976.一个简单的小功率三相变频电压源设计.doc
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1、一个简单的小功率三相变频电压源设计 摘要: 目前,大多数三相SPWM的实现都靠专用芯片,而专用芯片成本较高,对于小功率的逆变器就显得比较昂贵。基于此目的,本文提出用简单的模拟电路实现逆变器正弦脉宽调制的方案,并用此方法实现了小功率三相变频电压源的设计,得到较好的效果。关键词: 正弦脉宽调制 电压源 变频A Simple Design of Three-phase Small Power ConverterAbstracts: At present, most of the three phase SPWM technology are realized by special chips, bu
2、t those special chips cost very highly, especially for the small power converter. Based for the purpose, this paper develops a simple way named analogue circuit to realize SPWM control. This new way is proved in the design of three- phase small power converter and get good effect. Keywords: SPWM, po
3、wer supply,conversion1 引言正弦脉宽调制电路是随着脉宽调制技术的快速发展而成熟起来,它跟脉宽调制技术相比有很多优点 1,2。SPWM(Sinusoidal Pulse Width Modulation)脉冲信号的产生是一切变频装置的非常重要的一环,许多技术上的创新都集中在如何调制精确、工作稳定、性能优异的SPWM脉冲上。SPWM波的产生主要有三种方式:模拟电路,数字电路,大规模集成电路。数字电路是通过微处理器,借助于编程手段,通过实时控制或数据存储查表法,输出需要的SPWM波形。但是随着脉宽调制技术的广泛应用以及大规模集成电路的产生,国际上出现了多种专用的能够产生SPWM
4、波的大规模集成电路芯片。这种芯片对于提高系统的可靠性,减小实验单元体积在硬件方面提供了保证,但是造价高,有些芯片的价格竟高达两百多,这样对于一些试探性实验和要求成本低的小功率正弦逆变器就很不实用。模拟电路是用振荡器产生正弦波和三角波,通过比较器给出信号,来控制逆变电路中桥臂上下开关元件的导通与关断。这种电路虽然元件多、线路复杂、精度不高,但是因为它比较容易自行搭建,而且成本比数字电路和集成芯片都低。对于一些小功率并且精度要求不高,而成本要求低的逆变电源,模拟电路方法还是具有其可行之处。本文目的是设计一个三相小功率正弦变频电源,主要参数为:输入单相直流电压Vin =12V,输出三相正弦交流,每相
5、电压值Vo=40V,输出交流频率fo在20100Hz范围内可调。为了降低设计成本,本文就是用模拟电路完成三相小功率变频电压源控制电路的设计。2 主电路方案本文目的是设计一个三相变频电压源,需要选择合适的逆变主电路。三相桥式逆变电路可以把直流电变换成频率和电压大小均可调的三相交流电形式。它是由三个单相逆变电路组合而成,所以直流侧需要两个电容器串联,还需要控制两个电容器电压的均衡,因此常用于小功率负载的情况下,所以主电路选择三相桥式逆变电路3。本文从12V不可能直接逆变到40V,所以还有一个升压环节,有两种方案:(1)选择先Boost升压后逆变;(2)直接先逆变成低频正弦电压然后用低频变压器升压。
6、两种方案比较显然选择前者,这样可以避免使用低频变压器,导致逆变器的总重量增加。所以总体设计原理框图如图1, 图1 系统原理图Fig.1 The principle block diagram of design图2为三相桥式逆变电路的主电路拓扑。图2三相全桥逆变电路主电路结构Fig .2 The main circuit of three-phase full-bridge inverter3 控制方案设计本文设计的小功率变频电压源的控制电路主要由两个部分构成:(1)Boost升压控制部分(2)SPWM脉冲信号产生部分。其中Boost变换电路的控制可以直接用普通PWM芯片实现,本文用TL494
7、芯片,只要控制好芯片输出脉冲的占空比就可以得到理想的脉冲,这里就不再赘述。关键部分是三相桥式逆变控制电路的设计,本文主要目的在于用简单方法实现三相小功率变频电压源,选择模拟电路实现SPWM控制比较简单。模拟电路实现SPWM控制也包括两个部分:三相正弦信号产生部分和脉宽调制部分。主要控制电路图如下:图3 三相逆变电路的控制部分缩略图Fig. 3 Part of the control circuit of three-phase converter该控制电路元器件很普通,主要用六个运放和三个TL494组成,由于每相电路都一样,图4只给出了其中一相A相的详细电路图。图中三相正弦信号是由RC移相振荡
8、产生,该电路可输出Va、 Vb、Vc三相电压。三相振荡器是由三个参数一样的恒幅移相器A4、A5 和A6环形串接而成。为了减少移相器间的影响,又加入了三个电压跟随器A1、A2 和A3。变频调节是通过调节电阻R10、R11和R12和电容C1、C2和C3的大小实现。该电路输出频率计算公式如下 : f=1/ (2RC)只要适当选择R和C的参数,就可以得到不同频率的正弦信号4,但是必须保证这三个电阻或者三个电容同时调节,且大小保持一致。当C1、C2和C3的值取为0.039F时:R10、R11和R12三个电阻从120K到20K的范围内变化时就可以保证频率变化范围为20100Hz,正弦信号的频率变化就可以使
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- 976. 一个 简单 功率 三相 变频 电压 设计
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