单相正弦波变频电源.docx

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1、（D题）单相正弦波变频电源本设计电路使用NE5532组成一个文氏电桥振荡器，它的特点是起振容易， 波形失真很小，频率也很稳定，其震荡频率由电阻电容决定，当电容选定为标准 的的104时，电阻为时频率刚好为50HZ左右。用一个可调电位器作为反馈调节 电位器，可以调节振荡器输出的正弦波的幅度，从振荡器出来的正弦波分成4 路，2路进入由2个NE5532组成的精密整流电路变成馒头波；2路进入由两个 NE5532组成的同步波发生电路变成方波。本设计的载波振荡器的核心是一块NE555时基电路.它实际上是一个高线性 度的三角波发生器，三角波频率由电阻电容决定，当三角波的频率约为20K，能满足 SPWM调制电路

2、的要求.为确保三角波的线性度，由三极管为电容充放电回路组成 恒流源.三角波信号经三极管的射极输出，分别送到SPWM调制器的同相端和反相 端.调制电路实际上是为电压比较器，它把20K的三角波信号和100HZ的馒头波信 号进行比较，在两个运放的输出端分别输出二路极性相反的SPWM信号。关键词：SPWM波 文氏电桥H桥摘 要 2目 录31 设 计 任 务 与 要求4设计任 务4设计要 求42 方 法 比 较 与 论证4方案设计4证4方案对比43 硬件设计5文 氏 电 桥 振 荡 器5精 密 整 流 电 路、 加 法 电 路.5SPWM波发生器、同步波发生电路6时序电路.7H桥逆变电路 7过流保护电路

3、8电源电路84 系 统 测 试 与 调试9信 号 板 电 路 的 调 试9接上H桥联tEt 调95 设计总结101、设计任务与要求设计任务设计并制作一个单相正弦波变频电源，其原理框图如图1所示。变压器输入 电压U=220V，变频电源输出交流电压U为36V，额定负载电流I为2A，负载为 1OO电阻性负载。图1单相正弦波变频电源原理框图设计要求(1) 输出频率范围为20Hz100Hz, U=36土的单相正弦波交流电。O(2) 输出频率f =50土，电流I =2土时，使输出电压U=36土。OOO(3) 负载电流I。在2A范围变化时，负载调整率qw%。)(4) 负载电流I =2A,U在198V242V

4、范围变化时，电压调整率S W%。O1U(5) 具有过流保护，动作电流Io(th)=土，保护时自动切断输入交流电源。0(6) I=2A，U=36V时，输出正弦波电压的THDW2%。(7) I=2A，U=36V时，变频电源的效率达到90%。)(8) 其他。2、方法比较与论证方案设计方案1：使用单片机产生SPWM波并进行控制方案2：采用纯硬件电路产生SPWM波并进行控制方案论证方案一，通过初步尝试使用单片机产生SPWM波，虽然最后实验能够得到正 弦波，但是波形并不是很完美，加上自身对单片机领域不是相当了解，很难调节 出完美的SPWM波，那么就很难完成题目所需的要求。方案二，纯硬件电路在焊接电路上比较

5、复杂，但是调节出来的SPWM波形比 较完美，波形失真也挺小，且容易调节，对于题目的要求相对来说也易于满足。方案对比综上所述，方案二是本次比赛的最佳选择，就选用方案二来完成本次比赛所 出题目。3、硬件设计、文氏电桥振荡器电路中的U1B组成一个文氏电桥振荡器，它的特点是起振容易，波形失真很 小,频率也很稳定，为了使输出波形频率可调，R1、R2采用双联电位器。U1A是 一级隔离放大器，其电压增益为2倍，也可以接成跟随器的形式，因为我考虑到 5532在做跟随器时是否会不稳定，所以给它一定的增益，它的主要作用是隔离振 荡电路和输出4路负载.、精密整流电路、加法电路馒为彼输无U3B为稳压放大器:从精密整流

6、电路出来的馒头波进AU3B的同相端，从H桥 取样变压器次级出来的馒头波（也经整流，不能滤波）进入U3B的反相端,用来控 制该运放的输出电压，起到稳压作用.U3A为加法电路:从U3B出来的馒头波进入 U3A的同相端，同时U3A的同相端也接在一个直流电位上，把PP值为4V的馒头波, 垫高.这个经垫高的馒头波就可以送到SPWM调制电路中，做为SPWM的基波信号.、SPWM波发生器、同步波发生电路本电路的载波振荡器的核心是一块NE555时基电路U4.它实际上是一个高线 性度的三角波发生器，三角波频率由R29,R30及C7决定，如图中所标的数值 R29,R30为470R,C7为822,这时，三角波的频率

7、约为20K,能满足SPWM调制电路 的要求.为确保三角波的线性度，由Q1,Q2,Q3,Q4为电容充放电回路组成恒流源. 三角波信号经Q5的E极输出，分别送到SPWM调制器U5A,U5B的同相端和反相端. 这个调制电路实际上是一个电压比较器，它把20K的三角波信号和100HZ的馒头 波信号进行比较，在输出端1脚和7脚分别输出二路极性相反的SPWM信号.U5可 以用LM339或LM393,不能用速度较慢的普通运放，如324,358等等.另一块5532 即U6A,U6B组成一个50HZ同步方波发生电路:从正弦波振荡器过来的正弦波信号 （约12VPP）,经二个电压比较器U6A,U6B后，产生二路带死区

