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單相正弦脈寬調(diào)制逆變器的設(shè)計(jì)
摘要：論述了單相正弦波逆變器的工作原理，介紹了SG3524的功能及產(chǎn)生SPWM波的方法，對(duì)逆變器的控制及保護(hù)電路作了詳細(xì)的介紹，給出了輸出電壓波形的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。關(guān)鍵詞：逆變器；正弦波脈寬調(diào)制；場(chǎng)效應(yīng)管
引言
當(dāng)鐵路、冶金等行業(yè)的一些大功率非線性用電設(shè)備運(yùn)行時(shí)，將給電網(wǎng)注入大量的諧波，導(dǎo)致電網(wǎng)電壓波形畸變。根據(jù)我們的實(shí)驗(yàn)觀察，在發(fā)生嚴(yán)重畸變時(shí)，電壓會(huì)出現(xiàn)正負(fù)半波不對(duì)稱(chēng)，頻率也會(huì)發(fā)生變化。這樣的供電電壓波形，即使是一般的電力用戶(hù)，也難以接受，更無(wú)法用其作為檢修、測(cè)試的電源。同時(shí)，在這種情況下，一般的穩(wěn)壓電源也難以達(dá)到滿(mǎn)意的穩(wěn)壓效果。為此，我們?cè)O(shè)計(jì)了該逆變電源。其控制電路采用了2片集成脈寬調(diào)制電路芯片SG3524，一片用來(lái)產(chǎn)生PWM波，另一片與正弦函數(shù)發(fā)生芯片ICL8038做適當(dāng)?shù)倪B接來(lái)產(chǎn)生SPWM波。集成芯片比分立元器件控制電路具有更簡(jiǎn)單、更可靠的特點(diǎn)和易于調(diào)試的優(yōu)點(diǎn)。
圖1 系統(tǒng)主電路和控制電路框圖
1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及框圖
圖1示出了系統(tǒng)主電路和控制電路框圖。交流輸入電壓經(jīng)過(guò)共模抑制環(huán)節(jié)后，再經(jīng)工頻變壓器降壓，然后整流得到一個(gè)直流電壓，此電壓經(jīng)過(guò)Boost電路進(jìn)行升壓，在直流環(huán)上得到一個(gè)符合要求的直流電壓350V（50Hz/220V交流輸出時(shí)）。DC/AC變換采用全橋變換電路。為保證系統(tǒng)可靠運(yùn)行,防止主電路對(duì)控制電路的干擾，采用主、控電路完全隔離的方法，即驅(qū)動(dòng)信號(hào)用光耦隔離，反饋信號(hào)用變壓器隔離，輔助電源用變壓器隔離。過(guò)流保護(hù)電路采用電流互感器作為電流檢測(cè)元件，其具有足夠快的響應(yīng)速度，能夠在MOS管允許的過(guò)流時(shí)間內(nèi)將其關(guān)斷。
2 控制及保護(hù)電路
為了降低成本，使用兩塊集成PWM脈沖產(chǎn)生芯片SG3524和一塊函數(shù)芯片ICL8038，使得控制電路簡(jiǎn)潔，易于調(diào)試。
2.1 SG3524的功能及引腳
圖2所示為SG3524的結(jié)構(gòu)框圖和引腳圖。
SG3524工作過(guò)程是這樣的：
直流電源Vs從腳15接入后分兩路，一路加到或非門(mén)；另一路送到基準(zhǔn)電壓穩(wěn)壓器的輸入端，產(chǎn)生穩(wěn)定的＋5V基準(zhǔn)電壓。＋5V再送到內(nèi)部（或外部）電路的其他元器件作為電源。
振蕩器腳7須外接電容CT，腳6須外接電阻RT。振蕩器頻率f由外接電阻RT和電容CT決定，f=1.18/RTCT。本設(shè)計(jì)將Boost電路的開(kāi)關(guān)頻率定為10kHz，取CT=0.22μF，RT=5kΩ；逆變橋開(kāi)關(guān)頻率定為5kHz，取CT=0.22μF，RT=10kΩ。振蕩器的輸出分為兩路，一路以時(shí)鐘脈沖形式送至雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器及兩個(gè)或非門(mén)；另一路以鋸齒波形式送至比較器的同相端，比較器的反向端接誤差放大器的輸出。
誤差放大器實(shí)際上是個(gè)差分放大器，腳1為其反向輸入端；腳2為其同相輸入端。通常，一個(gè)輸入端連到腳16的基準(zhǔn)電壓的分壓電阻上（應(yīng)取得2.5V的電壓），另一個(gè)輸入端接控制反饋信號(hào)電壓。本系統(tǒng)電路圖中，在DC/DC變換部分，SG3524?1芯片的腳1接控制反饋信號(hào)電壓，腳2接在基準(zhǔn)電壓的分壓電阻上。誤差放大器的輸出與鋸齒波電壓在比較器中進(jìn)行比較，從而在比較器的輸出端出現(xiàn)一個(gè)隨誤差放大器輸出電壓高低而改變寬度的方波脈沖，再將此方波脈
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