首先說明一下,我不是搞電源的專業(yè)人士,搞逆變器完全是出于一種喜好,我沒有專門學(xué)過系統(tǒng)的理論,所有對SPWM的認(rèn)識(shí),均學(xué)自網(wǎng)絡(luò),當(dāng)然主要是這個(gè)電源網(wǎng).xzszrs、 lizlk及其他壇中的高手就是我沒有見過面的老師,也就是我是看著大家的貼子長大的.特別是鐘工,他技術(shù)精湛,為人坦蕩,是一位真誠的工程師,他的貼子,我不但全看,有的已經(jīng)看了N遍,差不多會(huì)背了.
因?yàn)椴欢畣纹瑱C(jī)的編程,所以,一直熱衷于硬件SPWM的研究.這款SPWM經(jīng)我三次大的修改,三次PCB打樣,現(xiàn)在基本可以定稿了,經(jīng)我試裝的幾張樣板,現(xiàn)在性能都很穩(wěn)定.現(xiàn)在發(fā)這個(gè)貼子,旨在拋磚引玉,電路設(shè)計(jì)方面肯定還有很多不合理之處,請大家斧正.
本電路的正弦波信號(hào)預(yù)處理部分,我是參考了鐘工的原創(chuàng),這里特此表示感謝.
一,電路原理分析及部分元件的選擇.
電路中的U1B組成一個(gè)文氏電橋振蕩器 ,它的特點(diǎn)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(shí),R1,R2為31.8K時(shí),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(jìn)入U(xiǎn)2A,U2B組成的精密整流電路變成饅頭波;2路進(jìn)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?yàn)槲铱紤]到5532在做跟隨器時(shí)是否會(huì)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(fù)載.
U2A,U2B組成一個(gè)精密整流電路,其特點(diǎn)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(gè)10K電阻我用的是0.1%的精密電阻),否則,出來的饅頭波會(huì)上下跳動(dòng).
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(jìn)入U(xiǎn)3B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(jìn)入U(xiǎn)3B的反相端,用來控制該運(yùn)放的輸出電壓,起到穩(wěn)壓作用.
U3A是一個(gè)加法電路:從U3B出來的饅頭波進(jìn)入U(xiǎn)3A的同相端,同時(shí)U3A的同相端也接在一個(gè)直流電位上,把PP值為4V的饅頭波,墊高2.5V.這個(gè)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(hào).
本電路的載波振蕩器的核心是一塊NE555時(shí)基電路U4.它實(shí)際上是一個(gè)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(shí),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(hào)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(gè)調(diào)制電路實(shí)際上是一個(gè)電壓比較器,它把20K的三角波信號(hào)和100HZ的饅頭波信號(hào)進(jìn)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(hào).U5可以用LM339或LM393,不能用速度較慢的普通運(yùn)放,如324,358等等.
另一塊5532即U6A,U6B組成一個(gè)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(hào)(約12VPP),經(jīng)二個(gè)電壓比較器U6A,U6B后,產(chǎn)生二路帶死區(qū)時(shí)間的低頻同步波,電路中R39,R14決定二路方波的死區(qū)時(shí)間.經(jīng)試驗(yàn),當(dāng)用5532時(shí),R39,R14取510R時(shí),死區(qū)時(shí)間大約為100US .U6A,U6B用358時(shí)死區(qū)時(shí)間為200US.
在U5的輸出端,接有一個(gè)高頻波死區(qū)時(shí)間調(diào)整電路,由R47,R48,C20,C21組成,這4個(gè)元件是我第三次修改時(shí)加上去的.在沒有這二組延時(shí)電路時(shí),高頻波的死區(qū)時(shí)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(shí),H橋有輕微的直通現(xiàn)象.加了這二個(gè)回路后,高頻波的死區(qū)時(shí)間調(diào)整為2us,閉環(huán)空載時(shí)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(shí)序編碼電路進(jìn)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(gè)驅(qū)動(dòng)電路中.
這里有一點(diǎn)要特別說明:我用的H橋是用4個(gè)光藕做為輸入驅(qū)動(dòng)的,其設(shè)計(jì)要求為“低電平有效”,如果用其它驅(qū)動(dòng)方式的H橋,原則上也可以,但如果其驅(qū)動(dòng)方式為“高電平有效”的話,最后一級反相器U9一定要取掉.
補(bǔ)充一點(diǎn):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(hào)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(diǎn),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(diǎn)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(diǎn)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(huì)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(diǎn)波形,也應(yīng)該是饅頭波,調(diào)VR4讓S3點(diǎn)的波形幅度在4Vpp,再調(diào)VR2使饅頭波的谷點(diǎn)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(xì)調(diào).
三,接上H橋聯(lián)調(diào):
我把我用的H橋的電路也貼上來供大家參考,過載保護(hù)部分的電路沒有畫出來,原因是:當(dāng)初設(shè)計(jì)時(shí)沒有想到取樣電阻上的電流是高頻脈沖電流,誤當(dāng)成恒定直流了,一直到PCB做好了,裝機(jī)調(diào)試時(shí)才發(fā)現(xiàn)這個(gè)失誤,所以,原來的保護(hù)電路要重新設(shè)計(jì),花了幾百元打樣的PCB也做廢了,但H橋主電路部分還是能用的.下面我講一下信號(hào)板和H橋部分聯(lián)調(diào)的過程.
