正弦波逆变器设计方案.doc

正弦波逆变器设计方案逆变器 建议删除该贴! | 收藏 | 回复 | 修改 | 2008-03-15 12:18:15 楼主 搞正弦波,难度最大的就是要生产稳定的SPWM波,还有就是要有合理的电压调整电流,电流检测.很多在网上都介绍些用单片机,分立元件等.其实不用哪么麻烦的.主要一个U3990加一个IR2110,4个IRF460,两个滤波器就可以做成一款精度误差为2%的纯正弦波电源.在这里详细原理图我就不发了,我发一些提示性的东西给大家;U3990:U3988是数字化的、功能完善的正弦波单相逆变电源/UPS主控芯片,它不仅可以输出高精度的SPWM正弦波脉冲序列,还可以实现稳压、保护、市电/逆变自动切换、充电控制等功能,并且具备LED指示灯驱动、蜂鸣器控制、逆变桥控制引脚,从而可以利用该芯片组成一个完整的逆变电源/UPS系统,用该芯片控制的逆变桥输出,既可以是传统的工频变压器结构,也可以是高频升压后的直接逆变结构.为方便生产过程中的调试,该芯片还具备测试模式,在该模式下,所有的保护功能、市电切换、充电控制均不起作用,仅工作在可以稳压的逆变状态,为最基本的调试和测试提供了方便.U3988的内部构成主要有:正弦波发生器、双极性调制脉冲产生逻辑、50Hz(或60Hz)时基、电压反馈/短路检测、正弦波峰值调压稳压单元、外部扩展的保护响应逻辑、市电过零脉冲过滤、市电电压测量、电池电压测量、逆变控制、充电控制、指示灯控制、蜂鸣器控制、抗干扰自恢复单元构成.整个电路封装成一个18引脚IC(DIP18),其内部结构框图如图一所示:图二是U3988的引脚图.VDD是芯片的电源引脚,接单一+5V;GND是地;OSC1、OSC2是时钟引脚,接20MHz晶振;OUTA、OUTB是正弦波SPWM脉冲序列的输出引脚,这两个引脚输出的信号一般要通过死区控制电路才能送到逆变桥;OUTG是逆变桥使能控制输出,该引脚输出低电平时允许逆变桥工作,输出高电平时则禁止逆变桥工作;AV_CK是逆变输出电压反馈引脚,该引脚接受的是模拟量输入,逆变桥最终输出的正弦波交流电压通过反馈电路送到该引脚,由芯片对逆变输出电压实现稳压、调压和短路检测;BT_CK是电池电压测量引脚,是模拟量输入引脚,电池电压经过电阻降压送到该引脚,由芯片对电池实现欠压保护、充电检测,若不需要使用该引脚,可以直接接+5V;AC_CK是市电电压测量引脚,这也是模拟量输入引脚,市电电压经过降压、整流、滤波、电阻分压后,送到该引脚,芯片会根据该引脚电压的变化,判断市电是否异常,并决定是否进行市电/逆变切换;若不需要使用该引脚,也可以直接接+5V;ACPLUS引脚是市电检测输入,芯片由此引脚的高低电平判断市电的有无;有市电时要将该引脚拉成低电平,对于检测市电的电路,如果为了提高响应速度而不采用滤波电容,也是允许的,虽然在该引脚的低电平信号中含有过零脉冲,但并不会使U3988频繁地进入逆变状态,因为在芯片的内部有过零脉过滤逻辑;AC/DC引脚是市电/逆变控制输出,输出高电平时为市电,输出低电平时为逆变;CHARG引脚是充电控制输出,高电平有效;LED_L引脚是逆变/欠压指示输出,低电平时表示逆变状态,闪烁时表示欠压;LED_P引脚是保护指示输出,当检测到短路或者外部的扩展保护时,芯片停止逆变,进入保护状态,此时指示灯闪烁;PROT引脚是扩展保护输入引脚,高电平有效,用户可以通过外部的或门逻辑实现过流、过温等保护输入,该引脚在逆变和市电状态都可以响应外部的保护请求;BEEP/TEST是双向引脚,正常工作时是蜂鸣器控制输出引脚,通过三极管驱动电磁式蜂鸣器,当在芯片加电的瞬间,该引脚是输入引脚,用来检测外部TEST跳线的状态;关于该引脚的详细用法,将在后面介绍;NC引脚是空余的引脚,一定要接到高电平.在逆变状态下,OUTA、OUTB引脚输出的是双极性的SPWM脉冲序列,见图三所示:OUTA输出的SPWM脉冲序列,经过逆变后对应正弦波的正半周;OUTB输出的SPWM脉冲序列,对应正弦波的负半周.逆变输出电压反馈引脚的作用是测量逆变输出的交流电压,根据测量值计算输出电压的误差并对输出电压值作出调整.当输出电压升高时,该引脚的电压也随之升高,芯片内部的调压电路会降低输出电压,反之,当该引脚的电压降低时,芯片会升高输出电压.该引脚采用的峰值电压取样法,如图四所示:图中的虚线标识就是芯片的取样点,峰值取样的优点是测量值准确、对电压变化反应迅速.在大多数情况下对于发生偏离的输出电压,芯片可以在1-5个交流电周期内调整完毕,为了降低正弦波形的失真度、保证波形的完整性,这种调整是在下一个交流电周期起作用的.该引脚也可以测量整流滤波后的直流电压(平均值),只是因为滤波电容的存在,使芯片对输出电压的变化反应迟钝.加在AV_CK引脚上的电压必须是实时的,不能是静态的电压.例如:在某一应用中为了能够调节逆变输出电压,在该引脚施加了一个固定的直流电压,这个电压是可以调节的,但不是输出电压的反馈,这种情况是不允许的(但不会损坏芯片),因为这个电压不是反馈回来的,芯片始终会认为这个值偏高(或偏低),从而会一直做出相反的调整,直到把输出电压调到了最低(或最高),才会停止.