【正文】 coefficient diagram method。 final version received 25 November 2008)This article presents the plete design of a low power voltage source inverter (VSI) dedicated for a UPS system. The analysis of the rectangular PWMAC voltage spectrum allows for a choice of the basic architecture of the inverter. Output filter parameters were calculated to reduce the maximum amplitude of the output VSI voltage harmonics for the steadystate inverter mode. The choice of the feedback loop type was based on a discussion of the inverter output impedance using a continuous model of the inverter. The parameters of the inner loop digital control for the discrete inverter model were calculated using the Coefficient Diagram Method. The influence of the step load was modeled. The time constant of the inverter closed loop system was selected to ensure sufficient system robustness. An outer feedback loop with a plugin repetitive controller, simplified owing to the properties of the PID/CDM inner loop control, was introduced to eliminate the periodic disturbances generated by the nonlinear rectifier load and the dead time influence.Keywords: PWM。所有的這些都增強(qiáng)了我的自學(xué)能力，尤其是對自己不了解或者根本不知道的知識，消除了對這些知識的恐懼心理，使自己知道，只要自己有信心，憑自己所學(xué)的知識，再加上自己的努力，就一定能學(xué)會的，這對以后工作有很大幫助。有些知識是以前沒有學(xué)過的，需要重新學(xué)習(xí)。由于整個系統(tǒng)比較大，再加上時間的原因，本文所設(shè)計的系統(tǒng)存在一些不完善的地方，比如：保護(hù)電路涉及得很少。在仿真過程中大部分器件用理想器件，這樣有利于仿真的快速性，當(dāng)可能使結(jié)果與實(shí)際存在一定的偏差。對于每個電路都詳細(xì)地介紹了主電路和控制電路的設(shè)計，以及每個器件的選擇。該系統(tǒng)在斷電情況下支持功率為500W的負(fù)載維持運(yùn)轉(zhuǎn)3min, 功率為250W的負(fù)載維持運(yùn)轉(zhuǎn)10 min，功率為100W的負(fù)載維持運(yùn)轉(zhuǎn)30min。文章給出了電池充電電路恒壓充電和恒流充電的仿真結(jié)果。主電路的設(shè)計包括整流二極管、整流輸出濾波電容、高頻變壓器、主開關(guān)器件的設(shè)計。本設(shè)計要求在直流電壓為300V左右的輸入情況下，并且滿足電池充電的兩個階段要求。其波動大小取決于濾波電路以及整個反饋電路。