基于UC2525的交流逆变电源设计

第一篇：基于UC2525的交流逆变电源设计

基于UC2525的交流逆变电源设计

一、设计需求

本电源应用于一个交流电压转换的前端，输入的控制信号是4VAC(50HZ交流有效值变化范围2VAC-8VAC)，输入电源是350VDC(精度0.5%)。输出信号应跟输入信号成线性比例(放大20倍，精度0.5%)，且输入控制信号与输出信号相位误差小于20’，功率负载不小于30VA。

特殊需求：要求控制信号输入阻抗大于500M。

二、设计分析

本电源的模型为一个交流逆变电源，但是提供了控制信号并且要求与输入信号呈线性比例精度要求相当高，且有同相位的要求。所以本电源在一定意义上说是一个交流信号放大器。

输入的电源是350VDC，需要变成交流信号，变换方法就是采用SPWM的方式生成方波，然后通过LC变成标准正弦。生成SPWM就用到了TI的这颗芯片UC2525稳压脉宽调制器，然后控制MOS管的通断生成方波。

输入信号要求高阻抗可使用放大器做隔离，由于有输出精度要求所以放大器的放大倍数需要可调，从而满足设计需求。将处理后的信号输入UC2625作为PWM占空比控制信号，得到正确输出。

设计需求有精度和相位的要求，为了达到闭环控制的效果在输出端填加小信号电压互感器作为反馈。

三、分部实现说明 1 控制信号输入处理

五、设计遗憾 电路中有一个地方我还是没计算清楚就是UC2525的占空比控制，这也是我把这这个设计拿出来到TI博客大赛的原因。电路中从控制信号输出到反馈输入，再到半波整流都可以有详尽的设计计算，但是由于UC2525的基准三角波的不确定性(例如，峰峰值的不确定性，起始电压的不确定性等)造成正弦 波的精度没有办法得到更准确的设计计算支撑，只能通过微小的满度调整和反馈调整来保证，为批量生产带来和很大的不便。如果TI的工作人员看到这个设计，希望帮忙给予帮助。

第二篇：逆变电源毕业设计

内江师范学院本科毕业设计

目录

1引言...........................................................................................................................................1 2设计说明书...............................................................................................................................2 2.1概述................................................................................................................................2 2.1.1该逆变电源的基本构成和原理.................................................................................2 2.1.2逆变电源的技术性能指标及主要特点.....................................................................4 2.2逆变电源的主要元器件及其特性................................................................................4 2.2.1 TL494电流模式PWM控制器..................................................................................4 2.2.2场效应管.....................................................................................................................7 2.2.3三极管.........................................................................................................................8 2.3各部分支路电路设计及其参数计算............................................................................8 2.3.1 DC/DC变换电路（附工作指示灯）........................................................................8 2.3.2输入过压保护电路...................................................................................................10 2.3.3输出过压保护电路...................................................................................................11 2.3.4 DC/AC变换电路......................................................................................................12 2.3.5 TL494芯片І外围电路............................................................................................13 2.3.6 TL494芯片ІІ外围电路..........................................................................................14 2.3.7该逆变电源的整机电路原理图(附录A)................................................................15 2.3.8该电路的元件参数表(附录B).................................................................................15 3调试.........................................................................................................................................16 附录A整机原理图...................................................................................................................17 附录B元件参数表...................................................................................................................18 附录C整机PCB板(两面).......................................................................................................20 参考文献....................................................................................................................................21 致谢............................................................................................................错误！未定义书签。

i

内江师范学院本科毕业设计

摘要

该设计主要应用开关电源电路技术有关知识。涉及模拟集成电路、电源集成电路、直流稳压电路、开关稳压电路等原理，充分运用芯片TL494的固定频率脉冲宽度调制电路及场效应管（N沟道增强型MOSFET）的开关速度快、无二次击穿、热稳定性好的优点而组合设计的电路。该逆变电源的主要组成部分为：DC/DC电路、输入过压保护电路、输出过压保护电路、过热保护电路、DC/AC变换电路、振荡电路、全桥电路。在工作时的持续输出功率为150W，具有工作正常指示灯、输出过压保护、输入过压保护以及过热保护等功能。该电源的制造成本较为低廉，实用性强，可作为多种便携式电器通用的电源。

关键词：过热保护；过压保护；集成电路；振荡频率；脉宽调制

ii

内江师范学院本科毕业设计

Abstract

The design applying the switching power source circuit technology in connected.Relating with knowledge about what imitate integrated circuit、power source integrated circuit、power amplification integrated circuit and switching regulated voltage circuit on principle.Sufficient apply chip TL494 fixed-frequency pulse width modulation circuit and field effect transistor(N channel strengthen MOSFET)whose switch speed quick, nothing secondary Break down and hot stability good merit to design circuit.Owe the inverter main part ingredient by DC/DC circuit、importing the over-voltage crowbar circuit、exporting an over-voltage crowbar protect a circuit、overheat protective circuit、DC/AC shifts circuit、oscillating circuit and entire bridge circuit.Continuing for during the period of the job exports power functions such as being 150 W, having the regular guiding lights working, exporting an over-voltage crowbar, importing the over-voltage crowbar and overheat protective.The cost of manufacture being a power source of turn is comparatively cheap, the pragmatism is strong, and it has a function annex to the various portably type.Key words: over heat protective;over-voltage integrated circuit(IC);oscillating frequency;pulse width modulation(PWM).iii

