一提正弦波逆變器,大家首先想到SPWM技術.如何實現SPWM呢?肯定很多人的第一想法是使用單片機.的確,使用單片機的好處不少:SPWM波精度高,輸出正弦波波形好,穩壓精度高,方便加入電壓指示功能等,單片機確實非常適合工業量產.但是對于咱們玩家,可不是這樣了.單片機不是人人可以掌握的,即便掌握,像我這種只會做電子鐘紅外遙控之類的初級玩家也很難寫出好的SPWM程序.因此,我考慮了全硬件方案.
本電路優點:
1.電路極簡單,可能為世界上最簡單的分立SPWM電路
2.單電源寬電壓供電(10V-30V)
3.輸出最大占空比高,仿真時最大占空比已經接近100%.這將導致母線電壓利用率高,母線電壓340V就足夠產生230V的工頻正弦交流電.
4.隔離輸出,受外圍電路干擾少
經過幾天的思考,我確定了系統的框圖:
本電路沒有使用穩壓反饋,故穩壓功能全靠前級完成.前級一般由SG3525或者TL494組成,穩壓功能不用可惜了.
看本圖,由于使用了虛擬雙電源,因此單電源供電即可,省略一個輔助電源變壓器.
再看驅動板電路圖:
麻雀雖小,五臟俱全.如圖,LM7809將電池電壓降為穩定的9V,這使得電路可以在寬電源(10V-30V)情況下工作,TDA2030為核心組成了虛擬雙電源,將正9V變成正負4.5V的雙電源.NE555及周邊元件組成頻率約為20KHz的高線形度三角波振蕩器,如圖,在NE555的2和6腳可以得到在3V和6V之間運動的三角波.IC1為LM324,IC1A及周邊元件組成50Hz工頻正弦振蕩器,產生幅度4.5V的正弦波(對于產生的虛地),圈一電位器將這個正弦波幅度分壓到3.5V.IC1B和IC1C及周邊元件組成精密整流電路,將正弦波變成3V賦值的饅頭波.這個饅頭波要去和NE555的三角波比較,三角波和饅頭波的幅值雖然向同,都是3V,但是這個饅頭波的最低電位比三角波的高1.5V.因此,IC1D及周邊元件組成減法電路,將饅頭波整體下調1.5V,這樣三角波和饅頭波就可以比較了.LM393B進行比較工作,產生同相位的SPWM波,此波與LM393A組成的正弦波-方波轉換器輸出的同步方波送入CD4081等組成的編碼電路進行編碼,產生最終驅動功率管的SPWM信號.兩個20K電阻和47P電容用于產生死區于高頻臂.本電路設計巧妙的地方之一就是虛地和實地的轉換.LM393A之前電路是工作在虛地狀態的,而LM393之后的電路卻變成了實地.因為4.5V的交流(對于虛地)對于實地來說是個9V的脈沖.LM393B周邊電路也是類似原理.
然后看H橋電路圖:
以上是H橋電路.注意:三個TLP250邊上的接地符號一定接驅動板的實地!功率管的地也可與前級共地(接電瓶).也可以前后級隔離.H橋圖中的12V電壓可以由主變壓器的分繞組+LM7812提供(前后級隔離方案),也可以直接由電池提供(12V供電情況下,前后級不隔離,共地狀態).
先分析左邊的高頻臂:下臂的IRFP460采用光藕直接驅動,上臂的IRFP460采用自舉電容+光藕驅動.工作原理簡述:當下臂導通時,高頻橋的功率管的中點相當于接地,此時104的自舉電容通過FR107和下臂管充電,當下臂管關斷上臂導通時,104電容與地隔離,當TLP250內部三極管導通后,相當于給上臂管的GS之間施加一個電壓,因此上臂管可以在與之對應TLP250的控制下導通和關斷.
再分析右邊的工頻臂:這一部分的電路使用了我那個<適合制作的大功率方波逆變器>里的一個半橋.當TLP250輸出高電平時,工頻橋下臂導通,此時工頻橋中點等效接地,此時1uF電容通過FR107和下臂管充電.但由于那個三極管也導通,導致上臂管此時GS間相對電壓為零,因此上臂管截止.當TLP250輸出低電平時,下臂管和那個三極管都關斷.三極管的關斷和電容上儲存的電壓導致上臂管導通.工頻臂就是這么工作的,因此要么上管導通,要么下管導通.由于SPWM3是50Hz的脈沖,所以可以在工頻橋中點得到50Hz、占空比50%的交流電壓.
兩個1mH電感、和一個400V 40uF電容用來完成高頻濾波的任務,把高頻SPWM方波變成50Hz的正弦波.
原理分析完畢.
最后說下如何調試:
1.組裝電路
2.查看A點波形,應該為50Hz幅值4.5V(對虛地)的正弦波
3.調整圈1電位器使其滑動端(B)對虛地有3V幅值(對虛地)的正弦波脈沖,此時在C點可以看到幅值3V頻率100Hz的饅頭波(對虛地)
4.調整圈2電位器,是其滑動端對地(實地)有1.5V電壓,此時在D點可以看到幅值3V對實地向上偏移3V的饅頭波
5.測試E點,可以看到一個對實地向上偏移3V幅值3V頻率20KHz左右的三角波,F輸出幅值9V的50Hz脈沖方波.
6.在LM393B的輸出端應該可以測到幅值為9V的SPWM脈沖
7.測試SPWM1-3的波形,是否如圖所示:
最后祝試制的同志成功!本電路完全靠仿真,可能在實際制作中會出小問題,歡迎大家指正批評!
副個仿真的波形圖:
