【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 由電路內(nèi)部結(jié)構(gòu)決定的)。 SG3525A外圍電路參數(shù)計(jì)算在對(duì)外部輸入的直流電源進(jìn)行簡(jiǎn)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(dāng)寬的頻率范圍內(nèi)，綜合考慮種種因素后，我們將工作預(yù)率定在60KHz左右。即：CT=，RT=22K，RD=470。按上文所提到的公式計(jì)算即可得到SG3525A脈沖控制電路的工作頻率。177。1%的基準(zhǔn)電壓(16腳)產(chǎn)生一個(gè)基準(zhǔn)電壓，與1腳輸入的從逆變后DC300V分壓反饋來的信號(hào)進(jìn)行比較，用來調(diào)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(diào)。對(duì)關(guān)斷控制腳(10腳)，則接收來自外界輸入的高電平信號(hào)，如過電壓信號(hào)、過電流保護(hù)電路的反饋信號(hào)、無(wú)300V電壓輸出信號(hào)、深度欠電壓保護(hù)信號(hào)等，一旦出現(xiàn)以上幾種工作異?，F(xiàn)象，接受到的高電平會(huì)讓SG3525A及時(shí)停止工作，不至于讓后續(xù)輸出電路及開關(guān)功率MOS管等關(guān)鍵器件損壞，同時(shí)減少對(duì)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(jīng)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(zhǔn)電壓比較后調(diào)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(dá)到關(guān)斷電壓。一種是當(dāng)輸入電壓超過預(yù)先設(shè)定的安全電壓時(shí)，電路內(nèi)部保護(hù)啟動(dòng)，安全電壓的設(shè)定可以通過調(diào)整電阻來改變。另一種途徑是從保護(hù)電路輸出而來的。在保護(hù)電路動(dòng)作后有一路輸出到報(bào)警電路，同時(shí)有一路輸出高電平經(jīng)過電阻分壓后送到10腳，切斷整個(gè)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(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓、保護(hù)、市電/逆變自動(dòng)切換、充電控制等功能，并且具備LED指示燈驅(qū)動(dòng)、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(gè)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(jié)構(gòu)，也可以是高頻升壓后的直接逆變結(jié)構(gòu)。為方便生產(chǎn)過程中的調(diào)試，該芯片還具備測(cè)試模式，在該模式下，所有的保護(hù)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(diào)試和測(cè)試提供了方便。 U3988芯片簡(jiǎn)介[10]在采樣控制理論中有一個(gè)重要的結(jié)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(shí)，其效果基本相同。沖量即指窄脈沖的面積。把正弦波一個(gè)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(diǎn)與正弦波相應(yīng)等分的中點(diǎn)重合。這種按面積相等原則構(gòu)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(diào)制(SPWM)波形。單極性和雙極性正弦脈寬調(diào)制是正弦脈寬調(diào)制的兩種基本形式。圖33 U3988內(nèi)部邏輯圖U3988的內(nèi)部構(gòu)成主要有：正弦波發(fā)生器、雙極性調(diào)制脈沖產(chǎn)生邏輯、50Hz（或60Hz）時(shí)基、電壓反饋/短路檢測(cè)、正弦波峰值調(diào)壓穩(wěn)壓?jiǎn)卧?、外部擴(kuò)展的保護(hù)響應(yīng)邏輯、“市電過零脈沖”過濾、市電電壓測(cè)量、電池電壓測(cè)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(fù)單元構(gòu)成。