内江师范学院本科毕业设计

1引言

目前逆变电源应用广泛，但是电路复杂，价格比较昂贵，为此设计一款逆变电源。该电源主要应用开关电源电路技术的有关知识，涉及模拟集成电路、电源集成电路、直流稳压电路、开关稳压电路等原理，充分运用芯片TL494的固定频率脉冲宽度调制电路[1]和场效应管[2]（N沟道增强型MOSFET）的开关速度快、无二次击穿、热稳定性好的优点与三极管一起构成的组合设计电路。

该逆变电源可将电瓶的12V直流电转换为220V/50Hz的交流电，供数码相机、CD机、MD唱机、笔记本电脑、小型录像机、电动剃须刀、手机等便携式产品使用。因此具有相当强的通用性。

该逆变电源在工作时的持续输出功率为150W，并且具有输出过压保护、输入过压保护以及过热保护等功能。该电源的制造成本较为低廉，千台以上数量的批产成本仅在40元/台左右，并且当印制板的尺寸不受限制时，可以将输出功率做到200W以上，因此该逆变电源几乎可以替代目前市场上所售的各种逆变器或者逆变电源产品，其应用前景十分广阔。1

内江师范学院本科毕业设计

2设计说明书

2.1概述 2.1.1该逆变电源的基本构成和原理

（1）基本构成

该设计电路的方框图如图1。该电路由12V直流输入、输入过压保护电路、过热保护电路、逆变电路I、220V/50KHz整流滤波、逆变电路II、输出过压保护电路等组成。逆变电路I、逆变电路II的框图分别见图

2、图3。逆变电路又包括频率产生电路（50KHz和50Hz PWM脉冲宽度调制电路）、直流变换电路(DC/DC)将12V直流转换成220V直流、交流变换电路(DC/AC)将12V直流变换为220V交流。

图1 整机原理方框图

逆变电路I原理如图2所示。此电路的主要功能是将12V直流电转换为220V/50KHz的交流电。

内江师范学院本科毕业设计

图2 逆变I电路原理方框图

逆变电路II如图3所示。此电路的主要功能是将220V直流电转换为220V/50Hz的交流电。全桥电路以50Hz的频率交替导通，产生50Hz交流电。

图3 逆变II电路原理方框图

（2）电路工作原理

输入12V直流电源电压，经过逆变电路I得到220V/50KHz的交流电，此交流电再经过整流滤波电路得到220V高压直流电，然后经过逆变II得到220V/50Hz交流电。其中输入过压保护电路、输出过压保护电路、过热保护电路构成整个电路的保护电路。一旦输入电压出现过大或者过小时，保护电路立即启动，然后停止逆变电路I的工作。过热保护电路是当电路工作温度过高时，启动保护使逆变电路I停止工作。输出过压保护电路与逆变电路II构成反馈回路，一旦电路输出异常则停止逆变电路II的工作。在逆变电路I中是用一块TL494芯片产生50KHz的脉冲频率，经过变压器推挽电路将12V直流转换成220V/50KHz的交流电。在逆变电路II中再用一块TL494芯片产生50Hz的

内江师范学院本科毕业设计

脉冲波，全桥电路以50Hz的频率交替导通，从而将220V直流和50Hz脉冲电路整合，然后输出220V/50Hz的交流电。在该电路中都是利用TL494的输出端作为逆变电路工作状态的控制端。

2.1.2逆变电源的技术性能指标及主要特点

（1）输入：12V直流（汽车蓄电池）。（2）输出：220V交流（非正弦波）。（3）输出功率：大于100W。

（4）具有输入过压保护和输出过压保护。（5）有过热保护功能。

（6）可作为多种电器的通用电源。（7）含有工作正常指示灯。

2.2逆变电源的主要元器件及其特性 2.2.1 TL494电流模式PWM控制器

TL494是一种固定频率脉冲宽度调制电路[1]，它包含了开关电源控制所需的全部功能，广泛用于单端正激双管式、半桥式以及全桥式开关电源。TL494有SO—16和PDIP—16两种封装形式，以适应不同场合的要求。

（1）主要特征

集成了全部的脉冲宽度调制电路。

TL494内置线性锯齿波振荡器，外置振荡元件仅两个（一个电阻和一个电容）。TL494内置误差放大器。TL494内置5V参考基准电压源。可调整死区时间。

TL494内置功率晶体管，可提供500mA的驱动能力。有推或拉两种输出方式。（2）引脚设置及其功能

TL494的内部电路由基准电压产生电路、振荡器、死区时间比较器、误差放大器（两个）、PWM比较器以及输出电路等组成，各引脚功能见表1。

内江师范学院本科毕业设计

表1 TL494引脚功能表

引脚号 引脚功能 1、2 误差放大器I的同相和反相输入端 3 相位校正和增益控制端 间歇期调整，其上加0-3.3V电压时，可使截止时间从2%线性变化到100%；死区时间控制，输入直流电压为0-4V，控制TL494输出脉冲的占空比为0.45-0。在此基础上，占空比还受反馈信号控制，四脚还常用作软启动控制端，使输出脉冲宽度由零逐渐达到设计值。5、6 分别用于外接振荡电容Ct和振荡电阻Rt，产生锯齿波电压并送至PWM比较器，振荡频率Fosc1，定时电阻取值在1KΩ以上

