRP15.1KR710KRP2R2R310KR10C3r810K10K00010K000104R6RP300R100R533kR9c2104104C1R433k文氏電橋振蕩電路移位電路 圖3-4 正弦波信號發(fā)生器

如圖3-4所示，電阻R6左邊是由Ua741和文氏電橋反饋網(wǎng)絡(luò)組成的正弦波震蕩電路。R4、C1與R5、C2組成文氏電橋的兩臂，由他們組成正反饋的選頻網(wǎng)絡(luò)；文氏電橋的另外兩臂由R1及R2、R3、RP1組成，是Ua741的負(fù)反饋網(wǎng)絡(luò)，它們與集成運放一起組成振蕩電路的放大環(huán)節(jié)。整個震蕩條件主要由這兩個反饋網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)決定。

振蕩電路為RC串并聯(lián)的選頻網(wǎng)絡(luò)，其振蕩頻率可由f=1/2*pi*RC計算。為使文氏電橋振蕩電路滿足起振條件，必須要求A≥3即R1≥2R2，即是在本電路忠的R2+R3+RP2≥2R1。因此，在運放的線性區(qū)間內(nèi)電路不可能滿足恒幅度平衡條件，只有當(dāng)運放進入非線性區(qū)后，電路才能滿足幅度平衡條件，因而輸出電壓信號將會產(chǎn)生非線性失真。為了減小非線性失真，應(yīng)使電路的放大倍數(shù)A盡可能接近3.但是這樣將使振蕩電路起振調(diào)錢的裕度很小，當(dāng)電路工作條件稍有變化時就有可能不起振。如果放大電路的負(fù)反饋網(wǎng)絡(luò)采用非線性元件，它能夠在輸出信號較小時確保A足夠大使電路容易起振；并且隨著輸出信號逐漸增大A能逐漸變小，也能夠在運放進入非線性以前使電路滿足幅度平衡條件，這樣就可以獲得即穩(wěn)定而又不失真的正弦波輸出信號。

本電路中加入了兩個二極管進行穩(wěn)幅，它是利用二極管的非線性自動調(diào)節(jié)負(fù)反饋的強弱來維持輸出電壓的恒定。如果起振A﹥3，則振幅將逐漸增大，在振蕩過程中VD1、VD2將交替導(dǎo)通和截止，總有一個處于正向?qū)顟B(tài)的二極管與12

硬件電路的設(shè)計

電阻并聯(lián)，由于二級管正向電阻隨電壓增加而下降，因此負(fù)反饋隨振幅上升而增強，也就是說A隨振幅增大而下降，直至滿足振幅平衡條件為止，并維持一定得振幅輸出。因此調(diào)節(jié)RP1可以改變振蕩的幅值以獲得最小失真。總的來說，使用二極管做穩(wěn)幅電路簡單又經(jīng)濟，雖然波形失真可能較大，但適用于這種要求不高的場合。

文氏電橋正弦波振蕩電路可以很方便的改變振蕩頻率，頻率的調(diào)節(jié)范圍也很廣，目前許多的振蕩電路都采用這種形式的電路。另外，RC正弦波振蕩電路的振蕩頻率與RC的乘積成反比，如果希望加入它的振蕩頻率，勢必減小R和C的取值。然而減小R將使放大電路的負(fù)載加重，減小C也不能超過一定限度，否則振蕩頻率將受寄生電容的影響而不穩(wěn)定。此外，普通集成運放的帶寬較窄，也限定了振蕩頻率的提高。因此，有集成運放組成的RC正弦波振蕩電路的振蕩頻率一般不超過1MHz,本電路輸出正弦波頻率為50Hz，在要求范圍之內(nèi)，所以選取RC正弦波振蕩電路是可行的。

3.3移位電路分析

SG3525芯片振蕩產(chǎn)生鋸齒波，鋸齒波的頂點約為3.3V，谷點約為0.9V。正弦信號發(fā)生器產(chǎn)生的正弦波需與SG3525產(chǎn)生的鋸齒波進行比較，所以要將正弦波位移至相應(yīng)位置。

圖3-4中，包括R6以內(nèi)右邊的電路為位移電路，電阻R6與變阻器RP3先使前半部分輸出的正弦信號的幅值降低，調(diào)節(jié)RP3使其變化至需要的幅值范圍內(nèi)然后輸出。

電阻R7、R8和變阻RP2的作用是使正弦信號位移，調(diào)節(jié)RP2使正弦波位移至電路所需位置。其后是一個帶負(fù)反饋的運算放大器電路。而且上面有個電容，表示對某頻率段有較大的負(fù)反饋作用。運算放大器同相輸入端電位為零，根據(jù)電路虛短的原理其反相輸入端的電位也為零，所以當(dāng)輸入電壓小于零的時候運放才有輸出波形。

3.4 逆變電路的工作原理分析

逆變電路的主要功能是將直流電逆變成某一頻率或可變頻率的交流電供給負(fù)載。本論文所選的逆變電路如圖3-5所示，Ud=15為直流輸入電壓，當(dāng)開關(guān)使VT1導(dǎo)通，VT2截止時，逆變器輸出電壓U0=Ud；當(dāng)開關(guān)使VT2導(dǎo)通，VT1截止時，逆變器輸出電壓U0=-Ud。當(dāng)以頻率fs交替切換VT1和VT2時，則在輸出上獲得如圖3-6所示的交變電壓波形，其周期Ts=1/fs，這樣，就將直流電壓Ud變成的交流電壓U0。U0含有各次諧波，論文是想得到正弦波電壓，則可通過LC濾波器濾波獲得。

13-15vLR2R33K正弦波信號發(fā)生器159RP3Kvt1N11N2N12133KR4vt2C882C615.6KR1102C1SG3525510111214C2R57103

圖3-5 SPWM逆變電路

UoUdOY 軸X 軸Tst-Ud

圖3-6交變電壓波形

3.5 本章小結(jié)

本章對于單相SPWM逆變電源的設(shè)計進行了介紹，技術(shù)指標(biāo)和電路參數(shù)結(jié)合設(shè)計電路圖進行了詳細(xì)的解釋與計算，同時對驅(qū)動芯片SG3525做了一定的介紹，主要介紹了單相正弦波SPWM逆變電源的電路以及工作原理。

系統(tǒng)的檢測與分析 系統(tǒng)的檢測與分析

4.1正弦發(fā)生器部分的調(diào)試

測試結(jié)果如下：表4-1為文氏振蕩電路電位器RP1和輸出電壓Uo的關(guān)系。

表4-1輸出電壓和電位器RP1的關(guān)系

運行過程中振蕩產(chǎn)生的正弦波和位移后的正弦波如圖4—

1、4—2所示，正弦波的起振幅值為3V，起振時RP1為1.74K。最大不失真幅值為6V，RP1為5.20K。

脈寬調(diào)制SG3525的振蕩器產(chǎn)生的鋸齒波頂點約為3.3V，谷點約為0.9V。位移后的正弦波應(yīng)調(diào)節(jié)至與其相近。最后RP3的調(diào)節(jié)值為5.28K，RP2的調(diào)節(jié)值為2.03K。RP1(K)Uo(V)1.32.741.743.093.84.375.206.03