整個(gè)電路封裝成一個(gè)18引腳IC（DIP18），其內(nèi)部結(jié)構(gòu)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(shí)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(gè)引腳輸出的信號(hào)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(shí)允許逆變橋工作，輸出高電平時(shí)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(duì)逆變輸出電壓實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓、調(diào)壓和短路檢測(cè)；BT_CK是電池電壓測(cè)量引腳，是模擬量輸入引腳，電池電壓經(jīng)過電阻降壓送到該引腳，由芯片對(duì)電池實(shí)現(xiàn)欠壓保護(hù)、充電檢測(cè)，若不需要使用該引腳，可以直接接+5V；AC_CK是市電電壓測(cè)量引腳，這也是模擬量輸入引腳，市電電壓經(jīng)過降壓、整流、濾波、電阻分壓后，送到該引腳，芯片會(huì)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(jìn)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(cè)輸入，芯片由此引腳的高低電平判斷市電的有無(wú)；有市電時(shí)要將該引腳拉成低電平，對(duì)于檢測(cè)市電的電路如果為了提高響應(yīng)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(hào)中含有過零脈沖，但并不會(huì)使U3988頻繁地進(jìn)入逆變狀態(tài)，因?yàn)樵谛酒膬?nèi)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(shí)為市電，輸出低電平時(shí)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(shí)表示逆變狀態(tài)，閃爍時(shí)表示欠壓；LED_P引腳是保護(hù)指示輸出，當(dāng)檢測(cè)到短路或者外部的擴(kuò)展保護(hù)時(shí)，芯片停止逆變，進(jìn)入保護(hù)狀態(tài)，此時(shí)指示燈閃爍；PROT引腳是擴(kuò)展保護(hù)輸入引腳，高電平有效，用戶可以通過外部的或門邏輯實(shí)現(xiàn)過流、過溫等保護(hù)輸入 ，該引腳在逆變和市電狀態(tài)都可以響應(yīng)外部的保護(hù)請(qǐng)求；BEEP/TEST是雙向引腳，正常工作時(shí)是蜂鳴器控制輸出引腳，通過三極管驅(qū)動(dòng)電磁式蜂鳴器，當(dāng)在芯片加電的瞬間，該引腳是輸入引腳，用來檢測(cè)外部TEST跳線的狀態(tài)；關(guān)于該引腳的詳細(xì)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(jīng)過逆變后對(duì)應(yīng)正弦波的正半周；OUTB輸出的SPWM脈沖序列，對(duì)應(yīng)正弦波的負(fù)半周。逆變輸出電壓反饋引腳的作用是測(cè)量逆變輸出的交流電壓，根據(jù)測(cè)量值計(jì)算輸出電壓的誤差并對(duì)輸出電壓值作出調(diào)整。當(dāng)輸出電壓升高時(shí)，該引腳的電壓也隨之升高，芯片內(nèi)部的調(diào)壓電路會(huì)降低輸出電壓，反之，當(dāng)該引腳的電壓降低時(shí)，芯片會(huì)升高輸出電壓。峰值取樣的優(yōu)點(diǎn)是測(cè)量值準(zhǔn)確、對(duì)電壓變化反應(yīng)迅速。在大多數(shù)情況下對(duì)于發(fā)生偏離的輸出電壓，芯片可以在15個(gè)交流電周期內(nèi)調(diào)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(diào)整是在下一個(gè)交流電周期起作用的。該引腳也可以測(cè)量整流濾波后的直流電壓（平均值），只是因?yàn)闉V波電容的存在，使芯片對(duì)輸出電壓的變化反應(yīng)遲鈍。加在AV_CK引腳上的電壓必須是實(shí)時(shí)的，不能是靜態(tài)的電壓。例如：在某一應(yīng)用中為了能夠調(diào)節(jié)逆變輸出電壓，在該引腳施加了一個(gè)固定的直流電壓，這個(gè)電壓是可以調(diào)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(huì)損壞芯片），因?yàn)檫@個(gè)電壓不是反饋回來的，芯片始終會(huì)認(rèn)為這個(gè)值偏高（或偏低），從而會(huì)一直做出相反的調(diào)整，直到把輸出電壓調(diào)到了最低（或最高），才會(huì)停止。