8、时间的低频同步波, 电路中R39,R14决定二路方波的死区时间.经试验，当用5532时,R39,R14取510R 时，死区时间大约为100US .U6A,U6B用358时死区时间为200US.、时序电路本电路将SPWM发生器所产生的波形变换为驱动H桥四个桥臂的波形， SPWM波经74HC08与同步波发生电路相与产生两路相同的驱动波，两路经由或门 与同步波发生电路相或，产生四路驱动H桥臂SPWM波形。考虑到上下桥臂导通 时应该存在合理的死区时间，SPWM发生器输入到74LS08之间加入了阻容充放电 回路。即R47、R40、C20，通过合理设置电阻电容的数值，可以达到死区延时1us 的时间。、H桥

9、逆变电路经由U2整流所得到的直流电压输入到H桥的VCC与GND端，Q1、Q2、Q3、 Q4四个桥臂分别通以SPWM驱动波。在输出电压Uo的正半周期时，Q1导通，Q2 关闭，Q3、Q4交替导通，在输出电压Uo的负半周时Q2导通，Q1断开，Q3、Q4 交替通断，即可得到频率一定的正弦波。滤波电路采用巴特沃斯型逆变电路，用 于滤除输出波形中高次谐波分量。、过流保护电路流经欧的采样电阻所得到的电压，经由LM358放大50倍后送入到OP07 的同相输入端，与反向输入端的电压进行比较，若电流大于设定值，则OP07输 出正向电压驱动8550、8050三极管实现自锁，KM驱动继电器常闭触点断开切断 交流电源，

10、恢复则切断继电器电源。、电源电路运放采用双电源供电，时序电路数字芯片采用5V供电，整个系统需用到 正负12V及5V电源，采用7812、7912、7805。4、系统测试与调试信号板电路的调试：1. 信号板通入正负12V及5V电源，测量电流均正常。2. 用示波器测S1点，调节VR3,应该看到正弦波,频率在50HZ左右，调VR3使 S1点的正弦波幅度在10Vpp,振荡器就基本调好了.3. 用示波器测S2点波形,可以看到馒头波，调VR1使馒头波的幅度在6Vpp, 一般大于11V就会出现削顶，这样，精密整流电路就调好了.4. 用示波器测S3点波形，也应该是馒头波，调VR4让S3点的波形幅度在4Vpp,

11、再调VR2使馒头波的谷点离开直流底线，这样，加法器电路就基本调好。接上H桥联调：1. 断开反馈稳压调节的跳线帽，也就是，让H桥处在开环状态.2. 把信号板J2和H桥连接好.3. 接上母线电源，为了安全起见，初次调试使用30V直流电，且限流保护设 定为1A。4. 把示波器的探头打在10:1档，夹在H桥AC输出的二个端子上，再接上一点 负载，使用20Q/100W的电阻.5. 接通信号板电源,H桥应该有正弦波输出.6. 细调信号板上的VR2,让正弦波上下二个半波的过渡光滑自然，没有阶梯 感;再调VR4,慢慢调大，正弦波会出现削顶，再稍回调一点，让正弦波顶部光滑自 然，这样整个系统就基本调试好了.5、

12、设计总结这次比赛的四天三夜，让人紧张而激动，看到测试结果失败时情绪落寞， 看到测试结果貌似有点接近时又让人无比欢喜激动，这就是电子设计的奇妙之 处，时而让人欢喜，时而让人忧伤。也多谢了大学生设计竞赛给我们这个平台让 我们进行团队合作，共同努力奋斗，协作钻研的机会。在比赛时我们需要有塌实肯干，锲而不舍的精神才能有机会走向成功。在 这次比赛中，我们也遇到很多困难，刚开始确定了题目的时候，本来想着是用单 片机来产生SPWM波形，结果程序调制了很久但是得出来的波形就是不完美，这 一步都不完美，后面的制作就更无法进行下去了。本身就对单片机领域不是非 常了解，没办法，只有换另一种思路了，采用纯硬件电路产生

13、SPWM波了。但是 这个过程更艰难，首先硬件电路的焊接就很困难，然而焊接完成之后得出来的波 形并不正确，这一检查过程就很复杂。虽然困难重重，但是只要我们相互协作， 相互鼓励，不放弃，团队的力量是强大的，不懂的问题就相互交流，相互探讨， 这样问题终会解决，而自身能力也会有所提高。遇到困难时，我们的心态要放好， 可以失败，但是我们不能失望，遇到问题就想办法解决问题，就算到最后不能够 成功，但毕竟我们努力过。在完成比赛的过程中， 我们遇到了很多我们不熟悉的知识，甚至有些东西都没接触过。这就需要我们自 己查找资料，自己学习消化，而我们也遇到了很多课堂上的理论知识，这就需要 我们把理论与实际想结合起来.这次比赛让我们受益颇深，学到了很多新的知识， 也锻炼了我们把理论知识结合到实际的能力。 HBBBB