【正文】 而更接近正弦。 除上述兩種方法外，還有一種方法叫做等面積法。由于 此方法是以 SPWM 控制的基本原理為出發(fā)點(diǎn)，可以準(zhǔn)確地計(jì)算出各開(kāi)關(guān)器件的通斷時(shí)刻，其所得的的波形很接近正弦波，但其存在計(jì)算繁瑣，數(shù)據(jù)占用內(nèi)存大，不能實(shí)時(shí)控制的缺點(diǎn)。通常采用等腰三角波作為載波，當(dāng)調(diào)制信號(hào)波為正弦波時(shí)，所蘭州工業(yè)高等?？茖W(xué)校 16 得到的就是 SPWM 波形。而且隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在已經(jīng)產(chǎn)生了多種可以產(chǎn)生 SPWM 波的芯片，如 TL49 SG3525A 等，這些集成芯片的出現(xiàn)使得電路的設(shè)計(jì)大大簡(jiǎn)化，而且功能更加齊全。 圖 35 單極性 SPWM 波波形示意圖 蘭州工業(yè)高等?？茖W(xué)校 17 4 逆變電源元器件特性及各部分電路設(shè)計(jì) 逆變電源主要分立元件及其應(yīng)用 場(chǎng)效應(yīng)管 圖 41 MOSFET 代表符號(hào)圖 場(chǎng)效應(yīng)管是一種適應(yīng)開(kāi)關(guān)電源小型化、高效率化和高可靠性要求的理想器件。其代表符號(hào)如圖 41。 MOSFET 開(kāi)關(guān)較快而無(wú)存儲(chǔ)時(shí)間，故在較高工作頻率下開(kāi)關(guān)損耗較小，另外所需的開(kāi)關(guān)驅(qū) 動(dòng)功率小，降低了電路的復(fù)雜性。只有在正的漏極電源的作用下，在柵源之間加上正向電壓（柵極接正，源極接負(fù)），才能使該場(chǎng)效應(yīng)管導(dǎo)通 [10]。 穩(wěn)壓管 蘭州工業(yè)高等?？茖W(xué)校 18 圖 42 穩(wěn)壓管代表符號(hào) 穩(wěn)壓管又稱齊納二極管，是一種用特殊工藝制造的面結(jié)型硅半導(dǎo)體二極管，其 代表符號(hào)如圖 42 所示。當(dāng)反向電壓加到某一定值是，反向電流激增，產(chǎn)生反向擊穿。利用這一性質(zhì)，在電路里常用于構(gòu)成穩(wěn)壓電路。 齊納管一般有兩種用法（以下 Iz為工作電流， Uz 為標(biāo)稱穩(wěn)壓電壓， Uw為實(shí)際工作電壓）：正常工作時(shí)處于 “ 導(dǎo)通 ” 狀態(tài)， Iz≥ 量級(jí)，此時(shí) 齊納管起穩(wěn)壓作用， Uw≈U z。 圖 43 穩(wěn)壓管的 VI 特性 與門 在逆變電源電路中采用的與門芯片型號(hào)為 74LS08，其電源電壓范圍為 至 ，典型值為 5V。其輸出高電平最低為 2V，其輸出 低電平最高為 。開(kāi)關(guān)電源變壓器一般用在開(kāi)關(guān)電源等涉及高頻電路的場(chǎng)合 。 開(kāi)關(guān)變壓器一般都是工作于開(kāi)關(guān)狀態(tài)；當(dāng)輸入電壓為直流脈沖電壓時(shí)，稱為單極性脈沖輸入，如單激式變壓器開(kāi)關(guān)電源；當(dāng)輸入電壓為交流脈沖電壓時(shí)，稱為雙極性 脈沖輸入，如雙激式變壓器開(kāi)關(guān)電源；因此，開(kāi)關(guān)變壓器也可以稱為脈沖變壓器，因?yàn)槠漭斎腚妷菏且恍蛄忻}沖，因?yàn)殚_(kāi)關(guān)變壓器還分正、反激輸出。單激式開(kāi)關(guān)電源變壓器的輸入電壓是單極性脈沖，并且還分正反激電壓輸出；而雙激式開(kāi)關(guān)電源變壓器的輸入電壓是雙極性脈沖，一般是雙極性脈沖電壓輸出。 單激式開(kāi)關(guān)電源變壓器還分正激式和反激式兩種，對(duì)兩種開(kāi)關(guān)電源變壓器的技術(shù)參數(shù)要求也不一樣；對(duì)正激式開(kāi)關(guān)電源變壓器的初級(jí)電感量要求比較大，而對(duì)反激式開(kāi)關(guān)電源變壓器初級(jí)電感量的要求，其大小卻與輸出功率有關(guān)。