SG3525的純硬件SPWM驅(qū)動板制作實例
用單片機產(chǎn)生SPWM是很方便的,也是今后發(fā)展的趨向,但單片機不是人人都能駕馭的,象我這樣的不懂單片機編程的人很多,就是能編程的,也不是人人都能寫出好的SPWM程序來。當然,用單片機的SPWM具有性能穩(wěn)定,一致性好等優(yōu)點。所以,我覺得用單片機的SPWM比較適合做產(chǎn)品,如果要玩的話,可能還是純硬件具有挑戰(zhàn)性。就象現(xiàn)在的汽車有了自動檔,但也有很多人還是喜歡開手動檔,認為只有手動檔才有駕駛的感覺云云。
本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/231356.htm這幾天做的這款用3525的硬件SPWM驅(qū)動器,有如下特色:
1.取消了雙電源,用單電源12V供電,供電比較簡單;
2.解決了文氏振蕩器的溫漂問題,現(xiàn)在我用1000W電吹風吹它,它的幅度變化在0.1Vpp左右,而第一版電路,在電吹風下要變化40%;
3.提高了正弦波的精度,用失真儀測第一版的正弦波,失真在2.5%以上,難怪看上去波頭都有點歪,現(xiàn)在的正弦波精度提高到0.4%,經(jīng)還原后的失真度在0.7%左右,波形很漂亮了。
4.改進了穩(wěn)壓電路,第一版采用的是用誤差放大器穩(wěn)壓,主要是一個相位差的問題難解決,穩(wěn)壓精度很低。現(xiàn)在,我用了直流反饋的方式,用電壓控制的放大器來閉環(huán)穩(wěn)壓,精度大大提高,如果其它元件選取合理,輸出電壓可以穩(wěn)定在正負2V之內(nèi)。還有一個好處,因為用了直流反饋穩(wěn)壓,所以反饋電路的干擾大大的減小了,調(diào)試也顯得十分簡單。
5.有商用價值,廣州那邊,已經(jīng)有人用我的這個圖紙把電路封裝成厚膜電路,用在商用逆變器上。
一、用虛擬雙電源電路
第一版中的電源,采用的是+-12V雙電源供電,其優(yōu)點是:可以輸出幅度比較大的正弦波,但這個幅度實在是有點浪費,因為輸入到3525的饅頭波幅度只要2.3VPP就夠了。雙電源的缺點是,供電電路比較麻煩,我在500W純硬件逆變器中,是在前級的主變壓器上加了二個繞組再整流濾波獲得,當然,也可以用34063二個,來獲得雙電源。我研究了鐘工的早幾年的幾個貼子,發(fā)現(xiàn)他在純硬件電路中,很多采用了虛擬雙電源的技術,為此,我就拿來用了,確實比較方便,電路圖如下:
圖中用了一個單元的運放,可以用動態(tài)比較大一點的運放:如5532,082,084等,正向輸入端用二個電阻分壓,獲得6V的電壓,因為反向輸入端和輸出端相聯(lián),接成跟隨模式,所以輸出端也為6V,這個6V端就是一個虛擬的“地”,而真正的地線此時變成了-6V,+12V端變成了+6V。這個驅(qū)動電路中的“文氏振蕩器”、“精密整流”、“直流壓控放大器”、“50HZ同步方波”這四部分,是工作在“虛地”即虛擬雙電源方式下,而“3525”、“時序”、“死區(qū)”幾塊電路是工作在真地模式下的。
二、改進文氏電橋振蕩電路
文氏電橋振蕩器,因為其電路簡單,波形比較好,起振容易,所以有廣泛的應用,但它的幅度穩(wěn)定性很不好,下面是典型的電原理圖:
我在網(wǎng)上找來找去,一般都是用EFT場效應管做成壓控電阻來控制振蕩器的增益,達到穩(wěn)幅的目的。但電路復雜,在用電吹風吹時候,因為場效應管的熱穩(wěn)定性問題,輸出幅度會大幅度上升。下圖為我的第一版的用的電路:
我把它的輸出調(diào)到4VPP,但用1000W電吹風一吹,10幾秒鐘幅度就從4VPP降到2.6VPP左右,但頻率沒有變化,所以,這個電路要實用有一定困難。我分析了其中的原因,原來是二個穩(wěn)幅二極管,在溫度上升后,導通內(nèi)阻發(fā)生變化,使電路增益下降,最終導致輸出幅度變化。所以,要其輸出幅度穩(wěn)定,首先要使電路的增益穩(wěn)定。
