基于TDS2285的正弦波逆變器設計

陳萍+劉西安

摘要：針對無線電能傳輸設備對逆變器更加嚴謹的需求，設計了一種性價比較高的正弦波逆變器。采用純硬件電路，其推挽升壓電路是由SG3525芯片生成PWM信號來控制的，全橋逆變電路是由TDS2285輸出SPWM信號來控制。該設計與傳統的逆變器比較，具備控制電路設計簡單、成本較低且逆變波形完美、電流畸變率低等優點。

關鍵詞：逆變器；PWM；SPWM

中圖分類號：TP393 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2018）02-0034-02

逆變器，英文名稱為Inverter，主要工作功能是把直流電轉換成交流電。隨著電力電子技術的不斷發展，逆變器也廣泛應用于日常生活中，如空調、電腦、電視、風扇、照明、錄像機等設備。與此同時，電源質量的指標要求也不斷的提高。為了滿足這種需求，研制了一種由純硬件來實現的正弦波逆變器。與軟硬件結合的一般逆變器相比，省去了編程環節，具有性能穩定，反應迅速，不會死機的特點。按照先用升壓斬波電路將直流電壓轉換為另一種直流電壓，再利用H橋逆變器電路將得到的新直流電壓逆成為所需要的正弦波交流這種工作原理。采用 PWM控制芯片 SG3525 作為主控芯片，來控制升壓斬波電路。采用純正正弦波逆變控制TDS2285 作為主控芯片來調節H橋逆變電路。并對裝置的所有功能需求做了相應的設計，使逆變器運行安全高效。

1 系統組成

升壓和逆變是逆變電源最主要的兩個功率變換環節，主要有兩種形式可以實現此性能：一種是先進行全橋逆變輸出，再進行隔離升壓輸出，為此得加一個工頻變壓器，相對增加了電路的體積、重量和設計成本，且其噪聲影響較大。另一種是采用兩級式級聯結構，輸入直流電壓經過整流升壓變換后再進行逆變輸出，與第一種方式相比，由于省去了工頻變壓器，相對減小了系統的體積、重量和噪聲污染，并且其轉換效率比第一種方式高，因此裝置選用第二種實現方式。

本設計整個逆變器由升壓電路、SPWM 波形發生電路、死區電路、驅動電路、H 橋逆變電路組成。該裝置運用12V的蓄電池作為直流電源，利用逆變器將該蓄電池電壓轉換成220V/50Hz的交流電。

2 硬件電路設計

2.1 DC-DC升壓模塊設計

在硬件電路DC-DC升壓模塊設計中，分析了主電路工作原理，并結合設計需求選取元件參數，并對反饋電路、保護電路、控制電路和高頻變壓器進行了全面合理的設計。該逆變器升壓電路是利用SG3525芯片來搭建的。此芯片是電流控制型PWM控制器芯片，其內部結構圖是由振蕩器、PWM 比較器、誤差放大器、基準電壓源、觸發器、鎖存器和輸出驅動等部分組成。該芯片的工作原理是在芯片內部有一個誤差放大器和一個脈寬比較器。誤差放大器用來輸出信號，脈寬比較器用來比較輸入端的線圈信號和誤差放大器的輸出信號。通過對PWM波占空比的跟蹤和控制。可以實現控制誤差電壓信號的變化的同時該脈寬比較器的輸出電流也會跟著變化。SG3525可以在0-3000KHZ的寬范圍頻率中正常工作，在12 V標準輸入電壓下，輸出可以達到360 V。SG3525可以輸出兩路互補的方波，分別由11和14管腳輸出。之后，需要進行整流則用了個全橋整流橋。開關管交替輪流工作輸出電壓波形具有對稱性，在DC—DC升壓模塊中變壓器的作用是非常重要的。低壓脈沖使脈沖變壓器升到預定電壓值，在經過脈沖整流濾波電路獲得高壓直流。

2.2 DC-AC逆變模塊設計

在硬件電路DC-AC 逆變電路的設計中。首先對主電路的工作原理和控制原理進行相應的分析，然后確定主電路中的元件參數，根據需求設計了控制電路和驅動保護電路。此逆變電路是采用TDS2285芯片來實現SPWM 控制的。此芯片是一款基于 PIC 單片機開發的純正弦波逆變控制芯片，由5V電源供電，20mA 輸出引腳連續負載能力。該芯片內部構成電路簡單，有短路保護電路，可以控制交流電壓、電流反饋，同時可以完成工作狀態指示，并且精度可以達到20位。TDS2285芯片先經過改良的雙極性SPWM調制，再經過外部死區時間生成后，輸入經MOSFET和IGBT.驅動電路至H逆變橋電路，輸出經過簡單的濾波即可得到高品質的純正正弦波電源。

TDS2285最大的特點是該芯片的核心電路很簡單。主要體現在三方面。第一，它是用程序產生SPWM波的芯片，所以省去了產生SPWM波的外部電路。第二，反饋電壓調節器是取輸出回路的直流信號經整流進行穩壓的，所以穩壓調節電路也非常簡單。第三，不需要考慮相移補償，所以電路大大簡化，元件的數量也大大減少。

3 實驗結果

前 級 DC-DC 電 路 采用SG3525 芯片產生的 PWM 波 形 如 圖 3所 示 ，輸出兩路互補的 PWM 波形。

后 級 實 驗 波 形 主 要 為 SPWM 的 測 試 和 交 流 輸 出 的 波形，如圖4所示為兩上橋臂 SPWM 互補驅動信號。 均無毛刺，可知 SPWM 波形輸出良好。

4 結束語

在無線電能傳輸技術的研究中，高頻逆變電路的設計是一項難點，為了研制一種相對傳統逆變器來說，控制電路設計簡單，成本較低且逆變輸出波形品質好的一種性價比較高的正弦波逆變器。本文設計了一種能達到要求的逆變器，其正弦波逆變器中的推挽升壓電路選用芯片SG3525生成PWM信號來控制，全橋逆變電路采用單片機TDS2285產生SPWM信號來控制。該逆變裝置能夠適應高溫環境，滿足電子裝置的用電需求、技術復雜程度。對無線電能傳輸技術具有重要的應用價值。為了驗證設計方案的可行性，搭建了一臺無線電能傳輸裝置實驗樣機，進行了相應的系統測試。分析了系統的 PWM 驅動波形和 SPWM 驅動波形，以及不同功率負載時的輸出電壓、頻譜響應等。實驗結果證明本文設計的逆變器輸出波形圓滑而規整，所以基本可以達到預期的目標。

參考文獻：

[1] 徐順剛，許建平，曹太強.SPWM逆變電源輸出諧波分析及抑制方法研究[J].電子科技大學學報，2010，39（5）：701-705.

[2] 譚寶成，崔佳超.大功率車載交流電源的設計與研究[J].電子設計工程，2014，22（20）：149-152.

[3] 薛轉花.開關電源中直流輸出濾波電感的設計[J].微電子技術，2006（16）：126-128.

[4] CHUN Y T，CHU D P.Overview of one transistortype of hybrid organic ferroelectric non—volatilememory[J].Instrumenttation，2015，2（1）：65-74.endprint