山东科技大学学士学位论文 整体电路设计
图3.6 单相桥式PWM逆变电路
控制V3和V4通断的方法如图3.5所示。调制信号ur为正弦波，载波uc在ur的正半周为正极性的三角波，在ur的负半周为负极性的三角波。在ur和
uc的交点时刻控制IGBT的通断。在ur的正半周，V1保持通态，V2保持断态，u0=Ud；u0=0。当ur>uc时使V4导通，V3关断，当ur 在ur的负半周，V1保持断态，V2保持通态，当ur u0=-Ud；当ur>uc时使V3关断，V4导通，u0=0。这样，就得到了SPWM波 形u0。图中的虚线uof表示u0中的基波分量。像这种在ur的半个周期内三角波载波只在正极性或负极性一种极性范围内变化，所得到的PWM波形也只在单个极性范围变化的控制方法方式称为单极性PWM控制方法。 17 山东科技大学学士学位论文 整体电路设计 图3.7 单极性PWM控制方式波形 和单极性PWM控制方式相对应的是双极性控制方式。图3.4的单相桥式逆变电路在采用双极性控制方式时的波形如图3.6所示。采用双极性方式时，在ur的半个周期内，三角形载波不再是单极性的，而是有正有负，所得到的PWM波也是有正有负。在ur的一个周期内，输出的PWM波只有正负Ud两种电平，而不象单极性控制时还有零电平。仍然在调制信号ur和载波信号uc的交点时刻控制各开关器件的通断。在ur的正负半周，对各开关器件的控制规律相同。即当ur>uc时，给V1和V4以导通信号，给V2和V3以关断信号，这时如i0>0，则V1、V4通，如果i0<0，则VD1和VD4通，不管哪种情况都是输出电压u0=Ud。当ur 18 山东科技大学学士学位论文 整体电路设计 图3.8 双极性PWM控制方式波形 可以看出，单相桥式电路既可采取单极性调制，也可采取双极性调制，由于对开关器件通断控制的规律不同，它们的输出波形也有较大的差别。 3.3 正弦波脉宽调制技术的实现方法 3.3.1软件生成法 由于微机技术的发展使得用软件生成SPWM波形变得比较容易，因此，软件生成法也就应运而生。软件生成法其实就是用软件来实现调制的方法，其有两种基本算法，即自然采样法和规则采样法。 自然采样法是以正弦波为调制波，等腰三角波为载波进行比较，在两个波形的自然交点时刻控制开关器件的通断，这就是自然采样法。其优点是所得SPWM波形最接近正弦波，但由于三角波与正弦波交点有任意性，脉冲中心在一个周期内不等距，从而脉宽表达式是一个超越方程，计算繁琐，难以实时控制。 规则采样法是一种应用较广的工程实用方法，一般采用三角波作为载波。其原理就是用三角波对正弦波进行采样得到阶梯波，再以阶梯波与三角波的交点时刻控制开关器件的通断，从而实现SPWM法。当三角波只在其顶点(或底点)位置对正弦波进行采样时，由阶梯波与三角波的交点所确定的脉 19 山东科技大学学士学位论文 整体电路设计 宽，在一个载波周期(即采样周期)内的位置是对称的，这种方法称为对称规则采样。当三角波既在其顶点又在底点时刻对正弦波进行采样时，由阶梯波与三角波的交点所确定的脉宽，在一个载波周期(此时为采样周期的两倍)内的位置一般并不对称，这种方法称为非对称规则采样[7]。 规则采样法是对自然采样法的改进，其主要优点就是是计算简单，便于在线实时运算，其中非对称规则采样法因阶数多而更接近正弦。其缺点是直流电压利用率较低，线性控制范围较小。 除上述两种方法外，还有一种方法叫做等面积法。该方案实际上就是SPWM法原理的直接阐释，用同样数量的等幅而不等宽的矩形脉冲序列代替正弦波，然后计算各脉冲的宽度和间隔，并把这些数据存于微机中，通过查表的方式生成PWM信号控制开关器件的通断，以达到预期的目的。由于此方法是以SPWM控制的基本原理为出发点，可以准确地计算出各开关器件的通断时刻，其所得的的波形很接近正弦波，但其存在计算繁琐，数据占用内存大，不能实时控制的缺点。 3.3.2硬件调制法 硬件调制法是为解决等面积法计算繁琐的缺点而提出的，其原理就是把所希望的波形作为调制信号，把接受调制的信号作为载波，通过对载波的调制得到所期望的PWM波形。通常采用等腰三角波作为载波，当调制信号波为正弦波时，所得到的就是SPWM波形。其实现方法简单，可以用模拟电路构成三角波载波和正弦调制波发生电路，用比较器来确定它们的交点，在交点时刻对开关器件的通断进行控制，就可以生成SPWM波[8]。而且随着电力电子技术的发展，现在已经产生了多种可以产生SPWM波的芯片，如TL494、SG3525A等，这些集成芯片的出现使得电路的设计大大简化，而且功能更加齐全。本次设计就采用硬件调制法，通过使用脉冲调制芯片来产生所需要的正弦脉冲调宽波。 20 山东科技大学学士学位论文 逆变电源主要集成芯片外围电路及其功能简介 4 逆变电源主要集成芯片外围电路及其功能简介 4.1 TL494外围电路及其应用 1.TL494外围电路 图4.1 TL494外围电路图 50HZ脉冲产生芯片TL494外围电路如上图所示: 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。过热保护的R4为200Ω，则15脚的电压为6.22V大于16脚电压。14脚输出基准电压，因为推挽电路为双端输出，故将输出控制端13脚与14脚连在一起。12脚为电源端，接外部12V电压。8、11脚末级三极管集电极，此处亦接外接电源。9、10引脚用于输出50K的脉冲控制开关管。7脚为接地端，5、6脚外接震荡电阻和电容用于控制输出脉冲频率。4脚为死区控制端其上加0-3.3V电压时，可使截止时间从2%线性变化到100%，本设计中用于实现输入的过压保护和欠压保护[9]。 21