一款纯硬件的SPWM系统. （转）

wangyingxin · 发表于 2011-7-29 17:18:45

原帖地址：
http://bbs.dianyuan.com/topic/528344

一款纯硬件的SPWM系统.

首先说明一下,我不是搞电源的专业人士,搞逆变器完全是出于一种喜好,我没有专门学过系统的理论,所有对SPWM的认识,均学自网络,当然主要是这个电源网.xzszrs、 lizlk及其他坛中的高手就是我没有见过面的老师,也就是我是看着大家的贴子长大的.特别是钟工,他技术精湛,为人坦荡,是一位真诚的工程师,他的贴子,我不但全看,有的已经看了N遍,差不多会背了.
因为不懂单片机的编程,所以,一直热衷于硬件SPWM的研究.这款SPWM经我三次大的修改,三次PCB打样,现在基本可以定稿了,经我试装的几张样板,现在性能都很稳定.现在发这个贴子,旨在抛砖引玉,电路设计方面肯定还有很多不合理之处,请大家斧正.
本电路的正弦波信号预处理部分,我是参考了钟工的原创,这里特此表示感谢.
一,电路原理分析及部分元件的选择.
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.其振荡频率由R1 R2 C1 C2决定,当C1,C2为标准的104时,R1,R2为31.8K时,频率刚好为50HZ左右,R1,R2可以在标称电阻33K中挑选.VR3为反馈调节电位器,可以调节振荡器输出的正弦波的幅度.D5,D6为稳幅二极管.从振荡器出来的正弦波分成4路,2路进入U2A,U2B组成的精密整流电路变成馒头波;2路进入由U6A,U6B组成的同步波发生电路变成方波.
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它的4路负载.
U2A,U2B组成一个精密整流电路,其特点是,经它整流的正弦馒头波,失真很小, 能满足SPWM的要求.图中R4,R7,R8,R9,R16的阻值一定要一致,特别是R7,R9要配对(这5个10K电阻我用的是0.1%的精密电阻), 否则,出来的馒头波会上下跳动.
U3B就称它为稳压放大器: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是一个加法电路: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.
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.
在U5的输出端,接有一个高频波死区时间调整电路,由 R47,R48,C20,C21组成,这4个元件是我第三次修改时加上去的.在没有这二组延时电路时,高频波的死区时间约为100ns,接上H桥后,在开环不稳压的情况下,表现很好.但在闭环空载时,H桥有轻微的直通现象.加了这二个回路后,高频波的死区时间调整为2us,闭环空载时的轻微直通现象消失.
从U5出来的二路SPWM波和从U6出来的二路同步方波,一并送到由U7,U8,U9组成的时序编码电路进行分相编码,出来的是4路标准的SPWM单极性调制波,分别送到H桥的4个驱动电路中.
这里有一点要特别说明:我用的H桥是用4个光藕做为输入驱动的,其设计要求为“低电平有效”,如果用其它驱动方式的H桥,原则上也可以,但如果其驱动方式为“高电平有效”的话,最后一级反相器U9一定要取掉.

补充一点:电路中所有的电容,一定要用CBB电容,性能稳定,质量可靠,其它电阻最好用1%的真金膜电阻.

二,信号板电路的调试:
1.在J1上接上+15V和-15V电源,D7,D16应该亮,测一下电流,+15V应该在50MA左右,-15V应该在60MA左右,说明电路基本正常.
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12Vpp,振荡器就基本调好了.
3.用示波器测S2点波形,应该看到馒头波,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了,等接上H桥再细调.
三,接上H桥联调:
我把我用的H桥的电路也贴上来供大家参考,过载保护部分的电路没有画出来,原因是: 当初设计时没有想到取样电阻上的电流是高频脉冲电流,误当成恒定直流了,一直到PCB做好了,装机调试时才发现这个失误,所以,原来的保护电路要重新设计,花了几百元打样的PCB也做废了,但H桥主电路部分还是能用的.下面我讲一下信号板和H桥部分联调的过程.
1.先把信号板上J2插头上的第2号线断开,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,注意:为了安全起见,先不要接高压,可用低压先试,我是用一台双组0~30V,5A的稳压电源来试的,双组串联成60V,因为稳压电源一般都有恒流保护,所以比较安全.
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,我是接一个100W的36V的灯泡.
5.接通信号板电源,H桥应该有正弦波输出,灯泡会亮.
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.
四,闭环稳压的调试:
如果你只让系统工作在开环状态,那么,这一步可以不做,因为开环状态的波形失真很小,效率很高,经试验,在母线电压为52V的情况下,如果接上一个36V的灯泡,这时,母线电流为2A,也就是母线实际消耗功率为104W,测灯泡上的电流为2.79A,灯泡上电压为36V,这时实际效率为:2.79*36/104=96.5%.
如果你一定要稳压,那就再做如下几步:
1.调信号板上的VR4,慢慢调大馒头波的幅度,用示波器观看H桥AC输出端的波形,波形会出现明显的削顶,直到波形变成梯形波,停止调节,关机.
2.把信号板J2上的第2号线接通,再开机,调信号板上的VR5,让输出的梯形波幅度慢慢变小,顶部分会慢慢开始圆滑,直到整个波形又变成正弦波时停止调节,这时,系统就工作在闭环稳压状态了,你可以取掉负载,看看电压有没有升高(应该变化很小),而且在空载时也应该是正弦波.

