SPWM正弦波逆變系統(tǒng)改造詳解

一、電路原理分析及部分元件的選擇

電路中的U1B組成一個文氏電橋振蕩器 ,它的特點是起振容易,波形失真很小,頻率也很穩(wěn)定.其振蕩頻率由R1 R2 C1 C2決定,當(dāng)C1,C2為標(biāo)準(zhǔn)的104時,R1,R2為31.8K時,頻率剛好為50HZ左右,R1,R2可以在標(biāo)稱電阻33K中挑選.VR3為反饋調(diào)節(jié)電位器,可以調(diào)節(jié)振蕩器輸出的正弦波的幅度.D5,D6為穩(wěn)幅二極管.從振蕩器出來的正弦波分成4路,2路進入U2A,U2B組成的精密整流電路變成饅頭波;2路進入由U6A,U6B組成的同步波發(fā)生電路變成方波。

U1A是一級隔離放大器,其電壓增益為2倍,也可以接成跟隨器的形式,因為我考慮到5532在做跟隨器時是否會不穩(wěn)定,所以給它一定的增益,它的主要作用是隔離振蕩電路和它的4路負載。

U2A,U2B組成一個精密整流電路,其特點是,經(jīng)它整流的正弦饅頭波,失真很小,能滿足SPWM的要求.圖中R4,R7,R8,R9,R16的阻值一定要一致,特別是R7,R9要配對(這5個10K電阻我用的是0.1%的精密電阻),否則,出來的饅頭波會上下跳動。

U3B就稱它為穩(wěn)壓放大器:從精密整流電路出來的饅頭波進入U3B的同相端,從H橋取樣變壓器次級出來的饅頭波(也經(jīng)整流,不能濾波)進入U3B的反相端,用來控制該運放的輸出電壓,起到穩(wěn)壓作用。

U3A是一個加法電路:從U3B出來的饅頭波進入U3A的同相端,同時U3A的同相端也接在一個直流電位上,把PP值為4V的饅頭波,墊高2.5V.這個經(jīng)墊高的饅頭波就可以送到SPWM調(diào)制電路中,做為SPWM的基波信號。

本電路的載波振蕩器的核心是一塊NE555時基電路U4.它實際上是一個高線性度的三角波發(fā)生器,三角波頻率由R29,R30及C7決定,如圖中所標(biāo)的數(shù)值R29,R30為470R,C7為822,這時,三角波的頻率約為20K,能滿足SPWM調(diào)制電路的要求.為確保三角波的線性度,由Q1,Q2,Q3,Q4為電容充放電回路組成恒流源.三角波信號經(jīng)Q5的E極輸出,分別送到SPWM調(diào)制器U5A,U5B的同相端和反相端.這個調(diào)制電路實際上是一個電壓比較器,它把20K的三角波信號和100HZ的饅頭波信號進行比較,在輸出端1腳和7腳分別輸出二路極性相反的SPWM信號.U5可以用LM339或LM393,不能用速度較慢的普通運放,如324,358等等。

另一塊5532即U6A,U6B組成一個50HZ同步方波發(fā)生電路:從正弦波振蕩器過來的正弦波信號(約12VPP),經(jīng)二個電壓比較器U6A,U6B后,產(chǎn)生二路帶死區(qū)時間的低頻同步波,電路中R39,R14決定二路方波的死區(qū)時間.經(jīng)試驗,當(dāng)用5532時,R39,R14取510R時,死區(qū)時間大約為100US .U6A,U6B用358時死區(qū)時間為200US。

在U5的輸出端,接有一個高頻波死區(qū)時間調(diào)整電路,由R47,R48,C20,C21組成,這4個元件是我第三次修改時加上去的.在沒有這二組延時電路時,高頻波的死區(qū)時間約為100ns,接上H橋后,在開環(huán)不穩(wěn)壓的情況下,表現(xiàn)很好.但在閉環(huán)空載時,H橋有輕微的直通現(xiàn)象.加了這二個回路后,高頻波的死區(qū)時間調(diào)整為2us,閉環(huán)空載時的輕微直通現(xiàn)象消失。

從U5出來的二路SPWM波和從U6出來的二路同步方波,一并送到由U7,U8,U9組成的時序編碼電路進行分相編碼,出來的是4路標(biāo)準(zhǔn)的SPWM單極性調(diào)制波,分別送到H橋的4個驅(qū)動電路中。

這里有一點要特別說明:我用的H橋是用4個光藕做為輸入驅(qū)動的,其設(shè)計要求為“低電平有效”,如果用其它驅(qū)動方式的H橋,原則上也可以,但如果其驅(qū)動方式為“高電平有效”的話,最后一級反相器U9一定要取掉。

補充一點:電路中所有的電容,一定要用CBB電容,性能穩(wěn)定,質(zhì)量可靠,其它電阻最好用1%的真金膜電阻。

二、信號板電路的調(diào)試:

1.在J1上接上+15V和-15V電源,D7,D16應(yīng)該亮,測一下電流,+15V應(yīng)該在50MA左右,-15V應(yīng)該在60MA左右,說明電路基本正常

2.用示波器測S1點,調(diào)節(jié)VR3,應(yīng)該看到正弦波,頻率在50HZ左右,調(diào)VR3使S1點的正弦波幅度在12Vpp,振蕩器就基本調(diào)好了

3.用示波器測S2點波形,應(yīng)該看到饅頭波,調(diào)VR1使饅頭波的幅度在6Vpp,一般大于11V就會出現(xiàn)削頂,這樣,精密整流電路就調(diào)好了

4.用示波器測S3點波形,也應(yīng)該是饅頭波,調(diào)VR4讓S3點的波形幅度在4Vpp,再調(diào)VR2使饅頭波的谷點離開直流底線2.5V,這樣,加法器電路就基本調(diào)好了,等接上H橋再細調(diào)