零散学习笔记(一)----单相逆变电路设计

这几天帮别人设计然后画一个电路图,只设计电路图,没有具体实现功能。这题是一道电赛题,大家都知道设计一个电路简单,但是要具体实现功能可不是那么简单的。而本文章是最简单的一部分—电路部分,不涉及程序部分和调试。


AC-DC电路设计

电源输入电压为220V交流电压,在一般设计中只要是输入为220V交流电肯定需要将交流电转换成直流电压。一般有两个方法:

  • 模电方法:使用转换电路——整流(几个二极管组合起来把正负电压变成单向)–滤波(使波形平滑)–稳压(固定输出)–直流电压
  • 数电方法:使用DC-AC芯片进行转换(博使用的芯片是EA15-S24)

以上两种方法应用的场景有所区别。当设计电路的要求是大电流时,就必须使用模电方法,这样设计的器件的耐流值才能保证。而数电方法,芯片的耐流值一般都不高。本设计中的芯片EA15-S24的最大电流为625mA


5V、12V辅助电源

在电源设计中,都要使用辅助电源得到5V、-5V,12V、-12V电压来为芯片供电以及驱动。在选择降压芯片时,一般有两种工作方式:

  • LDO(Low Drop Out Voltagere Gulator),低压差线性稳压器,仅能使用在降压应用中,即输出电压必须小于输入电压。

    优点:稳定性好,负载响应快,输出纹波小。

    缺点:效率低,输入输出电压差不能太大,负载不能太大,目前最大的LDO为5A。

  • DC-DC,直流电压转直流电压,更多指开关电源。具有多种拓扑结构,如BUCK(降压电路),BOOST(升压电路),等。

    优点:效率高,输入电压范围较宽。

    缺点:负载响应比LDO差,输出纹波比LDO大。

以上两种根据不同的需求来选择。辅助电源一般用于给芯片供电,要求稳定好,纹波小,因此选择LDO。DC-DC一般用于对效率有要求的需求。


光耦隔离电路

​ 隔离电路隔离的主要目的是通过隔离元器件把噪声干扰的路径切断,从而达到抑制噪声干扰的效果。在采用了电路隔离的措施以后,绝大多数电路都能够取得良好的抑制噪声的效果,使设备符合电磁兼容性的要求。隔离方法有:变压器隔离法、脉冲变压器隔离法、继电器隔离法、光电耦合器隔离法、直流电压隔离法、线性隔离放大器隔离法、光纤隔离法、A/D转换器隔离法等。

在本设计中采用光耦隔离法,本设计采用单片机输出SPWM波来得到正弦波电压,因此隔离电路最大的作用用于防止纹波电压较大,通过I/O口烧毁单片机。


SPWM驱动电路

​ SPWM驱动电路位于主电路和控制电路之间,用来对控制电路的信号进行放大的中间电路(即放大控制电路的信号使其能够驱动功率晶体管)。

驱动电路的作用:将控制电路输出的PWM脉冲放大到足以驱动功率晶体管—开关功率放大作用。

本设计SPWM驱动选用IR2110芯片

单相逆变电路

​ 单相逆变电路如图所示:

​ 电压型全桥逆变电路可看成由两个半桥电路组成而成,共4个桥臂,桥臂1和4为一对,桥臂2和3为另一对,成对桥臂同时导通,两对交替各导通180度。即分别对V1与V4同时导通,V2与V3同时导通。

在本设计中选择使用电路如下所示。


整流电路

单相逆变电路得到的交流转换成直流得到有效电压值。


差分放大电路

AD采样范围一般在0-3.3V,通过使用差分放大电路将电压值转换成AD能采样的范围。


AD采样电路

对输出电压进行采样,反馈给单片机,然后通过PID算法来控制输出电压。

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