單相逆變電源的(編輯修改稿)

　

【文章內(nèi)容簡介】 E 13AC210 4/ 40 0VR 1 90. 1 /5WC H E C K 1C H E C K 2C8 10 4V S 1 V S 2R 1 651 K *6R 1 3R 1 7R 1 4 R 1 5R 1 8 圖 7 整流濾波及主電路 主電路的工作原理圖如圖 7 所示，包括整流濾波電路、單相全橋逆變電路和LC濾波電路。 整流濾波電路將 輸入的 單相交流電變成直流電 ,再經(jīng)電容的濾波形成文波較小的直流電。 全橋逆變電路將直流電變成 正弦 交流電， 經(jīng)過 濾波電路后得到標(biāo)準(zhǔn) 的 正弦波 。此外為了保證安全，在交流電的輸入端接一 3A的保險(xiǎn)絲。 由于輸入為交流 220V,整流二極管能承受的最大反向電壓必須大于 612V,兩個(gè)電容串聯(lián)使用，耐壓必須大于 308V，輸出功率為 500W，輸出電流為 左右，所以整流二極管選擇 1000V/3A 的 1N5408，電容選擇 120u/450V的電解電容。 IG [6,7]取額定電壓為 462V 以上、額定電流 以上的開關(guān)器件即可， IRF840最大漏極電流為 8A,最大漏源電壓為 500V 可滿足要求。 電路中各場效應(yīng)管的柵極控制信號和輸出電壓的波形，負(fù)載為感性負(fù)載，工作時(shí) IG1 和 IG4的控制信號完全相同， IG2 和 IG3 的控制信號完全相同。 IG1 和 IG2 的通斷狀態(tài)互補(bǔ)， IG3和 IG4 的通斷狀態(tài)也互補(bǔ)。電路的工作原理 [2]是：當(dāng) IG IG4 導(dǎo)通時(shí)， IG IG3截止；當(dāng) IG IG3 導(dǎo)通時(shí)， IG IG4 截止，每個(gè) PWM周期中 IG IG4 與 IGIG3 交替導(dǎo)通截止，從而產(chǎn)生雙極性的 SPWM 波。如此通過控制開關(guān)管的工作狀態(tài)，使得輸出脈沖的寬度按正弦規(guī)律變化，和正弦波等效，輸出即為單相雙極性正弦波。若要改變輸出正弦波的大小，則只要按照同一調(diào)制率改變上述各脈沖的寬度即可。 負(fù)載處采用 LC濾波器來濾除開關(guān)頻率及鄰近頻率的諧波， 圖 8 柵極控制信號和輸出電壓波形 10 驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì) 驅(qū)動(dòng)電路的工作原理圖如圖 9 所示： 采用四路高速光耦隔離器 HCPL3120[10]來分別驅(qū)動(dòng) H 橋的四個(gè) MOS 管及實(shí)現(xiàn)控制信號與主電路的 IO 隔離，當(dāng)信號輸入端 QG1 或 QG2 為低電平 時(shí)，芯片內(nèi)部的光耦三極管導(dǎo)通， 6腳和 7腳相接可以產(chǎn)生 2A 的電流，在此處接入下拉電阻目的是為了拉低該處電壓，防止在 MOS 管不工作時(shí)候?qū)?yīng)的驅(qū)動(dòng)管腳懸空，從而收到其它脈沖的干擾，導(dǎo)致管子誤觸發(fā)。此外， 5R 起限流作用， 1R 和二極管 1DF 是為了讓啟動(dòng)速度慢，關(guān)斷時(shí)間快，有助于保護(hù) MOS 管，此處的二極管采用快管 4148。 NCNCA _ DK _ DV E EVoVoV C CU1H C P L 3 1 2 0NCNCA _ DK _ DV E EVoVoV C CU2 H C P L 3 1 2 0NCNCA _ DK _ DV E EVoVoV C CU3 H C P L 3 1 2 0NCNCA _ DK _ DV E EVoVoV C CU4 H C P L 3 1 2 0R13 0 0R33 0 0R63 0 0R83 0 0R 2 11 8 0R 2 21 8 0R 2 31 8 0R 2 41 8 0R282R582R782R 1 082D 1 01 N 4 1 4 8D 1 11 N 4 1 4 8D 1 21 N 4 1 4 8D 1 31 N 4 1 4 8G1G2G3G4V S 1V S 2R41 0 KR91 0 K1 5 V1 5 VV B 1V B 2Q D 1Q D 2Q D 1Q D 2 圖 9 驅(qū)動(dòng)電路 自舉電路設(shè)計(jì) V B 2V S 2V B 1V S 1+ 1 5 VR010R010C2 1 0 U F / 2 5 VC1 104C4 104C31 0 U F / 2 5 VD21 8 V / 1 WD1U F 4 0 0 7V B 1V S 1D41 8 V / 1 WD3U F 4 0 0 7V B 2V S 2+ 1 5 圖 10 自舉電路 由于驅(qū)動(dòng)四個(gè) MOS 管工作都需要獨(dú)立電源，為了不使電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，故采用 11 自舉電路來提供。