這些參數(shù)基本上都與變壓器鐵芯的磁化曲線有關(guān) 開(kāi)關(guān)變壓器使用的磁性材料為軟磁鐵氧體 ,按其成分和應(yīng)用頻率可分為 MnZn 系和 NiZn 系兩大類 .前者具有高的導(dǎo)磁率和高的飽和磁感 應(yīng) ,在中頻和低頻范圍具有較低損耗 .磁芯的形狀很多 ,如 EI 型 ,E型 ,EC 型等 。 考慮全橋電路每個(gè)橋臂上的開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通壓降為 1V，輸出的肖特基整流管的導(dǎo)通壓降為 ，則有公式： ODU =[( IDU 2) YN / FN 1]2TTon （ 42） 設(shè)定本逆變電源系統(tǒng)功率的傳遞效率為 ?e ，所以 ?TTon ，從而計(jì)算變壓器副邊和原邊的匝數(shù)比為： FN / YN =22 電流互感器 蘭州工業(yè)高等?？茖W(xué)校 21 圖 46 電流 互感器原理圖 在供電用電的 線路 中電流電壓大大小小相差懸殊從幾安到幾萬(wàn)安都 有。電流互感器就起到變流和 電氣隔離 作用。微型電流互感器稱之為 “ 儀用電流互感器 ” 。繞組 N1 接被測(cè)電流，稱為一次繞組（或原邊繞組、初級(jí)繞組）；繞組 N2 接測(cè)量?jī)x表，稱為二次繞組（或副邊繞組、次級(jí)繞組）。微型電流互感器在額定工作電流下工作時(shí)的電流比叫電流互感器 額定電流 比，用 Kn 表示 ,則 Kn=I1n/I2n[11]。 逆變電源主要集成芯片及其功能簡(jiǎn)介 TL494 及其應(yīng)用 圖 47 集成芯片 TL494 管腳圖 蘭州工業(yè)高等?？茖W(xué)校 22 TL494 各引腳功能簡(jiǎn)介： 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。 (引腳 2)：誤差放大器反向輸入端。 (引腳 4)：死區(qū)控制端 , 其上加 0～ 電壓時(shí)可使截止時(shí)間從 2%線懷變化到 100%。 (引腳 5)：外接震蕩電容。 (引腳 8)、 E1(引腳 9)、 C2(引腳 11)、 E2(引腳 10)分別為末級(jí)輸出三極管的集電極和發(fā)射極。 (引腳 13)：輸出控制端 ,該腳接地時(shí)為并 聯(lián)單端輸出方式，接 14 腳時(shí)為推挽輸出方式 。 (引腳 15)：誤差放大器Ⅱ反向輸入端。 SG3525A 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(kāi)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(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源 和直流斬波電路中用作開(kāi)關(guān)管。 蘭州工業(yè)高等?？茖W(xué)校 23 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(kāi)關(guān)電源?？捎糜隍?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 [12] 。在脈寬比較器的輸入端直接用流過(guò)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。 圖 48 SG3525A 管腳圖 SG3525A 各引腳名稱及功能： (引腳 1)：誤差放大器反向輸入端。在開(kāi)環(huán) 系統(tǒng)中，該端與補(bǔ)償信號(hào)輸入端（引腳 9）相連，可構(gòu)成跟隨器。在閉環(huán)系統(tǒng)和開(kāi)環(huán)系統(tǒng)中，該端接給定信號(hào)。 