【文章內容簡介】 由電路內部結構決定的)。 SG3525A外圍電路參數(shù)計算在對外部輸入的直流電源進行簡單穩(wěn)壓濾波后，提供12V給SG3525A脈沖控制電路作為其工作電壓(其最大工作電壓為40V)。SG3525A可以工作60Hz—400KHz相當寬的頻率范圍內，綜合考慮種種因素后，我們將工作預率定在60KHz左右。即：CT=，RT=22K，RD=470。按上文所提到的公式計算即可得到SG3525A脈沖控制電路的工作頻率。177。1%的基準電壓(16腳)產生一個基準電壓，與1腳輸入的從逆變后DC300V分壓反饋來的信號進行比較，用來調節(jié)輸出脈沖的占空比，從而使300V的輸出穩(wěn)定。脈沖控制電路SG3525A的脈沖輸出占空為0~50%可調。對關斷控制腳(10腳)，則接收來自外界輸入的高電平信號，如過電壓信號、過電流保護電路的反饋信號、無300V電壓輸出信號、深度欠電壓保護信號等，一旦出現(xiàn)以上幾種工作異常現(xiàn)象，接受到的高電平會讓SG3525A及時停止工作，不至于讓后續(xù)輸出電路及開關功率MOS管等關鍵器件損壞，同時減少對正在使用的用電器的傷害。圖32 SG3525外圍接線圖如圖32可以看到，CT、RT、RD決定了電路的工作頻率60KHz。而來自300V的輸出反饋經電阻分壓后通過誤差比較器的反相輸入1腳與2腳的基準電壓比較后調節(jié)輸出脈沖的寬度，從而改變輸出電壓。，SG3525A電路便停止工作，停止輸出脈沖。在這里有兩種途徑可以使10腳達到關斷電壓。一種是當輸入電壓超過預先設定的安全電壓時，電路內部保護啟動，安全電壓的設定可以通過調整電阻來改變。另一種途徑是從保護電路輸出而來的。在保護電路動作后有一路輸出到報警電路，同時有一路輸出高電平經過電阻分壓后送到10腳，切斷整個主電路的工作。SG3525A 輸出脈沖控制著功率MOS管，采用推挽式逆變電路通過高頻變壓器變換到高壓交流電，然后用橋式整流電流整流，輸出380V左右的直流。 DC/AC逆變控制電路 U3988是數(shù)字化的、功能完善的正弦波單相逆變電源或UPS主控芯片，它不僅可以輸出高精度的SPWM正弦波脈沖序列，還可以實現(xiàn)穩(wěn)壓、保護、市電/逆變自動切換、充電控制等功能，并且具備LED指示燈驅動、蜂鳴器控制、逆變橋控制引腳，從而可以利用該芯片組成一個完整的逆變電源/UPS系統(tǒng)，用該芯片控制的逆變橋輸出，既可以是傳統(tǒng)的工頻變壓器結構，也可以是高頻升壓后的直接逆變結構。為方便生產過程中的調試，該芯片還具備測試模式，在該模式下，所有的保護功能、市電切換、充電控制均不起作用，僅工作在可以穩(wěn)壓的逆變狀態(tài)，為最基本的調試和測試提供了方便。 U3988芯片簡介[10]在采樣控制理論中有一個重要的結論：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。沖量即指窄脈沖的面積。把正弦波一個周期分成脈寬相等的2N等分，然后把每一等分的正弦曲線與橫軸包圍的面積分別用與此面積相等的等幅不等寬的矩形脈沖來代替，且矩形脈沖的中點與正弦波相應等分的中點重合。這種按面積相等原則構成與正弦等效的一系列等幅不等寬的矩形脈沖波形，即正弦波脈寬調制(SPWM)波形。單極性和雙極性正弦脈寬調制是正弦脈寬調制的兩種基本形式。圖33 U3988內部邏輯圖U3988的內部構成主要有：正弦波發(fā)生器、雙極性調制脈沖產生邏輯、50Hz（或60Hz）時基、電壓反饋/短路檢測、正弦波峰值調壓穩(wěn)壓單元、外部擴展的保護響應邏輯、“市電過零脈沖”過濾、市電電壓測量、電池電壓測量、逆變控制、充電控制、指示燈控制、蜂鳴器控制、抗干擾自恢復單元構成。