[绝对原创]我设计的全硬件纯正弦SPWM逆变器后级详解
一提正弦波逆变器,大家首先想到SPWM技术.如何实现SPWM呢?肯定很多人的第一想法是使用单片机.的确,使用单片机的好处不少:SPWM波精度高,输出正弦波波形好,稳压精度高,方便加入电压指示功能等,单片机确实非常适合工业量产.但是对于咱们玩家,可不是这样了.单片机不是人人可以掌握的,即便掌握,像我这种只会做电子钟红外遥控之类的初级玩家也很难写出好的SPWM程序.因此,我考虑了全硬件方案.
注:此电路参考了部分XXXXXXXXXXXX的老寿先生的研究成果
本电路优点:
1.电路极简单,可能为世界上最简单的分立SPWM电路
2.单电源宽电压供电(10V-30V)
3.输出最大占空比高,仿真时最大占空比已经接近100%.这将导致母线电压利用率高,母线电压340V就足够产生230V的工频正弦交流电.
4.隔离输出,受外围电路干扰少
经过几天的思考,我确定了系统的框图:
1094_51b71318329257d187b65947edbb0.png
本电路没有使用稳压反馈,故稳压功能全靠前级完成.前级一般由SG3525或者TL494组成,稳压功能不用可惜了.
看本图,由于使用了虚拟双电源,因此单电源供电即可,省略一个辅助电源变压器.
再看驱动板电路图:
1094_396e1319021900d54ba9c2163849d.jpg
麻雀虽小,五脏俱全.
如图,LM7809将电池电压降为稳定的9V,这使得电路可以在宽电源(10V-30V)情况下工作,TDA2030为核心组成了虚拟双电源,将正9V变成正负4.5V的双电源.
NE555及周边元件组成频率约为20KHz的高线形度三角波振荡器,如图,在NE555的2和6脚可以得到在3V和6V之间运动的三角波.
IC1为LM324,IC1A及周边元件组成50Hz工频正弦振荡器,产生幅度4.5V的正弦波(对于产生的虚地),圈一电位器将这个正弦波幅度分压到3.5V.IC1B和IC1C及周边元件组成精密整流电路,将正弦波变成3V幅值的馒头波.这个馒头波要去和NE555的三角波比较,三角波和馒头波的幅值虽然向同,都是3V,但是这个馒头波的最低电位比三角波的高1.5V.因此,IC1D及周边元件组成减法电路,将馒头波整体下调1.5V,这样三角波和馒头波就可以比较了.LM393B进行比较工作,产生同相位的SPWM波,此波与LM393A组成的正弦波-方波转换器输出的同步方波送入CD4081等组成的编码电路进行编码,产生最终驱动功率管的SPWM信号.两个20K电阻和47P电容用于产生死区于高频臂.
本电路设计巧妙的地方之一就是虚地和实地的转换.LM393A之前电路是工作在虚地状态的,而LM393之后的电路却变成了实地.因为4.5V的交流(对于虚地)对于实地来说是个9V的脉冲.LM393B周边电路也是类似原理.
然后看H桥电路图:
1094_b0eb13183293817a18b36d0ba0010.jpg
以上是H桥电路.注意:三个TLP250边上的接地符号一定接驱动板的实地!功率管的地也可与前级共地(接电瓶).也可以前后级隔离.H桥图中的12V电压可以由主变压器的分绕组+LM7812提供(前后级隔离方案),也可以直接由电池提供(12V供电情况下,前后级不隔离,共地状态).
先分析左边的高频臂:下臂的IRFP460采用光藕直接驱动,上臂的IRFP460采用自举电容+光藕驱动.工作原理简述:当下臂导通时,高频桥的功率管的中点相当于接地,此时104的自举电容通过FR107和下臂管充电,当下臂管关断上臂导通时,104电容与地隔离,当TLP250内部三极管导通后,相当于给上臂管的GS之间施加一个电压,因此上臂管可以在与之对应TLP250的控制下导通和关断.
再分析右边的工频臂:这一部分的电路使用了我那个<适合制作的大功率方波逆变器>里的一个半桥.当TLP250输出高电平时,工频桥下臂导通,此时工频桥中点等效接地,此时1uF电容通过FR107和下臂管充电.但由于那个三极管也导通,导致上臂管此时GS间相对电压为零,因此上臂管截止.当TLP250输出低电平时,下臂管和那个三极管都关断.三极管的关断和电容上储存的电压导致上臂管导通.工频臂就是这么工作的,因此要么上管导通,要么下管导通.由于SPWM3是50Hz的脉冲,所以可以在工频桥中点得到50Hz、占空比50%的交流电压.
两个1mH电感、和一个400V 40uF电容用来完成高频滤波的任务,把高频SPWM方波变成50Hz的正弦波.
原理分析完毕.

