#正弦交流電源變換器(原創(chuàng))

1、目錄引言 2正弦交流電源變換器 3一設(shè)計(jì)任務(wù) 3二對(duì)設(shè)計(jì)任務(wù)的分析 3三 .正弦交流電源變換器的電路組成 41 60Hz 正弦振蕩電路 42 SSPWM 電路 5四逆變器電路的集成 7五. 提高逆變器的品質(zhì)因數(shù) 8六 . 電路裝配和調(diào)試 8總結(jié) :9引言電子綜合設(shè)計(jì)輔導(dǎo)課程可以增進(jìn)同學(xué)們對(duì)所學(xué)知識(shí)理解、掌握的深度，培養(yǎng)電子設(shè)計(jì)能力，提 高實(shí)踐應(yīng)用能力。這就要求學(xué)生有足夠的時(shí)間、精力、經(jīng)費(fèi)的投入，要開(kāi)動(dòng)學(xué)生的主觀能動(dòng)性。本 課程的教案方法是立足于理論與實(shí)踐的結(jié)合，改變傳統(tǒng)教案中理論與實(shí)踐分塊處理手法，以具有一 定功能的裝置作為線索，反過(guò)來(lái)逆向?qū)で笾R(shí)。學(xué)習(xí)理論知識(shí)就是為了實(shí)踐，學(xué)以致用；實(shí)踐過(guò)程

2、 中有理論分析，要能夠把實(shí)踐升華到理論。同時(shí)，強(qiáng)調(diào)創(chuàng)新意識(shí)的培養(yǎng)，學(xué)習(xí)中有思考，繼承中有 創(chuàng)新，腳踏實(shí)地，逐步獲取完整知識(shí)和技能。電子綜合課程設(shè)計(jì)是一門(mén)綜合性極強(qiáng)的電子技術(shù)應(yīng)用型設(shè)計(jì)課程，是通信學(xué)院為電類(lèi)專(zhuān)業(yè)本科 生開(kāi)設(shè)的一門(mén)極具特色的設(shè)計(jì)性課程。電子綜合課程設(shè)計(jì)的任務(wù)在于：訓(xùn)練學(xué)生綜合應(yīng)用各種電子技術(shù)知識(shí)，掌握一些小型電子系統(tǒng) 的設(shè)計(jì)方法和制作過(guò)程的能力；培養(yǎng)學(xué)生們的科學(xué)性、系統(tǒng)性、及全面性的設(shè)計(jì)素質(zhì)；在于開(kāi)拓學(xué) 生的設(shè)計(jì)思路，增強(qiáng)他們把理論知識(shí)與實(shí)踐相結(jié)合的能力；還在于訓(xùn)練學(xué)生的小組組織能力和團(tuán)隊(duì) 的分工合作精神 電子綜合課程設(shè)計(jì)的教案特點(diǎn)是分小組進(jìn)行，我們老師給我們是二人一組）。電子綜合

3、課程設(shè)計(jì)的目的是使學(xué)生在單元電路設(shè)計(jì)、系統(tǒng)電路分析、整機(jī)聯(lián)調(diào)、計(jì)算機(jī)輔助 設(shè)計(jì)和信息處理等方面的能力都有一個(gè)質(zhì)的飛躍。培養(yǎng)和提高學(xué)生的科研素質(zhì)、項(xiàng)目意識(shí)和創(chuàng)新精 神。真正實(shí)現(xiàn)了理論和實(shí)際動(dòng)手能力相結(jié)合的教案改革要求。通過(guò)本課程的實(shí)行，要求學(xué)生利用計(jì) 算機(jī)進(jìn)行理論設(shè)計(jì) 使用 PSPICE、 MC3和 PROTEL等軟件工具），并進(jìn)行邏輯分析、仿真分析、交流 分析、直流分析和瞬態(tài)分析及印制板圖的熱分析。從而設(shè)計(jì)出實(shí)用的電路，最后利用單片機(jī)開(kāi)發(fā)裝 置、示波器、邏輯分析儀，頻譜分析儀，PAL，GAL 和 EPGA等現(xiàn)場(chǎng)可編程邏輯門(mén)陳列）編程器，信號(hào)源和布線板進(jìn)行實(shí)際制做和調(diào)試，最后提供出樣機(jī)和計(jì)算機(jī)W

