基於SHE-PWM控制的DC-AC電源

2020-11-21 電子產品世界

摘要： 本文採用高性能的SHE-PWM控制晶片及帶自舉電路的驅動晶片，結合IGBT構成的逆變橋，組成了性價比極高的一種逆變電源的設計方案。輸出波形好，性能穩定可靠。並通過試驗得到驗證。

本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/176347.htm

敘詞：SHE-PWM控制 自舉 電源

Abstract： This paper uses a high-performance SHE - PWM control chip and with the bootstrap circuit driver chips, combined constitute the IGBT inverter bridge, composed of a highly cost-effective inverter design. The output waveform good performance, stable and reliable. And be verified through experimental.

Keyword：Selective Harmonic Eliminated-PWM control Bootstrap

1 前言：

以單片機和DSP為核心組成的控制電路的逆變電源，能實現電源的全數字控制，但系統較複雜，軟體工作量大，研製周期長。本設計採用一種高性能的基於SHE-PWM(有選擇性的消諧波脈寬調製)的專用控制晶片及帶自舉電路的驅動晶片，結合IGBT構成的逆變橋，組成了性價比極高的一種逆變電源的設計方案。輸出波形好，性能穩定可靠。並通過試驗得到驗證。

2 逆變器電路的構成及工作原理

2.1 系統的結構及框圖

整個系統由以下幾個部分構成：主電路、PWM產生電路、驅動電路和反饋電路幾部分組成。如圖1所示

圖1逆變器電路系統框圖

交流輸入電壓經過整流濾波後作為逆變器的輸入，逆變器採用單相全橋電路。輸出電壓通過電壓反饋到控制晶片來調節輸出以達到穩壓的目的。

2.2 自動穩壓逆變晶片的功能及引腳

使用專用集成電路可使控制電路簡單，縮小體積。本文採用鴻芯泰業公司的單相50HZ自動穩壓逆變電源SHE-PWM控制晶片，該晶片外圍電路元件少，調製比高，輸出波形好，無需編制軟體，性能穩定。SHE-PWM控制[1]是一種經過計算的PWM控制策略，基本方法是：通過PWM控制的傅立葉級數分析，得出傅立葉級數展開式，以脈衝相位角為未知數，令某些特定的諧波為零，便得到一個非線性方程組，該方程組即為消諧PWM模型，按模型求解的結果進行控制，則輸出不含這些特定的低次諧波。

圖2 中所示穩壓型晶片的引腳圖及外圍電路，晶片7-10腳輸出PWM信號PWM1～PWM4，晶片上電後，PWM1～PWM4正常輸出PWM信號，當11腳為低電平時，PWM1～PWM4輸出的信號為0000(1為高電平，0為低電平)，當11腳為高電平時，PWM1～PWM4正常輸出PWM信號。輸出的PWM信號為正邏輯。12腳為反饋控制，反饋電壓基準0.7VCC，反饋電壓與基準電壓比較來調節PWM的輸出，從而達到穩壓的目的。

圖2自動穩壓逆變晶片引腳及外圍電路

2，3腳外接晶振12MHz。其中

：3.5V～5V。

：22～33pF。

：

。

2.3 IR2101

2.3.1 IR2101性能及結構

IR(International Rectifier)公司提供了多種橋式驅動集成電路晶片，R2110、IR2101、IR2102、IR2181等。該系列晶片是雙通道、柵極驅動、高壓高速功率驅動器，在晶片中採用了高度集成的電平轉換技術，大大簡化了邏輯電路對功率器件的控制要求，同時提高了驅動電路的可靠性。同時上管採用外部自舉電容上電，使驅動電源數目較其他IC驅動大大減少，在工程上大大減少了控制變壓器體積和電源數目，降低了產品成本，提高了系統可靠性。

本文採用IR2101，該晶片採用HVIC和閂鎖抗幹擾製造工藝，集成DIP、SOIC封裝。其主要特性包括：懸浮通道電源採用自舉電路;功率器件柵極驅動電壓範圍10V~20V;邏輯電源範圍5V~20V，而且邏輯電源地和功率地之間允許+5V的偏移量;帶有下拉電阻的COMS 施密特輸入端，可以方便地與LSTTL 和CMOS 電平匹配;獨立的低端和高端輸入通道[2]。其內部結構如圖4所示：

圖3 IR2101內部結構圖

圖4 IR2101引腳

引腳7 和5是兩路獨立的輸出,分別是LO(低端輸出) 和HO(高端輸出) ,引腳1 和8分別是VCC(低端電源電壓) 和VB(高端浮置電源電壓) ,引腳4 (COM) 是低端電源公共端,引腳6是VS(高端浮置電源公共端) ,引腳2 (HIN) 是邏輯輸入控制端,引腳3 (LIN) 是低端邏輯輸入。

2.3.2典型驅動電路應用[2]

圖5 IR2101典型驅動電路

圖5 中,C2 為自舉電容,VCC 經D2、C2、負載、S2給C1 充電,以確保S2關閉、S1導通時,S1管的柵極靠C1 上足夠的儲能來驅動。

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