【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 ，該基準(zhǔn)信號(hào)與 SG3525A 產(chǎn)生的高頻正弦波調(diào)寬脈沖輸入與門芯片，最后將與門的輸出信號(hào)輸入兩片場(chǎng)效應(yīng)管專用驅(qū)動(dòng)芯片 IR2110，再由 IR2110 輸出高頻的調(diào)寬脈沖以控制四個(gè)場(chǎng)效應(yīng)管的交替導(dǎo)通，輸出的電壓在經(jīng)過 LC 工頻濾波后便可輸出穩(wěn)定的準(zhǔn)正弦波供負(fù)載使用 [5]。 脈寬調(diào)制技術(shù)及其原理 PWM 控制的基本原理 在采樣控制理論中有這樣一個(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，其效果相同。沖 量即指窄脈沖的面積。這里所說的效果基本相同，是指環(huán)節(jié)的輸出響應(yīng)波形基本相同。如果把各輸出波形用傅立葉變換分析，則其低頻段非常接近，僅在高頻段略有差異。如圖 a、 b、 c 所示的三個(gè)窄脈沖形狀不同，其中 a 為矩形脈沖，圖 b 為三角形脈沖， c 為正弦半波脈沖，但他們的面積都等于 1，那么，當(dāng)它們分別加在具有慣性的同一環(huán)節(jié)上時(shí)，其輸出響應(yīng)基本相同。當(dāng)窄脈沖變?yōu)? d 的單位脈沖函數(shù)（ t）時(shí)，環(huán)節(jié)的響應(yīng)即為該環(huán)節(jié)的脈沖過度函數(shù)。 圖 形狀不同而沖量相同的各種窄脈沖 PWM 波形：如圖 的正弦半波分成 N 等份，就可以把正弦半波看成是由 N個(gè)劈刺相連的脈沖序列所組成的波形。這些脈沖寬度相等，都等于 /N，但幅值不等，且脈沖頂部不是水平直線，而是曲線，各脈沖的幅值按正弦規(guī)律變化。如果把上述脈沖序列利用相同數(shù)量的等幅而不等寬的矩形脈沖代替，使矩形脈沖的中點(diǎn)和相應(yīng)正弦波部分的中點(diǎn)重合，且使矩形脈沖和相應(yīng)的正弦波部分面積相等，就得到圖 所示的脈沖序列。這就是 PWM 波形?？梢钥闯?，各脈沖的幅值相等，而寬度是按正弦規(guī)律變化的。根據(jù)面積等效原理， PWM 波形和正弦半波是等效的。同樣對(duì)于正弦波的負(fù)半周，也可以 用同樣的方法得到 PWM 波形 [6]。 SPWM 波形：脈沖寬度按正弦規(guī)律變化而和正弦波等效的 PWM 波形，稱為 SPWM（ Sinusoidal PWM）波形。 圖 用 PWM 波代替正弦半波 PWM 逆變電路 PWM 逆變電路可以分成電壓型和電流型兩種，但目前的實(shí)際應(yīng)用的 PWM 逆變電路幾乎都是電壓型電路，下面我們主要分析電壓型 PWM 逆變電路的控制方法。 計(jì)算法：根據(jù) PWM 控制的基本原理，如果給出了逆變電路的正弦波輸出頻率、幅值和半個(gè)周期內(nèi)的脈沖數(shù)， PWM 波形中各脈沖的寬度間隔就可以準(zhǔn)確的計(jì)算出來。按照計(jì)算結(jié)果控制電 路中各開關(guān)器件的通斷，就可以得到所需要的 PWM 波形。這種方法稱之為計(jì)算法。 調(diào)制法：即把希望輸出的波形作為調(diào)制信號(hào)，把接受調(diào)制的信號(hào)作為載波，通過信號(hào)波的調(diào)制得到所期望的 PWM 波形。通常采用等腰三角波和鋸齒波作為載波，其中等腰三角波應(yīng)用最多。當(dāng)調(diào)制信號(hào)波為正弦波時(shí)，所得到的就是 SPWM波形。 在實(shí)際中應(yīng)用的主要是調(diào)制法，下面結(jié)合一些具體的電路對(duì)這種方法作進(jìn)一步說明。 圖 是采用 IGBT 作為開關(guān)器件的單相橋式電壓型逆變電路。設(shè)負(fù)載為阻感負(fù)載，工作時(shí) V1 和 V2 的通斷狀態(tài)互補(bǔ)， V3 和 V4 的通斷狀態(tài)也互補(bǔ)。具體 的控制規(guī)律如下：在輸出電壓的正半周，讓 V1 保持通態(tài)， V2 保持?jǐn)鄳B(tài)， V3 和 V4交替通斷。