當(dāng)下管導(dǎo)通時(shí)，輸入 15V 電壓通過快恢復(fù)二極管、電容、下管形成回路，向相應(yīng)的電容充電，電容上的電壓達(dá)到充電電壓；下管斷開時(shí)，電容的上電壓維持充電電壓，負(fù)端的電位跟隨下管的電壓上升，自己將電位舉起，這樣電容上的電壓就可以為上管驅(qū)動(dòng)提供電源。 此處二極管使用快恢復(fù)二極管 UF4007，當(dāng)電容 21CC 充電飽和時(shí)，快速截止電容向充電回路放電，這樣能夠完全對驅(qū)動(dòng)進(jìn)行充電；采用 18V 穩(wěn)壓管 42DD ，可以保證管子不會超出耐壓。 輔助電源電路設(shè)計(jì) V1 327815C2104C4104C1470C3470U11 N 4 0 0 7U21 N 4 0 0 7U31 N 4 0 0 7U41 N 4 0 0 7L E DR02K+ 1 5 V+ 1 5 VACA C 1 5 VV 圖 11 輔助電源電路 采用 7815 三端穩(wěn)壓電源來做輔助電源，輸出 15V 電壓對驅(qū)動(dòng)芯片供電。 由交流 220 V 的電壓經(jīng)過變壓器的降壓得到交流 12 V 的電壓，該電壓經(jīng)過四個(gè)二極管 1n4007 構(gòu)成的單相橋式整流電路進(jìn)行全波整流， 經(jīng) 21 CC 濾波后送入 7815的輸入端，在輸出端 3 腳 輸出 15 V直流電壓 ， 43 CC 是濾波電容，分別濾除高頻和低頻的諧波分量。根據(jù) TRC )5~3(? ,電容 31CC 取值為 VuF 25/470 [13]。 死區(qū)電路設(shè)計(jì) R 2 64 K 7R 2 71 0 KR W 22 0 KR W 32 0 KC 1 42 2 1C 1 52 2 1T19 0 1 3123U 5 AC D 4 0 0 1564U 5 BC D 4 0 0 18910U 5 CC D 4 0 0 1RC25VC 1 3 1 0 4Q1Q2 圖 12 死區(qū)電路 12 為了防止上下管同時(shí)導(dǎo)通，必需設(shè)計(jì)死區(qū)電路來進(jìn)行保護(hù)。單片機(jī)輸出的SPWM 信號，由 CD4001 或非門和 RC 延時(shí)環(huán)節(jié)構(gòu)成死區(qū)時(shí)間為高電平有效的帶死區(qū)信號。單片機(jī)輸出的 SPWM 信號先經(jīng)過 9013 擴(kuò)流然后分為兩路，一路信號經(jīng)RC單邊沿延遲再和輸入信號或非生成信號，另一路信號先取反再經(jīng) RC 單邊沿延遲后再和取反信號或非生成信號。為了使上下管有足夠的保護(hù)時(shí)間，信號脈沖的前后邊沿死區(qū)時(shí)間要求必需大于 10uS，一般取為 uSuS 30~10 ，根據(jù) RC 延時(shí)時(shí)間計(jì)算公式 RCT? ,則取得 ?? KR ， uFC ? ，電阻 R 可利用電位器來調(diào)整。電路各參數(shù)取為 ??? KRWRW 1021 、 3321514 ?? CC 。 硬軟件保護(hù)電路設(shè)計(jì) 910118U 7 C7 4 1 03456U 7 B7 4 1 0121312U 7 A7 4 1 0IN TR B 1OCMS W 1R 2 9 1K5V3456U 8 B7 4 1 0 910118U 8 C7 4 1 0121312U 8 A7 4 1 0IN TR B 1OCMS W 2R 3 0 1K5VQ1Q2Q D 1Q D 2R 3 61 0 KC 1 61 u F5VR 3 71 0 KC 1 71 u F5V 圖 13 硬軟件保護(hù)電路 由于主電路出現(xiàn)故障時(shí)，應(yīng)立即封鎖 SPWM 控制信號來保護(hù)主電路。故應(yīng)設(shè)計(jì)一個(gè)由數(shù)字邏輯電路和手動(dòng)開關(guān)相結(jié)合的保護(hù)電路。