1 方案论证
通过对题目的分析了解, 可将系统分为以下几部分构成系统框图。如图1所示。
1.1 DC-AC模块
图2为DC-AC逆变电路原路图, Q2与Q4, Q2与Q5不能同时导通, 否则会造成电源短路, 这是绝对不允许的。
故MOS管的驱动电路的设计。驱动电路有如下方案。
方案一:采用CMOS器件驱动MOS管。直接用CMOS器件驱动电力MOS, 它们可以共用一组电源。不过这种驱动电路开关速度低, 并且驱动功率要受电流源和COMS器件吸收容量的限制, 对MOS管的驱动具有一定的限制要求。
方案二:电路集成芯片IR2110具有独立的低端和高端输入通道, 悬浮电源采用自举电路, 在15V下静态功耗仅116mW, 输出的电源端电压范围10V~20V, 逻辑电压范围3.3V~20V, 可方便地与TTL或CMOS电平相匹配, 工作频率高, 可达100kHz, 开通关断延迟小。两种方案相比较采用方案二能够更好的实现驱动能力。
开关信号一般采用正弦脉宽调制信号 (SPWM) 。DC-DC部分采用PWM集成芯片SG3525。DC-AC部分通过将程序写入单片机中, 来产生所需要的SPWM信号。
2 理论分析与计算
2.1 DC-DC电路参数的计算
采样的反馈电压送入SG3525, 芯片自动调节频率输出PWM, 达到采样电压与给定电压相等。
通过改变SG3525输出的PWM频率, 通过外部电阻调节可以改变反馈系数和反馈电压。为了保证驱动后斩波输出电压为30V, 通过实验调试选择了Rt=3.38 kΩ, Ct=4700Pf, 此时输出电压可以稳定在30V。可以根据公式:
算出频率值。通过外部电阻的选择为死区时间的调节, 防止逆变桥上下桥臂直通, 阻值值选为200Ω, 因此可以计算出f的值为84.1kHz。可以保证最大功率点的追踪。可以满足设计要求。
2.2 同频同相控制
同频率的控制方法主要是针对模拟电网进行采样, 通过单片机对其电压上升沿捕捉, 通过周期变化进行判断, 计算得出频率值, 产生与之同频率下的SPWM占空比值即正弦表, 反馈后输出的频率与模拟电网频率进行比较, 从新获取数据偏差, 调整频率。对其偏差进行校正。通过采样获取实时数据, 从而跟踪相位。
2.3 滤波参数计算
滤波电路参数的选择要满足减少纹波, 失真度较小, 波形相对稳定。通过比较当电感值为3mH电容值为10uf时, 波形相对稳定纹波较少。可得到截止频率为:
3 硬件电路设计
3.1 DC-AC电路设计
(1) DC-AC主电路。采用全桥逆变电路电压为直流电压的0.9倍。本系统采用了电压型全桥逆变电路, 四个桥臂由N沟道MOS管组成, 其型号选为IRF540。
(2) DC-AC驱动电路。控制逆变电路信号为单片机产生的SPWM信号, 由单片机产生的SPWM信号经过光耦隔离, 使控制系统更安全。将输出的一路SPWM信号通过反相器变为两路信号, 节省单片机资源, 很容易得到两路SPWM信号, 使电路简化。分别将两路SPWM信号经过死区时间设置电路, 由死区电路输出作为芯片输入, 控制驱动芯片。
3.2 保护电路
(1) 电流采样电路。通过电流检测电路来检测电流互感器传来的电流, 由单片机及时反馈给用户, 即时判断电流是否过流。从而进行过流保护控制。 (2) 欠电压电路保护设计。通过对输入电压进行采样送入单片机内, 当电压低于规定电压时则动作。
4 调试
4.1 测试方案及测试条件
将系统程序下载到单片机当中, 硬件部分和软件相结合, 使用示波器、信号发生器、万用表、直流电源等仪器, 在实验室操作台上, 对要求测试的点进行测试并记录。系统在空载和负载为30Ω两种情况下进行测试。
4.2 测试结果与分析
通过表1中所示的测试结果与给定值分析相差在允许范围内, 但是存在一定的文波和波动, 由于周围环境误差和器件的精度以及选择器件的参数都存在一定误差, 及硬件电路开关次数较多。
摘要：本装置主要以AVR单片机为核心, 通过SG3525芯片完成DC-DC稳压电路, 有单片机产生的SPWM波形完成DC-AC逆变并网。SPWM波形, 经光耦将主电路与控制电路隔离后将信号由一个非门变为两路互补SPWM波形作为IR2110驱动芯片的输入, 两个IR2110输出控制逆变环节的MOS管导通。使整个系统能够稳定的工作规定范围内, 通过采样环节, 可以做到实时的调整。也可以通过采样电流的信号对系统的过电流进行保护, 设置了欠电压工作点, 通过这些环节, 使系统在出现故障后能够有良好的保护。
关键词：IR2110,SPWM,DC-AC
参考文献
[1] 黄俊, 王兆安.电力电子技术 (第4版) [M].北京:机械工业出版社, 2000.
[2] (美) Abraham, Pressman[著], 王志强, 等[译].开关电源设计 (第2版) [M].北京:电子工业版社, 2005 (9) .
[3] (美) Muhammad.Rashid[著], 陈建业, 等[译].电力电子技术手册[M].北京:机械工业出版社, 2004 (6) .