正弦波三角波方波发生器设计（xiexiebang推荐）

第一篇：正弦波三角波方波发生器设计（xiexiebang推荐）

中南民族大学

设计题目

函数发生器

生物医学工程

2010 级

一班

姓名：陈泽华

学号:10161009

目录

1设计的目的及任务…………………………………………………（3）

1．1 课程设计的目的……………………………………………（3）1．2 课程设计的任务与要求……………………………………（3）1．3 课程设计的技术指标………………………………………（3）总体电路设方案……………………………………………………（4）

2.1 正弦波发生电路的工作原理…………………………………（4）2.2 正弦波转换方波电路的工作原理……………………………（5）2.3 方波转换成三角波电路的工作原理…………………………（7）2.4 总电路图………………………………………………………（8）

3单元电路设计…………………………………………………………（9）

3.1 正弦波发生电路的设计………………………………………（9）3.2 正弦波转换方波电路的设计…………………………………（10）3.3 方波转换成三角波电路的设计………………………………（12）电路调试或仿真 ……………………………………………………（14）

4．1 电路仿真……………………………………………………（14）4．2 调试方法与调试过程………………………………………（12）收获体会……………………………………………………………（16）

弦波振荡电路；石英晶体正弦波振荡电路。

RC正弦波振荡电路

常见的RC正弦波振荡电路是RC串并联式正弦波振荡电路，它又被称为文氏桥正弦波振荡电路。

串并联网络在此作为选频和反馈网络。它的电路图如图（1）所示： 它的起振条件为：

。它的振荡频率为：

它主要用于低频振荡。要想产生更高频率的正弦信号，一般采用LC正弦波振荡电路。它的振荡频率为：

。石英振荡器的特点是其振荡频率特别稳定，它常用于振荡频率高度稳定的的场合。

图（1）

UO应为+UT；如果uI从大于+UT的值逐渐减小到-UT

实际上，由于集成运放的开环差模增益不是无穷大，只有当它的差模输人电压足够大时，输出电压UO才为±UZ。UO在从+UT变为-UT或从-UT变为+UT的过程中，随着uI的变化，将经过线性区，并需要一定的时间。滞回比较器中引人了正反馈，加快了UO的转换速度。例如，当UO＝+UZ、uP=+UT时，只要uI略大于+UT足以引起UO的下降，即会产生如下的正反馈过程：UO的下降导致uP下降，而UP的下降又使得UO进一步下降，反馈的结果使UO迅速变为－UT，从而获得较为理想的电压传输特性。本电路中该电路的作用是将正弦信号转变成方波信号，其传输特性曲线如下图所示：

正弦波传输特性 2.3 方波转换成三角波电路的工作原理：

当输入信号为方波时，其输出信号为三角波，电路波形图如下：

2.4总电路图

三 单元电路设计

3.1 正弦波发生电路的设计

本电路中采用RC桥式正弦波振荡电路产生正弦波，其电路图如下所示

仿真波形

从图中可得出产生的正弦波最大值Umax=13.000V;T=799.220us×4=3196.88us≈3.2ms.F0=1/T=312Hz.仿真得出的数据与理论计算一样，电路正确。

3.2 正弦波转换方波电路的设计

本电路中采用滞回电压比较器将正弦波转成方波，其电路原理如下图所示

滞回电压比较器电路原理图

0

3.3 方波转换成三角波电路的设计

本电路中方波转成三角波采用积分电路，其电路原理如下图所示

积分电路图

积分电路分工为：

1U0=-u(t)dt+u0(t1)RCt1电路仿真如下图所示

t2

4．2 调试方法与调试过程

总电路图如下所示

该电路分为三部分，第一部分为RC桥式正弦振荡电路，其功能是利用RC振荡产生特定频率的正弦波；第二部分为电压比较器电路，其功能为将正弦波转成方波；第三部分为积分电路，其功能为利用积分电路将方波转成三角波；

在正弦波产生电路中f=1/(2∏RC),改变RC的值可以改变电路的信号频率，在电压比较器中，改变参考电压UREF的值可以改变方波的比例，五 收获体会

本次试验是本人第一次亲身体会自己动手查资料、设计电路、仿真等过程，个人感觉收获很大。每当电路要成功时，当时的心情是那么的激动，但是前几次都没有成功，在我的不断努力、不断探索、不断查资料之下，终于将电路设计成功，在成功之时心情真的是好极了！

415-

第二篇：模电实习设计基本共射放大电路及积分运算电路方波转换成三角波转化和运算电路

电子线路实习报告

指导教师： 赵莹 张炜

班级：通信

学号：

姓名：

实习日期：2012.11.4--2012.11.9

目录

第一章

第二章

第三章

一.设计基本共射放大电路……………………………..5

二.设计积分运算电路方波转换成三角波转化…………8

三.设计一个运算电路……………………………………10

第四章 第五章Multism 9 软件简介及电子线路设计步骤……………3 实习目的…………………………………………………..4 实习内容…………………………………………………...4 实习心得………………………………………………12 参考文献……………………………………………….13 第一章 Multism 9 软件简介

Multisim 9.0介绍

Multisim 9.0电路仿真软件是一个完整的系统设计工具，包括原理图的创建、元件库与元件的使用、虚拟仪器的调用电路的基本分析方法。仿真结果的后续处理，以及RF分析等内容，它可结合SPICE,VHDL和Verilog等共同进行模拟和数字电路仿真，并提供高阶RF设计功能，可利用VHDL或Verilog设计与仿真FPGA/CPLD组件合成，而且还可以利用齐全的虚拟仪器对电路进行测试与分析。

Multisim 9.0是IIT公司推出Multisim 2001之后的Multisim最新版本（06年底又发布最新的版本Multisim10）。Multisim 9.0提供了全面集成化的设计环境，完成从原理图设计输入、电路仿真分析到电路功能测试等工作。当改变电路连接或改变元件参数，对电路进行仿真时，可以清楚地观察到各种变化对电路性能的影响。

Multisim 9.0不仅可以作为专业软件真实地分析电路的工作，而且还可以在《电路分析》、等课程中充实虚拟实验平台，同时它的处理功能的使用也为从原理图设计到数值分析以及电路板制作的全程训练提供了条件。

我们此次的实习就应用了此款软件，让我们在模电书上所学的一些电路、知识更加直观的摆在我们眼前。2 电子线路设计的一般步骤

1）分析系统设计要求，拟定系统总体方案。2）划分功能模块，建立总体结构框图。3）设计实现各单元电路。4）计算电路参数。

5）选择元件。

6）绘制总体电路图。

7）用EDA工具进行电路性能仿真和优化设计。8）实际搭接电路，测试性能。

第二章

实习目的

1学会使用Multisim 9.0软件，了解并熟悉使用Multisim 9.0软件系统。2.学会在Capture中创建电路并运行出指定分析类型及仿真类型。3.掌握运行仿真结果的方法，并学会分析数据及图形。4.了解一些基本原件的使用方法。

5此次实习的目的不仅让大家如何使用Capture的绘图页编辑程序同时也增强大家的动手能力和实践能力。

第三章

一.设计基本共射放大电路

实验内容

二.设计积分运算电路方波转换成三角波转化

三.设计一个运算电路实现题目要求电子线路实习设计题目

一.设计基本共射放大电路

1.设计一个基本共射极放大电路，设Ucc=12V, β=40, IBQ=40μA,Au≈-92。根据以上要求，设计、计算并选取电路元件参数，使放大器能够不失真地放大常用的正弦波信号，要求对电路进行静态和动态分析。