電壓又自動增大。 恒壓充電仿真電路圖輸出電壓的波形如下圖所示： 恒壓充電輸出電壓波形圖由仿真結(jié)果可以看出：。仿真條件為：理想直流電壓源300V，理想線性變壓器，UC3842直接供電不帶啟動電路，理想開關(guān)，變壓器副邊的整流二極管為理想二極管，不帶電流反饋，負(fù)載等效為一個電阻,電池電壓假定為濾波電路的輸出電壓，輸出濾波電路為CLC低通濾波電路。電壓反饋起作用的過程中，電流反饋同時起作用。其輸出端電流減小，則PC817原邊發(fā)光二級管導(dǎo)通減小，其副邊的電壓增加。其輸出端電流增大，則PC817原邊發(fā)光二級管導(dǎo)通增加，其副邊的電壓降低。則其輸出端開始有工作電流。其波動大小取決于濾波電路以及整個反饋電路。電流又自動增大。 恒流充電仿真電路圖輸出電流的波形圖如下圖所示： 恒流充電輸出波形圖由仿真結(jié)果可以看出：。UC3842輸出占空比減小，輸出電流減小。UC3842輸出占空比增大，輸出電流增大。與TL431的輸出端串聯(lián)的支路始終不導(dǎo)通，所以這條支路的反饋失去作用，即電壓反饋不起作用。PC817工作電流為4mA，則限流電阻為 () 輸出電流反饋電路圖二、電路仿真（一）恒流充電過程，則其輸出端的電流基本為零。,比較器輸出高電平，使開關(guān)導(dǎo)通，使PC817導(dǎo)通，使輸出占空比減小，輸出電流降低。另外電流取樣電路要進(jìn)行濾波，其時間常數(shù)取在尖峰脈沖周期附近，電阻R3取為1kΩ,電容C2取為470pF。使芯片工作在50kHz左右，取充電電阻RT為76kΩ,（7650）=470pF。由于輸入電壓超過了UC3842的工作電壓，為了避免意外，用穩(wěn)壓管限定UC3842的輸入電壓，否則將出現(xiàn)UC3842被損壞的情況。則與PC817并聯(lián)的電阻為： () 電壓反饋電路圖交流電壓經(jīng)D1～D4橋式整流以及電解電容C1濾波后變成300V左右的脈動直流電壓，此電壓經(jīng)一個電阻給電容充電，當(dāng)電容的電壓達(dá)到UC3842的啟動電壓門檻值時，UC3842開始工作并提供驅(qū)動脈沖，由腳6輸出推動開關(guān)管工作。TL431參考端及輸出端設(shè)置一個補(bǔ)償，取典型值：電阻R1為220Ω，R2為1kΩ,電容C1為10nF。本設(shè)計中使其工作在4mA左右。同時PC817光電耦合器不但可以起到反饋?zhàn)饔眠€可以起到隔離作用。PC817是一個比較常用的光電耦合器, 其中腳1為陽極，腳2為陰極，腳3為發(fā)射極，腳4為集電極。其芯片體積小、基準(zhǔn)電壓精密可調(diào)，輸出電流大等優(yōu)點(diǎn)，所以可以用來制作多種穩(wěn)壓器件。TL431是一個良好的熱穩(wěn)定性能的三端可調(diào)分流基準(zhǔn)源。本設(shè)計將電壓按11倍衰減。a. 電壓反饋電阻的設(shè)計。（7）7腳 VCC，控制集成電路的正電源。（5）5腳 接地，為控制電路和電源的公共地。（4）4腳 RT/CT，通過將電阻RT連接至Vref以及電容CT連接至地，使振蕩器頻率和最大輸出占空比可調(diào)。（3）3腳 電流取樣，在外圍電路中，在功率開關(guān)管的源極串接一個小阻值的取樣電阻，將脈沖變壓器的電流轉(zhuǎn)換成電壓，此電壓送入3腳，控制脈寬。2．UC3842的引腳功能（1）1腳 輸出補(bǔ)償，內(nèi)部誤差放大器的輸出，并可用于環(huán)路補(bǔ)償。電流取樣比較器和大電流圖騰柱式輸出，是驅(qū)動功率MOSFET的理想器件。 逆變總電路輸出波形圖（二）控制電路設(shè)計UC3842是高性能固定頻率電流模式控制器專為離線和直流直至直流變換器應(yīng)用而設(shè)計，為設(shè)計人員提供只需最少外部元件就能獲得成本效益高的解決方案。另外為了二極管開關(guān)時產(chǎn)生的尖峰電壓，并聯(lián)RC吸收電路。額定電壓一般取為正常工作時所承受峰值電壓的2～3倍，此處選取120V。