系统工作在闭环稳压状态时,我还发现二个小问题:(1)闭环时的正弦波失真要大一点,波形有点发胖,馒头半波都有点轻微地往左歪(虽然是在可接受范围内),原因是,从取样变压器上反馈回来的馒头波的相位,和信号板上的馒头波的相位有一点点误差,我不知道怎么补偿才能解决这个问题,请有关专家指点.(2)在闭环情况下,如果走线布局处理不当,很容易在U3B上引入干扰.原先,取样调节电位器VR5是装在H桥板上的,这样送回的信号电平很低,干扰很大,后来,我把VR5移动信号板上,送回来的是21VPP的馒头波,干扰问题基本解决了.

H桥的PCB因为要重新打样,所以我没有传上来,信号板的PCB文件我传上来了,朋友们下载后可以直接去打样,如果哪个朋友去打样,不要忘记送我二片,
因为我此前已经为这块信号板打了三次样了,花了不少冤枉钱,哈哈,这样下去,只得戒烟了.信号板的PCB文件是PROTEL99的,上面还有几根网络线不要去管它,线路是没有错误的,放心用好了.因为我是刚学的PCB设计,这板信号板还算是“处女作”,走线有点难看,请大家将就着看就是了.

最后,我对还有二位朋友做一个感谢:一位是上海理工大学的ZZ教授,他是一位电子专家,特别是对运放非常熟悉,因为他初中阶段我教他过一段时间,所以,我这里只要一有运放方面的问题,我就不管他忙不忙,打一个电话过去,他也无奈,每次都是耐心做答;还有一位是杭州大蒙电子厂的ZM先生,他厂里有全套焊接设备,我做实验的PCB板,都是送到他厂里焊接的,免去了我戴着老花镜一点一点焊接的痛苦.

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点击此处下载 ourdev_661928Y5DOL5.pdf(文件大小:39K) (原文件名:原理图.pdf)

点击此处下载 ourdev_661929ZNIV1E.PDF(文件大小:24K) (原文件名:原理图2.PDF)
点击此处下载 ourdev_661930YL9D0C.PDF(文件大小:92K) (原文件名:丝印.PDF)
点击此处下载 ourdev_661931VOR7FN.PDF(文件大小:111K) (原文件名:PCB.PDF)
PCBourdev_661932CWD9KD.rar(文件大小:56K) (原文件名:3379261254365662.rar)

dory · 发表于 2011-8-1 07:57:49

哈！板凳又一个！！！

Nuist_Gwgj · 发表于 2011-8-1 08:25:03

MARK

largeboss · 发表于 2011-8-1 09:38:40

mark

lljme · 发表于 2011-8-1 10:14:54

板子的元件很整齐

hexenzhou · 发表于 2011-8-1 10:25:34

做得很漂亮。

z0586mj · 发表于 2011-8-1 10:35:05

mark

mlnet · 发表于 2011-8-2 22:01:51

非专业户做的PCB都如此美丽，让我等专业户如何生存？

Janie · 发表于 2011-8-3 15:48:04

做的pcb板子让我膜拜啊····

88488848 · 发表于 2011-8-5 14:06:23

mark 佩服

lzlym182 · 发表于 2011-8-5 16:17:10

原理图有问题，场效应管的驱动电压+15v在哪里都没体现出来。上桥臂和下桥臂的驱动都用同一个15电压，如果不是画错，上桥臂的15v的地在哪里？
楼主可否留下联系方式，因为我也是搞这方面的

