【正文】 出再經(jīng)過(guò)濾波就可以得到正弦輸出電壓本系統(tǒng)方案通過(guò)SG3525來(lái)實(shí)現(xiàn)輸出正弦電壓，首先要得到SPWM的調(diào)制信號(hào)要想得到SPWM調(diào)制信號(hào)，必須要有一個(gè)幅值在1~，將它加到SG3525腳9，并與鋸齒波進(jìn)行比較，來(lái)得到正弦脈寬調(diào)制波，實(shí)現(xiàn)SPWM的控制電路框圖如圖23所示。基準(zhǔn)50Hz的方波由文氏橋產(chǎn)生正弦波再經(jīng)過(guò)整流生成，用來(lái)控制輸出電壓有效值和基準(zhǔn)值比較所產(chǎn)生的誤差信號(hào)，當(dāng)電源輸出電壓發(fā)生變化時(shí)，會(huì)改變正弦信號(hào)的幅值，使得SG3525輸出脈寬也跟著發(fā)生相應(yīng)的變化。167。 正弦波發(fā)生器本設(shè)計(jì)采用文氏橋振蕩電路產(chǎn)生50Hz正弦波(圖25)，利用RC串并聯(lián)（圖24）選頻網(wǎng)絡(luò)的選頻特性。圖24 RC串并聯(lián)網(wǎng)路傳輸系數(shù)： （21）式21中：.分析上式可知：僅當(dāng)w=時(shí)，達(dá)最大值，且u2與u1同相，即網(wǎng)絡(luò)具有選頻特性，決定于RC。震蕩頻率： （22）穩(wěn)定振蕩條件189。AuF189。=1，|F |=1/3，則考慮到起振條件189。AuF189。1，一般應(yīng)選取RF略大2R1。如果這個(gè)比值取得過(guò)大，會(huì)引起振蕩波形嚴(yán)重失真。由式（22）得：由運(yùn)放構(gòu)成的RC串并聯(lián)正弦波振蕩電路不是靠運(yùn)放內(nèi)部的晶體管進(jìn)入非線性區(qū)穩(wěn)幅，而是通過(guò)在外部引入負(fù)反饋來(lái)達(dá)到穩(wěn)幅的目的。一般要在電路中加入非線性環(huán)節(jié)。在Rf串聯(lián)兩個(gè)并聯(lián)二極管，利用電流增大時(shí)二極管動(dòng)態(tài)電阻減小、電流減小時(shí)二極管動(dòng)態(tài)電阻增大的特點(diǎn)，加入非線性環(huán)節(jié)，從而使輸入電壓穩(wěn)定。在Multisim仿真波形如圖26。圖25 50Hz文氏振蕩電路圖26 50Hz振蕩電路仿真波形 167。 精密整流電路精密整流電路的功能是將微弱的交流電壓轉(zhuǎn)換成直流電壓[14]。但是本設(shè)計(jì)整流輸出并未經(jīng)過(guò)濾波環(huán)節(jié)，故僅把正弦波整為饅頭波。精密整流電路的原理圖如圖27，整流電路的輸出保持輸入電壓形狀，而僅僅改變輸入電壓相位。輸入電壓為正弦波是，輸出電壓波形如圖28中u2所示。U3A，U3B組成一個(gè)精密整流電路，其特點(diǎn)是，經(jīng)它整流的正弦饅頭波，失真很小，能滿足SPWM的要求。圖中R14，R15，R16，R17，R18的阻值一定要一致，否則，出來(lái)的饅頭波會(huì)上下波動(dòng)。在Multisim仿真波形如圖28。輸出50Hz正弦波圖27 精密整流電路圖28 精密整流電路仿真波形 167。 誤差放大及加法電路U4B起到正弦誤差放大作用，從精密整流電路出來(lái)的饅頭波進(jìn)入U(xiǎn)4B的同相端，經(jīng)其放大(如圖29)。U4A是一個(gè)加法電路：從U4B出來(lái)的饅頭波進(jìn)入U(xiǎn)3A的同相端，同時(shí)U3A的同相端也接在一個(gè)直流電位上。在Multisim仿真波形如210。 0 圖29 誤差放大及加法電路圖210 誤差放大及加法電路仿真波形167。 SPWM調(diào)制 PP值饅頭波圖211 SPWM波形產(chǎn)生電路SG3525由一個(gè)雙門限電壓均從基準(zhǔn)電源取得，其高門限電壓低門限電壓，內(nèi)部橫流源向CT充電，其端壓VC線性上升，構(gòu)成鋸齒波的上升沿，當(dāng)時(shí)比較器動(dòng)作，充電過(guò)程結(jié)束，上升時(shí)間t1為： （23）比較器動(dòng)作時(shí)使放電電路接通，CT放電，VC下降并形成鋸齒波的下降沿，當(dāng)時(shí)比較器動(dòng)作，放電過(guò)程結(jié)束，完成一個(gè)工作循環(huán)，下降時(shí)間間t2為： （24）此時(shí)間即為死區(qū)時(shí)間鋸齒波的基本周期T為： （25）因?yàn)橛缮峡梢?jiàn)鋸齒波的上升沿遠(yuǎn)長(zhǎng)于下降沿，因此上升沿作為工作沿，下降沿作為回掃沿。