蘭州工業(yè)高等?？茖W(xué)校 24 (引腳 3)：振蕩器外接同步信號(hào)輸入端。 (引腳 4)：振蕩器輸出端。 （引腳 6） ：振蕩器定時(shí)電阻接入端。該端與引腳 5 之間外接一只放電電阻RD ，構(gòu)成放電回路。該端通常接一只 5pF 的軟啟動(dòng)電容。在該端與引腳 2之間接入不同類型的反饋網(wǎng)絡(luò)，可以構(gòu)成比例、比例積分和積分等類型調(diào)節(jié)器。該端接高電平時(shí)控制器輸出被禁止。 A（引腳 11） ：輸出端 A。 (引腳 12)：信號(hào)地。 B（引腳 14） ：輸出端 B。 （引腳 15） ：偏置電源接入端。該端可輸出一溫度穩(wěn)定性極好的 5V 基準(zhǔn)電壓。 (2) （ %） V微調(diào)基準(zhǔn)電源。 (5) 死區(qū)時(shí)間可調(diào)。 (7) 具有輸入欠電壓鎖定功能。 (9) 逐個(gè)脈沖關(guān)斷。 SG3525A 還增加了同步功能，可以工作在主從模式，也可以與外部系統(tǒng)時(shí)鐘信號(hào)同步，為設(shè)計(jì)提供了極大的靈活性。由于 SG3525 內(nèi)部集成了軟啟動(dòng)電路，因此只需要一個(gè)外接定時(shí)電容。由于 SG3525A 內(nèi)部集成了軟啟動(dòng)電路，因此只需要一個(gè)外接定時(shí)電容。上電過(guò)程中，由于電容兩端的電壓不能突變，因此與軟啟動(dòng)電容接入端相連的 PWM比較器反向輸入端處于低電平， PWM 比較器輸出高電平。只有軟啟動(dòng)電容充電至其上的電壓使引腳 8處于高電平時(shí)， SG3525A 才開(kāi)始工作。當(dāng)輸出電壓因輸入電壓的升高或負(fù)載的變化而升高時(shí)，誤差放大器的輸出將減小，這將導(dǎo)致 PWM 比較器輸出為正的時(shí)間變長(zhǎng)， PWM 瑣存器輸出高電平的時(shí)間也變長(zhǎng)，因此輸出晶體管的導(dǎo)通時(shí)間將最終變短，從而使輸出電壓回落到額定值，實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)態(tài)。 外接關(guān)斷信號(hào)對(duì)輸出級(jí)和軟啟動(dòng)電路都起作用。 如果該高電平持續(xù)，軟啟動(dòng)電容將充分放電，直到關(guān)斷信號(hào)結(jié)束 ，才重新進(jìn)入軟啟動(dòng)過(guò)程。欠電壓鎖定功能同樣作用于輸出級(jí)和軟啟動(dòng)電路。 此外， SG3525A 還具有以下功能，即無(wú)論因?yàn)槭裁丛蛟斐? PWM 脈沖中止，輸出都將被中止，直到下一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)到來(lái)， PWM 瑣存器才被復(fù)位。 圖 49 ICL8038 管腳圖 ICL8038 各引腳名稱及功能： (引腳 1)：正弦波失真調(diào)節(jié)端 。 (引腳 3)：三角波 /鋸齒波輸出端 。 (引腳 5)：恒流源調(diào)節(jié)（外接電阻端） 。10V ～ 177。 (引腳 7)：內(nèi)部頻率調(diào)節(jié)偏置電壓輸 出端。 (引腳 9)：方波 /矩形波輸出端（集電極開(kāi)路輸出） 。 (引腳 11)：負(fù)電源或接地端 。 蘭州工業(yè)高等?？茖W(xué)校 27 13． NC(引腳 1 14)空置端 。 (2) 頻率范圍 : ～ 300kHz。 (4) 低失真正弦波 : 1%。 (6) 三角波輸出線性度 : %。5V ～ 177。 IR2110 簡(jiǎn)介及其應(yīng)用 在功率變換裝置中，根據(jù)主電路的結(jié)構(gòu)，其功率開(kāi)關(guān)器件一般采用直接驅(qū)動(dòng)和隔離驅(qū)動(dòng)兩種方式。隔離驅(qū)動(dòng)可分為電磁隔離和光電隔離兩種方式 [13]。