解：设计电路图如图所示

(2).静态点分析：由图可知IBQ=Vcc-VBEQ

/R2;又因为Ucc=12V，I

BQ=40μA，可以解得R2≈300K；

Rbe=rbb+(1+β)VT/IEQ=200+41*(26/1.6)≈866Ω

Av=ѵo/ѵi=-β(R3||R4)/rbe≈-9

2又为了方便起见取Rc和RL一样大小

解得R3= R4=3.98KΩ；

又因为Ro≈Rc=3.98KΩ;就可以得出上方所示电路图。（3）：给电路图加入示波器测量波形：（4）输出波形如图所示：

刚好约放大波形92倍。

二.设计积分运算电路方波转换成三角波转化

设计一个积分运算电路，用以将方波信号转换成三角波。

技术要求：输入信号为uipp=±4V,周期T=1ms的方波；要求输出波形与输入信号同相； 度upp>=2/3uipp;输入电阻Ri>=10KΩ.分析：

过积分运算电路实现将方波信号转换成三角波信号输出,其中T=1ms,有f=1KHZ.通过函数信号发生器使得输出波形为方波，调整其幅度和频率，选取适当的电阻、运算放大器和电容等，使得uop-p=2/3uip-p;接线即可得到下图 解 ：（1）如下图为积分运算电路，可以将方波信号转化为三角波信号。

2）给上图电路图加上示波器用来检测输出波形

3）输出波形如下图所示： 7

（。

（

通过上图设计可以达到将方波转化为三角波的目的。并且能满足要求输出波形与输入信号同相； 度upp>=2/3uipp;输入电阻Ri>=10KΩ.三.设计一个运算电路实现题目要求电子线路实习设计题

设计一个运算电路，实现u0=3ui1-2ui2运算关系。

本题设计理念要用加法运算电路。先将一个信号同向放大3倍再把另一个信号反向放大2 倍（设计电路图见下页）

如图左上方为同向比例放大电路，由图可以知道输出电压Uo=(1+R4/R3)Ui;要达到放大三倍的效果。(1+R4/R5)=3； 解得R4/R3=2；令R5=25，则R4=50；

左下方的电路是实现反向放大的目的。由图可以知道 Uo=-（R8/R6）Ui;计算知R8/R6=2;另R6=30，则R8=60；通过右侧叠加电路便可输出所需波形。（2）加入万用表检测输出波形是否合题。

（电路图见下页）（3.）通过计算Uo=3*13-2*50=-61 用万用表测得数据基本上符合题目要求；

第四章

实习心得

实习心得

这周我们进行了电路模电实习，通过一周的电路模电实习，在老师的讲解和看书过程中能熟练的掌握了Multisim 9.0仿真软件的使用方法。在这期间我不仅懂得了电路及模电的一些基本元件的摆放和使用方法，而且让我学到了不断探索，就能更好的完成实验任务。在实习实习期间也遇到了一些困难和麻烦，但是在老师的指导下和同学的讨论下我终于解决了麻烦，成功的完成了老师布置的任务。

通过本次实习，让我深刻理解了我们实习的目的不单纯的是通过电脑学习我们的理论知识和做题的方法，我们更多的是学习一种在生活之中找到解决问题的方法、途径和思维方式，实践与理论结合才能真正的学到真正的知识啊，这句话是我实习的最大收获。我感受到动手制作能力的提高也让我找到了一种寻找答案的方法和思考方式，我们总是在学习书上的理论没有真正的去理解知识的真正意 义，实习是让我们重新认识知识的一个过程，更是对知识的重新一次正确认识，所以这次实习对我影响也很大。不仅仅是知识的改变，更重要的是让我学会了不断探索，不断与朋友同学合作的号习惯。

虽然实习时间比较短，但我很认真的对待这次实习，虽然有些东西还没彻底明白，但我已经学会了很多东西，明白了很多东西，以上所说的只是一小部分，很多东西没法具体说，最为一名新世纪的大学生，在大学中要努力学习知识，充实自己，希望学校能多组织这样的实习机会，让我们能更加锻炼自己的能力！另外，通过这次实习和老师的沟通和同学朋友的合作让我们加深了感情，体会到了学习的愉悦。所以在此很感激老师和同学的帮助。这次实习我真的获益匪浅，真的好感谢学校给我们提供了这么好的机会，也感激同学和朋友的帮忙。

第五章 参考文献

《电子系统实习教程》 赵莹 等编著北京 中国电力出版社，2012 《电子技术基础》 康华光 等编著 华中科技大学电子技术课程组 《电子技术试验》 周维芳 白庆华 曲萍萍主编 西南交通大学出版社

第三篇：信号发生器设计（推荐）

模拟课程设计题

信号发生器设计

设计一个能够输出正弦波、三角波和矩形波的信号源电路，电路形式自行选择。输出信号的频率可通过开关进行设定，具体要求如下：

（１）输出信号的频率范围为100~800Hz，步进为100Hz。（60分）

（２）要求输出信号无明显失真，特别是正弦波信号。（30分）

评分标准：

（１）范围满足设计要求得满分，否则酌情扣分。

（２）输出信号无明显失真可满分，有明显失真酌情扣分。

发挥部分（附加10分）：

进一步扩大输出信号范围和减小步进频率。

第四篇：基于SG3525设计单相正弦波SPWM逆变电源

摘 要

本论文所需单相正弦波SPWM逆变电源的设计采用了运算放大器、二极管、功率场效应管、电容和电阻等器件来组成电路。

逆变电源是一种采用电力电子技术进行电能变换的装置，它从交流或直流输入获得稳压恒频的交流输出。通过对电路的分析，参数的确定选择出一种最适合的方案。输出频率由电压控制，波形幅值由电阻确定。

本论文以SG3525驱动芯片为核心，完成了单相正弦波SPWM逆变电源的参数设计，并利用所得结果，完成了实际电路的连接，通过调试与分析，验证了设计的正确性。

关键词: SPWM,SG3525 I II

Title: Design of Sine Wave Inverter Power Supply By SG3525 Applicant: Cao Lei Speciality: Electrical Engineering And Automation

ABSTRACT

Design of sine wave inverter power supply by SG3525 was designed using operational amplifier,diodes,transistors,zener diodes,the capacitor and resistor voltage devices such as to constitute circuit.Inverter power supply is one kind of power electronics process transformation of electrical energy device.It alternating voltage or volts d.c input to acquire voltage stabilization constant amplitude the alternating voltage output.Get through the circuit analytical.To ensure the parameter to chose one kind of best fit program.The output frequence is confirmed by voltage and resistance ect.The thesis use SG3525 as a core to achieve design of sine wave inverter power supply.Take the advantage of the result to achieve circuit ligature.Get through the debug to check the validity.KEY WORDS： SPWM，SG3525 III

IV

目 录

1绪论..............................................................1 1.1逆变电源的发展背景............................................1 1.2逆变电源的研究现状............................................1 1.3 设计的主要工作和难点..........................................3 1.3.1 设计的主要工作............................................3 1.3.2 论文的主要难点............................................5 2 SPWM逆变电源原理与应用...........................................7 2.1 SPWM控制原理................................................7 2.2 SPWM控制的发展前景..........................................8 2.3本章小结......................................................8 3 硬件电路的设计....................................................9

3.1SG3525介绍..................................................9 3.2 文氏电桥振荡电路...........................................11 3.3移位电路分析................................................13 3.4 逆变电路的工作原理分析.....................................13 3.5 本章小结...................................................14 4 系统的检测与分析.................................................15 4.1正弦发生器部分的调试........................................15 4.2逆变部分及整体运行结果......................................16 5结论与展望.......................................................19 致谢...............................................................21 参考文献...........................................................23