CtRt7 接地端 8、9、10、11 分别为TL494内部两个末级输出三极管的集电极和发射极 12

电源供电端 输出控制端，当该端电压为零时，用于驱动单端电路。该端接地时为并联单端 输出方式，接14脚时为推挽输出方式 15、16

5V基准电压输出端，最大输出电流为10mA

误差放大器II的反相和同相输入端

（3）工作原理

TL494是一个固定频率PWM控制电路，其内部结构如图4所示。TL494适用于设计所有的单端或双端开关电源电路，其主要性能如下：

内江师范学院本科毕业设计

图4 TL494内部结构图

·输入电源电压为7~40V，可用稳压电源作为输入电源，从而使辅助电源简化。TL494 末级的两只三极管在7~40V范围工作时，最大输出电流可达250mA。因此，其带负载能力较强，即可按推挽方式工作，也可将两路输出并联工作，小功率时可直接驱动。

·内部有5V参考电压，使用方便，当参考电压短路时，有保护功能，控制很方便。·内部有一对误差放大器，可做反馈放大及保护功能，控制非常方便。

·在高频开关电源中，输出方波必须对称，在其他一些应用中又需要方波人为不对称，即需控制方波的占空比。通过对TL494的4脚控制，即可调节占空比，还可作输出软启动保护用。

·可以选择单端、并联及交替三种输出方式。

TL494的1脚及2脚为误差放大器的输入端。由TL494芯片构成电压反馈电路时，1、2脚上通过电阻从内部5V基准电压上取分压，作为1脚比较的基准。3脚用于补偿校正，为PWM比较器的输入端，接入电阻和电容后可以抑制振荡，4脚为死区时间控制端，加在4脚上的电压越高，死区宽度越大。当4脚接地时，死区宽度为零，即全输出；当其接5V电压时；死区宽度最大，无输出脉冲。利用此特点，在4脚和14脚之间接一个电容，可达到输出软启动的目的，还可以供短路保护用。5脚及6脚接振荡器的接地电容、电阻。

内江师范学院本科毕业设计

TL494内置线性锯齿波振荡器，振荡频率可通过外部的一个电阻和一个电容进行调节，其振荡频率如下：

Fosc

1(1)CtRt输出脉冲的宽度是通过电容Ct上的正极性锯齿波电压与另外两个控制信号进行比较而实现的。三极管VT1和VT2受控于或非门。当双稳态触发器的时钟信号为低电平时才会被选通，即只有在锯齿波电压大于控制信号时才会被选通。当控制信号增大时，输出脉冲的宽度将减小。

控制信号由集成电路外部输入，其中一条送至死区时间比较器，另一路送往误差放大器的输入端。死区时间比较器具有120mV的输入补偿电压，它限制了最小输出死区时间约等于锯齿波周期的4%。当输出端接地时，最大输出占空比为96%，当输出端接参考电平时，占空比为48%。在死区时间控制端上接固定电压（在0~3.3V之间）时，即能在输出脉冲上产生附加的死区时间。

PWM比较器为误差放大器调节输出脉冲宽度提供了一个手段：当反馈电压从0.5V变为3.5V时，输出的脉冲宽度由被死区确定的最大导通百分比时间下降到零。两个误差放大器具有从-0.3V到Ucc-2.0V的共模输入范围，这可从电源的输出电压和电流中察觉到。误差放大器的输出端常处于高电平，它与PWM比较器反相输入端进行“或”运算。正是由于这种电路结构，误差放大器只需最小的输出即可支配控制回路。

当Ct放电时，一个正脉冲将出现在死区时间比较器的输出端，受脉冲约束的双稳态触发器进行计时，同时停止VT1和VT2的工作。若输出控制端连接到参考电压上，那么调制脉冲交替送至两个三极管，输出频率等于脉冲振荡器的一半。如果工作于单端状态，且占空比小于50%时，则输出驱动信号可分别从VT1和VT2中取得。输出变压器为一个反馈绕组及二极管提供反馈电压。在单端工作模式下，当需要更大的驱动电流输出时，可将VT1和VT2并联使用，这时需将输出模式控制端接地，以关闭双稳态触发器。在这种状态下，输出脉冲的频率将等于振荡器的频率。

TL494内置一个5V的基准电压产生电路，使用外置偏置电压时，可提供高达10mA的负载电流。在典型的0℃~70℃温度范围和50 mV电压的温漂条件下，该基准电压产生电路能提供±5%的精度。