由于負(fù)載電流比電壓滯后，因此在電壓正半周，電流有一段區(qū)間為正，一段區(qū)間為負(fù)。在負(fù)載電流為正的區(qū)， V1 和 V4 導(dǎo)通時(shí)，負(fù)載電壓等于支流電壓；V4 關(guān)斷時(shí)，負(fù)載電流通過 V1 和 VD3 續(xù)流， 0。在負(fù)載電流為負(fù)的區(qū)間，仍為 V1和 V4 導(dǎo)通時(shí)，因?yàn)樨?fù)，故實(shí)際上從 VD1 和 VD4 流過，仍有 ； V4 關(guān)斷，從 V3 和VD1 續(xù)流， 0。這樣，總可以得到和零兩種電平。同樣，在的負(fù)半周，讓 V2 保持通態(tài)， V1 保持?jǐn)鄳B(tài)， V3 和 V4 交替通斷，負(fù)載電壓可以得到 和零兩種電平。 圖 單相橋式 PWM 逆變電路 控制 V3 和 V4 通斷的方法如圖 所示。調(diào)制信號(hào)為正弦波，載波在的正半周為正極性的三角波，在的負(fù)半周為負(fù)極性的三角波。在和的交點(diǎn)時(shí)刻控制 IGBT的通斷。在的正半周， V1 保持通態(tài)， V2 保持?jǐn)鄳B(tài)，當(dāng) 時(shí)使 V4 導(dǎo)通， V3 關(guān)斷， ；當(dāng) 時(shí)使 V4 關(guān)斷， V3 導(dǎo)通， 0。在的負(fù)半周， V1 保持?jǐn)鄳B(tài)， V2 保持通態(tài)，當(dāng) 時(shí)使 V3 導(dǎo)通， V4 關(guān)斷， ；當(dāng) 時(shí)使 V3 關(guān)斷， V4 導(dǎo)通， 0。這樣，就得到了 SPWM波形。圖中的虛線表示中的基波分量。像這種在的半個(gè)周期內(nèi)三角波載波只在正極性 或負(fù)極性一種極性范圍內(nèi)變化，所得到的 PWM 波形也只在單個(gè)極性范圍變化的控制方法方式稱為單極性 PWM 控制方法。 圖 單極性 PWM 控制方式波形 和單極性 PWM 控制方式相對(duì)應(yīng)的是雙極性控制方式。圖 的單相橋式逆變電路在采用雙極性控制方式時(shí)的波形如圖 所示。采用雙極性方式時(shí)，在的半個(gè)周期內(nèi)，三角形載波不再是單極性的，而是有正有負(fù)，所得到的 PWM 波也是有正有負(fù)。在的一個(gè)周期內(nèi)，輸出的 PWM 波只有正負(fù)兩種電平，而不象單極性控制時(shí)還有零電平。仍然在調(diào)制信號(hào)和載波信號(hào)的交點(diǎn)時(shí)刻控制各開關(guān)器件的通斷。在的正負(fù)半 周，對(duì)各開關(guān)器件的控制規(guī)律相同。即當(dāng) 時(shí)，給 V1 和 V4 以導(dǎo)通信號(hào)，給 V2 和 V3 以關(guān)斷信號(hào)，這時(shí)如 0，則 V V4 通，如果 0，則 VD1 和 VD4通，不管哪種情況都是輸出電壓 。當(dāng) 時(shí)，給 V2 和 V3 以導(dǎo)通信號(hào)，給 V1 和 V4以關(guān)斷信號(hào)，這時(shí) 0，則 V2 和 V3 通，如 0，則 CD2 和 VD3 通，不管哪種情況都是 。 圖 雙極性 PWM 控制方式波形 可以看出，單相橋式電路既可采取單極性調(diào)制，也可采取雙極性調(diào)制，由于對(duì)開關(guān)器件通斷控制的規(guī)律不同，它們的輸出波形也有較大的差別。 正弦波脈寬調(diào)制技術(shù)的實(shí)現(xiàn)方 法 成法 由于微機(jī)技術(shù)的發(fā)展使得用軟件生成 SPWM 波形變得比較容易，因此，軟件生成法也就應(yīng)運(yùn)而生。軟件生成法其實(shí)就是用軟件來實(shí)現(xiàn)調(diào)制的方法，其有兩種基本算法，即自然 自然采樣法是以正弦波為調(diào)制波，等腰三角波為載波進(jìn)行比較，在兩個(gè)波形的自然交點(diǎn)時(shí)刻控制開關(guān)器件的通斷，這就是自然采樣法。其優(yōu)點(diǎn)是所得 SPWM波形最接近正弦波，但由于三角波與正弦波交點(diǎn)有任意性，脈沖中心在一個(gè)周期內(nèi)不等距，從而脈寬表達(dá)式是一個(gè)超越方程，計(jì)算繁瑣，難以實(shí)時(shí)控制。 