I

II

1绪论

1.1逆变电源的发展背景

逆变电源是一种采用电力电子技术进行电能变幻的装置，它从交流或直流输入获得稳压恒频的交流输出。逆变电源技术是一门综合性的专业技术，它横跨电力、电子、微处理器及自动控制等多学科领域，是目前电力电子产业和科研的热点之一。逆变电源广泛应用于航空、航海、、电力、铁路交通、邮电通信等诸多领域。

逆变电源的发展是和电力电子器件的发展联系在一起的，器件的发展带动着逆变电源的发展。逆变电源出现于电力电子技术飞速发展的20世界60年代，到目前为止，它经历了三个发展阶段。

第一代逆变电源是采用晶闸管（SCR）作为逆变器的开关器件称为可控硅逆变电源。可控硅逆变电源的出现虽然可以取代旋转型变流机组，但由于SCR是一种没有自关断能力的器件，因此必须增加换流电路来强迫关断SCR，但换流电路复杂。噪声大、体积大、效率低等原因却限制了逆变电源的进一步发展。

第二代逆变电源是采用自关断器件作为逆变器的开关器件。自20世纪70年代后期，各种自关断器件想运而生，它们包括可关断晶闸管（GTO）、电力晶闸管（GTR）、功率场效应管（MOSFET）、绝缘栅双极性晶体管（IGBT）等。自关断器件在逆变器中的应用大大提高了逆变电源的性能

第三代逆变电源实时反馈控制技术，使逆变电源性能得到提高。实时反馈控制技术是针对第二代逆变电源非线性负载适应性不强及动态特性不好的的缺点提出来的，它是最近十年发展起来的的新型电源控制技术，目前仍在不断完善和发展之中，实时反馈控制技术的采用使逆变电源的性能有了质的飞跃。

1.2逆变电源的研究现状

最初的逆变电源采用晶闸管（SCR）作为逆变器的开关器件，称为可控制逆变电源。由于SCR是一种有关断能力的器件，因此必须通过增加换流电路来强迫关断SCR，SCR的换流电路限制的逆变电源的进一步发展。随着半导体技术和交流技术的发展，有关断能力的电力电子器件脱颖而出，相继出现了电力晶体管（GTR）、可关断晶闸管（GTO）、功率场效应晶体管（MOSFET）、绝缘栅双极性晶体管（IGBT）等等，可关断器件在逆变器中的应用大大提高了逆变电源的性能，由于可关断器件的使用，使得开关频率得以提高，从而逆变桥输出电压中次谐波的频率比较高，使输出滤波器的尺寸得以减小，而且非线性负载的适应性得以提高。最初，对于采用全控型器件的逆变电源在控制上普遍采用带输出电压有效值或平均值反馈的PWM控制技术，其输出电压的稳定是通过输出电压的有效值或平均值反馈控制的方法实现的。采用输出电压有效值或平均值反馈控制的方法是有 结构简单、容易实现的优点，但存在以下缺点：(1)对线性负载的适应性不强

(2)死区时间存在将使PWM波中含有不易滤掉的低次谐波，使输出电压出 现 波形畸变

(3)动态性能不好，负载突变时输出电压调整时间长

为了克服单一电压有效值或平均值反馈控制方法的不足，实现反馈控制技术得以应用，它是10年来发展起来的新型电源控制技术，目前仍在不断的完善和发展之中，实时反馈控制技术的采用使逆变电源的性能有了质的飞跃，实时反馈控制技术多种多样，主要有以下几种： 1.谐波控制原理

当逆变电源的负载为整流负载时，由于负载电流中含有大量谐波，谐波电流 在逆变电源内阻上压的降致使逆变电源输出电压波形畸变,谐波补偿控制可以较好的解决这一问题，尤其是在逆变桥输出PWM波中加入特定谐波，可抵消负载电流中的谐波对输出电压波形的影响，减小输出电压的波形是畸变，而且这种方法只能由数字信号处理器来实现。

2.无差拍控制

1959年，Kalman首次提出了状态变量的无差拍控制理论。1985年，GokhalePESC年会上提出将无差拍控制应用于逆变控制，逆变器的无差拍控制才引起了广泛的重视无差拍控制是一种基于微机实现的控制原理，这种控制方法根据逆变电源系统的状态方程和输出反馈信号来推算下一个采样周期的开关时间，使输出电压在每个采样点上与给定信号相等，无差拍控制的缺点是算法比较复杂，实现起来不太容易，它对系统模型的准确性要求比较高。对负载大小的变化及负载性质变化比较敏感，当负载大小变化及负载性质变化时不是获得理想的正弦波输出。3.重复控制

为了消除非线性负载对逆变器输出的影响，在UPS逆变器控制中导入重复控制技术。重复控制是一种基于内模原理的控制方法，它将一个基波周期的的偏差存储起来，用于下一个基波周期的控制，经过几个周期基波周期的重复可达到很高的控制频度。在这种控制方法中，加到控制对象的输入信号除偏差信号外，还叠加了一个过去的控制偏差，这个过去的控制偏差实际上是一个基波周期忠的控制偏差，把上一个基波周期的偏差反映到现在，和现在的偏差一起加到控制对象进行控制，这种控制方式偏差好像在被重复使用，所以称为重复控制。它的突出特点是稳定性好、控制能力强但动态响应速度慢，因此，重复控制一般都不单独用于逆变器的控制，而是与其他控制方式结合共同实现整个系统性能。4.单一的电压瞬时值反馈控制

这种控制方式的基本思想是把输出电压的瞬时反馈与给定正弦波进行比较，2

用瞬时偏差作为控制量，对逆变桥输出PWM波进行动态调节，和传统PWM控制方法相比，该方法能对PWM波进行动态调整，故系统快速性、抗扰性、对非线性负载的适应性、输出电压的波形品质等都比传统PWM控制方法有所提高。这种方法的缺点就是稳定性不好，特别是空载时。5.带电流内环的电压瞬时值反馈控制

带电流内环的电压瞬时值反馈控制方法是在单一的电压瞬时值反馈控制方法的基础上发展起来的在这种方法中，不但引入输出电压的瞬时值反馈，还引入滤波电容电流的瞬时值反馈，电压环是外环，内流环具有将滤波电容电流或滤波电感电流改造为可控的电流源的作用，这一，控制输入和输出电压之间就形成了具有单极点的传递函数，因而系统的稳定性大大提高，克服了单一电压瞬时值反馈控制系统空载容易震荡的缺点。由于稳定性的提高使得电压调节器增益可以取比较大的值，所以突加负载或突卸负载时输出电压的动态性能大大提高，抗扰性能大大提高，对非线性负载的适应能力也大大提高。

1.3 设计的主要工作和难点

1.3.1 设计的主要工作

本课题的研究设计，把它分成4个阶段来进行完成：思路分析、体系结构设计、硬件连接、系统调试。

首先设计正弦波信号发生器，正弦波信号发生器由文氏电桥振荡电路和移位电路两个部分组成如图1-1所示

-12V10KRP15.1KR710KRP2R2R310KR10C3r810K10K00010K000104R6RP300R100R533kR9c2104104C1R433k文氏电桥振荡电路移位电路 图1-1 正弦波信号发生器

如图所示把正弦波信号发生器产生的50HZ的正弦波送入SG3525芯片的9号管脚与SG3525芯片的5号管脚的锯齿波进行比较，从而获得SPWM信号，改变正弦波幅值，即改变M，就可以改变输出电压幅值，正常M≤1。