整個電路封裝成一個18引腳IC（DIP18），其內部結構框圖如圖33所示。圖34是U3988的引腳圖。圖34 U3988引腳圖VDD是芯片的電源引腳，接單一+5V；GND是地；OSCOSC2是時鐘引腳，接20MHz晶振；OUTA、OUTB是正弦波SPWM脈沖序列的輸出引腳，這兩個引腳輸出的信號一般要通過死區(qū)控制電路才能送到逆變橋；OUTG是逆變橋使能控制輸出，該引腳輸出低電平時允許逆變橋工作，輸出高電平時則禁止逆變橋工作；AV_CK是逆變輸出電壓反饋引腳，該引腳接受的是模擬量輸入，逆變橋最終輸出的正弦波交流電壓通過反饋電路送到該引腳，由芯片對逆變輸出電壓實現(xiàn)穩(wěn)壓、調壓和短路檢測；BT_CK是電池電壓測量引腳，是模擬量輸入引腳，電池電壓經過電阻降壓送到該引腳，由芯片對電池實現(xiàn)欠壓保護、充電檢測，若不需要使用該引腳，可以直接接+5V；AC_CK是市電電壓測量引腳，這也是模擬量輸入引腳，市電電壓經過降壓、整流、濾波、電阻分壓后，送到該引腳，芯片會根據(jù)該引腳電壓的變化，判斷市電是否異常，并決定是否進行市電/逆變切換；若不需要使用該引腳，也可以直接接+5V；ACPLUS引腳是市電檢測輸入，芯片由此引腳的高低電平判斷市電的有無；有市電時要將該引腳拉成低電平，對于檢測市電的電路如果為了提高響應速度而不采用濾波電容，也是允許的，雖然在該引腳的低電平信號中含有過零脈沖，但并不會使U3988頻繁地進入逆變狀態(tài)，因為在芯片的內部有過零脈過濾邏輯；AC/DC引腳是市電/逆變控制輸出，輸出高電平時為市電，輸出低電平時為逆變；CHARG引腳是充電控制輸出，高電平有效；LED_L引腳是逆變/欠壓指示輸出，低電平時表示逆變狀態(tài)，閃爍時表示欠壓；LED_P引腳是保護指示輸出，當檢測到短路或者外部的擴展保護時，芯片停止逆變，進入保護狀態(tài)，此時指示燈閃爍；PROT引腳是擴展保護輸入引腳，高電平有效，用戶可以通過外部的或門邏輯實現(xiàn)過流、過溫等保護輸入 ，該引腳在逆變和市電狀態(tài)都可以響應外部的保護請求；BEEP/TEST是雙向引腳，正常工作時是蜂鳴器控制輸出引腳，通過三極管驅動電磁式蜂鳴器，當在芯片加電的瞬間，該引腳是輸入引腳，用來檢測外部TEST跳線的狀態(tài)；關于該引腳的詳細用法，將在后面介紹；NC引腳是空余的引腳，一定要接到高電平。在逆變狀態(tài)下，OUTA、OUTB引腳輸出的是雙極性的SPWM脈沖序列。 OUTA輸出的SPWM脈沖序列，經過逆變后對應正弦波的正半周；OUTB輸出的SPWM脈沖序列，對應正弦波的負半周。逆變輸出電壓反饋引腳的作用是測量逆變輸出的交流電壓，根據(jù)測量值計算輸出電壓的誤差并對輸出電壓值作出調整。當輸出電壓升高時，該引腳的電壓也隨之升高，芯片內部的調壓電路會降低輸出電壓，反之，當該引腳的電壓降低時，芯片會升高輸出電壓。峰值取樣的優(yōu)點是測量值準確、對電壓變化反應迅速。在大多數(shù)情況下對于發(fā)生偏離的輸出電壓，芯片可以在15個交流電周期內調整完畢，為了降低正弦波形的失真度、保證波形的完整性，這種調整是在下一個交流電周期起作用的。該引腳也可以測量整流濾波后的直流電壓（平均值），只是因為濾波電容的存在，使芯片對輸出電壓的變化反應遲鈍。加在AV_CK引腳上的電壓必須是實時的，不能是靜態(tài)的電壓。