基于SHE-PWM控制的DC-AC电源

摘要： 本文采用高性能的SHE-PWM控制芯片及带自举电路的驱动芯片，结合IGBT构成的逆变桥，组成了性价比极高的一种逆变电源的设计方案。输出波形好，性能稳定可靠。并通过试验得到验证。

叙词：SHE-PWM控制 自举 电源

Abstract： This paper uses a high-performance SHE - PWM control chip and with the bootstrap circuit driver chips, combined constitute the IGBT inverter bridge, composed of a highly cost-effective inverter design. The output waveform good performance, stable and reliable. And be verified through experimental.

Keyword：Selective Harmonic Eliminated-PWM control Bootstrap

1 前言：

以单片机和DSP为核心组成的控制电路的逆变电源，能实现电源的全数字控制，但系统较复杂，软件工作量大，研制周期长。本设计采用一种高性能的基于SHE-PWM(有选择性的消谐波脉宽调制)的专用控制芯片及带自举电路的驱动芯片，结合IGBT构成的逆变桥，组成了性价比极高的一种逆变电源的设计方案。输出波形好，性能稳定可靠。并通过试验得到验证。

2 逆变器电路的构成及工作原理

2.1 系统的结构及框图

整个系统由以下几个部分构成：主电路、PWM产生电路、驱动电路和反馈电路几部分组成。如图1所示

图1逆变器电路系统框图

交流输入电压经过整流滤波后作为逆变器的输入，逆变器采用单相全桥电路。输出电压通过电压反馈到控制芯片来调节输出以达到稳压的目的。

2.2 自动稳压逆变芯片的功能及引脚

使用专用集成电路可使控制电路简单，缩小体积。本文采用鸿芯泰业公司的单相50HZ自动稳压逆变电源SHE-PWM控制芯片，该芯片外围电路元件少，调制比高，输出波形好，无需编制软件，性能稳定。SHE-PWM控制[1]是一种经过计算的PWM控制策略，基本方法是：通过PWM控制的傅里叶级数分析，得出傅里叶级数展开式，以脉冲相位角为未知数，令某些特定的谐波为零，便得到一个非线性方程组，该方程组即为消谐PWM模型，按模型求解的结果进行控制，则输出不含这些特定的低次谐波。

图2 中所示稳压型芯片的引脚图及外围电路，芯片7-10脚输出PWM信号PWM1～PWM4，芯片上电后，PWM1～PWM4正常输出PWM信号，当11脚为低电平时，PWM1～PWM4输出的信号为0000(1为高电平，0为低电平)，当11脚为高电平时，PWM1～PWM4正常输出PWM信号。输出的PWM信号为正逻辑。12脚为反馈控制，反馈电压基准0.7VCC，反馈电压与基准电压比较来调节PWM的输出，从而达到稳压的目的。

图2自动稳压逆变芯片引脚及外围电路

2，3脚外接晶振12MHz。其中

：3.5V～5V。

：22～33pF。

：

。

2.3 IR2101

2.3.1 IR2101性能及结构

IR(International Rectifier)公司提供了多种桥式驱动集成电路芯片，R2110、IR2101、IR2102、IR2181等。该系列芯片是双通道、栅极驱动、高压高速功率驱动器，在芯片中采用了高度集成的电平转换技术，大大简化了逻辑电路对功率器件的控制要求，同时提高了驱动电路的可靠性。同时上管采用外部自举电容上电，使驱动电源数目较其他IC驱动大大减少，在工程上大大减少了控制变压器体积和电源数目，降低了产品成本，提高了系统可靠性。

本文采用IR2101，该芯片采用HVIC和闩锁抗干扰制造工艺，集成DIP、SOIC封装。其主要特性包括：悬浮通道电源采用自举电路;功率器件栅极驱动电压范围10V~20V;逻辑电源范围5V~20V，而且逻辑电源地和功率地之间允许+5V的偏移量;带有下拉电阻的COMS 施密特输入端，可以方便地与LSTTL 和CMOS 电平匹配;独立的低端和高端输入通道[2]。其内部结构如图4所示：

图3 IR2101内部结构图

图4 IR2101引脚

引脚7 和5是两路独立的输出,分别是LO(低端输出) 和HO(高端输出) ,引脚1 和8分别是VCC(低端电源电压) 和VB(高端浮置电源电压) ,引脚4 (COM) 是低端电源公共端,引脚6是VS(高端浮置电源公共端) ,引脚2 (HIN) 是逻辑输入控制端,引脚3 (LIN) 是低端逻辑输入。

2.3.2典型驱动电路应用[2]

图5 IR2101典型驱动电路

图5 中,C2 为自举电容,VCC 经D2、C2、负载、S2给C1 充电,以确保S2关闭、S1导通时,S1管的栅极靠C1 上足够的储能来驱动。

2.4电压反馈

电压反馈电路如图6所示。当逆变器正常工作时，逆变器的输出电压接反馈变压器，其二次电压经整流，滤波，分压得到反馈电压，此电压大小正比于逆变器的输出电压，调节R3可调节反馈电压的大小，从而调节逆变器输出电压。

图6 电压反馈电路

3试验结果及试验分析

基于前文所做的工作，搭建了试验样机，对逆变器的性能进行验证。主要技术参数如下：输入电压70~80V;输出电压