確定了MOSFET的峰值電壓，還需要計算開關(guān)管工作時的平均工作電流。開關(guān)管的電壓為Ui為300V。它可有N溝道、P溝道兩種，也有為增強(qiáng)型和耗盡型，沒有特別指出時，通常稱呼的MOSFET是N溝道增強(qiáng)型的。電阻取為20kΩ,。變壓器二次電感值為： ()此處取為250μH。取K=6。首先根據(jù)以下公式計算變壓器的變比： ()式中為開關(guān)管工作時允許的最大電壓，此處取為500V。根據(jù)功率相等原理，把負(fù)載等效為一個純電阻，電路變?yōu)閹щ娙轂V波的全橋式整流電路帶純電阻負(fù)載。按照以上數(shù)據(jù)，可選用東芝3JH61，耐壓800V,額定電流3A。則輸入電流平均值為 ()此處，K=6,D=(見下文高頻變壓器設(shè)計)。每個二極管承受最大反向電壓為正弦波的峰值，即311V。整流電路將220V的交流電變?yōu)?00V的直流電；反激式開關(guān)電源電路主要完成300V的直流電到24V的直流電的轉(zhuǎn)換，并且滿足兩階段電池充電的要求。電池充電電路的設(shè)計目標(biāo)是滿足電池充電的兩個階段的電壓電流要求。電池充電電路需要分為兩個階段： (1)：以近似恒定的電流對電池充電。其充電電特性為： 浮充充電電壓：,2=。文章最后具體介紹了利用EG8010芯片的SPWM的硬件實(shí)現(xiàn)方法。控制電路的設(shè)計包括SPWM原理的介紹，驅(qū)動電路的設(shè)計和死區(qū)電路的設(shè)計。本文詳細(xì)地介紹了主電路的設(shè)計和控制電路的設(shè)計。四、 本章小結(jié)本章主要介紹了逆變電路的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖和基本原理及其設(shè)計，還介紹了SPWM的實(shí)現(xiàn)方式。頻率模式通過陰引腳FRQSEL1,FEQSEL0設(shè)定，固定頻率模式為00是輸出50Hz頻率，01是輸出60Hz頻率，固定頻率模式下FRQADJ功能無效，工作在雙極性調(diào)制模式下引腳16將作為VFB2電壓反饋電路，可調(diào)頻率模式為10是輸出頻率范圍0～100Hz可調(diào)，11是輸出頻率范圍0～400Hz可調(diào)，可調(diào)頻率由FRQADJ引腳調(diào)節(jié)電路調(diào)節(jié)，F(xiàn)RQADJ引腳的輸入電壓從0～5V變化，對應(yīng)的基波輸出頻率從0～100Hz或0～400Hz變化，此功能結(jié)合VVVF引腳可以應(yīng)用在單相變頻器系統(tǒng)。如果某些場合如啟動電流比較大時間比較長，不適合應(yīng)用此功能的，可以將IFB引腳接地。此時FRQADJ調(diào)頻功能無效，電壓反饋部分，通過兩路差分反饋來測量峰值差分電壓和內(nèi)部基準(zhǔn)正弦波峰值電壓3V進(jìn)行誤差計算，對輸出電壓值作出相應(yīng)調(diào)整，經(jīng)內(nèi)部電路誤差值計算后調(diào)整幅度因子乘法器系數(shù)，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓過程，雙極性調(diào)制同樣能在1—3個交流電周期內(nèi)調(diào)整到期望的輸出電壓。EG8010采用了峰值點(diǎn)采樣輸出電壓，具有穩(wěn)壓精度高、電壓調(diào)整速度快，當(dāng)某種原因?qū)е螺敵鲭妷喊l(fā)生偏離如負(fù)載變化或輸入電壓波動等因素，EG8010能在1—3個交流電周期內(nèi)調(diào)整到期望的輸出電壓。單極性調(diào)制模式時，EG8010芯片的電壓反饋處理時通過引腳13VFB測量逆變器輸出的交流電壓，引腳16 FRQADJ/VFB2僅為調(diào)頻模式下的FRQADJ功能此時VFB2反饋無效。