再次设计SPWM驱动电路如图1-2所示，由正弦波发生器产生一50Hz、幅度可变的正弦波，送人SG3525的第9端，和SG3525的第5脚（锯齿波）比较后，输出经调制（调制频率约为10kHz）的SPWM波形，经过到相器反相后，得到两路互为反相的PWM驱动信号，分别驱动功率场效应管VT1、VT2，使VT1、VT2交替导通，从而在高频变压器的副边得到一SPWM波形，经过LC滤波后，得到一50Hz的正弦波，幅度可通过电位器RP进行改变。

u0Y 轴O①②③④⑤π⑥⑦⑧ ⑨⑩2π(a)正弦电压ωt u0PWM①②③④⑤(b)SPWM等效电压Y 轴O∠θ1∠θ∠θ3∠θ24-Udα1=θ1α2∠θ5=θ2X 轴ωt图1-2 SPWM逆变电路

1.3.2 论文的主要难点

我在做设计时候遇到难题是由于选择正弦波振荡电路的电阻参数错误和SPWM逆变电路调节RP在SG3525的9号管脚和SG3525芯片的5号管脚得不到相应的信号输出。最后在指导老师的帮助下经过更换电阻参数和负载R5从而得到应该得到的输出。

SPWM逆变电源原理与应用 SPWM逆变电源原理与应用

2.1 SPWM控制原理

逆变电路理想的输出电压是图2-1（a）正弦波u0=Uo1sinωt。而电压型逆变电路的输出电压是方波，如果将一个正弦波半波电压分成N等分，并把正弦曲线每一等分所包围的面积都用一个与其面积相等的等副矩形脉冲来代替，且矩形脉冲的中点与相应正弦等分的中重合，得到如图2-1（b）所示的脉冲列这就是PWM波形。正弦波的另外一个半波可以用相同的方法来等效。可以看出，该PWM波形的脉冲宽度按正弦规律变化，称为SPWM（Sinusoidal Pulse Width Modulation）波形。

u0Y 轴O①②③④⑤π⑥⑦⑧ ⑨⑩2π(a)正弦电压ωt u0PWM①②③④⑤(b)SPWM等效电压Y 轴O∠θ1∠θ∠θ3∠θ24-Udα1=θ1α2∠θ5=θ2X 轴ωt

图2-1 SPWM电压等效正弦电压

根据采样控制理论，冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时，其效果基本相同。脉冲频率越高，SPWM波形越接近正弦波。逆变器的输出电压为SPWM波形时，其低次谐波将得到很好的抑制和消除，高次谐波又能很容易滤去，从而可获得畸变率极低的正弦波输出电压。

SPWM控制方式就是对逆变电路开关器件的通、断进行控制，使输出端得带一系列幅值相等而狂度不相等的脉冲，用这些脉冲来代替正弦波或者其他所需要的波形。

从理论上讲，在SPWM控制方式中给出了正弦波频率、幅值和半周期内的脉冲 数后，脉冲波形的宽度和间隔便可以准确计算出来，然后计算的结果控制电路忠各开关器件的通、断，就可以得到所需要的波形，这种方法称为计算法。计算法很繁琐，其输出正弦波的频率、幅值或相位变化时，结果都要变化，实际中很少应用。

在大多数情况下，人们采用正弦波与等腰三角波橡胶的办法来确定各矩形脉冲的宽度。等腰三角波上下宽度与高度呈线性关系且左右对称，当它与任何一个光滑曲线相交时，即得到一组等副而脉冲宽度正比于该曲线换数值的矩形脉冲，这种方法称为调制法。希望输出的信号为调制信号，接受调制的三角波称为载波。当调制信号是正弦波时所得到的便是SPWM波形；当调制信号是正弦波时，等效也能得到与调制信号的SPWM 根据前面的法分析，SPWM逆变电路的优点可以对那如下：

1.以得到接近正弦波输出电压，满足负载需要。

2.整流电路采用二级管整流，可获得较高的功率因数。

3.只用一级可控的功率环节，电路结构简单。

4.过对输出脉冲宽度控制就可改变输出电压的大小，大大加快了逆变器的动态响应速。

2.2 SPWM控制的发展前景

近年来，随着逆变电源在各行各业应用的日益广泛，采用正弦脉宽调制(SPWM)技术控制逆变电源提高整个系统的控制效果是人们不断探索的问题。对SPWM的控制有多种实现方法，其一是采用模拟电路、数字电路等硬件电路产生SPWM波形，该方法波形稳定准确，但电路复杂、体积庞大、不能进行自动调节；其二是借助单片机、DSP等微控制器来实现SPWM的数字控制方法，由于其内部集成了多个控制电路，如PWM电路、可编程计数器阵列(PCA)等，使得这种方法具有控制电路简单、运行速度快、抗干扰性强等优点。

2.3本章小结

本章就实验的SPWM控制原理利用等效波形图进行了简单的阐述，同时对SPWM控制的前景进行一定得介绍。

硬件电路的设计 硬件电路的设计

3.1SG3525介绍

随着电能技术的发展，功率MOSFET在开关变换器中开始广泛使用，为此美国硅通用半导体公司推出SG3525。SG3525是用于驱动N沟道功率MOSFET，其产品一推出就受到广泛好评。SG3525系列PWM控制器分军品、工业品、民品三个等级方面。下面对SG3525特点、引脚功能、电器参数、工作原理以及典型应用进行介绍。

（1）PWM控制芯片SG3525功能简介

SG3525是电流控制性型PWM控制器，所谓电流控制型脉宽调制器是按照反馈电流表调节脉宽的。在脉宽比较器的输入端直接用流过输出电感线圈的信号与误差信号放大器输出信号进行比较，从而调节占空比使输出电感峰值电流跟随误差电压变化而变化。由于结构上有电压环和电流环双环系统。因此，无论开关电源的电压调整率、负载调整率和瞬态响应特性都有提高，是目前比较理想的新型控制器。

（2）SG3525内部结构和工作特性

反相输入同相输入同步端同步输出CTRT软电端软启动

图3-1 SG3525引脚图

1234567816***09URefUCC输出BUC接地输出A封锁端补偿端

***15.1V基准振荡器欠压锁定输出AF/F1457x1x2x3S* / *u1RQ输出B1285.0K105.0K图3-2 SG3525结构方框图

1.相输入端(引脚1):误差放大器的反相输入端，该误差放大器的增益标称值为80dB，其大小由反馈或输出负载而定，输出负载可以是纯电阻，也可以是电阻性元件和电容元件的组合。该误差放大器的共模输入电压范围为1.5~5.2V。此端通常接到与电源输出电压相连接的电阻分压器上。负反馈控制时，将电源输出电压分压后与基准电压相比较。

2.相输入端(引脚2):此端通常接到基准电压引脚16的分压电阻上，取得2.5V的基准比较电压与引脚1的取样电压相比较。

3.步端(引脚3):为外同步用。需要多个芯片同步工作时，每个芯片有各自的振荡频率，可以分别与它们的引脚4相副脚3相连，这时所有芯片的工作频率以最快的芯片工作频率同步;也可以使单个芯片以外部时钟频率工作。4.步输出端(引脚4):同步脉冲输出。作为多个芯片同步工作时使用。5.振荡电容端(引脚5):振荡电容一端接至引脚5，另一端直接接至地端。6.振荡电阻端(引脚6):振荡电阻一端接至引脚6，另一端直接接至地端。7.放电端(引脚7):Ct的放电由5、7两端的死区电阻决定。

8.软起动(引脚8):比较器的反相端，即软起动器控制端(引脚8)，引脚8可外接软起动电容。

9.补偿端(引脚9):在误差放大器输出端引脚9与误差放大器反相输入端引脚1间接电阻与电容，构成PI调节器，补偿系统的幅频、相频响应特性。10.锁端(引脚10):引脚10为PWM锁存器的一个输入端，一般在该端接入过流检测信号。

硬件电路的设计

11.冲输出端(引脚

11、引脚14):输出末级采用推挽输出电路，驱动场效应功率管时关断速度更快。

12.地端(引脚12):该芯片上的所有电压都是相对于引脚12而言，既是功率地也是信号地。

13.挽输出电路电压输入端屿1脚13):作为推挽输出级的电压源，提高输出级输出功率。

14.片电源端(引脚15):直流电源从引脚15引人分为两路:一路作为内部逻辑和模拟电路的工作电压;另一路送到基准电压稳压器的输入端，产生5.1V土1的内部基准电压。

15.准电压端(引脚16):基准电压端引脚16的电压由内部控制在5.1V土1。可以分压后作为误差放大器的参考电压（3)SG3525脉宽调制器的特点

1.工作电压范围宽:8~35V。

2.5.1V士1%微调基准电源。

3.振汤器上作频率泡围觅:l00~400kHz。

4.具有振荡器外部同步功能。

5.死区时间可调。

6.内置软起动电路。

7.具有输入欠电压锁定功能。

8.具有PWM锁存功能，禁止多脉冲。

9.逐个脉冲关断。

10.双路输出(灌电流啦电流):500mA(峰值)。

3.2 文氏电桥振荡电路

硬件电路由三部分组成如图3-3 正弦波信号发生器SG3525逆变 图3-3 硬件电路组成图

正弦波发生器由两部分组成。前半部分为RC串并联型正弦波振荡器，后半部分为移位电路，最终将正弦波信号加在SG3525的输入管脚。图3-4为设计所选正弦信号发生装置的电路图

-12V10KRP15.1KR710KRP2R2R310KR10C3r810K10K00010K000104R6RP300R100R533kR9c2104104C1R433k文氏电桥振荡电路移位电路 图3-4 正弦波信号发生器

如图3-4所示，电阻R6左边是由Ua741和文氏电桥反馈网络组成的正弦波震荡电路。R4、C1与R5、C2组成文氏电桥的两臂，由他们组成正反馈的选频网络；文氏电桥的另外两臂由R1及R2、R3、RP1组成，是Ua741的负反馈网络，它们与集成运放一起组成振荡电路的放大环节。整个震荡条件主要由这两个反馈网络的参数决定。

振荡电路为RC串并联的选频网络，其振荡频率可由f=1/2*pi*RC计算。为使文氏电桥振荡电路满足起振条件，必须要求A≥3即R1≥2R2，即是在本电路忠的R2+R3+RP2≥2R1。因此，在运放的线性区间内电路不可能满足恒幅度平衡条件，只有当运放进入非线性区后，电路才能满足幅度平衡条件，因而输出电压信号将会产生非线性失真。为了减小非线性失真，应使电路的放大倍数A尽可能接近3.但是这样将使振荡电路起振调钱的裕度很小，当电路工作条件稍有变化时就有可能不起振。如果放大电路的负反馈网络采用非线性元件，它能够在输出信号较小时确保A足够大使电路容易起振；并且随着输出信号逐渐增大A能逐渐变小，也能够在运放进入非线性以前使电路满足幅度平衡条件，这样就可以获得即稳定而又不失真的正弦波输出信号。

本电路中加入了两个二极管进行稳幅，它是利用二极管的非线性自动调节负反馈的强弱来维持输出电压的恒定。如果起振A﹥3，则振幅将逐渐增大，在振荡过程中VD1、VD2将交替导通和截止，总有一个处于正向导通状态的二极管与12

硬件电路的设计

电阻并联，由于二级管正向电阻随电压增加而下降，因此负反馈随振幅上升而增强，也就是说A随振幅增大而下降，直至满足振幅平衡条件为止，并维持一定得振幅输出。因此调节RP1可以改变振荡的幅值以获得最小失真。总的来说，使用二极管做稳幅电路简单又经济，虽然波形失真可能较大，但适用于这种要求不高的场合。

文氏电桥正弦波振荡电路可以很方便的改变振荡频率，频率的调节范围也很广，目前许多的振荡电路都采用这种形式的电路。另外，RC正弦波振荡电路的振荡频率与RC的乘积成反比，如果希望加入它的振荡频率，势必减小R和C的取值。然而减小R将使放大电路的负载加重，减小C也不能超过一定限度，否则振荡频率将受寄生电容的影响而不稳定。此外，普通集成运放的带宽较窄，也限定了振荡频率的提高。因此，有集成运放组成的RC正弦波振荡电路的振荡频率一般不超过1MHz,本电路输出正弦波频率为50Hz，在要求范围之内，所以选取RC正弦波振荡电路是可行的。

3.3移位电路分析

SG3525芯片振荡产生锯齿波，锯齿波的顶点约为3.3V，谷点约为0.9V。正弦信号发生器产生的正弦波需与SG3525产生的锯齿波进行比较，所以要将正弦波位移至相应位置。

图3-4中，包括R6以内右边的电路为位移电路，电阻R6与变阻器RP3先使前半部分输出的正弦信号的幅值降低，调节RP3使其变化至需要的幅值范围内然后输出。

电阻R7、R8和变阻RP2的作用是使正弦信号位移，调节RP2使正弦波位移至电路所需位置。其后是一个带负反馈的运算放大器电路。而且上面有个电容，表示对某频率段有较大的负反馈作用。运算放大器同相输入端电位为零，根据电路虚短的原理其反相输入端的电位也为零，所以当输入电压小于零的时候运放才有输出波形。

3.4 逆变电路的工作原理分析

逆变电路的主要功能是将直流电逆变成某一频率或可变频率的交流电供给负载。本论文所选的逆变电路如图3-5所示，Ud=15为直流输入电压，当开关使VT1导通，VT2截止时，逆变器输出电压U0=Ud；当开关使VT2导通，VT1截止时，逆变器输出电压U0=-Ud。当以频率fs交替切换VT1和VT2时，则在输出上获得如图3-6所示的交变电压波形，其周期Ts=1/fs，这样，就将直流电压Ud变成的交流电压U0。U0含有各次谐波，论文是想得到正弦波电压，则可通过LC滤波器滤波获得。

13-15vLR2R33K正弦波信号发生器159RP3Kvt1N11N2N12133KR4vt2C882C615.6KR1102C1SG3525510111214C2R57103

图3-5 SPWM逆变电路

UoUdOY 轴X 轴Tst-Ud

图3-6交变电压波形

3.5 本章小结

本章对于单相SPWM逆变电源的设计进行了介绍，技术指标和电路参数结合设计电路图进行了详细的解释与计算，同时对驱动芯片SG3525做了一定的介绍，主要介绍了单相正弦波SPWM逆变电源的电路以及工作原理。

系统的检测与分析 系统的检测与分析

4.1正弦发生器部分的调试

测试结果如下：表4-1为文氏振荡电路电位器RP1和输出电压Uo的关系。

表4-1输出电压和电位器RP1的关系

运行过程中振荡产生的正弦波和位移后的正弦波如图4—

1、4—2所示，正弦波的起振幅值为3V，起振时RP1为1.74K。最大不失真幅值为6V，RP1为5.20K。

脉宽调制SG3525的振荡器产生的锯齿波顶点约为3.3V，谷点约为0.9V。位移后的正弦波应调节至与其相近。最后RP3的调节值为5.28K，RP2的调节值为2.03K。RP1(K)Uo(V)1.32.741.743.093.84.375.206.03