圖4-1文氏振蕩電路波形

圖4-2移位電路波形

4.2逆變部分及整體運行結(jié)果

由波形發(fā)生器產(chǎn)生一50Hz、幅度可變的正弦波，送人SG3525的第9端，和SG3525的第5腳（鋸齒波）比較后，輸出經(jīng)調(diào)制（調(diào)制頻率約為10kHz）的SPWM波形，經(jīng)過到相器反相后，得到兩路互為反相的PWM驅(qū)動信號，分別驅(qū)動功率場效應(yīng)管VT1、VT2，使VT1、VT2交替導(dǎo)通，從而在高頻變壓器的副邊得到一SPWM波形，經(jīng)過LC濾波后，得到一50Hz的正弦波，幅度可通過電位器RP進行改變。波形如下圖4—3所示。表4—2為逆變電路中電位器RP和輸出電壓Uo的關(guān)系。

表4-2輸出電壓和電位器RP的關(guān)系

RP(K)Uo(V)

4.366.835.757.587.359.329.4810.53SG3525芯片5號管腳的鋸齒波波形如圖4—3所示

圖4-3 5號管腳鋸齒波波形

SG3525芯片13號管腳輸出的正弦波脈寬調(diào)制信號波形如圖4—4所示

系統(tǒng)的檢測與分析

圖4—4 脈寬調(diào)制正弦波波形

輸出的單相正弦波逆變電源信號波形如圖4—5所示

圖4-5輸出的正弦波逆變電源信號波形

工作照如圖4-6所示

圖4-6 工作照

結(jié)論與展望

5結(jié)論與展望

通過本篇論文的設(shè)計，使我們對單相正弦波SPWM逆變電源的工作原理有了比較深入的理解，掌握了利用SG3525設(shè)計單相正弦波SPWM逆變電源概念、工作波形等內(nèi)部構(gòu)造及其工作原理。利用SG3525設(shè)計出來的單相正弦波SPWM逆變電源具有線路簡單，調(diào)試方便，功能完備。輸出的交流電源諧波干擾小、電磁兼容性好。

本論文設(shè)計的單相正弦波SPWM逆變電源經(jīng)過實驗、調(diào)試及驗證，足以證明設(shè)計的正確性和可行性。

但是由于能力有限，本論文的設(shè)計只是通過簡單的運算得出參數(shù)，進而通過電路連接和示波器顯示的波形來驗證，并沒有做出實際的東西來，而且只是設(shè)計了一種方案就進行了實驗，并沒有其他更多的設(shè)計方案和電路來進行比較，這是比較遺憾的。

致謝

致謝

本論文的研究工作是在指導(dǎo)老師李瑞程的悉心指導(dǎo)下努力完成的。在老師的關(guān)心和指導(dǎo)下，使我能夠從畢業(yè)設(shè)計的選題一直到論文的撰寫順利的完成整個課題的要求。在此期間，這些過程讓我培養(yǎng)了很好的自學(xué)能力，以及獨自處理問題的能力，讓我明白，我要積極地面對困難并且克服困難。這些不管是對我往后的生活還是工作，都將是受益匪淺。在此，致上我最崇高的敬意以及感激之情。感謝學(xué)校的培育之恩，感謝學(xué)院提供良好的實驗場所和實驗設(shè)備。學(xué)校老師的諄諄教導(dǎo)，學(xué)校濃厚的學(xué)習(xí)氛圍，學(xué)校同學(xué)的團結(jié)互助，幫助我順利完成學(xué)業(yè)。在此，我衷心祝愿我們城市學(xué)院能夠越辦越好。

參考文獻

參考文獻

[1] 楊文通，李帥，劉志峰，張愛平，王建華。一種準(zhǔn)正弦波逆變電源的設(shè)計?，F(xiàn)代制造工程。

2009，Loads．IEEE-EPEMC'2000．2000：381-384．

[2] 李愛文，張承慧?，F(xiàn)代逆變技術(shù)及其應(yīng)用.北京：科學(xué)出版社，2000． [3] 周志敏，周紀(jì)海，紀(jì)愛華。逆變電源實用技術(shù)。北京：中國電力出版社，2005． [4] 劉鳳君。正弦波逆變器。第一版。北京：科學(xué)出版社，2002．

[5] 王建兵?；赟PWM 技術(shù)的測試電源的研究與設(shè)計。太原理工大學(xué)．2008． [6] 錢金川，朱守敏。全橋式逆變電源主電路設(shè)計。電工電氣．2010．NO．4． [7] 孫肖子，張企民。模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)。西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2001 [8] 張工一，肖湘寧。現(xiàn)代電力電子技術(shù)原理與應(yīng)用。北京：科學(xué)技術(shù)出版社，1999 [9] Milan Prodanovic，Timothy C．Control and Filter Design of Three-Phase Inverters for High Power Quality Grid Connection．IEEE TRANSACTIONS ON POWER ELECTRONICS，VOL.18, NO.1,JANUARY 2003．

[10] RamonO．Caceres，Member，IEEE，Ivo Barbi Senior Member，IEEE．A Boost DC-AC Converter: Analysis ,Design ,and Experimentation．IEEE TRANSACTIONS ON POWERELECTRONICS,VOL.14,NO.1, JANUARY 1999． [11] 竇偉，黃念慈，于瑋，首?？。畣纹瑱C控制的正弦波逆變電源．Vol．38，No．6．December，2004．

第二篇：單相正弦波逆變電源的設(shè)計課程設(shè)計

單相正弦波逆變電源的設(shè)計正文

第1章

概述

任何電子設(shè)備都離不開可靠的電源，它們對電源的要求也越來越高。電子設(shè)備的小型化和低成本化使電源以輕、薄、小和高效率為發(fā)展方向。傳統(tǒng)的晶體管串聯(lián)調(diào)整正弦波逆變電源是連續(xù)控制的線性正弦波逆變電源

。這種傳統(tǒng)正弦波逆變電源技術(shù)比較成熟,并且已有大量集成化的線性正弦波逆變電源模塊,具有穩(wěn)定性能好、輸出紋波電壓小、使用可靠等優(yōu)點、但其通常都需要體積大且笨重的工頻變壓器與體積和重量都不得和很大的濾波器。由于調(diào)整管工作在線性放大狀態(tài)，為了保證輸出電壓穩(wěn)定，其集電極與發(fā)射極之間必須承受較大的電壓差，導(dǎo)致調(diào)整管功耗較大，電源效率很低，一般只有45%左右。另外,由于調(diào)整管上消耗較大的功率,所以需要采用大功率調(diào)節(jié)器整管并裝有體積很大的散熱器,很難滿足現(xiàn)代電子設(shè)備發(fā)展的要求。在近半個多世紀(jì)的發(fā)展過程中，正弦波逆變電源因具有體積小、重量輕、效率高、發(fā)熱量低、性能穩(wěn)定等優(yōu)點而逐漸取代傳統(tǒng)技術(shù)制造的連續(xù)工作電源，并廣泛的應(yīng)用，正弦波逆變電源技術(shù)進入快速發(fā)展期。

