小功率三相变频电源的设计

小功率三相变频电源的设计,第1张

 

  在实验室中或者在家庭的某些特殊场合经常会用到三相交流电源,而如果室内配电没有三相电源,那么就会给我们的实验或者生活带来很大的麻烦,针对此问题,本文提出了一种简单并且易于实现的三相逆变电路,可以输出三相变流电,并且具有输出电压以及输出频率等参数可以灵活调节的特点。

  1 设计原理

  传统的方式是用晶体管变压器购成自激振荡电路,再通过变压器的次及输出。以这种方式实现的电路由于晶体管工作在线性状态,所以通常效率较低。本文将介绍一种数字方式实现的逆变电源,相比传统的方式效率有很大的提高,而且应用中也更加的灵活方便,电路工作过程中也更加的稳定可靠。总体的设计思路如图1所示。

  

小功率三相变频电源的设计,第2张

 

  本系统由一个稳压的直流电源供电,可以解决AC变换器设计稳压电路困难的问题。桥式功率输出级在SPWM信号发生模块的控制下,输出占空比随时间变化方波。如果再用LC低通滤波器把SPWM中的载波滤掉就可以得到正弦信号。

  直流稳压电源的电压决定了输出交流的电压,交流电的输出电压UO与直流供电电压UD府在下面的关系:

  即直流供电电压取要输出交流电压的峰值,在重负载的情况下可能取值还更大一点。

  基于上述的理论,要实现设计主要的工作就是SPWM信号的产生以及功率输出级的设计。

  2 电路的实现

  2.1 SPWM信号的产生

  首先,要产生三路SPWM信号,并且这三路信号要彼此有120°的相位差。这部分可以用FPGA或者MCU编程实现,用软件来实现可以非常灵活地实现各种控制,为本设计实现输出频率可调节,调制的载波的频率可调节提供了方便。

  本设计采用单片机XC164S定时器硬件来产生精确的SPWM信号。定时器T12配置为循环模式,通过改变定时器的初始值,可以改变PWM的周期,从而可以控制电机的转速。同时T12的三路通道比较模式可以装入三路相位差为120°的比较值,同时每路的比较的输出值设置成两个不同的翻转,这样就可以控制上下两个MOS管的导通,同时通过设置死区时间,可以使一个桥臂上两只MOS管不同时导通,保护MOS管不被损坏。

  2.2 MOS管驱动

  对于这种全桥电路,要驱动下桥臂的MOS管是比较容易的,而要驱动上桥臂的MOS管就要麻烦一点,在这里选用MOS专用驱动芯片一IR211 3来完成,实际应用的电路如图2所示。

  

小功率三相变频电源的设计,第3张

 

  在图2中,Hin、Lin、SD为控制信号输入端,分别对应上下桥臂的打开和关断以及整个电路的关断。OUT为三相当中的一相输出端。因为是三相全桥,所以要做三个这样的电路。

  在本设计中功率MOS选用IR公司的高压大功率MOS管IRFP460,其耐压为500V,最大电流为23A。基本上可以适应大部分应用场合的要求。

  

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