4、ORD編輯的理論設(shè)計(jì)報(bào)告。1 / 7正弦交流電源變換器一設(shè)計(jì)任務(wù)設(shè)計(jì)一個(gè)能夠輸出100V/60Hz 的正弦交流電源變換器，其輸入電源標(biāo)準(zhǔn)為220V/50Hz 。該電源變換器的輸出功率要求在300W 以上，總諧波失真小于10%，輸出電壓中基本無(wú)直流成份。在輸入電源電壓波動(dòng) 10%以?xún)?nèi)的條件下，輸出電壓波動(dòng)也要小于10%。對(duì)設(shè)計(jì)任務(wù)的分析逆變器是一種將直流電 DC）轉(zhuǎn)化為交流電 AC ）的裝置。它由逆變橋、控制邏輯和濾波電路 組成在我們使用的電器設(shè)備中，有很多產(chǎn)品要出口到國(guó)外去，它們不同我們國(guó)家的 220V/50Hz 標(biāo) 準(zhǔn)。在生產(chǎn)出口到這些國(guó)家的電氣設(shè)備時(shí)，應(yīng)當(dāng)用他們國(guó)家的標(biāo)準(zhǔn)的電網(wǎng)進(jìn)行檢測(cè)。如

5、 110V/60Hz 水泵電機(jī)的生產(chǎn)中，電壓和頻率對(duì)它都有影響。但因?yàn)槲覀儸F(xiàn)實(shí)的電網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)是 220V/50Hz ，無(wú)法直 接轉(zhuǎn)換成 110V/60Hz 標(biāo)準(zhǔn)。就是采用變壓器降壓，也只能改變電壓值，而改變不了交流電源頻率。 因此，采用電子變頻的方式，是從 220V/50Hz 電網(wǎng)中獲取 110V/60Hz 的最簡(jiǎn)便方法。作為逆變電源的一般設(shè)計(jì)規(guī)律，先是將 220V/50Hz 交流電轉(zhuǎn)換成所需的直流電壓，再通過(guò)PWM 調(diào)制的方式，輸出正弦交流電壓，如圖 1-1 所示。220V/50Hz這里交的流電P源WM 調(diào)制應(yīng)當(dāng)直采流用電壓SPW300V100V/60Hz框圖 PWM 調(diào)制 壓框圖略低于供電電壓

6、。也就是圖交流輸出3-1 中DC-DC 變換之后的電壓應(yīng)當(dāng)略高于輸出正弦交流是的峰值電壓。對(duì)于降壓變換，采用全橋輸出電 路，可以控制輸出正弦交流電的峰值接近于輸入的直流電壓，電壓利用率高，但激勵(lì)電路結(jié)構(gòu)復(fù) 雜。采用半橋電路輸出，可以控制輸出正弦交流電的峰值在輸入直流電壓值一半以下，電壓利用率 低，但激勵(lì)方式比較簡(jiǎn)單。 100V 正弦交流電的峰值電壓為 141V ，而 220V 正弦交流電的從 220V圖M，其換最高輸峰值電壓為 311V ，普通整流輸出的直流電壓約為 300V ，已經(jīng)是 141V 的兩倍以上了。因此，采用 半橋電路輸出就可以完成逆變要求。從 220V 變換至 110V 時(shí)，可以

7、省去 DC-DC 變換環(huán)節(jié)，這樣可3-2 所示的框架。簡(jiǎn)化電路結(jié)構(gòu)。根據(jù)這一思想，將本設(shè)計(jì)的構(gòu)成確定為如圖220V/50Hz交流電源100V/60Hz交流電源圖 1-2 電源變換器的構(gòu)成框圖三.正弦交流電源變換器的電路組成1 60Hz 正弦振蕩電路要產(chǎn)生 60Hz 正弦波的振蕩器可以選擇采用 RC 文氏振蕩電路結(jié)構(gòu)，如圖 1-3 所示。其中的 RW 用作頻率微調(diào)， R4、R6、R7 構(gòu)成了反饋放大電路，并且要滿(mǎn)足 R6 : R4 : R5=1:2:3 ，同還要滿(mǎn)足R1=R2 。在電路組成完2R4R5+R6 的情況下振蕩器才會(huì)起振并對(duì)信號(hào)進(jìn)行發(fā)大，并且電路中要求后應(yīng)該在即成放大器的 8 管腳處加