正弦波逆變電源采用功率半導(dǎo)體器件作為開關(guān)，通過控制開關(guān)的占空比調(diào)整輸出電壓。它的功耗小，效率高，正弦波逆變電源直接對電網(wǎng)電壓進行整流、濾波、調(diào)整，然后由開關(guān)調(diào)整管進行穩(wěn)壓，不需要電源變壓器，此外，開關(guān)工作頻率為幾十千赫，濾波電容器、電感器數(shù)值較小。因此正弦波逆變電源具有重量輕、體積小等優(yōu)點。另外，于功耗小，機內(nèi)溫升低，提高了整機的穩(wěn)定性和可靠性。而且其對電網(wǎng)的適應(yīng)能力也有較大的提高，一般串聯(lián)穩(wěn)壓電源允許電網(wǎng)波動范圍為220V±10%,而正弦波逆變電源在電網(wǎng)電壓在110～260V范圍變化時,都可獲得穩(wěn)定的輸出阻抗電壓。正弦波逆變電源的高頻化是電源技術(shù)發(fā)展的創(chuàng)新技術(shù),高頻化帶來的效益是使正弦波逆變電源裝置空前的小型化,并使正弦波逆變電源進入更廣泛的領(lǐng)域,特別是在高新技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用,扒動了高新技術(shù)產(chǎn)品的小型化、輕便化。另外正弦波逆變電源的發(fā)展與應(yīng)用在節(jié)約資源及保護環(huán)境方面都具有深遠(yuǎn)的意義。

目前市場上正弦波逆變電源中功率管多采用雙極型晶體管，開關(guān)頻率可達幾十千赫；采用MOSFET的正弦波逆變電源轉(zhuǎn)抽象頻率可達幾百千赫。為提高開關(guān)頻率，必須采用高速開關(guān)器件。在一定范圍內(nèi)，開關(guān)頻率的提高，不僅能有效地減小電容、電感及變壓器的尺寸，而且還能夠抑制干擾，改善系統(tǒng)的動態(tài)性能。因此，高頻化是正弦波逆變電源的主要發(fā)展方向。高可靠性——正弦波逆變電源的使用的元器件比連續(xù)工作電源少數(shù)十倍，因此提高的可靠性。從壽命角度出發(fā)，電解電容、光耦合器及排風(fēng)扇等器件的壽命決定著電源的壽命。所以，要從設(shè)計方面著眼，盡可能使較少的器件，提高集成度。這樣不但解決了電路復(fù)雜、可靠性差的問題，也增加了保護等功能，簡化了電路，提高了平均無故障時間。正弦波逆變電源的發(fā)展從來都是與半導(dǎo)體器件及磁性元件等的發(fā)展休戚相關(guān)的。高頻化的實現(xiàn)，需要相應(yīng)的高速半導(dǎo)體器件和性能優(yōu)良的高頻電磁元件。發(fā)展功率MOSFET、IGBT等新型高速器件,開發(fā)高頻用的低損磁性材料,改進磁元件的結(jié)構(gòu)及設(shè)計方法,提高濾波電容的介電常數(shù)及降低其等串聯(lián)電阻等,對于正弦波逆變電源小型化始終產(chǎn)生著巨大的推動作用。

總之，人們在正弦波逆變電源技術(shù)領(lǐng)域里，邊研究低損耗回路技術(shù)，邊開發(fā)新型元器件，兩者相互促進并推動著正弦波逆變電源以每年過兩位數(shù)的市場增長率向小型、薄型、高頻、低噪聲以及高可靠性方向發(fā)展。

第2章

設(shè)計總思路

2.1總體框架圖

濾波電路

逆變電路

輸入315V直流電

驅(qū)動電路

UC3842脈寬調(diào)制電路

輸出220V交流電

誤差比較

圖1

總體框圖

此次課程設(shè)計要求輸入315V直流，輸出220V交流，主電路采用單相橋式逆變電路，對高頻開關(guān)器件常用PWM波控制，要產(chǎn)生正弦波可采用SPWM控制方法，通過控制電力電子器件MOSFET的關(guān)斷來控制產(chǎn)生交變正弦波電壓?？刂齐娐分饕獙崿F(xiàn)產(chǎn)生SPWM波，設(shè)計要求選用UC3842電流控制型PWM控制器產(chǎn)生控制脈沖。而UC3842實質(zhì)上是通過輸入的兩路波進行比較，輸出比較后形成的脈沖波，鑒于UC3842的這一特征，可以通過輸入正弦漫頭波和鋸齒波進行比較得到所需的正弦波控制脈沖。正弦波產(chǎn)生器的設(shè)計有多種方法，本次課程設(shè)計采用555定時器多諧振電路產(chǎn)生方波經(jīng)過濾波產(chǎn)生正弦波的方法作為正弦波產(chǎn)生器，再經(jīng)過整流，使之成為正弦漫頭波。鋸齒波的產(chǎn)生電路比較簡單，可以直接利用UC3842內(nèi)部提供的諧振器加入外圍電阻電容產(chǎn)生。此外電路要求輸出的正弦波幅度可調(diào)，此時就需要使加入的正弦波漫頭波幅值可調(diào)，此可以通過一加法器使之與設(shè)置電壓相疊加產(chǎn)生電壓可變的正弦電壓。

主電路和控制電路的一些中間環(huán)節(jié)都是需要濾波的，由于產(chǎn)用SPWM控制，主電路的諧波成分較少，可以通過簡單的RC無源濾波?？刂齐娐分械姆讲ㄒ兂奢^為標(biāo)準(zhǔn)的正弦波，要濾去的諧波成分就要多得多，可以采用有源濾波，且可以通過積分環(huán)節(jié)使方波變成比較好的正弦波。

由于設(shè)計出來的電路是作為電源用的，對電源電流、電壓檢測就顯得非常有必要了，可以通過從電源負(fù)載取出電流信號作為UC3842的關(guān)斷信號，從而實現(xiàn)主電路的限流作用。要實現(xiàn)電流、電壓的穩(wěn)定，則可以通過取出的電流、電壓信號與控制電路構(gòu)成閉環(huán)控制來實現(xiàn)。為了不至使電路結(jié)構(gòu)過于復(fù)雜，只設(shè)計了簡單的電壓反饋環(huán)使電壓基本能跟隨給定維持恒定。

2.2設(shè)計的原理和思路

圖2

正弦波逆變電源的組成框圖

該電路采用他勵式,2管雙推動輸出脈寬調(diào)制方式輸出電壓為220V,輸出電流2A,有欠壓、過壓和過流等多重保護功能。

第3章

主電路設(shè)計

3.1

SPWM波的實現(xiàn)