（三）EG8010應(yīng)用設(shè)計：EG8010芯片的工作模式分為單極性調(diào)制方式和雙極性調(diào)制方式，單極性調(diào)制時僅一橋臂（EG8010引腳SPWMOUT3,SPWMOUT4）做SPWM調(diào)制輸出，另一橋臂（EG8010引腳SPWMOUT1,SPWMOUT2）做基波輸出，應(yīng)用時濾波電感接在SPWM調(diào)制橋臂輸出端，電壓取樣反饋電路同樣需要接在SPWM調(diào)制橋臂電感的輸出端。（26）31腳 LCDEN串口12832液晶顯示模塊使能端輸出。（24）29 腳 SPWMOUT3 左橋臂上管SPWM輸出，單極性和雙極性調(diào)制時該腳都作為左橋臂SPWM調(diào)制輸出。（22）27腳 SPWMOUT1 右橋臂上管SPWM輸出，單極性調(diào)制時該腳作為右橋臂上管的基波輸出，雙極性調(diào)制時作為SPWM調(diào)制輸出。（20）24腳LCDCLK 串口12832液晶顯示模塊時鐘輸出端。（18）21腳SST 軟啟動功能使能輸入端： 0是不支持軟啟動功能； 1是支持軟啟動功能，軟啟動時間為3s。（17）20腳MODSEL 單極性、雙極性調(diào)制方式選擇。（16）18腳FRQSEL0和19腳FRQSEL1 設(shè)置頻率模式。（14）16腳 FRQADJ/VFB2 功能復(fù)用腳，調(diào)頻模式時（單極性調(diào)制）作為調(diào)頻電壓0—5V輸入，雙極性調(diào)制時作為右橋臂輸出電壓反饋輸入端。（12）14腳 IFB負(fù)載電流反饋輸入端。（10）11腳 OSC2:12M晶體振蕩器引腳2。0是正極性PWM類型輸出，應(yīng)用于高電平有效驅(qū)動IR2110等驅(qū)動器件，即引腳SPWMOUT為高電平打開功率MOS管；1是負(fù)極性PWM類型輸出，應(yīng)用于低電平有效驅(qū)動TLP250內(nèi)部二極管陰極等光耦器件，即引腳SPWMOUT為低電平打開功率MOS管。正常：長亮；過流：閃爍2下，滅2秒，一直循環(huán)；過壓：閃爍3下，滅2秒，一直循環(huán)；欠壓：閃爍4下，滅2秒，一直循環(huán)；過溫：閃爍5下，滅2秒，一直循環(huán)。（6）7腳 FANCTR:外接風(fēng)扇控制，當(dāng)TFB引腳檢測到溫度高于45攝氏度時，輸出高電平1使風(fēng)扇運(yùn)行，運(yùn)行后溫度低于40攝氏度時，輸出低電平0使風(fēng)扇停止工作。00：是300ns死區(qū)時間； 01：是500ns死區(qū)時間； 10：； 11：。該芯片采用CMOS工藝，內(nèi)部集成SPWM正弦波發(fā)生器、死區(qū)時間控制電路、幅度因子乘法器、軟啟動電路、保護(hù)電路、RS232串行通訊接口和12832串行液晶驅(qū)動模塊等功能。因此本設(shè)計采用硬件調(diào)制的方法，利用EG8010型號的SPWM芯片完成這一設(shè)計。硬件調(diào)制法又可分為正弦波、三角波比較法和SPWM芯片法。三、 SPWM脈沖的實(shí)現(xiàn)由上文知，SPWM的實(shí)現(xiàn)方式有軟件法和硬件法。如下圖所示： 逆變總電路輸出波形圖由仿真結(jié)果可以看出，逆變電路的輸出確實(shí)接近正弦波，波形在第一個工頻周期要經(jīng)歷一個暫態(tài)過程，達(dá)到穩(wěn)態(tài)時波形變好，但波峰和波谷有畸變。 逆變總電路系統(tǒng)仿真電路圖（二） 輸出電壓波形圖輸出是SPWM脈沖波經(jīng)過低通濾波得到的波形，近似為正弦波。不考慮驅(qū)動電路和死區(qū)電路。輸出濾波器為LC濾波器。二、 逆變總電路仿真（一） 逆變總電路系統(tǒng)仿真電路圖逆變電路的主電路采用全橋式逆變電路，控制電路采用雙極性調(diào)制SPWM方式。在開關(guān)管關(guān)斷時，由于二極管正導(dǎo)通，電容迅速放電，不會有死區(qū)，輸出波形如下圖所示： 輸出脈沖波形圖由仿真結(jié)果可以看出，經(jīng)過死區(qū)電路后，互補(bǔ)的脈