基于SHE-PWM控制的DC-AC電源

摘要： 本文采用高性能的SHE-PWM控制芯片及帶自舉電路的驅(qū)動芯片，結(jié)合IGBT構(gòu)成的逆變橋，組成了性價比極高的一種逆變電源的設(shè)計方案。輸出波形好，性能穩(wěn)定可靠。并通過試驗得到驗證。

敘詞：SHE-PWM控制 自舉 電源

Abstract： This paper uses a high-performance SHE - PWM control chip and with the bootstrap circuit driver chips, combined constitute the IGBT inverter bridge, composed of a highly cost-effective inverter design. The output waveform good performance, stable and reliable. And be verified through experimental.

Keyword：Selective Harmonic Eliminated-PWM control Bootstrap

1 前言：

以單片機和DSP為核心組成的控制電路的逆變電源，能實現(xiàn)電源的全數(shù)字控制，但系統(tǒng)較復(fù)雜，軟件工作量大，研制周期長。本設(shè)計采用一種高性能的基于SHE-PWM(有選擇性的消諧波脈寬調(diào)制)的專用控制芯片及帶自舉電路的驅(qū)動芯片，結(jié)合IGBT構(gòu)成的逆變橋，組成了性價比極高的一種逆變電源的設(shè)計方案。輸出波形好，性能穩(wěn)定可靠。并通過試驗得到驗證。

2 逆變器電路的構(gòu)成及工作原理

2.1 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及框圖

整個系統(tǒng)由以下幾個部分構(gòu)成：主電路、PWM產(chǎn)生電路、驅(qū)動電路和反饋電路幾部分組成。如圖1所示

圖1逆變器電路系統(tǒng)框圖

交流輸入電壓經(jīng)過整流濾波后作為逆變器的輸入，逆變器采用單相全橋電路。輸出電壓通過電壓反饋到控制芯片來調(diào)節(jié)輸出以達到穩(wěn)壓的目的。

2.2 自動穩(wěn)壓逆變芯片的功能及引腳

使用專用集成電路可使控制電路簡單，縮小體積。本文采用鴻芯泰業(yè)公司的單相50HZ自動穩(wěn)壓逆變電源SHE-PWM控制芯片，該芯片外圍電路元件少，調(diào)制比高，輸出波形好，無需編制軟件，性能穩(wěn)定。SHE-PWM控制[1]是一種經(jīng)過計算的PWM控制策略，基本方法是：通過PWM控制的傅里葉級數(shù)分析，得出傅里葉級數(shù)展開式，以脈沖相位角為未知數(shù)，令某些特定的諧波為零，便得到一個非線性方程組，該方程組即為消諧PWM模型，按模型求解的結(jié)果進行控制，則輸出不含這些特定的低次諧波。

圖2 中所示穩(wěn)壓型芯片的引腳圖及外圍電路，芯片7-10腳輸出PWM信號PWM1～PWM4，芯片上電后，PWM1～PWM4正常輸出PWM信號，當(dāng)11腳為低電平時，PWM1～PWM4輸出的信號為0000(1為高電平，0為低電平)，當(dāng)11腳為高電平時，PWM1～PWM4正常輸出PWM信號。輸出的PWM信號為正邏輯。12腳為反饋控制，反饋電壓基準(zhǔn)0.7VCC，反饋電壓與基準(zhǔn)電壓比較來調(diào)節(jié)PWM的輸出，從而達到穩(wěn)壓的目的。

圖2自動穩(wěn)壓逆變芯片引腳及外圍電路

2，3腳外接晶振12MHz。其中

：3.5V～5V。

：22～33pF。

：

。

2.3 IR2101

2.3.1 IR2101性能及結(jié)構(gòu)

IR(International Rectifier)公司提供了多種橋式驅(qū)動集成電路芯片，R2110、IR2101、IR2102、IR2181等。該系列芯片是雙通道、柵極驅(qū)動、高壓高速功率驅(qū)動器，在芯片中采用了高度集成的電平轉(zhuǎn)換技術(shù)，大大簡化了邏輯電路對功率器件的控制要求，同時提高了驅(qū)動電路的可靠性。同時上管采用外部自舉電容上電，使驅(qū)動電源數(shù)目較其他IC驅(qū)動大大減少，在工程上大大減少了控制變壓器體積和電源數(shù)目，降低了產(chǎn)品成本，提高了系統(tǒng)可靠性。

本文采用IR2101，該芯片采用HVIC和閂鎖抗干擾制造工藝，集成DIP、SOIC封裝。其主要特性包括：懸浮通道電源采用自舉電路;功率器件柵極驅(qū)動電壓范圍10V~20V;邏輯電源范圍5V~20V，而且邏輯電源地和功率地之間允許+5V的偏移量;帶有下拉電阻的COMS 施密特輸入端，可以方便地與LSTTL 和CMOS 電平匹配;獨立的低端和高端輸入通道[2]。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖4所示：

圖3 IR2101內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖

圖4 IR2101引腳

引腳7 和5是兩路獨立的輸出,分別是LO(低端輸出) 和HO(高端輸出) ,引腳1 和8分別是VCC(低端電源電壓) 和VB(高端浮置電源電壓) ,引腳4 (COM) 是低端電源公共端,引腳6是VS(高端浮置電源公共端) ,引腳2 (HIN) 是邏輯輸入控制端,引腳3 (LIN) 是低端邏輯輸入。

2.3.2典型驅(qū)動電路應(yīng)用[2]

圖5 IR2101典型驅(qū)動電路

圖5 中,C2 為自舉電容,VCC 經(jīng)D2、C2、負(fù)載、S2給C1 充電,以確保S2關(guān)閉、S1導(dǎo)通時,S1管的柵極靠C1 上足夠的儲能來驅(qū)動。