8、一個(gè) 15V 的直流電壓。最終使振蕩信號(hào)輸出的峰峰值控制在5.0V在電路中元件的取值計(jì)算如下振蕩頻率若 C2取為 0.1 F，R3可取為 24k，RW 可取為 4.7k。根據(jù)關(guān)系式計(jì)算可以得voPP=5.0V 時(shí) ，R6=0.22R5，R4=0.61 R5。2 SSPWM 電路選用產(chǎn)生線度較好的鋸齒波，TL494 ，是因?yàn)樗恼袷幤髂躍PWM 調(diào)制就利用脈寬調(diào)制器 TL494 完成。為了減小激勵(lì)電路的開(kāi)關(guān)損 耗，用二塊 TL494 聯(lián)用實(shí)現(xiàn) SSPWM 功能，半橋式電路激勵(lì)，每一塊 TL494 的輸出各激勵(lì)一個(gè)功 率管，并且是高電平激勵(lì)，即正激勵(lì)方式。1）鋸齒波產(chǎn)生電路該電路的主要功能是振蕩產(chǎn)

9、生鋸齒波， 60Hz 交流信號(hào)經(jīng)過(guò)隔直流后從 TL494 的 1 端口輸入， 由 2 端口來(lái)設(shè)置電壓比較的基準(zhǔn)。這樣，當(dāng) 1 端口輸入的正弦信號(hào)電壓往負(fù)峰值變化時(shí)， 3 端口的 電平降低，輸出脈沖寬度增大。鑒于 TL494 內(nèi)部脈寬比較器的三角波電壓變化范圍為 0.2V 3.6V， 2端口的靜態(tài)電位設(shè)置為 3.5V，分壓電阻阻值比仍為 37。電路構(gòu)造是應(yīng)該要按以下電阻比 值進(jìn)行搭配，其中 R12 : R15=2:1, R13 : R16=7:3 。還要給該電路輸入 15V 直流電源，其輸入端口是3 / 7TL494 的“ 11”、“ 12”管腳輸入。可以通過(guò)改變電阻R16 的阻值的大小來(lái)改變輸

10、出鋸齒波的寬帶。其電路構(gòu)造如所示：鋸齒波產(chǎn)2) 電路設(shè)計(jì) 主要功能 TL494 口輸出的 向輸入。 集成放大R13C62200PR14RES2RES2R12345C52200P R1118KD3IN58 19R15RES2R16RES21IN+2IN+1IN-2IN-feedbackREFDTCoutp utctrlCTVCCRTC2GNDE2C1E1161514131261171089TL494VCC圖 1 4生電路反向調(diào)制該電路的是將“5”端鋸齒波反其中應(yīng)在 器的口輸入15V 直流電源。若兩三鋸齒波同相位，就會(huì)出現(xiàn)同時(shí)形成正脈沖，使得兩個(gè)功率管同時(shí)導(dǎo)通。要避180。因此為了不使兩個(gè)功率管同

11、免這種情況出現(xiàn)，需要將其中一個(gè)波形移相，最理想的是移相時(shí)導(dǎo)通，設(shè)置了該電路模塊。圖 1 6 反向調(diào)制電路3)調(diào)制信號(hào)的正、負(fù)半周分別調(diào)制TL494 的調(diào)制特征是：第 3 端口電平越高，輸出脈沖寬度越窄。所謂 TL494 送出脈沖是指其內(nèi) 部的輸出管導(dǎo)通。采用射極輸出時(shí)，就是正脈沖。芯片內(nèi)部有 5V 基準(zhǔn)電壓輸出。對(duì)于正、負(fù)半周分別調(diào)制，可能先將振蕩器送來(lái)的 60Hz 正弦波信號(hào)分作二路：一路信號(hào)直接 輸送至某一塊 TL494 誤差放大器的同相端，如第 1 端口，負(fù)責(zé)負(fù)半周的調(diào)制，其使得信號(hào)電平往峰 值變化時(shí)，輸出到功率管柵極的脈沖寬度加寬；另一路輸送至另一塊 TL494 誤差放大器的反相端，

12、如第 2 端口，負(fù)責(zé)其正半周的調(diào)制，也使得信號(hào)電平往峰值變化時(shí)，輸出到功率管柵極的脈沖寬度 加寬。要實(shí)現(xiàn)調(diào)制信號(hào)正、負(fù)半周分開(kāi)調(diào)制，還需要直流電平參與控制。R27R26R15R13正半周的調(diào)制，如圖a) 9 所示。60Hz 交流信號(hào)經(jīng)過(guò)隔直流后從 TL4b9)4 的R25R24輸入a)7 正半周期調(diào)制圖 1 82 端口輸入，由 1端口來(lái)設(shè)置電壓比較的基準(zhǔn)。這樣，當(dāng)2 端口輸入的正弦信號(hào)電壓往正峰值變化時(shí)，3 端口的電平0.2V 3.6V，1降低，輸出脈沖寬度增大。在 TL494 中，送入脈寬比較器的三角波電壓變化范圍為端口的靜態(tài)電圖 1 91.53.5=37。如果將正弦1.0V 正 弦 信 號(hào)