图4-1文氏振荡电路波形

图4-2移位电路波形

4.2逆变部分及整体运行结果

由波形发生器产生一50Hz、幅度可变的正弦波，送人SG3525的第9端，和SG3525的第5脚（锯齿波）比较后，输出经调制（调制频率约为10kHz）的SPWM波形，经过到相器反相后，得到两路互为反相的PWM驱动信号，分别驱动功率场效应管VT1、VT2，使VT1、VT2交替导通，从而在高频变压器的副边得到一SPWM波形，经过LC滤波后，得到一50Hz的正弦波，幅度可通过电位器RP进行改变。波形如下图4—3所示。表4—2为逆变电路中电位器RP和输出电压Uo的关系。

表4-2输出电压和电位器RP的关系

RP(K)Uo(V)

4.366.835.757.587.359.329.4810.53SG3525芯片5号管脚的锯齿波波形如图4—3所示

图4-3 5号管脚锯齿波波形

SG3525芯片13号管脚输出的正弦波脉宽调制信号波形如图4—4所示

系统的检测与分析

图4—4 脉宽调制正弦波波形

输出的单相正弦波逆变电源信号波形如图4—5所示

图4-5输出的正弦波逆变电源信号波形

工作照如图4-6所示

图4-6 工作照

结论与展望

5结论与展望

通过本篇论文的设计，使我们对单相正弦波SPWM逆变电源的工作原理有了比较深入的理解，掌握了利用SG3525设计单相正弦波SPWM逆变电源概念、工作波形等内部构造及其工作原理。利用SG3525设计出来的单相正弦波SPWM逆变电源具有线路简单，调试方便，功能完备。输出的交流电源谐波干扰小、电磁兼容性好。

本论文设计的单相正弦波SPWM逆变电源经过实验、调试及验证，足以证明设计的正确性和可行性。

但是由于能力有限，本论文的设计只是通过简单的运算得出参数，进而通过电路连接和示波器显示的波形来验证，并没有做出实际的东西来，而且只是设计了一种方案就进行了实验，并没有其他更多的设计方案和电路来进行比较，这是比较遗憾的。

致谢

致谢

本论文的研究工作是在指导老师李瑞程的悉心指导下努力完成的。在老师的关心和指导下，使我能够从毕业设计的选题一直到论文的撰写顺利的完成整个课题的要求。在此期间，这些过程让我培养了很好的自学能力，以及独自处理问题的能力，让我明白，我要积极地面对困难并且克服困难。这些不管是对我往后的生活还是工作，都将是受益匪浅。在此，致上我最崇高的敬意以及感激之情。感谢学校的培育之恩，感谢学院提供良好的实验场所和实验设备。学校老师的谆谆教导，学校浓厚的学习氛围，学校同学的团结互助，帮助我顺利完成学业。在此，我衷心祝愿我们城市学院能够越办越好。

参考文献

参考文献

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[2] 李爱文，张承慧。现代逆变技术及其应用.北京：科学出版社，2000． [3] 周志敏，周纪海，纪爱华。逆变电源实用技术。北京：中国电力出版社，2005． [4] 刘凤君。正弦波逆变器。第一版。北京：科学出版社，2002．

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第五篇：单相正弦波逆变电源的设计课程设计

单相正弦波逆变电源的设计正文

第1章

概述

任何电子设备都离不开可靠的电源，它们对电源的要求也越来越高。电子设备的小型化和低成本化使电源以轻、薄、小和高效率为发展方向。传统的晶体管串联调整正弦波逆变电源是连续控制的线性正弦波逆变电源

。这种传统正弦波逆变电源技术比较成熟,并且已有大量集成化的线性正弦波逆变电源模块,具有稳定性能好、输出纹波电压小、使用可靠等优点、但其通常都需要体积大且笨重的工频变压器与体积和重量都不得和很大的滤波器。由于调整管工作在线性放大状态，为了保证输出电压稳定，其集电极与发射极之间必须承受较大的电压差，导致调整管功耗较大，电源效率很低，一般只有45%左右。另外,由于调整管上消耗较大的功率,所以需要采用大功率调节器整管并装有体积很大的散热器,很难满足现代电子设备发展的要求。在近半个多世纪的发展过程中，正弦波逆变电源因具有体积小、重量轻、效率高、发热量低、性能稳定等优点而逐渐取代传统技术制造的连续工作电源，并广泛的应用，正弦波逆变电源技术进入快速发展期。

正弦波逆变电源采用功率半导体器件作为开关，通过控制开关的占空比调整输出电压。它的功耗小，效率高，正弦波逆变电源直接对电网电压进行整流、滤波、调整，然后由开关调整管进行稳压，不需要电源变压器，此外，开关工作频率为几十千赫，滤波电容器、电感器数值较小。因此正弦波逆变电源具有重量轻、体积小等优点。另外，于功耗小，机内温升低，提高了整机的稳定性和可靠性。而且其对电网的适应能力也有较大的提高，一般串联稳压电源允许电网波动范围为220V±10%,而正弦波逆变电源在电网电压在110～260V范围变化时,都可获得稳定的输出阻抗电压。正弦波逆变电源的高频化是电源技术发展的创新技术,高频化带来的效益是使正弦波逆变电源装置空前的小型化,并使正弦波逆变电源进入更广泛的领域,特别是在高新技术领域的应用,扒动了高新技术产品的小型化、轻便化。另外正弦波逆变电源的发展与应用在节约资源及保护环境方面都具有深远的意义。

目前市场上正弦波逆变电源中功率管多采用双极型晶体管，开关频率可达几十千赫；采用MOSFET的正弦波逆变电源转抽象频率可达几百千赫。为提高开关频率，必须采用高速开关器件。在一定范围内，开关频率的提高，不仅能有效地减小电容、电感及变压器的尺寸，而且还能够抑制干扰，改善系统的动态性能。因此，高频化是正弦波逆变电源的主要发展方向。高可靠性——正弦波逆变电源的使用的元器件比连续工作电源少数十倍，因此提高的可靠性。从寿命角度出发，电解电容、光耦合器及排风扇等器件的寿命决定着电源的寿命。所以，要从设计方面着眼，尽可能使较少的器件，提高集成度。这样不但解决了电路复杂、可靠性差的问题，也增加了保护等功能，简化了电路，提高了平均无故障时间。正弦波逆变电源的发展从来都是与半导体器件及磁性元件等的发展休戚相关的。高频化的实现，需要相应的高速半导体器件和性能优良的高频电磁元件。发展功率MOSFET、IGBT等新型高速器件,开发高频用的低损磁性材料,改进磁元件的结构及设计方法,提高滤波电容的介电常数及降低其等串联电阻等,对于正弦波逆变电源小型化始终产生着巨大的推动作用。

总之，人们在正弦波逆变电源技术领域里，边研究低损耗回路技术，边开发新型元器件，两者相互促进并推动着正弦波逆变电源以每年过两位数的市场增长率向小型、薄型、高频、低噪声以及高可靠性方向发展。