例如：在某一應用中為了能夠調節(jié)逆變輸出電壓，在該引腳施加了一個固定的直流電壓，這個電壓是可以調節(jié)的，但不是輸出電壓的反饋，這種情況是不允許的（但不會損壞芯片），因為這個電壓不是反饋回來的，芯片始終會認為這個值偏高（或偏低），從而會一直做出相反的調整，直到把輸出電壓調到了最低（或最高），才會停止。芯片的調壓/穩(wěn)壓范圍大約是最高輸出電壓的50％~100％。該引腳能夠測量的電壓范圍是 0－5V，為了保護該引腳不會因為過壓而損壞，（特別重要）。AV_CK引腳同時還要檢測輸出電壓的短路情況，短路檢測的周期是100uS檢測一次，同時檢測的還有擴展保護引腳，但是在輸出電壓過零點的前后10度范圍內不進行上述檢測，在這段時間內，芯片要檢測電池電壓和市電電壓以及市電狀態(tài)。BT_CK引腳對電池電壓檢測的動作閥值：；低于2V為欠壓告警；（在有市電時）。充電控制引腳CHARG的動作帶有10秒鐘的延遲。并且每次上電芯片都嘗試對電池進行充電。AC_CK引腳對市電電壓檢測的動作閥值：，芯片會自動轉入逆變；該引腳 帶有施密特觸發(fā)特性，芯片才認為市電正常。根據(jù)上述U3988接線圖如圖35所示：圖35 U3988外圍接線圖 IR2110驅動電路及死區(qū)電路設計MOSFET管的驅動電路由兩片IR2110集成驅動器組成。IR2110是一種雙通道高壓、高速電壓型功率開關器件柵極驅動器，與同類型的驅動器相比具有許多突出的優(yōu)點，其外圍接線圖如圖36所示[12]：圖36 IR2110外圍接線圖【11】(1)具有自舉懸浮電源，只用一路電源即可驅動同一橋臂的上、下兩個開關器件，大大簡化了驅動電源的設計；(2)采用HVIC和閉鎖抗干擾CMOS工藝制作，具有獨立的高端和低端輸出通道，并設有低壓延時封鎖(50ns)；(3)具有電源欠壓保護關斷邏輯；(4)工作頻率高，可達500kHz，驅動峰值電流為2A；(5)芯片還有一個封鎖兩路輸出的保護端SD，在該端輸入高電平時，兩路輸出均被封鎖，利用SD端可實現(xiàn)逆變橋的保護功能。為了防止同一橋臂上、下兩個開關器件同時導通，引起直流側電源的短路而損壞器件，由U3988輸出的SPWM信號必須要通過死區(qū)控制電路才能送到逆變橋，圖37為所設計的死區(qū)控制電路。OUTA和OUTB輸出的SPWM信號分別控制同一相的上、下橋臂。以OUTA的輸出信號為例，通過非門74HCl4將OUTA分為互補的兩路信號UA1和UA2。UA1和UA2又同時分為兩路，一路直接送入74HC08，另一路通過RC延遲電路后送人74HC08，兩路信號相與后送人IR2110的輸人引腳HIN和LIN。其中，通過74HC08與RC延遲電路的配合實現(xiàn)了死區(qū)控制。當OUTA由高電平變?yōu)榈碗娖綍rUA1由低變高，由于RC的延遲作用，UC1不能立即躍升為高電平，而是以指數(shù)規(guī)律上升，其計算公式為： (33)由上述分析可得，當U3988輸出的SPWM控制信號發(fā)生跳變時，由于死區(qū)控制電路的作用，使功率開關器件達到了延時開通，并能及時關斷的效果，防止了逆變橋的上下橋臂直通。通過計算公式，死區(qū)時間下t=4=4RC，設計中取R=，C=300P，死區(qū)時間約為5us。圖37 IR2110死區(qū)控制 SG3525/U3988反饋穩(wěn)壓電路的設計本電源采用三端穩(wěn)壓器TL431和光電耦合器PC817之間的配合來構成反饋電路，進行取樣、調節(jié)和隔離。TL431具有體積小、基準電壓精密可調，輸出電流大，熱穩(wěn)定性能好等優(yōu)點，其內部主要包括：[14]差放大器，其同相輸入端接從電阻分壓器上得到的取樣電壓，反相端則2；NPN型晶體管VT，它在電路中起到調節(jié)負載電流的作用； 保護二極管VD。