快速光耦的速度也僅幾十 kHz。但信號(hào)的最大傳輸寬度受磁飽和特性的限制，因而信號(hào)的頂部不易傳輸。而且信號(hào)的最小寬度又受磁化電流所限。 凡是隔離驅(qū)動(dòng)方式，每路驅(qū)動(dòng)都要一組輔助電源，若是三相橋式變換器，則需要六組，而且還要互相懸浮，增加了 電路的復(fù)雜性。如EXB840/84 EXB850/85 M57959L/AL、 M57962L/AL、 HR065 等等，它們均采用的是光耦隔離，仍受上述缺點(diǎn)的限制。 IR2110 采用 HVIC 和閂鎖抗干擾 CMOS 制造工藝， DIP14 腳封裝。 50V/ns， 15V 下靜態(tài)功耗僅 116mW；輸出的電源端（腳 3,即功率器件的蘭州工業(yè)高等?？茖W(xué)校 28 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。 圖 410 IR2110 管腳圖 IR2110 各引腳名稱及功能： （引腳 1） :低端輸出。 （引腳 3） :低端固定電 源電壓。 （引腳 5） :高端浮置電源偏移電壓。 （引腳 7） :高端輸出 。 （引腳 9） :邏輯電源電壓 。 （引腳 11） :關(guān) 斷控制端，當(dāng)該端輸入高電平時(shí)， IR2110 停止輸出驅(qū)動(dòng)脈沖。 蘭州工業(yè)高等專科學(xué)校 29 （引腳 13） :邏輯電路地電位端，其值可以為 0V。 IR2110 工作 特點(diǎn)： (1) 具有獨(dú)立的低端和高端輸入通道。 (3) 輸出的電源端（腳 3）的電壓范圍為 10— 20V。 (5) 工作頻率高，可達(dá) 500KHz。 (7) 圖騰柱輸出峰值電流 2A。圖中 R11 R12 為定時(shí)電阻，均為可調(diào)式。 C 為定時(shí)電容 ,它可能影響振蕩頻率、 R13 用來(lái)調(diào)整正弦波的失真。對(duì)于本電路，其震蕩頻率為： f=723 (45) 由于在該電路中，需要輸出頻率為 50hz 幅度在 1V 到 之間的正弦波。由于正弦波的幅度為 Vcc/5 故對(duì)輸出信號(hào)進(jìn)行分壓以減小幅度，再加上一個(gè)固定的電壓值調(diào)整到正弦波的幅值處于 1V 到 之間。采用雙電源時(shí) ,所有輸出波形相對(duì)于地 電平都是正、負(fù)對(duì)稱的。 由于電子電路集成化的最大優(yōu)點(diǎn)是能使復(fù)雜電路小型輕便 ,所以隨著便攜式儀器應(yīng)用范圍的擴(kuò)大 ,必須使用低電源電壓供電、低功率消耗的運(yùn)算放大器相適用。2V ～ 177。目前有的產(chǎn)品功耗已達(dá)微瓦級(jí) ,例如 ICL7600 的供電電源為 ,功耗為 10mW,可采用單節(jié)電池供電。因?yàn)樾酒瑑?nèi)置 5V 基準(zhǔn)電壓源，負(fù)載能力為 10mA。過(guò)熱保護(hù)的 R42 為 200Ω，則 15 腳的電壓為 大于 16 腳電 壓。 12腳為電源端，接外部 12V 電壓。 10 引腳用于輸出 50K 的脈沖控制開(kāi)關(guān)管。 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(guò)壓保護(hù)和欠壓保護(hù)。 1 腳與基準(zhǔn)電壓輸出端 16 腳連接，使 1 腳為高電平。 3腳為同步端，此處僅一片芯片，故 3 腳不用。 5 腳接震蕩電容和 6 腳接震蕩電阻將確定內(nèi)部鋸齒波的震蕩頻率。 把充電和放電回路分開(kāi)，有利于通過(guò)死區(qū)電阻來(lái)調(diào)節(jié)死區(qū)時(shí)間，使死區(qū)時(shí)間調(diào)節(jié) 范圍更寬，放電電阻越大，放電時(shí)間越長(zhǎng) 。 8 腳為軟啟動(dòng)端，通常外接一個(gè) 5uF 的電容用于軟啟動(dòng)。 1 14 腳交替輸出相位相反的脈沖波。 1 15 腳為電源端，接外接電