第2章

设计总思路

2.1总体框架图

滤波电路

逆变电路

输入315V直流电

驱动电路

UC3842脉宽调制电路

输出220V交流电

误差比较

图1

总体框图

此次课程设计要求输入315V直流，输出220V交流，主电路采用单相桥式逆变电路，对高频开关器件常用PWM波控制，要产生正弦波可采用SPWM控制方法，通过控制电力电子器件MOSFET的关断来控制产生交变正弦波电压。控制电路主要实现产生SPWM波，设计要求选用UC3842电流控制型PWM控制器产生控制脉冲。而UC3842实质上是通过输入的两路波进行比较，输出比较后形成的脉冲波，鉴于UC3842的这一特征，可以通过输入正弦漫头波和锯齿波进行比较得到所需的正弦波控制脉冲。正弦波产生器的设计有多种方法，本次课程设计采用555定时器多谐振电路产生方波经过滤波产生正弦波的方法作为正弦波产生器，再经过整流，使之成为正弦漫头波。锯齿波的产生电路比较简单，可以直接利用UC3842内部提供的谐振器加入外围电阻电容产生。此外电路要求输出的正弦波幅度可调，此时就需要使加入的正弦波漫头波幅值可调，此可以通过一加法器使之与设置电压相叠加产生电压可变的正弦电压。

主电路和控制电路的一些中间环节都是需要滤波的，由于产用SPWM控制，主电路的谐波成分较少，可以通过简单的RC无源滤波。控制电路中的方波要变成较为标准的正弦波，要滤去的谐波成分就要多得多，可以采用有源滤波，且可以通过积分环节使方波变成比较好的正弦波。

由于设计出来的电路是作为电源用的，对电源电流、电压检测就显得非常有必要了，可以通过从电源负载取出电流信号作为UC3842的关断信号，从而实现主电路的限流作用。要实现电流、电压的稳定，则可以通过取出的电流、电压信号与控制电路构成闭环控制来实现。为了不至使电路结构过于复杂，只设计了简单的电压反馈环使电压基本能跟随给定维持恒定。

2.2设计的原理和思路

图2

正弦波逆变电源的组成框图

该电路采用他励式,2管双推动输出脉宽调制方式输出电压为220V,输出电流2A,有欠压、过压和过流等多重保护功能。

第3章

主电路设计

3.1

SPWM波的实现

3.1.1

PWM固定频率的产生

PWM波形产生原理图如图3.1.1所示

图3.1.1

PWM波的产生电路图

PWM固定频率是由SG3525芯片产生。SG3525芯片的资料见如下：

管脚说明：

引脚1：误差放大反向输入

脚9：PWM比较补偿信号输入端

引脚2：误差放大同向输入

引脚10：外关断信号输入端

引脚3：振荡器外接同步信号输入端

引脚11：输出A

引脚4：振荡器输出端

引脚12:信号地

引脚5:振荡器定时电容接入端

引脚13：输出级偏置电压接入端

引脚6：振荡器定时电祖接入端

引脚14：输出端B

引脚7:振荡器放电端

引脚15：偏置电源输入端

引脚8:软启动电容接入端

引脚16：基准电源输出端

图中11与14脚输出两路互补的PWM波，其频率由与5、6管脚所连的R、C决定。PWM频率计算式如下：f=1/[C5(0.7R15+3R16)]，调节6端的电阻即可改变PWM输出频率。同时，芯片内部16脚的基准电压为5.1V采用了温度补偿，设有过流保护电路，5.1V反馈到2端同向输入端，当反向输入端也为5.1V时，芯片稳定，正常工作。若两端电压不相等，芯片内部结构自动调整将其保持稳定。

在脉宽比较起的输入端直接用流过输出电感线圈的信号与误差放大器输出信号进行比较，从而调节占空比使输出的电感峰值电流跟随误差电压变化而变化，由于结构上有电压环河电流环双环系统，因此，无论开关电源的电压调整率、负载调整率和瞬态响应特性都有提高，目前比较理想的新型控制器。R和C设定了PWM芯片的工作频率，计算公式为T=(0.67*RT+1.3*RD)*CT

。再通过R13和C3反馈回路。构成频率补偿网络。C6为软启动时间设定电容。

3.1.2

SPWM波的原理

在进行脉宽调制时，使脉冲系列的占空比按正弦规律来安排。当正弦值为最大值时，脉冲宽度也最大，脉冲间隔最小，反之正弦值较小时，脉冲宽度也小，脉冲间的间隔较大。这样的电压脉冲系列可以使负载电流中的高次谐波成分大为减少，成为正弦波脉宽调制。

3.1.3

SPWM调制信号的产生

要得到正弦电压的输出，就要使逆变电路的控制信号以SPWM方式控制功率管的开关，所得到的脉冲方波输出再经过滤波就可以得到正弦输出电压。通过SG3525来实现输出正弦电压，首先要得到SPWM的调制信号，而要得到SPWM调制信号，必须得有一个幅值在l～3

5V，按正弦规律变化的馒头波，将它加到SG3525脚2，并与锯齿波比较，就可得到正弦脉宽调制波实现SPWM的控制电路框图如图3.1.3(a)所示，实际电路各点的波形如图3.1.3(b)所示。

误差信号

基准电压

加法器

整流电路

滤波电路

调制电路

基准方

波

SG3525

时序电路

图3.1.3(a)

SPWM波控制电路框图

图3.1.3(b)

SPWM电路主要节点波形

由图3.1.3(a)

图3.1.3(b)可知，基准50Hz的方波是由555芯片生成的，用来控制输出电压有效值和基准值比较产生的误差信号，使其转换成50Hz的方波，经过低频滤波，得到正弦的控制信号。

3.2

保护电路模块

该系统是由直流边交流，弱点变为强电。故对系统进行必要的安全保护是必须的，在对系统进行调试时必须要注意安全。系统除了芯片本身具有的保护措施外，还对系统进行了专门的保护，具体如下。

3.2.1过电流保护

过电流保护采用电流互感器作为电流检测元件，其具有足够快的响应速度，能够在IGBT允许的过流时间内将其关断，起到保护作用。

如图3.2.1所示，过流保护信号取自CT2，经分压、滤波后加至电压比较器的同相输入端，如图2.4所示。当同相输入端过电流检测信号比反相输入端参考电平高时，比较器输出高电平，使D2从原来的反向偏置状态转变为正向导通，并把同相端电位提升为高电平，使电压比较器一直稳定输出高电平。同时，该过电流信号还送到SG3525的脚10。当SG3525的脚10为高电平时，其脚11及脚14上输出的脉宽调制脉冲就会立即消失而成为零。

图3.2.1

过电流保护电路

3.2.2空载保护电路的设计

空载检测电路如图3.2.2所示。是用电流互感器检测电流输出，当没有电流输出时，使三极管Q8截止，从而使RS-CK为高电平，停止输出SPWM波。8s后，再输出一组SPWM波，若仍为空载，则继续上述过程。若有电流输出则Q8导通，使得RS-CK为低电平，连续输出SPWM波形，逆变电路正常工作。

图3.2.2

空载检测电路图

3.2.3浪涌短路保护电路的设计

浪涌电路保护电路原理图如图3.2.3。此电路图是短路保护，用0.1欧的电阻对电压进行采样，通过470千欧电阻得到电流，并使这电流通过光电耦合器，当电流过高时使得SPWM波不输出，关闭IGBT形成保护。故障排除后光电耦合器输出关断，逆变器正常工作。