13、 放阻與分壓電阻的比為峰值控制在 1.0V ，則通過(guò)4)反饋電平對(duì)脈沖寬度的調(diào)整位設(shè)置為3.5V ，分壓電阻TL494 內(nèi)部結(jié)構(gòu)逆變器的輸出已經(jīng)經(jīng)過(guò)電容隔直流，無(wú)直流成份，需要自動(dòng)控制的是交流分量的幅度。正弦振蕩電路采用模擬式實(shí)現(xiàn)，其幅度難以實(shí)時(shí)調(diào)整。以上的處理方式中有一個(gè)特征可以利用，就是送入脈沖比較器的正弦信號(hào)均疊加在3.5V 直流電位上，而且調(diào)制規(guī)律是統(tǒng)一的，都是幅度往峰值變化，脈沖寬度增大。因此，可以將這二個(gè)直流電位設(shè)置電路合二為一，對(duì)逆變器輸出的交流信號(hào)幅度取樣后轉(zhuǎn)成直流量，反饋至這一直流電位上，微調(diào)其直流電位值，改變比，從而實(shí)現(xiàn)輸出電壓的自動(dòng)調(diào)整。5)輸出濾波電路大至3.460Hz

14、SPWM 信號(hào)的占空實(shí)驗(yàn)使用的是一可以直接濾波的模塊，因?yàn)橐牡玫降男盘?hào)的波形頻率較低可以使用低通濾波5 / 7器。四逆變器電路的集成根據(jù)以上各單元電路的設(shè)計(jì)，組合成完整無(wú)缺的逆變電路時(shí)，應(yīng)該嚴(yán)格考慮各連接處的電平與相位關(guān)系。主調(diào)制器直接驅(qū)動(dòng)激勵(lì)電路，所有會(huì)造成延遲的電路都加入至從調(diào)制器電路中，通過(guò)光電耦合至上激勵(lì)管，便于增大延遲量，留出足夠的死區(qū)時(shí)間。C8220FC10k00F3 30VC13C10R3 3ELECTROR3010kR3110k4.3 kR2 60.1 FkR2IC2 A3RES2LM35 86200k224ES223EC710F10CF421921RW1 a4.7 k2RC

15、3RW1 b4.7k34k0.1 F30.1 FLM35 8R7RES2R8RES2C1A1R9RES2R624k1 IN+2IN+1 IN-2IN-feed backREFDTCoutpu tctrlCTVCCRTC2GNDE2C1E1TL4 94162R2 83kPC81 7R1 0RES2IC6 AT12N22 22R3 0R3210k2LM39 3R3 4T22N29 07T4MOD6DIODER1 4RESR1 31230.0 1 F78R1 71kD31 N581920 0P56C6R1 2IC4RES2161IN+2IN+1IN-2IN-15feed backREF14DTCou

16、tpu tctrl13CTVCC12RTC211 10GNDE210C1E19TL4 944D7C1 4T3DIODEOUTMOSFET NC1 5OUT圖 1-17 半橋式逆變器總電路品質(zhì)因數(shù)五 . 提高逆變器的因?yàn)橛心孀冸娐愤M(jìn)行隔離，最后的輸出負(fù)載不再對(duì)交流電網(wǎng)構(gòu)成直接影響。但逆變器前端的整 流電路會(huì)影響到取電的品質(zhì)因數(shù)。六 . 電路裝配和調(diào)試1:在該電路的的調(diào)試中首先要測(cè)試的是產(chǎn)生60HZ 正弦信號(hào)的 RC 文氏振蕩電路。在測(cè)試中要給該振蕩電路輸入 15V 的直流電壓，由實(shí)驗(yàn)室穩(wěn)壓電源提供。在 LM358 的輸出端口“ 1”管腳處用示波 器進(jìn)行信號(hào)檢測(cè)輸出波形為正弦信號(hào)，峰峰值為7.2V,波形頻率為 58.8HZ 。2:其次測(cè)試的是由 TL494 構(gòu)成的鋸齒波振蕩器，測(cè)試該模塊時(shí)需要在“11”、“ 12 ”端口輸入 1