2.2.2场效应管

内江师范学院本科毕业设计

场效应管是一种适应开关电源小型化、高效率化和高可靠性要求的理想器件。它是利用电场效应来控制其电流大小的半导体器件[3]。其代表符号如图5。这种器件不仅兼有开关速度快、无存储时间、体积小、重量轻、耗电省、寿命长等特点，而且还有输入阻抗高、噪声低、热稳定性好、抗辐射能力强和制造工艺简单等优点，因此大大的扩展了它的应用范围，特别是在大规模和超大规模集成电路中得到了广泛的应用。MOSFET开关较快而无存储时间，故在较高工作频率下开关损耗较小，另外所需的开关驱动功率小，降低了电路的复杂性。本设计采用的是N沟道增强型MOSFET。只有在正的漏极电源的作用下，在栅源之间加上正向电压（栅极接正，源极接负），才能使该场效应管导通。当Vgs>0时才有可能有电流即漏极电流产生。即当Vgs0时MOS管才导通。

图5 MOSFET代表符号图

2.2.3三极管

本设计选用了两种三极管，因为电路中有50KHz和50Hz两个频率，用于50KHz电路的三极管选择为8550型[4]，而用于50Hz低频的三极管选择为KSP44型。三极管的工作状态有截止、放大、饱和三种。此设计电路中主要运用三极管的导通截止的开关特性。

2.3各部分支路电路设计及其参数计算 2.3.1 DC/DC变换电路（附工作指示灯）

由DC/AC和整流滤波电路组成[5]。电路结构如图6，VT1和VT2的基极分别接TL494的两个内置晶体管的发射极。中心器件变压器T1，实现电压由12V脉冲电压转变为220V脉冲电压。此脉冲电压经过整流滤波电路变成220V高压直流电压。变压器T1的工作频率选为50KHz左右[4]，因此T1可选用EI33型的高频铁氧体磁心变压器，变压器的

内江师范学院本科毕业设计

匝数比为12220005，变压器选择为E型，可自制。经过实践调制选择初级匝数为10×2，次级匝数为190。10190005即满足变压器匝数比约为0.05。电路正常时，TL494的两个内置晶体管交替导通，导致图中晶体管VT1、VT2的基极也因此而交替导通，VT3和VT4 交替导通。因为变压器选择为E型，这样使变压器工作在推挽状态，VT3和VT4以频率为50KHz交替导通，使变压器的初级输入端有50KHz的交流电。当VT1导通时，场效应管VT3因为栅极无正偏压而截止，而此时VT2截止，导致场效应管VT4栅极有正偏压而导通。当VT1导通时，VT2截止，场效应管VT3因为栅极无正偏压而截止，而此时VT2截止，导致场效应管VT4栅极有正偏压而导通。且交替导通时其峰值电压为12V，即产生了12V/50KHz的交流电。当电路工作不正常时，TL494输出控制端为低电平时，TL494的两个内置晶体管的集电极（8脚和9脚）有12V正偏压，基极为高电平，导致两晶体管同时导通。VT1和VT2因为基极都为高电平而饱和导通，而场效应管VT3、VT4将因栅极无正偏压都处于截止状态，逆变电源停止工作，LED指示灯熄灭。极性电容C1滤去12V直流中的交流成分，降低输入干扰。滤波电容C1可取为2200μF。R1、R2、R3起限流作用，取值为4.7KΩ。整流滤波电路由四只整流二极管和一个滤波电容组成。四只整流二极管D1~D4接成电桥的形式，称单相桥式整流电路[2]。在桥式整流电路中，电容C2滤去了电路中的交流成分，由模拟电路直流稳压电源的电容滤波电路[2]知：

dRC3~5T

1(2)

2当f=50KHz时，1，R=116KΩ时，R为后继负载电阻，则C4.31010F。根50KHz据电容标称值选择C2为10μF。输出220V高压直流电，供后继逆变电路使用。

内江师范学院本科毕业设计

图6 直流变换电路图

2.3.2输入过压保护电路

电路结构如图7，由DZ1、电阻R1和电阻R2、电容C1、二极管VD1组成。输出端口接TL494芯片I的同相输入端（第1脚），通过该芯片的误差比较器对其输出进行控制[6]，当输入过大电压时，停止逆变电路工作从而使电路得到保护。因为输入电压直接决定了输出电压的值，对输入端电压的保护也是对输出端子间过大电压进行负载保护。VD1、C1、R1组成了保护状态维持电路，只要发生瞬间的输入电压过大现象，就导致稳压管击穿，电路将沿C1和R1支路充电，继续维持同相端的低电平状态，保护电路就会启动并维持一段时间。当C1和R1充电完成，C1和R2支路开始处于放电状态，当C1放电完成时，TL494芯片I的同相输入端由低电平翻转为高电平，导致TL494芯片I的3脚即反馈输入端为高电平状态，进而导致TL494芯片内部的PWM比较器、或门、或非门的输出均发生翻转，TL494芯片内置功率输出级三极管VT1和VT2均转为截止状态。此时将导致直流变换电路的场效应管处于截止状态，直流变换电路停止工作。同时TL494的4脚为高电平状态，4脚为高电平时，将抬高芯片内部死区时间比较器同相输入端的电位，使该比较器的输出为恒定的高电平，由TL494芯片内部结构知，芯片内置三极管截止，从而停止后继电路的工作。稳压管的稳压值一般为输入电压的100%~130%。稳压管DZ1的稳压值决定了该保护电路的启动门限电压值。考虑到汽车行驶过程中电瓶电压的正常值变化幅度大小，通常将稳压管的稳压值选为15V或者16V

