#正弦交流电源变换器(原创)

1、目录引言 2正弦交流电源变换器 3一设计任务 3二对设计任务的分析 3三 .正弦交流电源变换器的电路组成 41 60Hz 正弦振荡电路 42 SSPWM 电路 5四逆变器电路的集成 7五. 提高逆变器的品质因数 8六 . 电路装配和调试 8总结 :9引言电子综合设计辅导课程可以增进同学们对所学知识理解、掌握的深度，培养电子设计能力，提 高实践应用能力。这就要求学生有足够的时间、精力、经费的投入，要开动学生的主观能动性。本 课程的教案方法是立足于理论与实践的结合，改变传统教案中理论与实践分块处理手法，以具有一 定功能的装置作为线索，反过来逆向寻求知识。学习理论知识就是为了实践，学以致用；实践过程

2、 中有理论分析，要能够把实践升华到理论。同时，强调创新意识的培养，学习中有思考，继承中有 创新，脚踏实地，逐步获取完整知识和技能。电子综合课程设计是一门综合性极强的电子技术应用型设计课程，是通信学院为电类专业本科 生开设的一门极具特色的设计性课程。电子综合课程设计的任务在于：训练学生综合应用各种电子技术知识，掌握一些小型电子系统 的设计方法和制作过程的能力；培养学生们的科学性、系统性、及全面性的设计素质；在于开拓学 生的设计思路，增强他们把理论知识与实践相结合的能力；还在于训练学生的小组组织能力和团队 的分工合作精神 电子综合课程设计的教案特点是分小组进行，我们老师给我们是二人一组）。电子综合

3、课程设计的目的是使学生在单元电路设计、系统电路分析、整机联调、计算机辅助 设计和信息处理等方面的能力都有一个质的飞跃。培养和提高学生的科研素质、项目意识和创新精 神。真正实现了理论和实际动手能力相结合的教案改革要求。通过本课程的实行，要求学生利用计 算机进行理论设计 使用 PSPICE、 MC3和 PROTEL等软件工具），并进行逻辑分析、仿真分析、交流 分析、直流分析和瞬态分析及印制板图的热分析。从而设计出实用的电路，最后利用单片机开发装 置、示波器、逻辑分析仪，频谱分析仪，PAL，GAL 和 EPGA等现场可编程逻辑门陈列）编程器，信号源和布线板进行实际制做和调试，最后提供出样机和计算机W

4、ORD编辑的理论设计报告。1 / 7正弦交流电源变换器一设计任务设计一个能够输出100V/60Hz 的正弦交流电源变换器，其输入电源标准为220V/50Hz 。该电源变换器的输出功率要求在300W 以上，总谐波失真小于10%，输出电压中基本无直流成份。在输入电源电压波动 10%以内的条件下，输出电压波动也要小于10%。对设计任务的分析逆变器是一种将直流电 DC）转化为交流电 AC ）的装置。它由逆变桥、控制逻辑和滤波电路 组成在我们使用的电器设备中，有很多产品要出口到国外去，它们不同我们国家的 220V/50Hz 标 准。在生产出口到这些国家的电气设备时，应当用他们国家的标准的电网进行检测。如

5、 110V/60Hz 水泵电机的生产中，电压和频率对它都有影响。但因为我们现实的电网标准是 220V/50Hz ，无法直 接转换成 110V/60Hz 标准。就是采用变压器降压，也只能改变电压值，而改变不了交流电源频率。 因此，采用电子变频的方式，是从 220V/50Hz 电网中获取 110V/60Hz 的最简便方法。作为逆变电源的一般设计规律，先是将 220V/50Hz 交流电转换成所需的直流电压，再通过PWM 调制的方式，输出正弦交流电压，如图 1-1 所示。220V/50Hz这里交的流电P源WM 调制应当直采流用电压SPW300V100V/60Hz框图 PWM 调制 压框图略低于供电电压

