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全硬件纯正弦SPWM逆变器后级详解

作者:串亖の六花   来源:本站原创   点击数:  更新时间:2014年04月28日   【字体:

一提正弦波逆变器,大家首先想到SPWM技术.如何实现SPWM呢?肯定很多人的第一想法是使用单片机.的确,使用单片机的好处不少:SPWM波精度高,输出正弦波波形好,稳压精度高,方便加入电压指示功能等,单片机确实非常适合工业量产.但是对于咱们玩家,可不是这样了.单片机不是人人可以掌握的,即便掌握,像我这种只会做电子钟红外遥控之类的初级玩家也很难写出好的SPWM程序.因此,我考虑了全硬件方案.

本电路优点:

1.电路极简单,可能为世界上最简单的分立SPWM电路

2.单电源宽电压供电(10V-30V)

3.输出最大占空比高,仿真时最大占空比已经接近100%.这将导致母线电压利用率高,母线电压340V就足够产生230V的工频正弦交流电.

4.隔离输出,受外围电路干扰少

经过几天的思考,我确定了系统的框图:

 

本电路没有使用稳压反馈,故稳压功能全靠前级完成.前级一般由SG3525或者TL494组成,稳压功能不用可惜了.

看本图,由于使用了虚拟双电源,因此单电源供电即可,省略一个辅助电源变压器.

再看驱动板电路图:

 

 

 

 

 麻雀虽小,五脏俱全.如图,LM7809将电池电压降为稳定的9V,这使得电路可以在宽电源(10V-30V)情况下工作,TDA2030为核心组成了虚拟双电源,将正9V变成正负4.5V的双电源.NE555及周边元件组成频率约为20KHz的高线形度三角波振荡器,如图,在NE555的2和6脚可以得到在3V和6V之间运动的三角波.IC1为LM324,IC1A及周边元件组成50Hz工频正弦振荡器,产生幅度4.5V的正弦波(对于产生的虚地),圈一电位器将这个正弦波幅度分压到3.5V.IC1B和IC1C及周边元件组成精密整流电路,将正弦波变成3V赋值的馒头波.这个馒头波要去和NE555的三角波比较,三角波和馒头波的幅值虽然向同,都是3V,但是这个馒头波的最低电位比三角波的高1.5V.因此,IC1D及周边元件组成减法电路,将馒头波整体下调1.5V,这样三角波和馒头波就可以比较了.LM393B进行比较工作,产生同相位的SPWM波,此波与LM393A组成的正弦波-方波转换器输出的同步方波送入CD4081等组成的编码电路进行编码,产生最终驱动功率管的SPWM信号.两个20K电阻和47P电容用于产生死区于高频臂.本电路设计巧妙的地方之一就是虚地和实地的转换.LM393A之前电路是工作在虚地状态的,而LM393之后的电路却变成了实地.因为4.5V的交流(对于虚地)对于实地来说是个9V的脉冲.LM393B周边电路也是类似原理.

 

然后看H桥电路图:

 

以上是H桥电路.注意:三个TLP250边上的接地符号一定接驱动板的实地!功率管的地也可与前级共地(接电瓶).也可以前后级隔离.H桥图中的12V电压可以由主变压器的分绕组+LM7812提供(前后级隔离方案),也可以直接由电池提供(12V供电情况下,前后级不隔离,共地状态).

先分析左边的高频臂:下臂的IRFP460采用光藕直接驱动,上臂的IRFP460采用自举电容+光藕驱动.工作原理简述:当下臂导通时,高频桥的功率管的中点相当于接地,此时104的自举电容通过FR107和下臂管充电,当下臂管关断上臂导通时,104电容与地隔离,当TLP250内部三极管导通后,相当于给上臂管的GS之间施加一个电压,因此上臂管可以在与之对应TLP250的控制下导通和关断.

再分析右边的工频臂:这一部分的电路使用了我那个<适合制作的大功率方波逆变器>里的一个半桥.当TLP250输出高电平时,工频桥下臂导通,此时工频桥中点等效接地,此时1uF电容通过FR107和下臂管充电.但由于那个三极管也导通,导致上臂管此时GS间相对电压为零,因此上臂管截止.当TLP250输出低电平时,下臂管和那个三极管都关断.三极管的关断和电容上储存的电压导致上臂管导通.工频臂就是这么工作的,因此要么上管导通,要么下管导通.由于SPWM3是50Hz的脉冲,所以可以在工频桥中点得到50Hz、占空比50%的交流电压.

两个1mH电感、和一个400V 40uF电容用来完成高频滤波的任务,把高频SPWM方波变成50Hz的正弦波.

原理分析完毕.

最后说下如何调试:

1.组装电路

2.查看A点波形,应该为50Hz幅值4.5V(对虚地)的正弦波

3.调整圈1电位器使其滑动端(B)对虚地有3V幅值(对虚地)的正弦波脉冲,此时在C点可以看到幅值3V频率100Hz的馒头波(对虚地)

4.调整圈2电位器,是其滑动端对地(实地)有1.5V电压,此时在D点可以看到幅值3V对实地向上偏移3V的馒头波

5.测试E点,可以看到一个对实地向上偏移3V幅值3V频率20KHz左右的三角波,F输出幅值9V的50Hz脉冲方波.

6.在LM393B的输出端应该可以测到幅值为9V的SPWM脉冲

7.测试SPWM1-3的波形,是否如图所示:

 

 

最后祝试制的同志成功!本电路完全靠仿真,可能在实际制作中会出小问题,欢迎大家指正批评!

副个仿真的波形图:

 

 

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