单相正弦波变频电源Word下载.docx
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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..........................................................................................................3
1设计任务与要求..................................................................................4
1.1设计任务......................................................................................4
1.2设计要求......................................................................................4
2方法比较与论证..................................................................................4
2.1方案设计......................................................................................4
2.2方案论证......................................................................................4
2.3方案对比......................................................................................4
3硬件设计............................................................................................5
3.1文氏电桥振荡器.........................................................................5
3.2精密整流电路、加法电路..........................................................5
3.3SPWM波发生器、同步波发生电路…………………………6
3.4时序电路………………………………………………………..7
3.5H桥逆变电路……………………………………..……………7
3.6过流保护电路........................................................................8
3.7电源电路......................................................................................8
4系统测试与调试................................................................................9
4.1信号板电路的调试......................................................................9
4.2接上H桥联调...............................................................................9
5设计总结........................................................................................10
1、设计任务与要求
1.1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U1=220V,变频电源输出交流电压UO为36V,额定负载电流IO为2A,负载为电阻性负载。
图1单相正弦波变频电源原理框图
1.2设计要求
(1)输出频率范围为20Hz~100Hz,UO=36±
0.1V的单相正弦波交流电。
(2)输出频率fO=50±
0.5Hz,电流IO=2±
0.1A时,使输出电压UO=36±
0.1V。
(3)负载电流IO在0.2~2A范围变化时,负载调整率SI≤0.5%。
)
(4)负载电流IO=2A,U1在198V~242V范围变化时,电压调整率SU≤0.5%。
(5)具有过流保护,动作电流IO(th)=2.5±
0.1A,保护时自动切断输入交流电源。
(6)IO=2A,UO=36V时,输出正弦波电压的THD≤2%。
(7)IO=2A,UO=36V时,变频电源的效率达到90%。
(8)其他。
2、方法比较与论证
2.1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
2.2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。
2.3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
3.1、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.
3.2、精密整流电路、加法电路
U3B为稳压放大器:
从精密整流电路出来的馒头波进入U3B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2.5V.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.
3.3、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.
3.4、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。
3.5、H桥逆变电路
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。
3.6、过流保护电路
流经0.01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,恢复则切断继电器电源。
3.7、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
4.1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,再调VR2使馒头波的谷点离开直流底线2.5V,这样,加法器电路就基本调好。
4.2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.
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- 单相 正弦波 变频 电源