6、。也就是图交流输出3-1 中DC-DC 变换之后的电压应当略高于输出正弦交流是的峰值电压。对于降压变换，采用全桥输出电 路，可以控制输出正弦交流电的峰值接近于输入的直流电压，电压利用率高，但激励电路结构复 杂。采用半桥电路输出，可以控制输出正弦交流电的峰值在输入直流电压值一半以下，电压利用率 低，但激励方式比较简单。 100V 正弦交流电的峰值电压为 141V ，而 220V 正弦交流电的从 220V图M，其换最高输峰值电压为 311V ，普通整流输出的直流电压约为 300V ，已经是 141V 的两倍以上了。因此，采用 半桥电路输出就可以完成逆变要求。从 220V 变换至 110V 时，可以

7、省去 DC-DC 变换环节，这样可3-2 所示的框架。简化电路结构。根据这一思想，将本设计的构成确定为如图220V/50Hz交流电源100V/60Hz交流电源图 1-2 电源变换器的构成框图三.正弦交流电源变换器的电路组成1 60Hz 正弦振荡电路要产生 60Hz 正弦波的振荡器可以选择采用 RC 文氏振荡电路结构，如图 1-3 所示。其中的 RW 用作频率微调， R4、R6、R7 构成了反馈放大电路，并且要满足 R6 : R4 : R5=1:2:3 ，同还要满足R1=R2 。在电路组成完2R4R5+R6 的情况下振荡器才会起振并对信号进行发大，并且电路中要求后应该在即成放大器的 8 管脚处加

8、一个 15V 的直流电压。最终使振荡信号输出的峰峰值控制在5.0V在电路中元件的取值计算如下振荡频率若 C2取为 0.1 F，R3可取为 24k，RW 可取为 4.7k。根据关系式计算可以得voPP=5.0V 时 ，R6=0.22R5，R4=0.61 R5。2 SSPWM 电路选用产生线度较好的锯齿波，TL494 ，是因为他的振荡器能SPWM 调制就利用脉宽调制器 TL494 完成。为了减小激励电路的开关损 耗，用二块 TL494 联用实现 SSPWM 功能，半桥式电路激励，每一块 TL494 的输出各激励一个功 率管，并且是高电平激励，即正激励方式。1）锯齿波产生电路该电路的主要功能是振荡产

9、生锯齿波， 60Hz 交流信号经过隔直流后从 TL494 的 1 端口输入， 由 2 端口来设置电压比较的基准。这样，当 1 端口输入的正弦信号电压往负峰值变化时， 3 端口的 电平降低，输出脉冲宽度增大。鉴于 TL494 内部脉宽比较器的三角波电压变化范围为 0.2V 3.6V， 2端口的静态电位设置为 3.5V，分压电阻阻值比仍为 37。电路构造是应该要按以下电阻比 值进行搭配，其中 R12 : R15=2:1, R13 : R16=7:3 。还要给该电路输入 15V 直流电源，其输入端口是3 / 7TL494 的“ 11”、“ 12”管脚输入。可以通过改变电阻R16 的阻值的大小来改变输

10、出锯齿波的宽带。其电路构造如所示：锯齿波产2) 电路设计 主要功能 TL494 口输出的 向输入。 集成放大R13C62200PR14RES2RES2R12345C52200P R1118KD3IN58 19R15RES2R16RES21IN+2IN+1IN-2IN-feedbackREFDTCoutp utctrlCTVCCRTC2GNDE2C1E1161514131261171089TL494VCC图 1 4生电路反向调制该电路的是将“5”端锯齿波反其中应在 器的口输入15V 直流电源。若两三锯齿波同相位，就会出现同时形成正脉冲，使得两个功率管同时导通。要避180。因此为了不使两个功率管同

11、免这种情况出现，需要将其中一个波形移相，最理想的是移相时导通，设置了该电路模块。图 1 6 反向调制电路3)调制信号的正、负半周分别调制TL494 的调制特征是：第 3 端口电平越高，输出脉冲宽度越窄。所谓 TL494 送出脉冲是指其内 部的输出管导通。采用射极输出时，就是正脉冲。芯片内部有 5V 基准电压输出。对于正、负半周分别调制，可能先将振荡器送来的 60Hz 正弦波信号分作二路：一路信号直接 输送至某一块 TL494 误差放大器的同相端，如第 1 端口，负责负半周的调制，其使得信号电平往峰 值变化时，输出到功率管栅极的脉冲宽度加宽；另一路输送至另一块 TL494 误差放大器的反相端，