内江师范学院本科毕业设计

较为合适。在此取为15V，稳压管的功率为0.15W。R1取为100KΩ，R2、R3均取为4.7KΩ，C1、C2均取为47μF。

图7 输入过压电路保护图

2.3.3输出过压保护电路

电路结构如图8，当输出电压过高时将导致稳压管DZ1击穿，使TL494芯片II的4脚对地的电压升高，启动TL494芯片II的保护电路，切断输出。VD1、C1、R2组成了保护状态维持电路，R3、R4为保护电阻，用以增大输出阻抗。稳压管的稳压值一般规定为输出电压的130%~150%[7]。后继电路为220V/50Hz输出，其中负载电阻为100KΩ，TL494芯片II的输出脚电压最大为12V，R1为限流电阻可取值为100KΩ，R2为保护电阻可取为16KΩ，根据电路分压知识[8]，则R2上的电压为：

UR2220R1R12201611630.34V

(3)

即稳压管的电压取值最大为30.34V，这里稳压管取值为30V。

内江师范学院本科毕业设计

图8 输出过压电路保护图

2.3.4 DC/AC变换电路

电路结构如图9，该变换电路为全桥桥式电路[6]。其中TL494芯片的8脚和11脚为内置的两个三极管的集电级，且两个内置三极管是交替导通的，变替导通的频率为50Hz。图中8脚和11脚分别接入了上下两部分完全对称的桥式电路，因为两三极管交替工作，工作频率为50Hz，所以选用桥式电路，目的在于得到50Hz交流电。上下两部分电路工作过程完全相同。选其中一部分作为说明。这里将其简化如图10。图中VT0为TL494芯片II的一个内置三极管设为VT00，另一个设为VT01。当VT00导通时，即VT01截止时：VT1的基级没有正偏压，从而使VT1截止，然后VT3的栅极有12V正偏电压，使VT3导通。而VT4因为栅极无正偏压截止，输出220V电压。当VT00截止时，即VT01导通时：VT1基级有12V正偏压，集电极有12V反向电压，从而导通。VT3的栅极无正偏电压，从而使VT3截止。而VT4因为栅极有12V正偏压导通。因为VT3截止，220V电压无法送至输出。但此时下半部分的电路有220V电压输出。因为此时TL494芯片II的另一个内置三极管VT01导通，它的集电极即第11脚使逆变电路I有220V电压输出。原理同上。上下两部分以频率为50Hz而交替导通，从而使电路有220V/50Hz的交流电输出。由于TL494芯片为脉冲调制器，其产生的波形为脉冲波而不是正弦波。VT1、VT2、VT3、VT4、VT5、VT6应选择低频小功率型的。这里VT1和VT2为晶体三极管可选择KSP14型，VT3、VT4、VT5和VT6为场效应管可选择为IRF740型。限流电阻可选择10KΩ、1KΩ、4.7KΩ、3.3KΩ的经典取值。C1、C2和C3均为平滑输出的吸收电容。C1和C2可取为10μF，C3取为0.01μF。

内江师范学院本科毕业设计

图9 DC/AC转换电路图

图10 简化图

2.3.5 TL494芯片І外围电路

内江师范学院本科毕业设计

电路结构如图11，包含过热保护电路及振荡电路。15脚为芯片TL494的反相输入端，16为同相输入端，电路正常情况下15脚电压应略高于16脚电压才能保证误差比较器II的输出为低电平，才能使芯片内两个三极管正常工作。因为芯片内置5V基准电压源，负载能力为10mA。所以15脚电压应高于5V。15脚电压计算式为：

U12R2R1R2Rt

(4)

这里Rt为正温度系数热敏电阻，常温阻值可在150~300范围内任选，适当选大写可提高过热保护电路启动的灵敏度。这里取200。R1取36KΩ，R2取39KΩ，则15脚电压为6.22V。符合要求。该脉宽调制器的振荡频率为50KHz，由公式（1）知Fosc1CtRt，图中C2、R3为芯片的振荡元件。C2即为Ct，R3即为Rt。其中Fosc取为50KHz，C2取4700pF，则R3取4.3KΩ。

图11 TL494芯片I外围电路

2.3.6 TL494芯片ІІ外围电路

电路结构如图12，同样15脚为芯片TL494的反相输入端，16脚为同相输入端，电路正常情况下15脚电压应略高于16脚电压才能保证误差比较器II的输出为低电平，才能使芯片内两个三极管正常工作。因为芯片内置5V基准电压源，由图可知15脚的电压为5V，16脚的电压为0V。芯片内置比较器II的输出为低电平。5脚和6脚为振荡器的定时电容和定时电阻接入端。因为要使输出频率为50Hz，由公式Fosc1CtRt