kebaojun305 · 发表于 2011-8-5 16:25:18

回复【10楼】lzlym182
原理图有问题，场效应管的驱动电压+15v在哪里都没体现出来。上桥臂和下桥臂的驱动都用同一个15电压，如果不是画错，上桥臂的15v的地在哪里？
楼主可否留下联系方式，因为我也是搞这方面的
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上桥是靠自举升压的 D1 C5 D4 C6

cqfeiyu · 发表于 2011-8-5 17:11:54

不错

cqfeiyu · 发表于 2011-8-5 17:13:44

用UC3637+全桥驱动可能要简洁点

3050311118 · 发表于 2011-8-6 08:46:15

学习了

liumaojun_cn · 发表于 2011-8-6 11:46:35

mark

ZealotNH · 发表于 2011-8-6 12:52:20

这个是在线式UPS的线路结构

rifjft · 发表于 2011-8-6 13:36:27

这个转帖应该加条裤子

kdtcf · 发表于 2011-8-9 07:12:57

非常漂亮，建议置酷

wers_l · 发表于 2011-8-9 08:13:09

粗略的看了一下，楼主的好象是纯模拟电路实现的，这个水平相当不一般呀

gagmeng · 发表于 2011-8-9 08:27:38

做得很漂亮。

kingboy100 · 发表于 2011-8-9 08:32:18

mark

FlashNuk · 发表于 2011-8-9 11:37:00

工艺品，很漂亮，楼主威武！

zhangjinxing · 发表于 2011-8-9 11:59:26

mark

elchb · 发表于 2011-8-9 12:11:33

很好的帖子

loongsuns · 发表于 2011-8-9 12:42:08

精致

at90s · 发表于 2011-8-9 17:25:44

学习.