12、如第 2 端口，负责其正半周的调制，也使得信号电平往峰值变化时，输出到功率管栅极的脉冲宽度 加宽。要实现调制信号正、负半周分开调制，还需要直流电平参与控制。R27R26R15R13正半周的调制，如图a) 9 所示。60Hz 交流信号经过隔直流后从 TL4b9)4 的R25R24输入a)7 正半周期调制图 1 82 端口输入，由 1端口来设置电压比较的基准。这样，当2 端口输入的正弦信号电压往正峰值变化时，3 端口的电平0.2V 3.6V，1降低，输出脉冲宽度增大。在 TL494 中，送入脉宽比较器的三角波电压变化范围为端口的静态电图 1 91.53.5=37。如果将正弦1.0V 正 弦 信 号

13、 放阻与分压电阻的比为峰值控制在 1.0V ，则通过4)反馈电平对脉冲宽度的调整位设置为3.5V ，分压电阻TL494 内部结构逆变器的输出已经经过电容隔直流，无直流成份，需要自动控制的是交流分量的幅度。正弦振荡电路采用模拟式实现，其幅度难以实时调整。以上的处理方式中有一个特征可以利用，就是送入脉冲比较器的正弦信号均叠加在3.5V 直流电位上，而且调制规律是统一的，都是幅度往峰值变化，脉冲宽度增大。因此，可以将这二个直流电位设置电路合二为一，对逆变器输出的交流信号幅度取样后转成直流量，反馈至这一直流电位上，微调其直流电位值，改变比，从而实现输出电压的自动调整。5)输出滤波电路大至3.460Hz

14、SPWM 信号的占空实验使用的是一可以直接滤波的模块，因为要的得到的信号的波形频率较低可以使用低通滤波5 / 7器。四逆变器电路的集成根据以上各单元电路的设计，组合成完整无缺的逆变电路时，应该严格考虑各连接处的电平与相位关系。主调制器直接驱动激励电路，所有会造成延迟的电路都加入至从调制器电路中，通过光电耦合至上激励管，便于增大延迟量，留出足够的死区时间。C8220FC10k00F3 30VC13C10R3 3ELECTROR3010kR3110k4.3 kR2 60.1 FkR2IC2 A3RES2LM35 86200k224ES223EC710F10CF421921RW1 a4.7 k2RC

15、3RW1 b4.7k34k0.1 F30.1 FLM35 8R7RES2R8RES2C1A1R9RES2R624k1 IN+2IN+1 IN-2IN-feed backREFDTCoutpu tctrlCTVCCRTC2GNDE2C1E1TL4 94162R2 83kPC81 7R1 0RES2IC6 AT12N22 22R3 0R3210k2LM39 3R3 4T22N29 07T4MOD6DIODER1 4RESR1 31230.0 1 F78R1 71kD31 N581920 0P56C6R1 2IC4RES2161IN+2IN+1IN-2IN-15feed backREF14DTCou

16、tpu tctrl13CTVCC12RTC211 10GNDE210C1E19TL4 944D7C1 4T3DIODEOUTMOSFET NC1 5OUT图 1-17 半桥式逆变器总电路品质因数五 . 提高逆变器的因为有逆变电路进行隔离，最后的输出负载不再对交流电网构成直接影响。但逆变器前端的整 流电路会影响到取电的品质因数。六 . 电路装配和调试1:在该电路的的调试中首先要测试的是产生60HZ 正弦信号的 RC 文氏振荡电路。在测试中要给该振荡电路输入 15V 的直流电压，由实验室稳压电源提供。在 LM358 的输出端口“ 1”管脚处用示波 器进行信号检测输出波形为正弦信号，峰峰值为7.2V,波形频率为 58.8HZ 。2:其次测试的是由 TL494 构成的锯齿波振荡器，测试该模块时需要在“11”、“ 12 ”端口输入 1