内江师范学院本科毕业设计

知：当Rt取为220KΩ时，Ct9.09108μF，可取为0.1μF。C1和R2是芯片的振荡元件，即是R2取值为220KΩ，C1取值为0.1μF。芯片的8脚和11脚接逆变电路II，4脚接输入过压保护电路。电容C2取值为47μF，电阻R3取值为10KΩ，当输入过压保护电路启动后，使电容C2对R3放电，使4脚保持为低电平，使TL494芯片II的电路维持一端时间，直到C2放电完毕，则使4 脚为高电平，抬高死区电压，从而使芯片II停止工作。

图12 TL494芯片II外围电路

2.3.7该逆变电源的整机电路原理图(附录A)2.3.8该电路的元件参数表(附录B)15

内江师范学院本科毕业设计

3调试

该逆变电源在接通12V直流电源后，LED指示灯亮，说明电路工作正常。由于该电路设有上电软启动[9]功能，在接通电源后要等7S左右才有220V直流输出。若发生输入电流过大、输出电压过大或者电路工作环境过热的情况均会使LED指示灯变暗，说明逆变电路停止工作。若在接通电源后要等10S左右指示灯还没有点亮，说明逆变电路有问题或者LED灯极性安装反了。该电路的PCB板[10]示意图见附录C。

内江师范学院本科毕业设计

附录A整机原理图

内江师范学院本科毕业设计

附录B元件参数表

表2 元件参数表

装配位号 C1 C3 C5 C7 C9 C11 C14 VD1~VD4 VD9~VD11 VD13 DZ1 IC1、IC2 VT1、VT3 VT5、VT8 VT9、VT10 R2 R4 R6 R8~R11 R13 R15 R17、R18 R20 R22 R25 R27

装配参数 22μF/16V 47μF/16V 2200μF/16V 47μF /16V 0.01μF 0.22μF 0.01μF/1000V

1N4148 1N4148 1N4148 15V/0.5W TL494CN 8550 KSP44 IRF740 39K 270 4.7K 4.7K 10K 10K 1K 4.7K 10K 1K

3.3K

装配位号 C2 C4 C6 C8 C10 C12 C13 C15 VD5~VD8 VD12 VD14 DZ2 LED VT2、VT4 VT6、VT7

R1 R3 R5 R7 R12 R14 R16 R19 R21 R23、R24 R26

装配参数 47μF/16V 4700pF 47μF/16V 0.1μF 0.01μF 10μF/400V 10μF/50V 10μF/50V HER306 FR107 FR107 30V/0.5W 绿色Ф3 IRF3205 IRF740 36K 100K 100K 4.3K 470K 220K 4.7K 3.3K 1K 4.7K 16K

内江师范学院本科毕业设计

续表2

装配位号 DCIN Rt R28、R29

装配参数 12V/DC 150

100K

装配位号 X AC T1--

装配参数 弹片插孔 EI33--

内江师范学院本科毕业设计

附录C整机PCB板(两面)

内江师范学院本科毕业设计

参考文献

[1] 周志敏，周纪海，纪爱华．现代开关电源控制电路设计及应用[M]．北京：人民邮电出版社，2005：124-147．

[2] 康华光，陈大钦．电子技术基础（模拟部分）（第四版）[M]．北京：高等教育出版社，1999：37，51，53-55，57，68-70，168-170，444-470．

[3] 康华光，邹寿彬．电子技术基础（数字部分）（第四版）[M]．北京：高等教育出版社，2000：32-33，197-198．

[4] 曾兴雯，刘乃安，陈健．高频电子线路［Ｍ］．北京：高等教育出版社，2004：95-97． [5] 何希才．新型电子电路应用实例[M]．北京：科学出版社，2005：22-26，241-245．

[6] 都永超，朱汉林．无线电（期刊）[J]．北京：人民邮电出版社．2005年11月总第518期．48-50． [7] 黄燕．常用电子设备开关电源检修方法[M]．北京：科学出版社，2002：30-38，84，94，154． [8] 李瀚荪．电路分析基础（第3版）[M]．北京：高等教育出版社，1993：51-55．

[9]《日英汉无线电技术词典》编辑组．日英汉无线电技术词典[Z]．北京：国防工业出版社，1971：258，496，761，901．

[10] 夏路易，石宗义．电路原理图与电路板设计教程PROTEL99SE[M]．北京：北京希望电子出版社，2002：72-79．

第三篇：基于SG3525A和IR2110的高频逆变电源设计.doc

基于SG3525A和IR2110的高频逆变电源设计

来源：电子设计应用 作者：深圳市慧康医疗器械有限公司 王大贵 潘文胜

摘 要：本文简述了PWM控制芯片SG3525A和高压驱动器IR2110的性能和结构特点，同时详细介绍了采用以SG3525A为核心器件的高频逆变电源设计。

关键词：PWM；SG3525A；IR2110；高频逆变电源

引言

随着PWM技术在变频、逆变频等领域的运用越来越广泛，以及IGBT、PowerMOSFET等功率性开关器件的快速发展，使得PWM控制的高压大功率电源向着小型化、高频化、智能化、高效率方向发展。