如果,我們把上圖中的R5,R4和二個二極管看成是一個電阻RL,那么,整個電路的增益就和RL和R3的比值有關,如果溫度上升,RL就減小,電路增益就下跌,要使整個電路增益不變,就必須R3也同時減小。為此我用了下面的電路:
用R26.R28.R29來代替原來的R3,當溫度變化時,熱敏電阻R29的阻值同時變化,來達到穩(wěn)定整個電路增益之目的。我用的R29是一種玻璃封裝的熱敏電阻,也是在淘寶上買的,型號不詳,在25度時,阻值大約為100K左右,在70度時,阻值在26K左右,是屬于負溫度系數(shù)的產(chǎn)品。見下圖:
R28是用來補償熱敏電阻的變化速率的,可以用電吹風試驗,在溫度上升時,如果電路輸出還是下降,說明補償不夠,可以加大R28的值,如果輸出變成上升了,說明補償過度,可以減小R28的值。
經(jīng)改進后的文氏電橋振蕩器,輸出幅度變得非常穩(wěn)定,我曾把整個電路放進-5度的冰箱,再放進55度的烘箱,電路輸出幅度變化都控制在0.2VPP之內(nèi),如果是一般的使用環(huán)境,可以控制在0.1VPP左右。
三、提高基準正弦波的精度:
第一版的正弦波,看上去波頭總有點歪,我后來買了失真度儀,就用失真儀測了一下,真是大跌眼睛,發(fā)現(xiàn)失真度在2.7-3%左右。經(jīng)檢查,發(fā)現(xiàn)是從振蕩電路出來的波形就有問題了。后來認真研究了文氏電橋振蕩電路的工作原理,發(fā)現(xiàn),輸出越大,失真越厲害,輸出再加大,就越接近方波了,我發(fā)現(xiàn),只有當把輸出控制在4VPP以下時,失真度最小,在0.4%左右,如果輸出繼續(xù)減小,失真度也沒有減小了,而且輸出太小,就有停振的可能了,所以,我認為,4VPP是一個比較好的輸出值。
下圖是第一版的波形,波頭有點往左歪:
四、用直流反饋做AC穩(wěn)壓
第一版電路中穩(wěn)壓方式用的是“誤差放大器控制法”,這是一種比較“專業(yè)”的電路,要設計得好,象我這樣的菜鳥有一定的困難,我總結了一下,有如下問題比較頭痛:
1.反饋回來的必須也是饅頭波,但在強電壓輸出條件下,干擾很難避免,一般只能在整流之前加強濾波,整流電路也很麻煩,如果要求高的話,也要用精密整流電路,我曾因“偷懶”用了4個4007進行整流,得到饅頭波。
2.反饋回來的饅頭波和原始饅頭波之間有相位差,要進行補償,這就不是一句話說得清楚的事了,太麻煩了。
3.誤差放大器的增益很難控制,放大量小了,穩(wěn)壓效果不好,放大量大了,很容易自激。
為此,我一直在想,能不能象單片機的SPWM驅(qū)動那樣,也用直流反饋方式來進行穩(wěn)壓。這就必須要有一種電路,可以用直流控制增益。我在網(wǎng)上找過,有很多種專用的運放,可以用直流控制增益,但大多數(shù)是用于儀器儀表的,輸出幅度很小,價格昂貴,肯定用不了。只有一個MC3340,價格在6元左右,我曾買來試裝過,它可以用直流控制增益,電路如下:
經(jīng)實際試用,發(fā)現(xiàn)有二個問題比較麻煩:
1.它的輸出和控制電壓之間,并不是成很好的線性關系。
2.它的反應速度很慢,也就是控制電壓變化后,輸出并不是馬上跟著變化,而是有一個延時,用在穩(wěn)壓反饋電路中很不舒服。
3.附加失真太大,有0.8%-1%,也就是一個失真為0的信號進去,出來就有0.8-1%的失真了。
我曾經(jīng)試裝了二塊用MC3340的的驅(qū)動板,感覺要用在逆變器電路中,還是不行,只得放棄了3340,決定另找途經(jīng)。
下圖是我在網(wǎng)上找到的,用結型場管做壓控電阻來調(diào)整增益的電路,類似電路還有很多
經(jīng)試裝,它確實能用電壓控制增益,反應也很快,但還有二個問題需要解決:
1.在輸出信號幅度較小時,放大器非線性失真嚴重,輸出正弦波很難看?!?/p>
2.在溫度變化時,因為結型場管的內(nèi)阻變化,放大器輸出幅度變化明顯。
為此,我在運放的正反輸入端各接了一個結型場管,用來抵消非線性失度和溫漂,圖如下:
經(jīng)改進后的電壓控制放大電路,性能很好:
1.有很大的動態(tài)范轉,輸出可以從0V起調(diào),一直到10VPP(因為沒有用軌至軌的運放)。
2.線性很好,
3.反應迅速,沒有延時的感覺。
4.附加失真很小,只有0.2%左右,也就是一個失真為0的信號進去,出來也只有0.2%的失真度。
下圖為我實驗測得的數(shù)據(jù),做成的圖標
有了這款放大電路,用來做正弦波的幅度調(diào)整,就游刃有余了,如果要做一臺,可以從零伏起調(diào)的逆變器,從原理上來講也是沒有什么困難的。
五、同步方波電路
在時序電路中做選通用的同步方波電路,如下圖:
這個電路實際上是二個過零電壓比較器,該電路也是工作在“虛地”狀態(tài),從1P和7P出來的是正負6VPP的方波,而后面的時序電路卻是工作在“真地”狀態(tài),所以,這個正負6VPP的方波信號,對“真地”來講,就是一個0-12V之間變化的方波,因為這個巧妙的設計,所以,取消了原先第一版電路中后面的二極管直流箝位電路,比第一版要省掉6個元件。
六、減法電路
在第一版電路中,因為所有模擬電路都是用雙電源供電的,從精密整流電路出來的饅頭波信號,是從0V起開始上升的,為了適應3525的輸入要求(要求為0.9V起開始上升),所以要在3525的輸入端之前,加一個加法電路,把饅頭波往第一象限方向上移0.9V,所以,加法電路也稱為移位電路。
在這款電路中,因為精密整流電路是工作在“虛地”模式下,它輸出的饅頭波信號,對“真地”來講,是從6V起開始上升,為了適應3525的輸入要求,就必須把下面的6V直流電位減去5.1V,所以,這里就不能套用第一版的加法電路,而必須用一個減法電路才行。在第一版電路中,3525的誤差放大器是放棄不用的,這次,我把3525的誤差放大器利用了起來,接成一個減法電路,調(diào)整R16就可以調(diào)整下面直流電位的高低,可以讓饅頭波信號在第一象限任意移動。
其等效電路如下:
七、元器件選擇及PCB布線要求:
1. 圖中所有的運放,建議采用NE5532TL082TL084等動態(tài)范圍比較大的運放,我試過用358或324等運放,帶來的問題是穩(wěn)定要差很多,還有,通過壓控放大器后,失真會變大。
2.穩(wěn)壓電路壓控放大器上用的二個場管,一定要用結型場效應管,不能用增強型的MOS管,早期的型號有3DJ6等,我用過東芝的2SK30A,效果比較好,貼片的可以用MMBFJ310或309,效果也很好。二個管子一定要用同一型號的,以保證特性的一致。
3.熱敏電阻的要求上面已經(jīng)有說明,也可以用其它熱敏系數(shù)的熱敏電阻,只要調(diào)整一下R28就可以了。
4.PCB布線有一定要求,因為整個電路既有模擬電路,又有數(shù)字電路,所以,供電要分開,圖中+12是供給模擬電路的,VCC是供給數(shù)字電路的,模擬和數(shù)字的地線要分開走,在電解C25的負極匯總。
5.如果輸出部分不用250光藕,用IR2110之類的,則IC107要換成CD4081。
6.精密整流電路中的R10、R11要用萬用表測一下,盡可能配對,確保阻值相同,否則出來的饅頭波有高低。
下圖是為了測試純硬件驅(qū)動板,專門做的H橋,上面有一個4路隔離電源。
這個隔離電源比較簡單,性能能夠滿足一般的使用要求,在設計時得到正弦芯大師的指點,特此感謝!
TOP104工作時比較熱,所以散熱片要盡可能大一點
以上是在實驗中的設計圖形
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