圖38 電壓檢測電路PC817是一種線性光電耦合器，能夠傳輸連續(xù)變化的模擬電壓或電流信號，這樣隨著輸入信號的強弱變化會產生相應的光信號，從而使光敏晶體管的導通程度也不同，輸出的電壓或電流也隨之不同。在反饋電路的設計中，TL431與PC817一次側的LED串聯(lián)，TL431陰極流過的電流就是LED的電流。當輸出電壓發(fā)生波動時，經采樣電阻RR10和R11得到的取樣電壓就與TL431中的25V基準電壓進行比較，在陰極上形成誤差電壓，使LED的工作電流發(fā)生變化，再通過光耦將變化的電流信號轉換為電壓信號送入U3988的AV_CK控制引腳，調節(jié)SPWM輸出占空比，從而達到穩(wěn)壓的目的，具體電路如圖38所示：SG3525穩(wěn)壓電路原理設計同上，只是采集為直流輸出電壓，而反饋接到SG3535A 1腳。 本章小結在逆變升壓電路中，其核心控制器件便是PWM開關電源控制電路。本設計中采用了SG3525A脈沖控制電路，SG3525A電路與早期的PWM電路相比，功能比較完整，能真接驅動功率MOS管，具有內基準電壓源、運放及欠壓保護功能，外圍線路簡單，應用相當方便。在DC/AC逆變SPWM控制中采用的是U3988芯片U3988是數(shù)字化的、功能完善的正弦波單相逆變電源主控芯片，它可以輸出高精度的SPWM正弦波脈沖序列。驅動電路采用的是IR2110，其具有自舉懸浮電源大大簡化了驅動電源的設計。除此之外還設計了死區(qū)控制電路及采用三端穩(wěn)壓器TL431和光電耦合器PC817之間的配合來構成反饋電路。第4章 保護電路設計 對于車載逆變電源，如果沒有沒有保護電路，那么其狹小的使用空間內，極易發(fā)生危險。本章設計了過壓檢測電路、欠壓報警及欠壓保護電路與過流保護電路，以保證用電設備與電源的安全。 過壓檢測電路過電壓保護電路的設置主要體現(xiàn)在脈沖控制電路SG3525A的外圍線路上。具體電路圖如下：[2]圖41過壓保護電路過壓保護電路的取樣電壓直接采自蓄電池的輸入電壓，通過一個穩(wěn)壓二極管降壓后再由電阻R1，R2分壓輸出送至SG3525A的關斷控制端10腳。在這里二極管采用的是12V/，通過對電阻阻值的調整改變取樣電壓的高低可以改變高壓保護限定值。根據(jù)蓄電池的性能要求和汽車使用中的實際情況。穩(wěn)壓二極管采用HZ12—。R1=，R2=1K。 欠壓報警及欠壓自動保護電路欠壓電路的工作原理圖如圖42所示。在汽車上蓄電池可以說是整車電氣系統(tǒng)的心臟，它關系著車輛啟動和安全正常運轉，它的性能好壞直接影響到整車電氣性能的好壞。對于蓄電池來說，最害怕的情況就是經過長時間的放電后工作于欠壓狀態(tài)，長期處于虧電狀態(tài)會使蓄電池的壽命大大縮短。車載逆變電源產品對蓄電池來講是較大的負載，當它滿載工作時，一個容量為70Ah的蓄電池在電量充足的情況下只能支持2小時左右電量就會耗盡。如果負載較輕，時間會長一些，但會造成蓄電池的深度放電。因此十分有必要在蓄電池電壓降到安全限定值之前讓車載逆變電源發(fā)出報警信號，用聲音提醒使用者注意，在蓄電池電壓下降到安全值以下時自動采取保護措施，關斷主電路的工作，以保護蓄電池。在設 計 該 部分電路時，我們從輸入的12V直流電源采取取樣信號，經過電阻R3，R4，R5分壓后， 比較后輸出報警信號。在電路中，R3=R5=47K。R4 = 3K，這樣可以計算出電路報警的臨界點：而取V1=VREF=，可得Vcc=。，比較器D即輸出高電平，蜂鳴器報警。同樣道理，計算可得當蓄電池的電壓進一步下降到10V左右時，比較器B也翻轉輸出高電