最后说下如何调试:
1.组装电路
2.查看A点波形,应该为50Hz幅值4.5V(对虚地)的正弦波
3.调整圈1电位器使其滑动端(B)对虚地有3V幅值(对虚地)的正弦波脉冲,此时在C点可以看到幅值3V频率100Hz的馒头波(对虚地)
4.调整圈2电位器,是其滑动端对地(实地)有1.5V电压,此时在D点可以看到幅值3V对实地向上偏移3V的馒头波
5.测试E点,可以看到一个对实地向上偏移3V幅值3V频率20KHz左右的三角波,F输出幅值9V的50Hz脉冲方波.
6.在LM393B的输出端应该可以测到幅值为9V的SPWM脉冲
7.测试SPWM1-3的波形,是否如图所示:
1094_4c221318329451f756f8b8a7d670d.jpg
最后祝试制的同志成功!本电路完全靠仿真,可能在实际制作中会出小问题,欢迎大家指正批评!

副个仿真的波形图:
1094_41751318329477bcb3bf0868ec63c.jpg
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+20  科创币    justinpiggy   2011-10-11   先顶帖,后看帖
+50  科创币    y2k   2011-10-11   高质量发帖
+50  科创币    y2k   2011-10-11   1
+50  科创币    y2k   2011-10-11   2
+50  科创币    y2k   2011-10-11   3
+50  科创币    y2k   2011-10-11   4
+50  科创币    ehco   2011-10-11   猛人猛料
+50  科创币    10班陈大葱22号   2011-10-11   
+50  科创币    sukeytang   2011-10-11   感谢分享
+10  科创币    科学人   2011-10-12   昨天没分了,迟来的加分
+20  科创币    judema   2011-10-20   高质量发帖
+10  科创币    xiefeng   2011-12-22   
来自:电气工程 / 电气电工
24
 
justinpiggy
10年9个月前
1楼
先顶帖,后看帖
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10班陈大葱22号
10年9个月前
2楼
牛!!!
最近也在整SPWM给无刷用,不过是用单片机...正在纠结于PWM分辨率要多高比较好...
+1
科创币
jrcsh
2011-10-11
会不会与磁通强度有关
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yz710804695
10年9个月前
3楼
其实还可以加入动态调频这个功能,只需吧50Hz的信号接入555 pin5 ,就是说越往50Hz的波峰走驱动频率越高,这样可以让波形更加平滑【类似T类了】
PS:其实把SPWM比较器接那里个in出来,送入音频信号,就是一个大功率的D类了【当然得把输出滤波略改】,太吓人了……
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金坷居士作者
10年9个月前
4楼
回 3楼(yz710804695) 的帖子
嗯嗯,要改大功率D类完全行的通。其实,D类和纯硬件正弦波逆变原理很接近,但是我的这个电路恐怕改成D类效果不好,因为频响太低,高频失真太大。载波频率才20KHz啊,要改也只能当低音炮了呃。。。
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ehco
10年9个月前
5楼
LZ猛男! laoshou当时是用钟工的SPWM芯片吧,LZ居然用分离IC做出来了,强悍!
不过如果想简化一些,还是上个高速单片机靠谱,毕竟一个正弦表复制粘贴就搞定,频率还可精密调控,
像什么STC之类的都自带PWM输出了,啧啧啧啧~再赞一个
TLP250建议买东芝原装的,否则开关速度跟不上,输出功率也小,我就吃了这个的大亏。
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金坷居士作者
10年9个月前
6楼
回 5楼(ehco) 的帖子
问题是我不会玩STC的PWM模块呃,个人认为如果真的要搞单片机方案就加入电压显示、过压保护、调压等功能,要么就搞简单的纯硬件。如果echo同志有好的SPWM程序就分享下吧。还有那个TLP250,北京西四卖6块一个!黑死了。
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金坷居士作者
10年9个月前
7楼
回 5楼(ehco) 的帖子
那啥,老寿前辈做过好多种全硬件纯正弦,包括NE555和SG3525,我参考了它们,综合了它们的优点,并进行了改进。我也考虑过张工TDS2258方案,但是还是最后还是选择纯硬件,因为原理体现的比较直观,知其然知其所以然。
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拔刀斋
10年9个月前
8楼
我这里有一堆大功率D类的图和板子
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金坷居士作者
10年9个月前
9楼
有没有不用专用IC或者分立件的D类?上图看看,有可能诞生新的纯硬件SPWM电路图!
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金坷居士作者
10年9个月前
10楼
1094_c7ae1318416851dc5e905e398198a.jpg