本文采用电压脉宽型PWM控制芯片SG3525A，以及高压悬浮驱动器IR2110，用功率开关器件IGBT模块方案实现高频逆变电源。另外，用单片机控制技术对此电源进行控制，使整个系统结构简单，并实现了系统的数字智能化。

SG3525A性能和结构

SG3525A是电压型PWM集成控制器，外接元 器件少，性能好，包括开关稳压所需的全部控制电路。其主要特性包括：外同步、软启动功能；死区调节、欠压锁定功能；误差放大以及关闭输出驱动 信号等功能；输出级采用推挽式电路结构，关断速度快，输出电流±400mA；可提供精密度为5V±1%的基准电压；开关频率范围100Hz~400KHZ。

其内部结构主要包括基准电压源、欠压锁定电路、锯齿波振荡器、误差放大器等，如图1所示。

图1 SG3525A内部框图及引脚功能

IR2110性能和结构

IR2110是美国IR公司生产的高压、高速PMOSFET和IGBT的理想驱动器。该芯片采用HVIC和闩锁抗干扰制造工艺，集成DIP、SOIC封装。其主要特性包括：悬浮通道电源采用自举电路，其电压最高可达500V；功率器件栅极驱动电压范围10V~20V；输出电流峰值为2A;逻辑电源范围5V~20V，而且逻辑电源地和功率地之间允许+5V的偏移量；带有下拉电阻的COMS施密特输入端，可以方便地与LSTTL和CMOS电平匹配；独立的低端和高端输入通道，具有欠电压同时锁定两通道功能;两通道的匹配延时为10ns；开关通断延时小，分别为120ns和90ns;工作频率达500kHz。

其内部结构主要包括逻辑输入，电平转换及输出保护等，如图2所示。

图2 IR2110内部框图及引脚功能

设计原理

高压侧悬浮驱动的自举原理

IR2110用于驱动半桥的电路如图3所示。图中C1、VD1分别为自举电容和二极管，C2为VCC的滤波电容。假定在S1关断期间，C1已充到足够的电压VC1≈VCC。当HIN为高电平时，VM1开通，VM2关断，VC1加到S1的门极和发射极之间，C1通过VM1、Rg1和S1门极栅极电容Cgc1放电，Cgc1被充电。此时VC1可等效为一个电压源。当HIN为低电平时，VM2开通，VM1断开，S1栅极电荷经Rg1、VM2迅速释放，S1关断。经短暂的死区时间(td)之后，LIN为高电平，S2开通，VCC经VD1、S2给C1充电，迅速为C1补充能量。如此循环反复。

图3 驱动半桥自举电路

自举元件设计

自举二极管(VD1)和电容(C1)是IR2110在PWM应用时需要严格挑选和设计的元器件，应根据一定的规则对其进行调整，使电路工作在最佳状态。

在工程应用中，取自举电容C1>2Qg/(VCC-10-1.5)。式中，Qg为IGBT门极提供的栅电荷。假定自举电容充电路径上有1.5V的压降(包括VD1的正向压降)，则在器件开

通后，自举电容两端电压比器件充分导通所需要的电压(10V)要高。

同时，在选择自举电容大小时，应综合考虑悬浮驱动的最宽导通时间ton(max)和最窄导通时间ton(min)。导通时间既不能太大影响窄脉冲的驱动性能，也不能太小而影响宽脉冲的驱动要求。根据功率器件的工作频率、开关速度、门极特性对导通时间进行选择，估算后经调试而定。

VD1主要用于阻断直流干线上的高压，其承受的电流是栅极电荷与开关频率之积。为了减少电荷损失，应选择反向漏电流小的二极管。

运用SG3525A和IR2110构成的高频逆变主电路图

高频逆变主电路如图4所示，逆变高压电路由全桥驱动组成。功率开关Q1~Q4采用IGBT模块。逆变主电路把直流电压V1转换为20kHz的高频矩形波交流电压送到高频高压变压器T1，经升压整流滤波后提供给负载供电。电路通过控制PWM1和PWM2的占空比，来得到脉宽可调的矩形波交流电压。VF为高压采样端反馈到控制系统的电压。

图 4 高压逆变主电路图

单片机组成的控制系统

图5所示为完整的高压逆变电源系统框图，它主要包括主电路及控制电路两部分。主电路主要包括逆变器直流电源、IGBT桥式逆变器、保护电路、高频高压变压器、高频高压硅堆(高频整流器)等。控制电路主要包括电流、电压采样及其处理单元，PWM信号产生和驱动电路，单片机控制器，参数输入键盘及液晶显示，通信接口等部分。为了更好的解决系统的干扰、隔离、电磁兼容等问题，在控制部分和主电路采用光耦完全隔离。