主芯片SG3525的接法和一般常規(guī)接法有點(diǎn)不同[15]，因?yàn)?525的114腳是圖騰柱輸出，把114腳接地，屏蔽了圖騰柱的下管，并在13腳接一個(gè)上拉電阻做負(fù)載，這樣做的目的是把原114腳的信號(hào)合并在一起輸出，以大幅度地提高最大占空比。母線電壓的利用率也大幅度提高了，可以在94%以上。但從13腳出來(lái)的脈沖，是反向的SPWM波，所以要用一個(gè)4069把它反回來(lái)。震蕩電容CT取10nF震蕩電阻RT取10K的電阻，如圖211中C13，R25所示，另一端直接接地。5端與7端直接短接，由式(25)的鋸齒波的頻率為：。把15K的鋸齒波信號(hào)和100Hz的饅頭波信號(hào)進(jìn)行比較，從而產(chǎn)生SPWM波形。167。 時(shí)序控制電路用一片NE5532即U1A、U1B組成一個(gè)50Hz同步方波發(fā)生電路（圖212）。從文氏橋正弦波振蕩器過(guò)來(lái)的正弦波信號(hào)(約12VPP值)，經(jīng)二個(gè)電壓比較器U1A、U1B后，產(chǎn)生二路帶死區(qū)時(shí)間的低頻同步波，電路中R1，R2決定二路方波的死區(qū)時(shí)間[16]。經(jīng)試驗(yàn)，當(dāng)用NE5532時(shí)，RR2取510歐姆時(shí)，死區(qū)時(shí)間大約為100μs。U1A，U1B用358時(shí)死區(qū)時(shí)間為200μs。圖212 50Hz同步波形發(fā)生電路對(duì)于采用單極性調(diào)制的SPWM控制而言，逆變橋一個(gè)橋臂上下兩只開(kāi)關(guān)管互補(bǔ)開(kāi)關(guān)。由于開(kāi)關(guān)管在開(kāi)通和關(guān)斷時(shí)都存在延遲時(shí)間，如果驅(qū)動(dòng)脈沖以嚴(yán)格互補(bǔ)的方式驅(qū)動(dòng)這兩只管子，可能出現(xiàn)兩只管子同時(shí)開(kāi)通的情況，造成逆變橋橋臂直通短路，燒毀開(kāi)關(guān)管。為了防止這種情況發(fā)生，就必須在互補(bǔ)的驅(qū)動(dòng)脈沖之間加入一定的死區(qū)時(shí)間。獲得死區(qū)時(shí)間的簡(jiǎn)單方法是驅(qū)動(dòng)信號(hào)的下降沿不延時(shí)，僅延時(shí)驅(qū)動(dòng)信號(hào)的上升沿。這樣，死區(qū)時(shí)間設(shè)置電路就可以通過(guò)數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)了（圖213）。高頻波死區(qū)時(shí)間調(diào)整電路，由四組電阻、電容組成，死區(qū)時(shí)間選擇23μs，可以按RC時(shí)間常數(shù)2μs設(shè)置，電阻可選擇47K，電容選擇47pF，電容應(yīng)該選擇低溫度系數(shù)介質(zhì)的，如聚酯電容器、COG介質(zhì)的陶瓷電容器等。在Multisim仿真波形如圖214。這樣經(jīng)過(guò)這種保護(hù)措施的綜合運(yùn)用，就可以防止橋臂短路故障的出現(xiàn)。圖213 死區(qū)延時(shí)電路圖214 死區(qū)延時(shí)電路仿真波形第3章 逆變電路167。 IR2110芯片介紹167。圖31 IR2110功能結(jié)構(gòu)圖LO(引腳1)：低端輸出COM(引腳2)：公共端Vcc(引腳3)：低端固定電源電壓Nc(引腳4)：空端Vs(引腳5)：高端浮置電源偏移電壓VB (引腳6)：高端浮置電源電壓HO(引腳7)：高端輸出Nc(引腳8)：空端VDD(引腳9)：邏輯電源電壓 圖32 IR2110引腳圖HIN(引腳10)：邏輯高端輸入 SD(引腳11)：關(guān)斷LIN(引腳12)：邏輯低端輸入 Vss(引腳13)：邏輯電路地電位端，其值可以為0VNc(引腳14)：空端IR2110采用HVIC和閂鎖抗干擾CMOS制造工藝[17]，DIP14腳封裝。