3.1.1

PWM固定頻率的產(chǎn)生

PWM波形產(chǎn)生原理圖如圖3.1.1所示

圖3.1.1

PWM波的產(chǎn)生電路圖

PWM固定頻率是由SG3525芯片產(chǎn)生。SG3525芯片的資料見如下：

管腳說明：

引腳1：誤差放大反向輸入

腳9：PWM比較補償信號輸入端

引腳2：誤差放大同向輸入

引腳10：外關(guān)斷信號輸入端

引腳3：振蕩器外接同步信號輸入端

引腳11：輸出A

引腳4：振蕩器輸出端

引腳12:信號地

引腳5:振蕩器定時電容接入端

引腳13：輸出級偏置電壓接入端

引腳6：振蕩器定時電祖接入端

引腳14：輸出端B

引腳7:振蕩器放電端

引腳15：偏置電源輸入端

引腳8:軟啟動電容接入端

引腳16：基準(zhǔn)電源輸出端

圖中11與14腳輸出兩路互補的PWM波，其頻率由與5、6管腳所連的R、C決定。PWM頻率計算式如下：f=1/[C5(0.7R15+3R16)]，調(diào)節(jié)6端的電阻即可改變PWM輸出頻率。同時，芯片內(nèi)部16腳的基準(zhǔn)電壓為5.1V采用了溫度補償，設(shè)有過流保護電路，5.1V反饋到2端同向輸入端，當(dāng)反向輸入端也為5.1V時，芯片穩(wěn)定，正常工作。若兩端電壓不相等，芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)自動調(diào)整將其保持穩(wěn)定。

在脈寬比較起的輸入端直接用流過輸出電感線圈的信號與誤差放大器輸出信號進行比較，從而調(diào)節(jié)占空比使輸出的電感峰值電流跟隨誤差電壓變化而變化，由于結(jié)構(gòu)上有電壓環(huán)河電流環(huán)雙環(huán)系統(tǒng)，因此，無論開關(guān)電源的電壓調(diào)整率、負(fù)載調(diào)整率和瞬態(tài)響應(yīng)特性都有提高，目前比較理想的新型控制器。R和C設(shè)定了PWM芯片的工作頻率，計算公式為T=(0.67*RT+1.3*RD)*CT

。再通過R13和C3反饋回路。構(gòu)成頻率補償網(wǎng)絡(luò)。C6為軟啟動時間設(shè)定電容。

3.1.2

SPWM波的原理

在進行脈寬調(diào)制時，使脈沖系列的占空比按正弦規(guī)律來安排。當(dāng)正弦值為最大值時，脈沖寬度也最大，脈沖間隔最小，反之正弦值較小時，脈沖寬度也小，脈沖間的間隔較大。這樣的電壓脈沖系列可以使負(fù)載電流中的高次諧波成分大為減少，成為正弦波脈寬調(diào)制。

3.1.3

SPWM調(diào)制信號的產(chǎn)生

要得到正弦電壓的輸出，就要使逆變電路的控制信號以SPWM方式控制功率管的開關(guān)，所得到的脈沖方波輸出再經(jīng)過濾波就可以得到正弦輸出電壓。通過SG3525來實現(xiàn)輸出正弦電壓，首先要得到SPWM的調(diào)制信號，而要得到SPWM調(diào)制信號，必須得有一個幅值在l～3

5V，按正弦規(guī)律變化的饅頭波，將它加到SG3525腳2，并與鋸齒波比較，就可得到正弦脈寬調(diào)制波實現(xiàn)SPWM的控制電路框圖如圖3.1.3(a)所示，實際電路各點的波形如圖3.1.3(b)所示。

誤差信號

基準(zhǔn)電壓

加法器

整流電路

濾波電路

調(diào)制電路

基準(zhǔn)方

波

SG3525

時序電路

圖3.1.3(a)

SPWM波控制電路框圖

圖3.1.3(b)

SPWM電路主要節(jié)點波形

由圖3.1.3(a)

圖3.1.3(b)可知，基準(zhǔn)50Hz的方波是由555芯片生成的，用來控制輸出電壓有效值和基準(zhǔn)值比較產(chǎn)生的誤差信號，使其轉(zhuǎn)換成50Hz的方波，經(jīng)過低頻濾波，得到正弦的控制信號。

3.2

保護電路模塊

該系統(tǒng)是由直流邊交流，弱點變?yōu)閺婋?。故對系統(tǒng)進行必要的安全保護是必須的，在對系統(tǒng)進行調(diào)試時必須要注意安全。系統(tǒng)除了芯片本身具有的保護措施外，還對系統(tǒng)進行了專門的保護，具體如下。

3.2.1過電流保護

過電流保護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IGBT允許的過流時間內(nèi)將其關(guān)斷，起到保護作用。

如圖3.2.1所示，過流保護信號取自CT2，經(jīng)分壓、濾波后加至電壓比較器的同相輸入端，如圖2.4所示。當(dāng)同相輸入端過電流檢測信號比反相輸入端參考電平高時，比較器輸出高電平，使D2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，使電壓比較器一直穩(wěn)定輸出高電平。同時，該過電流信號還送到SG3525的腳10。當(dāng)SG3525的腳10為高電平時，其腳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。

圖3.2.1

過電流保護電路

3.2.2空載保護電路的設(shè)計

空載檢測電路如圖3.2.2所示。是用電流互感器檢測電流輸出，當(dāng)沒有電流輸出時，使三極管Q8截止，從而使RS-CK為高電平，停止輸出SPWM波。8s后，再輸出一組SPWM波，若仍為空載，則繼續(xù)上述過程。若有電流輸出則Q8導(dǎo)通，使得RS-CK為低電平，連續(xù)輸出SPWM波形，逆變電路正常工作。

圖3.2.2

空載檢測電路圖

3.2.3浪涌短路保護電路的設(shè)計

浪涌電路保護電路原理圖如圖3.2.3。此電路圖是短路保護，用0.1歐的電阻對電壓進行采樣，通過470千歐電阻得到電流，并使這電流通過光電耦合器，當(dāng)電流過高時使得SPWM波不輸出，關(guān)閉IGBT形成保護。故障排除后光電耦合器輸出關(guān)斷，逆變器正常工作。

圖3.2.3

浪涌短路保護電路原理圖

第4章

單元控制電路設(shè)計

4.1

DC-AC電路設(shè)計

由前面論證已經(jīng)明確采用全控橋式逆變電路。其中各橋臂通斷由SPWM波控制的IGBT完成。

系統(tǒng)采用SG3525來實現(xiàn)SPWM控制信號的輸出，該芯片其引腳及內(nèi)部框圖如圖4.1所示。

圖4.1

SG3525引腳及內(nèi)部框圖

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+5

V基準(zhǔn)電壓。+5

V再送到內(nèi)部(或外部)電路的其它元器件作為電源。

振蕩器腳5須外接電容GT腳6須外接電阻RTo振蕩器頻率f由外接電阻RT和電容CT決定，f=1．1

8／RCTo逆變橋開關(guān)頻率定為l0kHz，取GT=O．22μF，RT=5

kΩ。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輸入端，比較器的反向輸入端接誤差放大器的輸出。誤差放大器的輸出與鋸齒波電壓在比較器中進行比較，輸出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?；蚍情T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)器的兩個輸出互補，交替輸出高低電平，將PWM脈沖送至三極管V1及V2的基極，鋸齒波的作用是加入死區(qū)時間，保證V1及V2不同時導(dǎo)通。最后，V1及V2分別輸出相位相差180°的PWM波。

4.2

PWM驅(qū)動模塊

4.2.1

驅(qū)動電路的設(shè)計

驅(qū)動電路的設(shè)計既要考慮在功率管需要導(dǎo)通時，能迅速地建立起驅(qū)動電壓，又要考慮在需要關(guān)斷時，能迅速地泄放功率管柵極電容上的電荷，拉低驅(qū)動電壓。具體驅(qū)動電路如圖2.7所示。