此硬件系统配上软件系统，可使整个系统具有完整的人机界面和自诊断等智能化功能。

图5 单片机控制的逆变系统

结语

由PWM控制芯片SG3525A和高压驱动器IR2110组成的高频逆变电源，具有体积小、控制方便、电能利用效率高等优点。此系统目前已被用于医疗设备的高频电源。

参考文献：

智能化高频开关电源设计[J].电力电子技术.1996.30(3)2 电子变压器手册.辽宁科学技术出版社.1998.8 3 LPC900系列Flash单片机应用技术.北京航空航天大学出版社.2004.1

更新时间：2007-8-9 7:45:08 阅读：410

相关链接

基于 SG3525A和IR2110的高频逆变电源设计(2007-8-9 7:45:08)

第四篇：基于SG3525A的太阳能逆变电源设计

基于SG3525A的太阳能逆变电源设计

北京无线电技术研究所 徐东生2006-5-12

摘 要：本文主要介绍了SG3525A在研制太阳能逆变电源中的应用，其脉冲波形随设计线路的不同而产生不同的结果，从而解决了随机烧毁功率管的技术问题。关键词：SG3525A；逆变电源；MOSFET-90N10 引言

本文涉及的是光明工程中一个课题的具体技术问题。该课题的基本原理是逆变器由直流蓄电池供电，用太阳能为蓄电池充电，然后逆变电源输出220V、50Hz的交流电供用户使用。在研制过程中，有时随机出现烧毁大功率管的现象，本文对这一现象给出了解决方案。

图1 SG3525A驱动MOS功率管电路图

图2 逆变器工作过程中波形图

（a）

(b)图3(A)逆变器缓启动(B)逆变器硬启动

SG3525A和逆变电源

本课题研发的逆变器使用的核心器件是SG3525A，以下分别简述其基本性能和工作过程。SG3525A基本性能

SG3525A PWM型开关电源集成控制器包括开关稳压所需的全部控制电路，设有欠压锁定电路和缓启动电路可提供精密度为5V±1%的基准电压。其开关频率高达200KHz以上，适合于驱动N沟道MOS功率管。本课题使用SG3525A产生50Hz的准正弦方波，为逆变器提供输出功率信号，去推动N沟道MOS功率管90N08，如图1所示。逆变器工作过程

当SG3525A被加电后(12V)会输出两列50Hz反向的方波，其幅度为9V。这两路方波分别进入G1、G2、G3、G4所示的四条支路(图1)，经各电路分别调整后输出，输出脉冲序列如图2(B)所示。最终调制合成为A、B两端输出的交流方波。其波形见图2(A)。该50Hz的序列方波由A、B两端进入电力变压器DT。通过变压器升压后由逆变器电源输出220V、50Hz交流方波。根据市场的不同需求生产出200W、600W、800W各个系列的逆变电源。

问题的出现与解决

逆变器在额定负载条件下能够长期运行，但是当进行负载切换时或者当外电路有严重扰动时，偶尔会发生大功率管MOSFET90N08烧毁的现象。现以800W逆变器进行剖析。

缓启动：如图3(A)所示状态，同时满负载加在逆变器输出上，然后启动逆变器使之运行，一切正常工作。

硬启动：如图3(B)所示状态，即加满负载后再闭合开关K1强行硬启动。这时就偶尔有大功率场效应管短路烧毁的现象发生，经分析发现当G3推动的大功率管TV3尚未完全关断时，G4开启了对应的大功率管TV4，如果TV3和TV4同时开通就会造成短路现象。此时就会烧毁大功率管。而当D点和C点、E点和F点进行相互交换后两个管子开启的时间差为100ms左右，这样就保证了G3和G4的推动信号不会同一时刻开启VT3、VT4，从而避免了短路现象。直到目前尚未发生因硬启动和外电路干扰而烧毁大功率管的现象。■ 参考文献 王剑英，常敏慧编著.新型开关电源技术.北京： 电子工业出版社.2001.7 2 张占松，蔡宣三编著.开关电源的原理与设计.北京：电子工业出版社.2000.3

第五篇：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

[1] 杨文通，李帅，刘志峰，张爱平，王建华。一种准正弦波逆变电源的设计。现代制造工程。

2009，Loads．IEEE-EPEMC'2000．2000：381-384．

[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．

[5] 王建兵。基于SPWM 技术的测试电源的研究与设计。太原理工大学．2008． [6] 钱金川，朱守敏。全桥式逆变电源主电路设计。电工电气．2010．NO．4． [7] 孙肖子，张企民。模拟电子技术基础。西安：西安电子科技大学出版社，2001 [8] 张工一，肖湘宁。现代电力电子技术原理与应用。北京：科学技术出版社，1999 [9] Milan Prodanovic，Timothy C．Control and Filter Design of Three-Phase Inverters for High Power Quality Grid Connection．IEEE TRANSACTIONS ON POWER ELECTRONICS，VOL.18, NO.1,JANUARY 2003．

[10] RamonO．Caceres，Member，IEEE，Ivo Barbi Senior Member，IEEE．A Boost DC-AC Converter: Analysis ,Design ,and Experimentation．IEEE TRANSACTIONS ON POWERELECTRONICS,VOL.14,NO.1, JANUARY 1999． [11] 窦伟，黄念慈，于玮，首福俊．单片机控制的正弦波逆变电源．Vol．38，No．6．December，2004．