由于主電路只有一路的過流判斷，在過流時(shí)會不停的脈動(dòng)，不能完全封鎖 SPWM 控制信號，故設(shè)計(jì)時(shí)還應(yīng)另加一路軟件保護(hù)來同時(shí)進(jìn)行信號的判斷，從而讓單片機(jī)來封鎖 SPWM 控制信號。自鎖開關(guān) M為手動(dòng)封鎖 SPWM 控制信號開關(guān)，當(dāng)自鎖開關(guān)未按下（即開關(guān) M 的 2腳相連）時(shí)，控制信號輸出端 QG QG2[10]輸出為高電平 ，即無效信號，使主電路不工作。此電路還有一作用是：在系統(tǒng)上電時(shí)，封鎖了 SPWM 控制信號，對主電路起到上電保護(hù)作用。 。 13 123H L 1TA0601R1 1 0 KR21 0 0R35 K 1567U 2 BL F 3 5 332184U 2 AL F 3 5 3L18 .2 m HC61 0 4C51 0 u F5VC31 0 u FC41 0 45 VL38 .2 m HD11 N 4 1 4 8D21 N 4 1 4 8R81 0 KR91 0 kR 1 06 K 8R72 0 kR 2 12 0 0 kR 2 22KC 1 51 0 3C 1 44 7 u FC11 0 u FC81 0 u FC91 0 4C71 0 4L48 .2 m HL28 .2 m HR55 K 1R41 0 KR 1 56 K 8R 1 31 0 KR 1 22 0 KR 1 45 K 1R 1 11 0 K1098U 1 CT L 0 8 4321411U 1 AT L 0 8 45V5 VD31 N 4 1 4 8D41 N 4 1 4 8UoR 2 32KC 1 64 7 u FC 1 71 0 3567U 1 BT L 0 8 4R61 0 KC21 0 4C 1 21 0 5R 1 91 0 0 KR 1 61 0 0 KR 1 71 0 0 KR 2 01 0 0 KC 1 31 0 45VV r e fC 1 81 0 4L68 .2 m HC C P 2R 1 81 0 K輸出電流檢測電路輸出電壓檢測電路頻率檢測電路A N 0A N 1Uo32184U 3 AL M 3 5 8C 1 11 0 u FC 1 01 0 4L58 .2 m H5VD64 .7 VD54 .7 V 檢測電路設(shè)計(jì) 如圖 14 所示，輸出電壓電流檢測模塊通過 TV19G 采集后端電壓，然后通過全波整流電路在 0U 輸入正弦波，當(dāng) 0U 為正半周時(shí)，經(jīng)過反向比例放大器 BU2 后，輸出電壓極性為負(fù)，二極管 D3 導(dǎo)通， D4 截止， BU2 輸出電壓為 03U ，再經(jīng)過反向比例放大器 AU2 ，然后根據(jù)疊加原理，可得 04U = 03U 。當(dāng) 03U 為負(fù)半周時(shí)，經(jīng)過反向比例放大器 BU2 ，輸出電壓極性為正，二極管 D4導(dǎo)通， D3截止，根據(jù)虛短原理， 0?? NP UU ， BU2 輸出電壓為 0，可得 04U = 03U 。頻率檢測電路則是利用比較電路，從而實(shí)現(xiàn)對頻率的采樣。在頻率檢測電路中利用 TA0601采集后端電流然后同樣利用全波整流電路，從而實(shí)現(xiàn)對電流的采樣。 圖 14 檢測電路 14 顯示電路設(shè)計(jì) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 201 2 8 6 4D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7RS(CS)R/W(SDI)E(SCLK)C5 C6 C7PSB1K+55K104C/B 圖 15 顯示電路 顯示 電路使用液晶 12864 來設(shè)計(jì)。 液晶顯示按照驅(qū)動(dòng)方式不同可分為靜態(tài)驅(qū)動(dòng)（ Static）、單純矩陣驅(qū)動(dòng)（ Simple Matrix）以及主動(dòng)矩陣驅(qū)動(dòng)（ Active Matrix）3種 [10]。矩陣 LCD 的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)包括了行驅(qū)動(dòng)器、列驅(qū)動(dòng)器、偏壓電路、驅(qū)動(dòng)電源發(fā)生器以及溫度補(bǔ)償電路。從本質(zhì)上看，行移位寄存器的數(shù)據(jù)傳輸方式為串行方式。列驅(qū)動(dòng)器的數(shù)據(jù)傳輸方式有兩種：其一為串行數(shù)據(jù)傳輸方式；其二為