圖4.2.1

驅(qū)動電路

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Q1的基極電位迅速上升，導(dǎo)致D2導(dǎo)通，功率管的柵極電壓上升，使功率管導(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Q1的基極電位拉低，而功率管柵極上的電壓還為高，所以導(dǎo)致Q1導(dǎo)通，功率管的柵極電荷通過Q1及電阻R3速泄放，使功率管迅速可靠地關(guān)斷。

當(dāng)然，對于功率管的保護同樣重要，所以在功率管源極和漏極之間要加一個緩沖電路避免功率管被過高的正、反向電壓所損壞。

4.2.2

TDS2285產(chǎn)生PWN波

SPWM的核心部分采用了張工的TDS2285單片機芯片,用其產(chǎn)生為功率主板產(chǎn)生占空比變化的矩形波，通過H橋產(chǎn)生所需的正弦波。U3,U4組成時序和死區(qū)電路，末級輸出用了4個250光藕，H橋的二個上管用了自舉式供電方式，這樣做的目的是簡化電路，可以不用隔離電源，該模塊原理圖如圖4.2.2(a)所示：

圖2-2-1

2.2.1

PWN波的產(chǎn)生

（1）、該模塊中是由TDS2285芯片產(chǎn)生PWM波，TDS2285的芯片各管腳資料如圖2-2-2：

圖4.2.2(a)

PWM驅(qū)動電路圖

1.該模塊所采用的是TDS2285芯片，其管腳如圖4.2.2(b)所示

圖4.2.2(b)

TDS2285管腳圖

2.該模塊中TDS2285芯片的工作原理圖4.2.2(c)如：

圖4.2.2(c)

TDS2285產(chǎn)生PWM波

該芯片的6、7管腳生成交流電正、負(fù)半周調(diào)制波輸出引腳，輸出SPWM脈沖，其頻率有接在2、3管腳間的晶振來決定。9腳為故障報警輸出端，通常驅(qū)動一蜂鳴器，同時配合5腳LED的狀態(tài)，當(dāng)蓄電池電壓輸入出現(xiàn)過壓或低壓時，該蜂鳴器隨LED指示燈每隔1秒報警一次，當(dāng)出現(xiàn)交流過流或者短路時，該蜂鳴器隨LED指示燈每隔0.5秒報警一次。13腳為檢測蓄電池電壓，當(dāng)13腳的電壓超過3V或低于1V時，逆變停止工作，并進入欠壓或過壓故障狀態(tài)。通過外接蓄電池上分壓來實現(xiàn)。10腳為交流電壓穩(wěn)壓反饋輸入，實時檢測功率主板輸出的交流正弦波輸出電壓變動范圍，并作調(diào)整輸出達到穩(wěn)定輸出電壓的目的。

第5章

系統(tǒng)調(diào)試

5.1

測試使用的儀器

序號

名稱、型號、規(guī)格

數(shù)量

數(shù)字示波器

UT70A數(shù)字萬用表

函數(shù)信號發(fā)生器

5.2

輸出功率與效率的測試

輸出功率的定義：即為電源把其輸入功率轉(zhuǎn)換為有效輸出功率的能力。

測試框圖如下圖所示。

先如圖布置好測試電路后，進行如下步驟調(diào)試：

1.各電路輸出電壓、電流測量同時進行。

2.開啟所有設(shè)備、記錄輸入功率數(shù)值及各點輸出電壓，電流值。

3.計算輸入功率Pi=Ui*Ii，輸出功率值Po=Uo*Io.4.效率n=Po/Pi*100%,Pi為輸入。

5.3

過流保護的測試

定義：當(dāng)輸出電流大于設(shè)定保護值時，系統(tǒng)自動關(guān)閉輸出，形成過流保護。當(dāng)輸出電流小于設(shè)定保護值時，系統(tǒng)自動恢復(fù)正常工作狀態(tài)。

測試方法：如圖18所示。在輸出端接入3個串聯(lián)10歐電阻作為負(fù)載，通過短路其中的一個或兩個來模擬過流情況發(fā)生。觀察系統(tǒng)是否進行過流保護。

圖18

過流保護測試框圖

測試結(jié)果與分析：逆變過程中，過流保護裝置在電流大于設(shè)定保護值時關(guān)閉輸出，并在恢復(fù)正常時又打開輸出。所以過流保護裝置正常工作。

5.4

空載待機功能測試

（1）

定義：當(dāng)無負(fù)載接入時，系統(tǒng)關(guān)閉輸出進入待機模式。當(dāng)有負(fù)載接入時，系統(tǒng)進入正常工作狀態(tài)。

（2）

測試方法：接入負(fù)載后斷開負(fù)載，觀察系統(tǒng)輸出狀態(tài)。

（3）

結(jié)果與分析：輸出端負(fù)載斷開5s后系統(tǒng)進入待機狀態(tài)，此時無輸出。再次接入負(fù)載，系統(tǒng)就開始進入逆變工作狀態(tài)。

5.5

輸出電壓范圍測試

（1）

定義輸出電壓的最大值最小值。

（2）

測試方法：調(diào)節(jié)電壓反饋賄賂的參數(shù)，觀察輸出電壓大小。

（3）

測試結(jié)果：接入300歐的電阻調(diào)節(jié)Rp3，輸出電壓在8~12V之間。

結(jié)果分析

經(jīng)過測試以后題目的基本要求都已經(jīng)完成，各項性能指標(biāo)都較好的實現(xiàn)在輸出功率穩(wěn)定時效率達到了93%。同時該電路還具有短路保護，空載保護，過流保護的功能。

第6章

總結(jié)

剛剛拿到課程設(shè)計的題目時真不知道從哪里開始動手,課題名稱里的芯片根本就沒聽說過。通過上網(wǎng)查找資料,弄清楚了它的功能,才真正開始了設(shè)計。但這個東西包括了幾個部分,所以一定要把握好它的整體設(shè)計思路,在其框架之下,對各部分的單元電路進行分析和設(shè)計,最后經(jīng)過電路的修改,參數(shù)的確定,將各個部分連接起來,形成總的電路圖。

課程設(shè)計雖然大家的課題不是完全一樣的，但是大家之間的團隊合作還是很重要的，有些地方自己一個人看不明白，通過和同學(xué)之間的討論最終弄明白，這是一個很有趣的過程，我相信通過這次的課程設(shè)計我們大家之間對于電力電子的學(xué)習(xí)取得了更加大的進步。

這次實習(xí)我學(xué)到了很多。在摸索該如何設(shè)計電路使之實現(xiàn)所需功能的過程中，培養(yǎng)了我的設(shè)計思維，增加了實際操作能力。在體會設(shè)計的艱辛的同時，更讓我體會到成功的喜悅和快樂。