規(guī)則采樣法是一種應(yīng)用較廣的工程實(shí)用方法，一般采用三角波作為載波。其原 理就是用三角波對(duì)正弦波進(jìn)行采樣得到階梯波，再以階梯波與三角波的交點(diǎn)時(shí)刻控制開關(guān)器件的通斷，從而實(shí)現(xiàn) SPWM 法。當(dāng)三角波只在其頂點(diǎn) 或底點(diǎn) 位置對(duì)正弦波進(jìn)行采樣時(shí)，由階梯波與三角波的交點(diǎn)所確定的脈寬，在一個(gè)載波周期 即采樣周期 內(nèi)的位置是對(duì)稱的，這種方法稱為對(duì)稱規(guī)則采樣。當(dāng)三角波既在其頂點(diǎn)又在底點(diǎn)時(shí)刻對(duì)正弦波進(jìn)行采樣時(shí)，由階梯波與三角波的交點(diǎn)所確定的脈寬，在一個(gè)載波周期 此時(shí)為采樣周期的兩倍 內(nèi)的位置一般并不對(duì)稱，這種方法稱為非對(duì)稱規(guī)則采樣 [7]。 規(guī)則采樣法是對(duì)自然采樣法的改進(jìn)，其主要優(yōu)點(diǎn)就是是計(jì)算簡(jiǎn)單， 便于在線實(shí)時(shí)運(yùn)算，其中非對(duì)稱規(guī)則采樣法因階數(shù)多而更接近正弦。其缺點(diǎn)是直流電壓利用率較低，線性控制范圍較小。 除上述兩種方法外，還有一種方法叫做等面積法。該方案實(shí)際上就是 SPWM法原理的直接闡釋，用同樣數(shù)量的等幅而不等寬的矩形脈沖序列代替正弦波，然后計(jì)算4 逆變電源主要集成芯片外圍電路及其功能簡(jiǎn)介 TL494 外圍電路及其應(yīng)用 外圍電路 圖 TL494 外圍電路圖 50HZ 脈沖產(chǎn)生芯片 TL494 外圍電路如上圖所示 : 15 腳為芯片 TL494 的反相輸入端， 16 為同相輸入端，電路正常情 況下 15 腳電壓應(yīng)略高于 16 腳電壓才能保證誤差比較器的輸出為低電平，才能使芯片內(nèi)兩個(gè)三極管正常工作。因?yàn)樾酒瑑?nèi)置 5V 基準(zhǔn)電壓源，負(fù)載能力為 10mA。所以 15腳電壓應(yīng)高于 5V。過熱保護(hù)的R4 為 200Ω，則 15 腳的電壓為 大于 16 腳電壓。 14 腳輸出基準(zhǔn)電壓，因?yàn)橥仆祀娐窞殡p端輸出，故將輸出控制端 13 腳與 14 腳連在一起。 12 腳為電源端，接外部 12V 電壓。 11 腳末級(jí)三極管集電極，此處亦接外接電源。 10引腳用于輸出 50K 的脈沖控制開關(guān)管。 7 腳為接地端， 6 腳外接震蕩電阻和電容用于控制輸出脈沖頻率。 4 腳 為死區(qū)控制端其上加 電壓時(shí)，可使截止時(shí)間從 2%線性變化到 100%，本設(shè)計(jì)中用于實(shí)現(xiàn)輸入的過壓保護(hù)和欠壓保護(hù) [9]。 TL494 的內(nèi)部電路由基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路、振蕩電路、間歇期調(diào)整電路、兩個(gè)誤差放大器、脈寬調(diào)制比較器以及輸出電路等組成。 圖 集成芯片 TL494 管腳及波形圖 表 TL494 引腳菜單 引腳 符號(hào) 功能 典型電壓 1 V1 + 誤差放大器 1 誤差信號(hào)輸入端（同相信號(hào)端） 2 V1 誤差放大器 1 誤差信號(hào)輸入端（反相信號(hào)端） 3 VOUTC 誤差放大器 1 和 2 輸出信號(hào)補(bǔ)償組件連接段 4 4 CONT 死區(qū)控制信號(hào)輸入端，所加控制電壓可調(diào)輸出脈沖寬度 5 CT 振蕩器外接振蕩電容連接端，與 6 腳外接的電阻一起可產(chǎn)生頻率 f ，見5 腳說明 7 GND 基準(zhǔn)電源電源電路接地線端 0 8 CA 推挽電路輸出信號(hào)端 A,輸出電壓可達(dá) 40V,電流為 200mA（反相輸出） 015v 9 EA 推挽電路輸出信號(hào)端 A,屬同相信號(hào)輸出端 0 10 EB 推 挽電路輸出信號(hào)端 B,屬同相信號(hào)輸出端 0 11 CB 推挽電路輸出信號(hào)端 B，輸出電壓可達(dá) 40V，電流為 200mA 反相輸出 與 8 腳等相位差 180 度的脈沖波 12 VccIN 工作電源電壓輸入端 25 13 OUT CON 輸出方式設(shè)定信號(hào)輸入端。