SPWM正弦波逆变系统改造详解

一、电路原理分析及部分元件的选择

电路中的U1B组成一个文氏电桥振荡器 ,它的特点是起振容易,波形失真很小,频率也很稳定.其振荡频率由R1 R2 C1 C2决定,当C1,C2为标准的104时,R1,R2为31.8K时,频率刚好为50HZ左右,R1,R2可以在标称电阻33K中挑选.VR3为反馈调节电位器,可以调节振荡器输出的正弦波的幅度.D5,D6为稳幅二极管.从振荡器出来的正弦波分成4路,2路进入U2A,U2B组成的精密整流电路变成馒头波;2路进入由U6A,U6B组成的同步波发生电路变成方波。

U1A是一级隔离放大器,其电压增益为2倍,也可以接成跟随器的形式,因为我考虑到5532在做跟随器时是否会不稳定,所以给它一定的增益,它的主要作用是隔离振荡电路和它的4路负载。

U2A,U2B组成一个精密整流电路,其特点是,经它整流的正弦馒头波,失真很小,能满足SPWM的要求.图中R4,R7,R8,R9,R16的阻值一定要一致,特别是R7,R9要配对(这5个10K电阻我用的是0.1%的精密电阻),否则,出来的馒头波会上下跳动。

U3B就称它为稳压放大器:从精密整流电路出来的馒头波进入U3B的同相端,从H桥取样变压器次级出来的馒头波(也经整流,不能滤波)进入U3B的反相端,用来控制该运放的输出电压,起到稳压作用。

U3A是一个加法电路:从U3B出来的馒头波进入U3A的同相端,同时U3A的同相端也接在一个直流电位上,把PP值为4V的馒头波,垫高2.5V.这个经垫高的馒头波就可以送到SPWM调制电路中,做为SPWM的基波信号。

本电路的载波振荡器的核心是一块NE555时基电路U4.它实际上是一个高线性度的三角波发生器,三角波频率由R29,R30及C7决定,如图中所标的数值R29,R30为470R,C7为822,这时,三角波的频率约为20K,能满足SPWM调制电路的要求.为确保三角波的线性度,由Q1,Q2,Q3,Q4为电容充放电回路组成恒流源.三角波信号经Q5的E极输出,分别送到SPWM调制器U5A,U5B的同相端和反相端.这个调制电路实际上是一个电压比较器,它把20K的三角波信号和100HZ的馒头波信号进行比较,在输出端1脚和7脚分别输出二路极性相反的SPWM信号.U5可以用LM339或LM393,不能用速度较慢的普通运放,如324,358等等。

另一块5532即U6A,U6B组成一个50HZ同步方波发生电路:从正弦波振荡器过来的正弦波信号(约12VPP),经二个电压比较器U6A,U6B后,产生二路带死区时间的低频同步波,电路中R39,R14决定二路方波的死区时间.经试验,当用5532时,R39,R14取510R时,死区时间大约为100US .U6A,U6B用358时死区时间为200US。

在U5的输出端,接有一个高频波死区时间调整电路,由R47,R48,C20,C21组成,这4个元件是我第三次修改时加上去的.在没有这二组延时电路时,高频波的死区时间约为100ns,接上H桥后,在开环不稳压的情况下,表现很好.但在闭环空载时,H桥有轻微的直通现象.加了这二个回路后,高频波的死区时间调整为2us,闭环空载时的轻微直通现象消失。

从U5出来的二路SPWM波和从U6出来的二路同步方波,一并送到由U7,U8,U9组成的时序编码电路进行分相编码,出来的是4路标准的SPWM单极性调制波,分别送到H桥的4个驱动电路中。

这里有一点要特别说明:我用的H桥是用4个光藕做为输入驱动的,其设计要求为“低电平有效”,如果用其它驱动方式的H桥,原则上也可以,但如果其驱动方式为“高电平有效”的话,最后一级反相器U9一定要取掉。

补充一点:电路中所有的电容,一定要用CBB电容,性能稳定,质量可靠,其它电阻最好用1%的真金膜电阻。

二、信号板电路的调试:

1.在J1上接上+15V和-15V电源,D7,D16应该亮,测一下电流,+15V应该在50MA左右,-15V应该在60MA左右,说明电路基本正常

2.用示波器测S1点,调节VR3,应该看到正弦波,频率在50HZ左右,调VR3使S1点的正弦波幅度在12Vpp,振荡器就基本调好了

3.用示波器测S2点波形,应该看到馒头波,调VR1使馒头波的幅度在6Vpp,一般大于11V就会出现削顶,这样,精密整流电路就调好了

4.用示波器测S3点波形,也应该是馒头波,调VR4让S3点的波形幅度在4Vpp,再调VR2使馒头波的谷点离开直流底线2.5V,这样,加法器电路就基本调好了,等接上H桥再细调

三、接上H桥联调:

我把我用的H桥的电路也贴上来供大家参考,过载保护部分的电路没有画出来,原因是:当初设计时没有想到取样电阻上的电流是高频脉冲电流,误当成恒定直流了,一直到PCB做好了,装机调试时才发现这个失误,所以,原来的保护电路要重新设计,花了几百元打样的PCB也做废了,但H桥主电路部分还是能用的.下面我讲一下信号板和H桥部分联调的过程。

1.先把信号板上J2插头上的第2号线断开,也就是,让H桥处在开环状态

2.把信号板J2和H桥连接好

3.接上母线电源,注意:为了安全起见,先不要接高压,可用低压先试,我是用一台