通過這兩個星期的課程設(shè)計，從開始任務(wù)到查找資料，到設(shè)計電路圖，到最后的實際接線過程中，我學(xué)到了課堂上學(xué)習(xí)不到的知識。上課時總覺得所學(xué)的知識太抽象，沒什么用途，現(xiàn)在終于認(rèn)識到了它的重要性。平時上課老師講的內(nèi)容感覺都聽明白了,但真正到了用的時候卻不怎么會用了,經(jīng)過這次課程設(shè)計才知道,要真正學(xué)好一門課程,并不是把每一章的內(nèi)容搞懂就行了,而是要將每一章的內(nèi)容聯(lián)系起來,融會貫通,并能夠應(yīng)用到實踐中去.通過這次課程設(shè)計，我學(xué)到了不少新知識、新方法、新觀點。這次設(shè)計不但鍛煉了我的學(xué)習(xí)能力、分析問題與解決問題的能力，同時也鍛煉了我克服困難的勇氣和決心。

還有本次課程設(shè)計最重要的是加強了我的動手能力，平時學(xué)習(xí)的時候只是片面的認(rèn)識和照搬書本上的知識，書本知識在實際應(yīng)用的時候會出現(xiàn)很大的偏差，理論聯(lián)系實際才是真正的學(xué)習(xí)之道。要在實際運用的時候結(jié)合實際的環(huán)境，具體的分析，解決問題，這才是這次課程設(shè)計對于我最重要的意義。

附錄

總電路圖

第三篇：一種基于單片機的正弦波輸出逆變電源的設(shè)計

一種基于單片機的正弦波輸出逆變電源的設(shè)計

摘 要：介紹了一種正弦波輸出的逆變電源的設(shè)計。設(shè)計中采用了DC／DC和DC／AC兩級變換，高頻變壓器隔離，單片機控

制。實驗結(jié)果表明性能可靠。

關(guān)鍵詞：逆變電源；單片機；正弦脈寬調(diào)制

O 引言

低壓小功率逆變電源已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于工業(yè)和民用領(lǐng)域。特別是新能源的開發(fā)利用，例如太陽能電池的普遍使用，需要一個逆變系統(tǒng)將太陽能電池輸出的直流電壓變換為220V、50Hz交流電壓，以便于使用。本文給出了一種用單片機控制的正弦波輸出逆變電源的設(shè)計，它以12V直流電源作為輸入，輸出220V、50Hz、0~150W的正弦波交流電，以滿足大部分常規(guī)小電器的供電需求。該電源采用推挽升壓和全橋逆變兩級變換，前后級之間完全隔離。在控制電路上，前級推挽升壓電路采用SG3525芯片控制，采樣變壓器繞組電壓做閉環(huán)反饋；逆變部分采用單片機數(shù)字化SPWM控制方式，采樣直流母線電壓做電壓前饋控制，同時采樣電流做反饋控制；在保護上，具有輸入過、欠壓保護，輸出過載、短路保護，過熱保護等多重保護功能電路，增強了該電源的可靠性和安全性。

該電源可以在輸人電壓從10．5V到15V變化范圍內(nèi)，輸出220V±10V的正弦波交流電壓，頻率50Hz±O．5Hz，直流分量

l 主電路

逆變電源主電路采用推挽升壓和全橋逆變兩級變換，如圖1所示。

輸入電壓一端接在變壓器原邊的中間抽頭，另一端接在開關(guān)管S1及S2的中點?？刂芐1及S2輪流導(dǎo)通，在變壓器原邊形成高頻的交流電壓，經(jīng)過變壓器升壓、整流和濾波在電容C1上得到約370 V直流電壓。對S3～S6組成的逆變橋采用正弦脈寬調(diào)制，逆變輸出電壓經(jīng)過電感L、電容C2濾波后，最終在負(fù)載上得到220 V、50 Hz的正弦波交流電。采用高頻變壓器實現(xiàn)前后級之間的隔離，有利于提高系統(tǒng)的安全性。

輸入電壓10．5～15 V，輸入最大電流15 A，考慮一倍的余量，推挽電路開關(guān)管S1及S2耐壓不小于30 V，正向電流不

小于30 A，選用IRFZ48N。

升壓高頻變壓器的設(shè)計應(yīng)滿足在輸入電壓最低時，副邊電壓經(jīng)整流后不小于逆變部分所需要的最低電壓350 V，同時輸入電壓最高時，副邊電壓不能過高，以免損壞元器件。同時也必須考慮繞線上的電壓降和發(fā)熱問題。選EE型鐵氧體磁芯，原副邊繞組為7匝：300匝。關(guān)于高頻變壓器的設(shè)計可以參考文獻。

變壓器副邊輸出整流橋由4個HER307組成．濾波電容選用68μF、450 V電解電容。

根據(jù)輸出功率的要求，輸出電流有效值為0 6～O.7 A，考慮一定的電壓和電流余量，逆變橋中的S3～S6選用IRF840。逆變部分采用單極性SPWM控制方式，開關(guān)頻率fs=16 kHz。

假沒濾波器時間常數(shù)為開關(guān)周期的16倍，即諧振頻率取1 kHz，則有

濾波電感電容LC≈2．5×10-3，可選取L=5 mH，C=4．7μF。濾波電感L選用內(nèi)徑20 mm，外徑40 mm的環(huán)形鐵粉芯磁芯，繞線采用直徑O．4 mm的漆包線2股并繞，匝數(shù)180匝。數(shù)字化SPWM控制方法

該逆變電源的控制電路也分為兩部分。前級推挽升壓電路由PWM專用芯片SG3525控制，采樣變壓器繞組電壓實現(xiàn)電壓閉環(huán)反饋控制。后級逆變電路由單片機PICl6C73控制，采樣母線電壓實現(xiàn)電壓前饋控制。前級控制方法比較簡單，在這里主

要介紹后級單片機的數(shù)字化SPWM控制方式。

2.l 正弦脈寬調(diào)制SPWM 正弦脈寬調(diào)制SPWM技術(shù)具有線性調(diào)壓、抑制諧波等優(yōu)點，是目前應(yīng)用最為廣泛的脈寬調(diào)制技術(shù)．一般用三角波μc作為載波信號，正弦波ug=UgmSin2πfgt作為調(diào)制信號，根據(jù)μ和μg的交點得到一系列脈寬按正弦規(guī)律變化的脈沖信號。則可以定義調(diào)制比m=Ugm／Ucm，頻率比K=fc／fa=Tg／Tco。

正弦脈寬調(diào)制可以分為單極性SPWM和雙極性SPWM。雙極性SPWM的載波為正負(fù)半周都有的對稱三角波，輸出電壓為正負(fù)交替的方波序列而沒有零電平，因此可以應(yīng)用于半橋和全橋電路。實際中應(yīng)選擇頻率比K為奇數(shù)，使得輸出電壓μo具有奇函數(shù)對稱和半波對稱的性質(zhì)，μc無偶次諧波。但是輸出電壓μc中含有比較嚴(yán)重的n=K次中心諧波以及n=jk±6次邊頻諧波。

其控制信號為相位互補的兩列脈沖信號。

單極性SPWM的載波為單極性的不對稱三角波，輸出電壓也是單極性的方波。因為輸出電壓中包含零電平，因此，單極性SPWM只能應(yīng)用于全橋逆變電路。由于其載波本身就具有奇函數(shù)對稱和半波對稱特性，無論頻率比K取奇數(shù)還是偶數(shù)輸出電壓Uo都沒有偶次諧波。輸出電壓的單極性特性使得uo不含有n=k次中心諧波和邊頻諧波，但卻有少量的低頻諧波分量。單極性SPWM的控制信號為一組高頻(載波頻率fe)脈沖和一組低頻(調(diào)制頻率fk)脈沖，每組的兩列脈沖相位互補。由三角載波和正弦調(diào)制波的幾何關(guān)系可以得到，在k》l時，高頻脈沖的占空比D為