芯片的調(diào)壓/穩(wěn)壓范圍大約是最高輸出電壓的50％~100％。該引腳能夠測(cè)量的電壓范圍是 0－5V，為了保護(hù)該引腳不會(huì)因?yàn)檫^壓而損壞，（特別重要）。AV_CK引腳同時(shí)還要檢測(cè)輸出電壓的短路情況，短路檢測(cè)的周期是100uS檢測(cè)一次，同時(shí)檢測(cè)的還有擴(kuò)展保護(hù)引腳，但是在輸出電壓過零點(diǎn)的前后10度范圍內(nèi)不進(jìn)行上述檢測(cè)，在這段時(shí)間內(nèi)，芯片要檢測(cè)電池電壓和市電電壓以及市電狀態(tài)。BT_CK引腳對(duì)電池電壓檢測(cè)的動(dòng)作閥值：；低于2V為欠壓告警；（在有市電時(shí)）。充電控制引腳CHARG的動(dòng)作帶有10秒鐘的延遲。并且每次上電芯片都嘗試對(duì)電池進(jìn)行充電。AC_CK引腳對(duì)市電電壓檢測(cè)的動(dòng)作閥值：，芯片會(huì)自動(dòng)轉(zhuǎn)入逆變；該引腳 帶有施密特觸發(fā)特性，芯片才認(rèn)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(qū)動(dòng)電路及死區(qū)電路設(shè)計(jì)MOSFET管的驅(qū)動(dòng)電路由兩片IR2110集成驅(qū)動(dòng)器組成。IR2110是一種雙通道高壓、高速電壓型功率開關(guān)器件柵極驅(qū)動(dòng)器，與同類型的驅(qū)動(dòng)器相比具有許多突出的優(yōu)點(diǎn)，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(qū)動(dòng)同一橋臂的上、下兩個(gè)開關(guān)器件，大大簡(jiǎn)化了驅(qū)動(dòng)電源的設(shè)計(jì)；(2)采用HVIC和閉鎖抗干擾CMOS工藝制作，具有獨(dú)立的高端和低端輸出通道，并設(shè)有低壓延時(shí)封鎖(50ns)；(3)具有電源欠壓保護(hù)關(guān)斷邏輯；(4)工作頻率高，可達(dá)500kHz，驅(qū)動(dòng)峰值電流為2A；(5)芯片還有一個(gè)封鎖兩路輸出的保護(hù)端SD，在該端輸入高電平時(shí)，兩路輸出均被封鎖，利用SD端可實(shí)現(xiàn)逆變橋的保護(hù)功能。為了防止同一橋臂上、下兩個(gè)開關(guān)器件同時(shí)導(dǎo)通，引起直流側(cè)電源的短路而損壞器件，由U3988輸出的SPWM信號(hào)必須要通過死區(qū)控制電路才能送到逆變橋，圖37為所設(shè)計(jì)的死區(qū)控制電路。OUTA和OUTB輸出的SPWM信號(hào)分別控制同一相的上、下橋臂。以O(shè)UTA的輸出信號(hào)為例，通過非門74HCl4將OUTA分為互補(bǔ)的兩路信號(hào)UA1和UA2。UA1和UA2又同時(shí)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(hào)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(shí)現(xiàn)了死區(qū)控制。當(dāng)OUTA由高電平變?yōu)榈碗娖綍r(shí)UA1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(jì)算公式為： (33)由上述分析可得，當(dāng)U3988輸出的SPWM控制信號(hào)發(fā)生跳變時(shí)，由于死區(qū)控制電路的作用，使功率開關(guān)器件達(dá)到了延時(shí)開通，并能及時(shí)關(guān)斷的效果，防止了逆變橋的上下橋臂直通。通過計(jì)算公式，死區(qū)時(shí)間下t=4=4RC，設(shè)計(jì)中取R=，C=300P，死區(qū)時(shí)間約為5us。圖37 IR2110死區(qū)控制 SG3525/U3988反饋穩(wěn)壓電路的設(shè)計(jì)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(gòu)成反饋電路，進(jìn)行取樣、調(diào)節(jié)和隔離。TL431具有體積小、基準(zhǔn)電壓精密可調(diào)，輸出電流大，熱穩(wěn)定性能好等優(yōu)點(diǎn)，其內(nèi)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(diào)節(jié)負(fù)載電流的作用； 保護(hù)二極管VD。圖38 電壓檢測(cè)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(hào)，這樣隨著輸入信號(hào)的強(qiáng)弱變化會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的光信號(hào)，從而使光敏晶體管的導(dǎo)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(shè)計(jì)中，TL431與PC817一次側(cè)的LED串聯(lián)，TL431陰極流過的電流就是LED的電流。