Sullivan · 发表于 2011-8-9 17:38:14

这个必须顶，厉害

msc4456 · 发表于 2011-8-11 11:01:41

电源网laoshou的东西

hclcwx · 发表于 2011-8-11 11:06:20

ding

hygs · 发表于 2011-8-11 13:06:27

学习

bingshuihuo888 · 发表于 2011-8-11 13:38:38

记号。

khuohuo · 发表于 2011-8-11 14:22:35

很漂亮。

huangdog · 发表于 2011-8-11 14:25:25

这资料太强了。。。记号记号

ganggang1875 · 发表于 2011-8-12 17:13:25

楼主好人啊，置酷吧莫大^_^

rlogin · 发表于 2011-8-13 10:20:57

里好了

wpnx · 发表于 2011-8-13 11:18:31

mark

ht203 · 发表于 2011-8-13 11:55:33

mark

ninty-nine · 发表于 2011-8-13 12:45:50

标记，学习

liumaojun_cn · 发表于 2011-8-13 13:28:53

讲得很详细

ysun2010 · 发表于 2011-8-17 21:40:47

很好，很强大！

xjsevenxy · 发表于 2011-8-29 10:38:16

mark

jamesguo37 · 发表于 2011-9-3 00:15:33

置酷

1988_coolboy · 发表于 2011-9-3 11:15:41

不错厉害，就是原理图实物图PCB板有些元件不对应，可能是楼主升级之后没有更新

xinfa190 · 发表于 2011-9-3 11:35:38

这个必须标记

Earthman · 发表于 2011-11-4 10:49:22

这个要搞多少年才能有这个水平啊

jlhgold · 发表于 2011-11-4 11:17:58

mark

10000years · 发表于 2011-11-4 12:04:20

厉害

xjsevenxy · 发表于 2011-11-30 11:55:04

mark

dgitlover02 · 发表于 2011-12-1 23:51:35

最好用ADI的磁隔离搞定，一对磁隔离可以省去你的TPL250还有自举电路，全都封装在一块小芯片。adum3220

juleo · 发表于 2011-12-2 09:18:12

电路很经典，ne555（ne556）与lm239系列构成可靠的电路，在变频设计里应用颇多

lv998127 · 发表于 2011-12-2 09:18:20

学习了

juleo · 发表于 2011-12-2 09:22:37

一直工作中设计还是用贴片较多，发热器件采取一些过孔散热措施，至于插件原件的额外性能（热特性，机械特性），还需多学习。

juleo · 发表于 2011-12-2 09:30:52

是否tpl250出来再整形一下，如用74hc14等？，可能再稳固些

juleo · 发表于 2011-12-2 09:32:33

ne555电源12V，经典！

juleo · 发表于 2011-12-2 09:38:27

c1吸收电容也很重要，不知用何品牌，这边用过国产创格的，还可以，性能一般，价格不错。

athlonz · 发表于 2011-12-6 10:04:30

mark

qingolden · 发表于 2011-12-20 13:11:13

非常出色的板子，向楼主学习。

my21cncn · 发表于 2011-12-20 16:57:11

回复【楼主位】wangyingxin
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应该是单相PWM

lmt50211 · 发表于 2012-6-6 13:47:39

又是一牛人呀

fjl888ful · 发表于 2012-6-21 11:57:10

这不是电源网你变版主老寿的帖子吗，怎么跑到这里来了？
这是他的第一个逆变器，闭环波形明显向左倒，他后面做的机器性能很好的

yz_altang · 发表于 2012-6-21 12:37:40

jihaoyixia

fjl888ful · 发表于 2012-6-21 13:35:04

juleo 发表于 2011-12-2 09:30
是否tpl250出来再整形一下，如用74hc14等？，可能再稳固些

tlp250是驱动IGBT和MOS的，驱动电流可以达到2.5A，你说的74HC14没办法驱动，驱动电流达不到，管子导通不完全，发热很严重的

gaobao_1 · 发表于 2012-7-10 15:17:52

最近也在搞这个，学习了，我用的是M8产生的spwm

Eric.Hu · 发表于 2012-7-12 17:46:50

lmt50211 发表于 2012-6-6 13:47
又是一牛人呀

多谢你把这个老帖子翻出来，以前还真没看到。
板子做的太漂亮了，还是业余的，这让专业人士情何以堪啊

bwb0518 · 发表于 2012-7-12 21:49:07

波形不错，而且美观

colinzhao · 发表于 2012-7-19 15:49:46

顶，楼主牛人

pengyouhao · 发表于 2012-7-27 21:04:17

相当不错哦

lmt50211 · 发表于 2012-9-19 15:17:06

mlnet 发表于 2011-8-2 22:01
非专业户做的PCB都如此美丽，让我等专业户如何生存？

楼主说不定也是专业户

chendaon · 发表于 2012-9-20 07:54:47

厉害，

ailipingkl · 发表于 2012-9-21 10:01:27

Mark!

hokohou · 发表于 2012-9-26 17:04:19

好贴啊，记下了

高一新生 · 发表于 2013-3-5 20:44:05

mark！

1125526801 · 发表于 2013-7-4 10:54:41

这个模电了得啊

kpzclxtx · 发表于 2013-7-4 21:25:32

牛人啊、、顶、

coolhorse · 发表于 2013-7-4 22:08:42

除了佩服还是佩服,中国民间的老前辈

Soul.art · 发表于 2013-7-4 22:37:00

这还叫非专业啊？看那一排排~简直是发烧友嘛~唉~~~~

nome · 发表于 2013-7-11 22:55:27

mark 好东西

lianyu125 · 发表于 2013-8-31 21:41:09

学习了

xd785 · 发表于 2013-9-16 10:36:42

mark

jz701209李 · 发表于 2013-9-20 21:51:47

纯硬件,高手呀

szmini2006 · 发表于 2013-9-20 22:00:26

波形真漂亮

yinhe · 发表于 2013-10-10 15:24:03

很重要，记录一下

JESTER9 · 发表于 2013-10-10 15:42:49

好东西，谢分享

kenson · 发表于 2013-10-10 15:48:24

好东西学习一下

skylinyk · 发表于 2013-10-22 16:30:29

mark 学习了

lianghao9041 · 发表于 2013-10-22 16:34:42

致敬！学习了

LZ19992005 · 发表于 2014-9-10 20:48:13

不错，谢谢奉献。

zzage · 发表于 2014-9-11 14:56:28

感谢分享。。。

kisy2000 · 发表于 2014-9-16 12:20:49

楼主能做出这样的非常不容易啊

daheshangshang · 发表于 2014-9-16 12:29:01

这个很不错，毕设时逆变电源，可惜没有早发现这个帖子

hamxiyue · 发表于 2014-9-16 13:00:17

做工真好

易尘 · 发表于 2014-9-16 13:26:03

我认真的看完了

xiangzhi28 · 发表于 2014-9-16 14:28:41

顶贴，下载认真看，让我这专业的汗颜啊

lce · 发表于 2014-9-20 09:52:42

学习了。

ArthurBruin · 发表于 2014-9-20 13:57:24

很漂亮！

chenyg · 发表于 2014-9-20 14:30:58

收藏，学习

zhq0571 · 发表于 2014-9-20 16:10:42

看看

竹风xu · 发表于 2014-9-20 22:10:13

不错，学习了！！！！

背西风酒旗 · 发表于 2014-9-20 22:15:42

学习一下

一款纯硬件的SPWM系统. （转）

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