2．2 PIC單片機的軟件實現(xiàn)

PICl6C73是Microchip公司的一款中檔單片機，它功能強大而又價格低廉。PICl6C73內(nèi)部有兩個CCP(Capture、Compare、PWM)模塊，當(dāng)它工作在PwM模式下，CCP x引腳就可以輸出占空比10位分辨率可調(diào)的方波，圖2為其工作原理圖。

TMR2在計數(shù)過程中將同步進行兩次比較：TMR2和CCPRxH比較一致將使CCPX引腳輸出低電平；TMR2和PR2比較一致將使CCPx引腳輸出高電平，同時將TMR2清O，并讀入下一個CCPRxH值，如圖3所示。因此，設(shè)定CCPRxH值就可以設(shè)定占空比，設(shè)定PR2值就可以設(shè)定脈沖周期。脈沖占空比D可以表示為

在本設(shè)計中，全橋逆變器采用單極性SPWM調(diào)制方式。CCP1模塊用來產(chǎn)生高頻脈沖，CCP2模塊用來產(chǎn)牛低頻脈沖。選擇16M晶振，根據(jù)脈沖周期Tc=[(PR2)+l]×4×4*Tosc和頻率比k=Tg／Tc,可以取PR2=249，k=320，則有Tg=20 ms，高頻脈沖序列每一一個周期中包含：320個脈沖。設(shè)調(diào)制比m=0．92，將，t=TgN／320代入式(2)，聯(lián)立式(3)可以得到產(chǎn)生高頻脈沖

所需要的CCP1H的取值，第0～79個脈沖為 CCP1H=230sin(πN/160)（4）

式中：N為O→79。

考慮到正弦波的對稱性，可以得到第80～159個脈沖為

CCP1H=230sin[π×(80—N)／160](5)根據(jù)脈沖的互補性，可以得到第160～239個脈沖為

CCP1H=250—230sin(πN／160)(6)

第240～319個脈沖為

CCP1H=250—230Sin[π×(80一N)／160](7)

因此，在程序中存儲表格230sin(πN／160)，N∈[0，79]就可以得到整個周期320個高頻脈沖的CCP．H值。第O～79點，CCP1H為正向查表取值；第80～159點，CCP1H為反向查表取值；第160～239點CCP1H為計數(shù)周期減去正向查表值；第240~319點CCP1H為計數(shù)周期減去反向查表值。

對于低頻脈沖，前半個周期可以看成由占空比始終為1的高頻脈沖組成，后半個周期看成由占空比始終為0的高頻脈沖組成，因此，第O～159個脈沖，CCP2H=250，第160～319個脈沖，CCP2H=O。

圖4為單片機_TMR2中斷程序的流程圖，在中斷程序中查表修改CCPxL的值．就可以改變下一個脈沖的CCPxH值，從而

修改下一個脈沖的占空比，實現(xiàn)SPWM控制。實驗結(jié)果

實驗中，輸入電壓變化范圍為10．5~15 V，輸出濾波電感5．3mH，濾波電容8μF，從空載到150W負(fù)載狀態(tài)下都可以輸出(220±10V)、50Hz的正弦波交流電壓，如表1和表2所示。圖5和圖6分別為空載和150W純阻性負(fù)載條件下輸出電壓電流波形?？梢钥闯鲚敵鲭妷汉碗娏鞑ㄐ瘟己?，經(jīng)測量電壓波形的THD為3．6％。結(jié)語

本文詳細(xì)分析了一種正弦波輸出的逆變電源的設(shè)計，以及基于單片機的數(shù)字化SPWM控制的實現(xiàn)方法。數(shù)字化SPWM控制靈活，電路結(jié)構(gòu)簡單，控制的核心部分在軟件中，有利于保護知識產(chǎn)權(quán)。

第四篇：基于SG3525A和IR2110的高頻逆變電源設(shè)計.doc

基于SG3525A和IR2110的高頻逆變電源設(shè)計

來源：電子設(shè)計應(yīng)用 作者：深圳市慧康醫(yī)療器械有限公司 王大貴 潘文勝

摘 要：本文簡述了PWM控制芯片SG3525A和高壓驅(qū)動器IR2110的性能和結(jié)構(gòu)特點，同時詳細(xì)介紹了采用以SG3525A為核心器件的高頻逆變電源設(shè)計。

關(guān)鍵詞：PWM；SG3525A；IR2110；高頻逆變電源

引言

隨著PWM技術(shù)在變頻、逆變頻等領(lǐng)域的運用越來越廣泛，以及IGBT、PowerMOSFET等功率性開關(guān)器件的快速發(fā)展，使得PWM控制的高壓大功率電源向著小型化、高頻化、智能化、高效率方向發(fā)展。

本文采用電壓脈寬型PWM控制芯片SG3525A，以及高壓懸浮驅(qū)動器IR2110，用功率開關(guān)器件IGBT模塊方案實現(xiàn)高頻逆變電源。另外，用單片機控制技術(shù)對此電源進行控制，使整個系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，并實現(xiàn)了系統(tǒng)的數(shù)字智能化。

SG3525A性能和結(jié)構(gòu)

SG3525A是電壓型PWM集成控制器，外接元 器件少，性能好，包括開關(guān)穩(wěn)壓所需的全部控制電路。其主要特性包括：外同步、軟啟動功能；死區(qū)調(diào)節(jié)、欠壓鎖定功能；誤差放大以及關(guān)閉輸出驅(qū)動 信號等功能；輸出級采用推挽式電路結(jié)構(gòu)，關(guān)斷速度快，輸出電流±400mA；可提供精密度為5V±1%的基準(zhǔn)電壓；開關(guān)頻率范圍100Hz~400KHZ。

其內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要包括基準(zhǔn)電壓源、欠壓鎖定電路、鋸齒波振蕩器、誤差放大器等，如圖1所示。

圖1 SG3525A內(nèi)部框圖及引腳功能

IR2110性能和結(jié)構(gòu)

IR2110是美國IR公司生產(chǎn)的高壓、高速PMOSFET和IGBT的理想驅(qū)動器。該芯片采用HVIC和閂鎖抗干擾制造工藝，集成DIP、SOIC封裝。其主要特性包括：懸浮通道電源采用自舉電路，其電壓最高可達500V；功率器件柵極驅(qū)動電壓范圍10V~20V；輸出電流峰值為2A;邏輯電源范圍5V~20V，而且邏輯電源地和功率地之間允許+5V的偏移量；帶有下拉電阻的COMS施密特輸入端，可以方便地與LSTTL和CMOS電平匹配；獨立的低端和高端輸入通道，具有欠電壓同時鎖定兩通道功能;兩通道的匹配延時為10ns；開關(guān)通斷延時小，分別為120ns和90ns;工作頻率達500kHz。

其內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要包括邏輯輸入，電平轉(zhuǎn)換及輸出保護等，如圖2所示。