图3.2.3

浪涌短路保护电路原理图

第4章

单元控制电路设计

4.1

DC-AC电路设计

由前面论证已经明确采用全控桥式逆变电路。其中各桥臂通断由SPWM波控制的IGBT完成。

系统采用SG3525来实现SPWM控制信号的输出，该芯片其引脚及内部框图如图4.1所示。

图4.1

SG3525引脚及内部框图

直流电源Vs从脚15接入后分两路，一路加到或非门；另一路送到基准电压稳压器的输入端，产生稳定的+5

V基准电压。+5

V再送到内部(或外部)电路的其它元器件作为电源。

振荡器脚5须外接电容GT脚6须外接电阻RTo振荡器频率f由外接电阻RT和电容CT决定，f=1．1

8／RCTo逆变桥开关频率定为l0kHz，取GT=O．22μF，RT=5

kΩ。振荡器的输出分为两路，一路以时钟脉冲形式送至双稳态触发器及两个或非门；另一路以锯齿波形式送至比较器的同相输入端，比较器的反向输入端接误差放大器的输出。误差放大器的输出与锯齿波电压在比较器中进行比较，输出一个随误差放大器输出电压高低而改变宽度的方波脉冲，再将此方波脉冲送到或非门的一个输入端。或非门的另两个输入端分别为双稳态触发器和振荡器锯齿波。双稳态触发器的两个输出互补，交替输出高低电平，将PWM脉冲送至三极管V1及V2的基极，锯齿波的作用是加入死区时间，保证V1及V2不同时导通。最后，V1及V2分别输出相位相差180°的PWM波。

4.2

PWM驱动模块

4.2.1

驱动电路的设计

驱动电路的设计既要考虑在功率管需要导通时，能迅速地建立起驱动电压，又要考虑在需要关断时，能迅速地泄放功率管栅极电容上的电荷，拉低驱动电压。具体驱动电路如图2.7所示。

图4.2.1

驱动电路

其工作原理是：

（1)当光耦原边有控制电路的驱动脉冲电流流过时，光耦导通，使Q1的基极电位迅速上升，导致D2导通，功率管的栅极电压上升，使功率管导通；

（2)当光耦原边无控制电路的驱动脉冲电流流过时，光耦不导通，使Q1的基极电位拉低，而功率管栅极上的电压还为高，所以导致Q1导通，功率管的栅极电荷通过Q1及电阻R3速泄放，使功率管迅速可靠地关断。

当然，对于功率管的保护同样重要，所以在功率管源极和漏极之间要加一个缓冲电路避免功率管被过高的正、反向电压所损坏。

4.2.2

TDS2285产生PWN波

SPWM的核心部分采用了张工的TDS2285单片机芯片,用其产生为功率主板产生占空比变化的矩形波，通过H桥产生所需的正弦波。U3,U4组成时序和死区电路，末级输出用了4个250光藕，H桥的二个上管用了自举式供电方式，这样做的目的是简化电路，可以不用隔离电源，该模块原理图如图4.2.2(a)所示：

图2-2-1

2.2.1

PWN波的产生

（1）、该模块中是由TDS2285芯片产生PWM波，TDS2285的芯片各管脚资料如图2-2-2：

图4.2.2(a)

PWM驱动电路图

1.该模块所采用的是TDS2285芯片，其管脚如图4.2.2(b)所示

图4.2.2(b)

TDS2285管脚图

2.该模块中TDS2285芯片的工作原理图4.2.2(c)如：

图4.2.2(c)

TDS2285产生PWM波

该芯片的6、7管脚生成交流电正、负半周调制波输出引脚，输出SPWM脉冲，其频率有接在2、3管脚间的晶振来决定。9脚为故障报警输出端，通常驱动一蜂鸣器，同时配合5脚LED的状态，当蓄电池电压输入出现过压或低压时，该蜂鸣器随LED指示灯每隔1秒报警一次，当出现交流过流或者短路时，该蜂鸣器随LED指示灯每隔0.5秒报警一次。13脚为检测蓄电池电压，当13脚的电压超过3V或低于1V时，逆变停止工作，并进入欠压或过压故障状态。通过外接蓄电池上分压来实现。10脚为交流电压稳压反馈输入，实时检测功率主板输出的交流正弦波输出电压变动范围，并作调整输出达到稳定输出电压的目的。

第5章

系统调试

5.1

测试使用的仪器

序号

名称、型号、规格

数量

数字示波器

UT70A数字万用表

函数信号发生器

5.2

输出功率与效率的测试

输出功率的定义：即为电源把其输入功率转换为有效输出功率的能力。

测试框图如下图所示。

先如图布置好测试电路后，进行如下步骤调试：

1.各电路输出电压、电流测量同时进行。

2.开启所有设备、记录输入功率数值及各点输出电压，电流值。

3.计算输入功率Pi=Ui*Ii，输出功率值Po=Uo*Io.4.效率n=Po/Pi*100%,Pi为输入。

5.3

过流保护的测试

定义：当输出电流大于设定保护值时，系统自动关闭输出，形成过流保护。当输出电流小于设定保护值时，系统自动恢复正常工作状态。

测试方法：如图18所示。在输出端接入3个串联10欧电阻作为负载，通过短路其中的一个或两个来模拟过流情况发生。观察系统是否进行过流保护。

图18

过流保护测试框图

测试结果与分析：逆变过程中，过流保护装置在电流大于设定保护值时关闭输出，并在恢复正常时又打开输出。所以过流保护装置正常工作。

5.4

空载待机功能测试

（1）

定义：当无负载接入时，系统关闭输出进入待机模式。当有负载接入时，系统进入正常工作状态。

（2）

测试方法：接入负载后断开负载，观察系统输出状态。

（3）

结果与分析：输出端负载断开5s后系统进入待机状态，此时无输出。再次接入负载，系统就开始进入逆变工作状态。

5.5

输出电压范围测试

（1）

定义输出电压的最大值最小值。

（2）

测试方法：调节电压反馈贿赂的参数，观察输出电压大小。

（3）

测试结果：接入300欧的电阻调节Rp3，输出电压在8~12V之间。

结果分析

经过测试以后题目的基本要求都已经完成，各项性能指标都较好的实现在输出功率稳定时效率达到了93%。同时该电路还具有短路保护，空载保护，过流保护的功能。

第6章

总结

刚刚拿到课程设计的题目时真不知道从哪里开始动手,课题名称里的芯片根本就没听说过。通过上网查找资料,弄清楚了它的功能,才真正开始了设计。但这个东西包括了几个部分,所以一定要把握好它的整体设计思路,在其框架之下,对各部分的单元电路进行分析和设计,最后经过电路的修改,参数的确定,将各个部分连接起来,形成总的电路图。

课程设计虽然大家的课题不是完全一样的，但是大家之间的团队合作还是很重要的，有些地方自己一个人看不明白，通过和同学之间的讨论最终弄明白，这是一个很有趣的过程，我相信通过这次的课程设计我们大家之间对于电力电子的学习取得了更加大的进步。

这次实习我学到了很多。在摸索该如何设计电路使之实现所需功能的过程中，培养了我的设计思维，增加了实际操作能力。在体会设计的艰辛的同时，更让我体会到成功的喜悦和快乐。

通过这两个星期的课程设计，从开始任务到查找资料，到设计电路图，到最后的实际接线过程中，我学到了课堂上学习不到的知识。上课时总觉得所学的知识太抽象，没什么用途，现在终于认识到了它的重要性。平时上课老师讲的内容感觉都听明白了,但真正到了用的时候却不怎么会用了,经过这次课程设计才知道,要真正学好一门课程,并不是把每一章的内容搞懂就行了,而是要将每一章的内容联系起来,融会贯通,并能够应用到实践中去.通过这次课程设计，我学到了不少新知识、新方法、新观点。这次设计不但锻炼了我的学习能力、分析问题与解决问题的能力，同时也锻炼了我克服困难的勇气和决心。

还有本次课程设计最重要的是加强了我的动手能力，平时学习的时候只是片面的认识和照搬书本上的知识，书本知识在实际应用的时候会出现很大的偏差，理论联系实际才是真正的学习之道。要在实际运用的时候结合实际的环境，具体的分析，解决问题，这才是这次课程设计对于我最重要的意义。

附录

总电路图