这个是仿真的波形图,电路接成工频逆变模式
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mirage
10年8个月前
11楼
顶一个楼主,学习了
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whbwyx
10年8个月前
12楼
工频桥那边那个TLP250画错了引脚反了
另外,那个三角波振荡器是什么原理不明白啊,看不懂
+32
科创币
delete
2011-11-02
谢谢指出错误!
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金坷居士作者
10年8个月前
13楼
回 12楼(whbwyx) 的帖子
NE555在做为任何种类振荡器时其2、6脚均为三角波,这个电路上加的元件的作用是让输出的三角波波形更好、
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longgexu
10年7个月前
14楼
老大都上电源网呀。
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szhym
10年6个月前
15楼
图太大只能看到一半,是不是我的电脑分辨率不对呀,郁闷
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槊缘
10年4个月前
16楼
厉害啊,学习了。
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jsxzsg
10年2个月前
17楼
学习了,正准备搞个1KW的正弦逆变
+50
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金坷居士
2012-04-25
支持&nbsp;&nbsp;如果发制作过程还加分
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周小星
10年2个月前
18楼
建议用ICL8038 做波形发生器 电路会简洁很多 稳定性要好
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warmonkey
10年2个月前
19楼
这就是一个大功率的D类放大器
初一初二闲得无聊,做了纯硬件高频链式2kw一台,D类ZXCD1000 1.2kw一台,全部用热转印完成,控制部分3*5cm不到
模拟正弦波振荡器对于电容要求比较高,精度影响频率和频率稳定性,建议购买“校正电容”

还有就是可靠性问题,这么多电阻电容偏差一个,或者是板子有些漏电,或者是运放挂了,都会要命。
相对来说,还是AVR+硬件过流保护要好得多
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金坷居士作者
10年2个月前
20楼
回 19楼(warmonkey) 的帖子

初二我刚接触电子,做了个工频方波逆变就感觉很了不起了

纯硬件没你想的那么脆弱,但是那文氏震荡器对温度太敏感了
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warmonkey
10年2个月前
21楼
输出为什么是40u电容滤波…这么大的电容肯定是电解了 。。。。高频通过能力蛋疼。。。搞不好要爆
话说这个电路已经比我原来那个好多了,调试点减少几个,量产效率有改善
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warmonkey
10年2个月前
22楼
输出为什么是40u电容滤波…这么大的电容肯定是电解了 。。。。高频通过能力蛋疼。。。搞不好要爆
话说这个电路已经比我原来那个好多了,调试点减少几个,量产效率有改善
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金坷居士作者
10年2个月前
23楼
回 21楼(warmonkey) 的帖子
那里写错了,实际是4.7uF[s:274]
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2011/09/23注册,2 年前活动

怪哉!灵异的三极管电流流向! 这素一个在仿真的RCC电路,示波器上绿色的是集电极电流红色的是发射极电流。窝萌都知道发射姬电流素集电极电流和基极电流之和,所以讲道理发射极电流一定比集电极略大。可仿真结果刷了三观,Q1集电极电流一部分流经基极,然后流经Q2的C->E。

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