當(dāng)該腳接基準(zhǔn)電壓是，輸出呈推挽型，輸出方波最大占空比為 48％；當(dāng)該腳接地是內(nèi)部二個(gè)輸出晶體管并聯(lián)工作輸出電流可達(dá) 400mA，最大占空比為 96％ 5 14 +5 +5V 基準(zhǔn)電源輸出端，可輸出 5V 的基準(zhǔn)參考電壓 5 15 V2 誤差放大器誤差信號(hào)輸入 端（反相信號(hào)端） 16 V2 + 誤差放大器誤差信號(hào)輸入端（同相信號(hào)端） 0 SG3525A 外圍電路及其應(yīng)用 隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，各種大功率全控型器件相繼推出，其中 MOS 型功率晶體管發(fā)展非常迅速，由于它具有高耐壓 、低驅(qū)動(dòng)功率、良好的頻率響應(yīng)特性和開關(guān)時(shí)間短等優(yōu)點(diǎn)，在許多方面可替代雙極型晶體管，其工作頻率可提高到 200kHz 以上，常常在開關(guān)穩(wěn)壓電源和直流斬波電路中用作開關(guān)管。開關(guān)管的控制方式采用脈沖寬度調(diào)制 PWM 方式 [10]。 集成脈寬調(diào)制器 SG3525A 是美國(guó)硅通用公司 （ Silicon General）生產(chǎn)的雙端輸出式脈寬調(diào)制器，工作頻率高于 100kHz,工作溫度為 0℃～ 70℃ ,適宜構(gòu)成100W～ 500W 中功率推挽輸出式開關(guān)電源。它是美國(guó)硅通用公司的第 2 代產(chǎn)品，它是一種性能優(yōu)良功能齊全，通用性強(qiáng)的單片集成 PWM 控制器。可用于驅(qū)動(dòng) N溝道的高頻功率 MOS 管，由于它簡(jiǎn)單可靠及使用方便靈活大大減化了脈寬調(diào)制器的設(shè)計(jì)及調(diào)試 [11] 。 SG3525A 是電流控制型 PWM 控制器，所謂電流控制型脈寬調(diào)制器是按照接反饋電流來調(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(hào)與誤差放大器輸出信號(hào)進(jìn)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)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。 圖 SG3525A 管腳及實(shí)物圖 表 SG3525A 的引腳功能 t 引腳 1 誤差放大器反向輸入端 t（引腳 2 誤差放大器同向輸入端 引腳 3 振蕩器外接同步信號(hào)輸入端 ut 引腳 4 振蕩器輸出端 引腳 5 振蕩器定時(shí)電容接入端 （引腳 6） 振蕩器定時(shí)電阻接入端 引腳 7 振蕩器放電端 引腳 8 軟啟動(dòng)電容接入端 9pensation 引腳 9 PWM 比較器補(bǔ)償信號(hào)輸入端 引腳 10 外部關(guān)斷信號(hào)輸入端 A（引腳 11） 輸出端 A,引腳 11 和引腳 14 是兩路互補(bǔ)輸出端。 引腳 12 信號(hào)地 引腳 13 輸出級(jí)偏置電壓接入端 B（引腳 14） 輸出端 B,引腳 14 和引腳 11 是兩路互補(bǔ)輸出端。 （引腳 15） 偏置電源接入端 引腳 16 基準(zhǔn)電源輸出端，該端可輸出一溫度穩(wěn)定性極好的 5V基準(zhǔn)電壓。 SG3525A 工作特點(diǎn) : 1 工作電壓范圍寬： 8― 35V。 2 （ %） V 微調(diào)基準(zhǔn)電源。 3 振蕩器工作頻率范圍寬： 100Hz400KHz. 4 具有振蕩器外部同步功能。 5 死區(qū)時(shí)間可調(diào)。 6 內(nèi)置軟啟動(dòng)電路。 7 具有輸入欠電壓鎖定功能。 8 具有 PWM 瑣存功能，禁止多脈沖。 9 逐個(gè)脈沖關(guān)斷。 SG3525A 的工作原理 SG3525A 內(nèi)置了 精密基準(zhǔn)電源，微調(diào)至 %，在誤差放大器共模輸入