具有獨(dú)立的低端和高端輸入通道；懸浮電源采用自舉電路，其高端工作電壓可達(dá)500V，dv/dt=177。50V/ns，15V下靜態(tài)功耗僅為116mW；輸出的電源端（腳3，即功率器件的柵極驅(qū)動(dòng)電壓）電壓范圍10~20V；邏輯電源電壓范圍（腳9）5~15V，可方便地與TTL，CMOS電平相匹配，而且邏輯電源地和功率地之間允許有177。5V的偏移量；工作頻率高，可達(dá)500KHz；開(kāi)通、關(guān)斷延遲小，分別為120ns和94ns；圖騰柱輸出峰值電流為2A。IR2110的內(nèi)部功能框圖如圖31所示。由三個(gè)部分組成：邏輯輸入，電平平移及輸出保護(hù)。如上所述IR2110的特點(diǎn)，可以為裝置的設(shè)計(jì)帶來(lái)許多方便。尤其是高端懸浮自舉電源的成功設(shè)計(jì)，可以大大減少驅(qū)動(dòng)電源的數(shù)目，三相橋式變換器，僅用一組電源即可。167。 IR2110特性1. IR2110基本特點(diǎn)(1) 具有獨(dú)立的低端和高端輸入通道；(2) 懸浮電源采用自舉電路，其高端工作電壓可達(dá)500V；(3) 輸出的電源端(腳3)的電壓范圍為1020V；(4) 邏輯電源的輸入范圍(腳9)515V，可方便的與TTL，CMOS電平相；(5) 匹配，而且邏輯電源地和功率電源地之間允許有1V的便移量；(6) 工作頻率高，可達(dá)500KHz；(7) 開(kāi)通、關(guān)斷延遲小，分別為120ns和94ns；(8) 圖騰柱輸出峰值電流2A。2. 高壓側(cè)懸浮驅(qū)動(dòng)的自舉原理IR2110用于驅(qū)動(dòng)半橋的電路如圖33所示。圖中CVD1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(shí)VM1開(kāi)通，VM2關(guān)斷，VC1加到S1的門極和發(fā)射極之間，C1通過(guò)VM1，Rg1和S1門極柵極電容Cgc1放電，Cgc1被充電。此時(shí)VC1可等效為一個(gè)電壓源。當(dāng)HIN為低電平時(shí)，VM2開(kāi)通，VM1斷開(kāi)，S1柵電荷經(jīng)RgVM2迅速釋放，S1關(guān)斷。經(jīng)短暫的死區(qū)時(shí)間（td）之后，LIN為高電平，S2開(kāi)通，VCC經(jīng)VD1，S2給C1充電，迅速為C1補(bǔ)充能量。如此循環(huán)反復(fù)。圖33 IR2110驅(qū)動(dòng)半橋 4. 設(shè)計(jì)電路應(yīng)注意以下問(wèn)題：1）UC3637的RT和CT要適當(dāng)選擇，避免RT上的電流過(guò)大，損壞片子；2）驅(qū)動(dòng)電路中C2值要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于上管的柵源極之間的極間電容值；3）IR2110的自舉元件電容的選擇取決于開(kāi)關(guān)頻率，VDD及功率MOSFET的柵源極的充電需要，二極管的耐壓值必須高于峰值電壓，其功耗應(yīng)盡可能小并能快速恢復(fù)；4）IR2110的驅(qū)動(dòng)脈沖上升沿取決于Rg，Rg值不能過(guò)大以免使其驅(qū)動(dòng)脈沖的上升沿不陡，但也不能使驅(qū)動(dòng)均值電流過(guò)大以免損壞IR2110；5）當(dāng)PWM產(chǎn)生電路是模擬電路時(shí)可以直接把信號(hào)接到IR2110；當(dāng)用采數(shù)字信號(hào)時(shí)要考慮隔離；6）注意直流偏磁問(wèn)題167。 驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)采用功率開(kāi)關(guān)管的變換器電路中，開(kāi)關(guān)管的驅(qū)動(dòng)電路性能的好壞直接關(guān)系到變換器的工作可靠性。因此，在變換器設(shè)計(jì)中，要對(duì)功率開(kāi)關(guān)管的驅(qū)動(dòng)進(jìn)行精心的設(shè)計(jì)。