圖2 IR2110內(nèi)部框圖及引腳功能

設(shè)計原理

高壓側(cè)懸浮驅(qū)動的自舉原理

IR2110用于驅(qū)動半橋的電路如圖3所示。圖中C1、VD1分別為自舉電容和二極管，C2為VCC的濾波電容。假定在S1關(guān)斷期間，C1已充到足夠的電壓VC1≈VCC。當(dāng)HIN為高電平時，VM1開通，VM2關(guān)斷，VC1加到S1的門極和發(fā)射極之間，C1通過VM1、Rg1和S1門極柵極電容Cgc1放電，Cgc1被充電。此時VC1可等效為一個電壓源。當(dāng)HIN為低電平時，VM2開通，VM1斷開，S1柵極電荷經(jīng)Rg1、VM2迅速釋放，S1關(guān)斷。經(jīng)短暫的死區(qū)時間(td)之后，LIN為高電平，S2開通，VCC經(jīng)VD1、S2給C1充電，迅速為C1補充能量。如此循環(huán)反復(fù)。

圖3 驅(qū)動半橋自舉電路

自舉元件設(shè)計

自舉二極管(VD1)和電容(C1)是IR2110在PWM應(yīng)用時需要嚴(yán)格挑選和設(shè)計的元器件，應(yīng)根據(jù)一定的規(guī)則對其進行調(diào)整，使電路工作在最佳狀態(tài)。

在工程應(yīng)用中，取自舉電容C1>2Qg/(VCC-10-1.5)。式中，Qg為IGBT門極提供的柵電荷。假定自舉電容充電路徑上有1.5V的壓降(包括VD1的正向壓降)，則在器件開

通后，自舉電容兩端電壓比器件充分導(dǎo)通所需要的電壓(10V)要高。

同時，在選擇自舉電容大小時，應(yīng)綜合考慮懸浮驅(qū)動的最寬導(dǎo)通時間ton(max)和最窄導(dǎo)通時間ton(min)。導(dǎo)通時間既不能太大影響窄脈沖的驅(qū)動性能，也不能太小而影響寬脈沖的驅(qū)動要求。根據(jù)功率器件的工作頻率、開關(guān)速度、門極特性對導(dǎo)通時間進行選擇，估算后經(jīng)調(diào)試而定。

VD1主要用于阻斷直流干線上的高壓，其承受的電流是柵極電荷與開關(guān)頻率之積。為了減少電荷損失，應(yīng)選擇反向漏電流小的二極管。

運用SG3525A和IR2110構(gòu)成的高頻逆變主電路圖

高頻逆變主電路如圖4所示，逆變高壓電路由全橋驅(qū)動組成。功率開關(guān)Q1~Q4采用IGBT模塊。逆變主電路把直流電壓V1轉(zhuǎn)換為20kHz的高頻矩形波交流電壓送到高頻高壓變壓器T1，經(jīng)升壓整流濾波后提供給負(fù)載供電。電路通過控制PWM1和PWM2的占空比，來得到脈寬可調(diào)的矩形波交流電壓。VF為高壓采樣端反饋到控制系統(tǒng)的電壓。

圖 4 高壓逆變主電路圖

單片機組成的控制系統(tǒng)

圖5所示為完整的高壓逆變電源系統(tǒng)框圖，它主要包括主電路及控制電路兩部分。主電路主要包括逆變器直流電源、IGBT橋式逆變器、保護電路、高頻高壓變壓器、高頻高壓硅堆(高頻整流器)等?？刂齐娐分饕娏鳌㈦妷翰蓸蛹捌涮幚韱卧?，PWM信號產(chǎn)生和驅(qū)動電路，單片機控制器，參數(shù)輸入鍵盤及液晶顯示，通信接口等部分。為了更好的解決系統(tǒng)的干擾、隔離、電磁兼容等問題，在控制部分和主電路采用光耦完全隔離。

此硬件系統(tǒng)配上軟件系統(tǒng)，可使整個系統(tǒng)具有完整的人機界面和自診斷等智能化功能。

圖5 單片機控制的逆變系統(tǒng)

結(jié)語

由PWM控制芯片SG3525A和高壓驅(qū)動器IR2110組成的高頻逆變電源，具有體積小、控制方便、電能利用效率高等優(yōu)點。此系統(tǒng)目前已被用于醫(yī)療設(shè)備的高頻電源。

參考文獻：

智能化高頻開關(guān)電源設(shè)計[J].電力電子技術(shù).1996.30(3)2 電子變壓器手冊.遼寧科學(xué)技術(shù)出版社.1998.8 3 LPC900系列Flash單片機應(yīng)用技術(shù).北京航空航天大學(xué)出版社.2004.1

更新時間：2007-8-9 7:45:08 閱讀：410

相關(guān)鏈接

?基于 SG3525A和IR2110的高頻逆變電源設(shè)計(2007-8-9 7:45:08)

第五篇：基于UC2525的交流逆變電源設(shè)計

基于UC2525的交流逆變電源設(shè)計

一、設(shè)計需求

本電源應(yīng)用于一個交流電壓轉(zhuǎn)換的前端，輸入的控制信號是4VAC(50HZ交流有效值變化范圍2VAC-8VAC)，輸入電源是350VDC(精度0.5%)。輸出信號應(yīng)跟輸入信號成線性比例(放大20倍，精度0.5%)，且輸入控制信號與輸出信號相位誤差小于20’，功率負(fù)載不小于30VA。

特殊需求：要求控制信號輸入阻抗大于500M。

二、設(shè)計分析

本電源的模型為一個交流逆變電源，但是提供了控制信號并且要求與輸入信號呈線性比例精度要求相當(dāng)高，且有同相位的要求。所以本電源在一定意義上說是一個交流信號放大器。

輸入的電源是350VDC，需要變成交流信號，變換方法就是采用SPWM的方式生成方波，然后通過LC變成標(biāo)準(zhǔn)正弦。生成SPWM就用到了TI的這顆芯片UC2525穩(wěn)壓脈寬調(diào)制器，然后控制MOS管的通斷生成方波。

輸入信號要求高阻抗可使用放大器做隔離，由于有輸出精度要求所以放大器的放大倍數(shù)需要可調(diào)，從而滿足設(shè)計需求。將處理后的信號輸入UC2625作為PWM占空比控制信號，得到正確輸出。

設(shè)計需求有精度和相位的要求，為了達到閉環(huán)控制的效果在輸出端填加小信號電壓互感器作為反饋。

三、分部實現(xiàn)說明 1 控制信號輸入處理

五、設(shè)計遺憾 電路中有一個地方我還是沒計算清楚就是UC2525的占空比控制，這也是我把這這個設(shè)計拿出來到TI博客大賽的原因。電路中從控制信號輸出到反饋輸入，再到半波整流都可以有詳盡的設(shè)計計算，但是由于UC2525的基準(zhǔn)三角波的不確定性(例如，峰峰值的不確定性，起始電壓的不確定性等)造成正弦 波的精度沒有辦法得到更準(zhǔn)確的設(shè)計計算支撐，只能通過微小的滿度調(diào)整和反饋調(diào)整來保證，為批量生產(chǎn)帶來和很大的不便。如果TI的工作人員看到這個設(shè)計，希望幫忙給予幫助。