當(dāng)輸出電壓發(fā)生波動(dòng)時(shí)，經(jīng)采樣電阻RR10和R11得到的取樣電壓就與TL431中的25V基準(zhǔn)電壓進(jìn)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(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)送入U(xiǎn)3988的AV_CK控制引腳，調(diào)節(jié)SPWM輸出占空比，從而達(dá)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(shè)計(jì)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(jié)在逆變升壓電路中，其核心控制器件便是PWM開關(guān)電源控制電路。本設(shè)計(jì)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(qū)動(dòng)功率MOS管，具有內(nèi)基準(zhǔn)電壓源、運(yùn)放及欠壓保護(hù)功能，外圍線路簡(jiǎn)單，應(yīng)用相當(dāng)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(qū)動(dòng)電路采用的是IR2110，其具有自舉懸浮電源大大簡(jiǎn)化了驅(qū)動(dòng)電源的設(shè)計(jì)。除此之外還設(shè)計(jì)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(gòu)成反饋電路。第4章 保護(hù)電路設(shè)計(jì) 對(duì)于車載逆變電源，如果沒有沒有保護(hù)電路，那么其狹小的使用空間內(nèi)，極易發(fā)生危險(xiǎn)。本章設(shè)計(jì)了過壓檢測(cè)電路、欠壓報(bào)警及欠壓保護(hù)電路與過流保護(hù)電路，以保證用電設(shè)備與電源的安全。 過壓檢測(cè)電路過電壓保護(hù)電路的設(shè)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(hù)電路過壓保護(hù)電路的取樣電壓直接采自蓄電池的輸入電壓，通過一個(gè)穩(wěn)壓二極管降壓后再由電阻R1，R2分壓輸出送至SG3525A的關(guān)斷控制端10腳。在這里二極管采用的是12V/，通過對(duì)電阻阻值的調(diào)整改變?nèi)与妷旱母叩涂梢愿淖兏邏罕Ｗo(hù)限定值。根據(jù)蓄電池的性能要求和汽車使用中的實(shí)際情況。穩(wěn)壓二極管采用HZ12—。R1=，R2=1K。 欠壓報(bào)警及欠壓自動(dòng)保護(hù)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(guān)系著車輛啟動(dòng)和安全正常運(yùn)轉(zhuǎn)，它的性能好壞直接影響到整車電氣性能的好壞。對(duì)于蓄電池來說，最害怕的情況就是經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間的放電后工作于欠壓狀態(tài)，長(zhǎng)期處于虧電狀態(tài)會(huì)使蓄電池的壽命大大縮短。車載逆變電源產(chǎn)品對(duì)蓄電池來講是較大的負(fù)載，當(dāng)它滿載工作時(shí)，一個(gè)容量為70Ah的蓄電池在電量充足的情況下只能支持2小時(shí)左右電量就會(huì)耗盡。如果負(fù)載較輕，時(shí)間會(huì)長(zhǎng)一些，但會(huì)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(bào)警信號(hào)，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(shí)自動(dòng)采取保護(hù)措施，關(guān)斷主電路的工作，以保護(hù)蓄電池。在設(shè) 計(jì) 該 部分電路時(shí)，我們從輸入的12V直流電源采取取樣信號(hào)，經(jīng)過電阻R3，R4，R5分壓后， 比較后輸出報(bào)警信號(hào)。在電路中，R3=R5=47K。R4 = 3K，這樣可以計(jì)算出電路報(bào)警的臨界點(diǎn)：而取V1=VREF=，可得Vcc=。，比較器D即輸出高電平，蜂鳴器報(bào)警。同樣道理，計(jì)算可得當(dāng)蓄電池的電壓進(jìn)一步下降到10V左右時(shí)，比較器B也翻轉(zhuǎn)輸出高電