1.先把信號(hào)板上J2插頭上的第2號(hào)線斷開,也就是,讓H橋處在開環(huán)狀態(tài).
2.把信號(hào)板J2和H橋連接好.
3.接上母線電源,注意:為了安全起見,先不要接高壓,可用低壓先試,我是用一臺(tái)雙組0~30V,5A的穩(wěn)壓電源來試的,雙組串聯(lián)成60V,因?yàn)榉€(wěn)壓電源一般都有恒流保護(hù),所以比較安全.
4.把示波器的探頭打在10:1檔,夾在H橋AC輸出的二個(gè)端子上,再接上一點(diǎn)負(fù)載,我是接一個(gè)100W的36V的燈泡.
5.接通信號(hào)板電源,H橋應(yīng)該有正弦波輸出,燈泡會(huì)亮.
6.細(xì)調(diào)信號(hào)板上的VR2,讓正弦波上下二個(gè)半波的過渡光滑自然,沒有階梯感;再調(diào)VR4,慢慢調(diào)大,正弦波會(huì)出現(xiàn)削頂,再稍回調(diào)一點(diǎn),讓正弦波頂部光滑自然,這樣整個(gè)系統(tǒng)就基本調(diào)試好了.
四,閉環(huán)穩(wěn)壓的調(diào)試:
如果你只讓系統(tǒng)工作在開環(huán)狀態(tài),那么,這一步可以不做,因?yàn)殚_環(huán)狀態(tài)的波形失真很小,效率很高,經(jīng)試驗(yàn),在母線電壓為52V的情況下,如果接上一個(gè)36V的燈泡,這時(shí),母線電流為2A,也就是母線實(shí)際消耗功率為104W,測燈泡上的電流為2.79A,燈泡上電壓為36V,這時(shí)實(shí)際效率為:2.79*36/104=96.5%.
如果你一定要穩(wěn)壓,那就再做如下幾步:
1.調(diào)信號(hào)板上的VR4,慢慢調(diào)大饅頭波的幅度,用示波器觀看H橋AC輸出端的波形,波形會(huì)出現(xiàn)明顯的削頂,直到波形變成梯形波,停止調(diào)節(jié),關(guān)機(jī).
2.把信號(hào)板J2上的第2號(hào)線接通,再開機(jī),調(diào)信號(hào)板上的VR5,讓輸出的梯形波幅度慢慢變小,頂部分會(huì)慢慢開始圓滑,直到整個(gè)波形又變成正弦波時(shí)停止調(diào)節(jié),這時(shí),系統(tǒng)就工作在閉環(huán)穩(wěn)壓狀態(tài)了,你可以取掉負(fù)載,看看電壓有沒有升高(應(yīng)該變化很小),而且在空載時(shí)也應(yīng)該是正弦波.
系統(tǒng)工作在閉環(huán)穩(wěn)壓狀態(tài)時(shí),我還發(fā)現(xiàn)二個(gè)小問題:(1)閉環(huán)時(shí)的正弦波失真要大一點(diǎn),波形有點(diǎn)發(fā)胖,饅頭半波都有點(diǎn)輕微地往左歪(雖然是在可接受范圍內(nèi)),原因是,從取樣變壓器上反饋回來的饅頭波的相位,和信號(hào)板上的饅頭波的相位有一點(diǎn)點(diǎn)誤差,我不知道怎么補(bǔ)償才能解決這個(gè)問題,請有關(guān)專家指點(diǎn).(2)在閉環(huán)情況下,如果走線布局處理不當(dāng),很容易在U3B上引入干擾.原先,取樣調(diào)節(jié)電位器VR5是裝在H橋板上的,這樣送回的信號(hào)電平很低,干擾很大,后來,我把VR5移動(dòng)信號(hào)板上,送回來的是21VPP的饅頭波,干擾問題基本解決了.
H橋的PCB因?yàn)橐匦麓驑?所以我沒有傳上來,信號(hào)板的PCB文件我傳上來了,朋友們下載后可以直接去打樣,如果哪個(gè)朋友去打樣,不要忘記送我二片,
因?yàn)槲掖饲耙呀?jīng)為這塊信號(hào)板打了三次樣了,花了不少冤枉錢,哈哈,這樣下去,只得戒煙了.信號(hào)板的PCB文件是PROTEL99的,上面還有幾根網(wǎng)絡(luò)線不要去管它,線路是沒有錯(cuò)誤的,放心用好了.因?yàn)槲沂莿倢W(xué)的PCB設(shè)計(jì),這板信號(hào)板還算是“處女作”,走線有點(diǎn)難看,請大家將就著看就是了.
最后,我對還有二位朋友做一個(gè)感謝:一位是上海理工大學(xué)的ZZ教授,他是一位電子專家,特別是對運(yùn)放非常熟悉,因?yàn)樗踔须A段我教他過一段時(shí)間,所以,我這里只要一有運(yùn)放方面的問題,我就不管他忙不忙,打一個(gè)電話過去,他也無奈,每次都是耐心做答;還有一位是杭州大蒙電子廠的ZM先生,他廠里有全套焊接設(shè)備,我做實(shí)驗(yàn)的PCB板,都是送到他廠里焊接的,免去了我戴著老花鏡一點(diǎn)一點(diǎn)焊接的痛苦.
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