與晶體管驅(qū)動(dòng)電路不同，對(duì)功率MOS管的控制實(shí)質(zhì)上是對(duì)MOS管的輸入電容C進(jìn)行充、放電控制，同時(shí)驅(qū)動(dòng)電路還要為MOS管的柵漏電容，亦稱米勒電容提供渡越電流CGDdVGD/dt，所以驅(qū)動(dòng)電路的負(fù)載為容性網(wǎng)絡(luò)由于電容上的電荷的保持作用，當(dāng)器件開(kāi)通后驅(qū)動(dòng)電路無(wú)需繼續(xù)提供電流。根據(jù)上面的分析，得出功率MOS管對(duì)驅(qū)動(dòng)電路的要求如下[19]：(1) 驅(qū)動(dòng)電路延遲時(shí)間??；(2) 驅(qū)動(dòng)電路峰值電流大；(3) 柵極電壓變化率dv/dt大。綜上所述，理想的功率MOS開(kāi)關(guān)管驅(qū)動(dòng)電路應(yīng)同時(shí)具備高速開(kāi)關(guān)和高峰值電流能力。逆變電路采用了全橋式結(jié)構(gòu)，對(duì)于全橋式電路而言，橋臂上下功率管的驅(qū)動(dòng)需采用隔離驅(qū)動(dòng)電源。可采用光電耦合 器，但是為了提高驅(qū)動(dòng)電路工作可靠性，采用專用于驅(qū)動(dòng)橋式結(jié)構(gòu)電路的集成電路IR2110可以簡(jiǎn)化驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)、提高系統(tǒng)性能。圖34 IR2110驅(qū)動(dòng)電路IR2110驅(qū)動(dòng)電路原理框圖如圖34所示，其中左上臂HIN_L、左下臂LIN_L、右上臂HIN_R右下臂與LIN_R輸入信號(hào)分別是QQQQ4，四路單極性的SPWM波形可以保證H橋臂的四個(gè)MOS管兩兩交叉導(dǎo)通，這樣實(shí)現(xiàn)輸出電流的反向，從而使輸出端為交流的高頻SPWM信號(hào)。原理圖中MOS管選用耐壓值較高，開(kāi)關(guān)速度快的IRF540，IRF540的漏源耐壓可達(dá)100V。為了保護(hù)其不被燒壞，必須在四只MOS管上加上四個(gè)散熱片。HO、LO端的二極管使用開(kāi)關(guān)管1N4148，實(shí)現(xiàn)自舉電路的二極管用快恢復(fù)二極管。芯片工作電壓為+12V，開(kāi)關(guān)管D極電壓也為+12V。 167。 輸出濾波器設(shè)計(jì)輸出濾波器將逆變器輸出的脈沖寬度調(diào)制的功率脈沖轉(zhuǎn)化為模擬電壓。當(dāng)逆變器的輸出不加濾波電路時(shí)，其輸出波形只是SPWM調(diào)制波，其中既包含了50Hz基波，又包含了高于50Hz的諧波。為了削弱高次諧波，就需要設(shè)置輸出濾波器。圖35 LC濾波器濾波器是一種具有選擇性的四端網(wǎng)絡(luò)，它允許某些頻率信號(hào)通過(guò)，而不允許另一些頻率信號(hào)通過(guò)。允許通過(guò)的信號(hào)頻率范圍稱為通帶，不允許通過(guò)的信號(hào)頻率范圍稱為阻帶，通帶與阻帶交界的頻率稱為截止頻率[20]。從H橋的輸出為高頻交流信號(hào)，要用工頻隔離變壓器對(duì)其進(jìn)行變換，這就需要先將高頻信號(hào)轉(zhuǎn)換為50Hz工頻信號(hào)，此部分通過(guò)LC濾波（如圖35）實(shí)現(xiàn)，也可當(dāng)作以低通濾波器，與小信號(hào)電路的低通濾波器不同的是，逆變器的輸出濾波器不僅要濾除不需要的高頻分量，而且還要在濾除不需要的高頻分量的同時(shí)，使通過(guò)的頻帶所傳輸?shù)墓β十a(chǎn)生的損耗盡可能的低。因此，傳統(tǒng)的RC低通濾波器在這里不能應(yīng)用。而需要采用幾乎沒(méi)有損耗的LC低通濾波器。它的設(shè)計(jì)原則是對(duì)50Hz低頻呈低阻抗特性，基本不產(chǎn)生基波壓降，而對(duì)高頻分量呈高阻抗特性。由傅立葉分析可知： （31）逆變電路輸出的n次諧波有效值Vn經(jīng)LC濾波后在負(fù)載上的n次諧波電壓為： （32） （33）由上此可見(jiàn)n次諧波衰減了倍。逆