芯片的调压/稳压范围大约是最高输出电压的50%-100%.该引脚能够测量的电压范围是0-5V,为了保护该引脚不会因为过压而损坏,要在该引脚串接一只10K的电阻(特别重要).该引脚是以4.5V作为稳压基准的.AV_CK引脚同时还要检测输出电压的短路情况,短路检测的周期是100uS检测一次,同时检测的还有扩展保护引脚,但是在输出电压过零点的前后10度范围内不进行上述检测,在这段时间内,芯片要检测电池电压和市电电压以及市电状态.BT_CK引脚对电池电压检测的动作阀值:该引脚的电压低于1.9V为欠压保护;低于2V为欠压告警;低于2.4V时开始充电(在有市电时),高于2.8V时停止充电.充电控制引脚CHARG的动作带有10秒钟的延迟.并且每次上电芯片都尝试对电池进行充电.AC_CK引脚对市电电压检测的动作阀值:该引脚电压低于1.9V或者高于2.4V表示市电异常,芯片会自动转入逆变;该引脚带有施密特触发特性,在市电高于2V或者低于2.3V时,芯片才认为市电正常.蜂鸣器控制引脚BEEP/TEST是具有两个功能的双向引脚,它的外围电路建议如图五所示:正常情况下,跳线器TEST是断开的,由BEEP/TEST引脚输出的蜂鸣信号通过R3、C1、D1、Q1驱动电磁蜂鸣器发声;在芯片加电启动的过程中,若芯片检测到TEST跳线短接,就会进入测试状态.在测试状态,芯片不理会各种保护信号和市电状态,始终处在可以稳压、调压的逆变状态.图五中的R1为TEST跳线提供高电平上拉,R2是为了及时释放掉C3上的电压,保证跳线未短接时BEEP/TEST引脚是低电平.改变跳线后要对芯片重新加电.蜂鸣器采用不同长度的发声来代表芯片的状态:市电/逆变切换时短鸣一声;电池欠压告警时以3秒钟的间隔短鸣;欠压、短路、扩展保护时以1秒的间隔短鸣;进入测试状态时短鸣两声.PCB布线时要注意的问题:一.时钟引脚要接一20MHz的普通晶振,晶体的两个引脚还要各接一只外部电容,尽管没有外部电容C,振荡电路也能起振,但为了工作稳定和避免干扰,最好采用15-30PF的电容;二.三个模拟量测量引脚BT_CK、AC_CK、AV_CK的线条要尽可能短,并且能与地平行或者被地包围,以减小干扰;三.U3988的+5V供电和地线要单独到走电源,不要从其它的电路单元分支过来,这样可以把芯片受到的干扰降到最低程度;U3988芯片有两个系列:50Hz和60Hz.每个系列又有不同的版本变化,用户可以从芯片型号的后缀字符加以区分.如:U3988T5-50表示50Hz系列的T5版本,U3988T5-60表示60Hz系列的T5版本.目前U3988提供的版本是T8.RI2110;在功率变换装置中,根据主电路的结构,起功率开关器件一般采用直接驱动和隔离驱动两种方式.美国IR公司生产的IR2110驱动器,兼有光耦隔离和电磁隔离的优点,是中小功率变换装置中驱动器件的首选.IR2110引脚功能及特点简介内部功能如图4.18所示:LO(引脚1):低端输出COM(引脚2):公共端Vcc(引脚3):低端固定电源电压Nc(引脚4):空端Vs(引脚5):高端浮置电源偏移电压VB(引脚6):高端浮置电源电压HO(引脚7):高端输出Nc(引脚8):空端VDD(引脚9):逻辑电源电压HIN(引脚10):逻辑高端输入SD(引脚11):关断LIN(引脚12):逻辑低端输入Vss(引脚13):逻辑电路地电位端,其值可以为0VNc(引脚14):空端IR2110的特点:(1)具有独立的低端和高端输入通道.(2)悬浮电源采用自举电路,其高端工作电压可达500V.(3)输出的电源端(脚3)的电压范围为1020V.(4)逻辑电源的输入范围(脚9)515V,可方便的与TTL,CMOS电平相匹配,而且逻辑电源地和功率电源地之间允许有V的便移量.(5)工作频率高,可达500KHz.(6)开通、关断延迟小,分别为120ns和94ns.(7)图腾柱输出峰值电流2A.桥电路驱动原理IR2110内部功能由三部分组成:逻辑输入;电平平移及输出保护.如上所述IR2110的特点,可以为装置的设计带来许多方便.尤其是高端悬浮自举电源的设计,可以大大减少驱动电源的数目,即一组电源即可实现对上下端的控制.高端侧悬浮驱动的自举原理:IR2110驱动半桥的电路如图所示,其中C1,VD1分别为自举电容和自举二极管,C2为VCC的滤波电容.假定在S1关断期间C1已经充到足够的电压(VC1VCC).当HIN为高电平时如图4.19:VM1开通,VM2关断,VC1加到S1的栅极和源极之间,C1通过VM1,Rg1和栅极和源极形成回路放电,这时C1就相当于一个电压源,从而使S1导通.由于LIN与HIN是一对互补输入信号,所以此时LIN为低电平,VM3关断,VM4导通,这时聚集在S2栅极和源极的电荷在芯片内部通过Rg2迅速对地放电,由于死区时间影响使S2在S1开通之前迅速关断.当HIN为低电平时如图4.20:VM1关断,VM2导通,这时聚集在