我是一名在校學(xué)生,接觸學(xué)習(xí)開關(guān)電源接近一年了,做過Back以及Boost電路以及PFC電路,今年全國大學(xué)生電子設(shè)計大賽做的電源題目,當(dāng)時比賽的時候用的集成芯片,EG8030,來做的,效果還算可以,現(xiàn)在打算開個帖子,試一下用純硬件來做三相逆變,在做之前,先搭建一套單項逆變,因為之前沒有做過,所以這不是一個分享帖,更希望是一個討論帖,還希望各位大佬多多指點迷津,小弟在此謝過。
【我是工程師第四季】之我想當(dāng)工程師(純硬件搭建單項逆變以及三相逆變摸索)
謝謝大家的支持,因為現(xiàn)在上大三,平時也參加一些比賽,學(xué)校也有一些事務(wù),時間可能沒有那么充足,但是我一有時間就會更新帖子,現(xiàn)在從頭開始。先介紹一下,pwm波與spwm的區(qū)別
pwm波,說白了,就是矩形波(方波是占空比為50%的矩形波),脈沖寬度調(diào)制技術(shù)也就是通過改變此矩形波的占空比來控制電路。比如Buck電路(降壓電路)與Boost電路(升壓電路)。輸出電壓可以用輸入電壓以及占空比的某種數(shù)學(xué)關(guān)系來計算出來『Buck電路Vo=Vi*Ton,Boost電路Vo=Vi*(1-Ton)』既然說改變占空比,那么是怎么改變占空比的呢,那就是要根據(jù)采樣來改變占空比,改變占空比是為了干什么呢,拿Buck恒壓電路舉例說明,當(dāng)輸出電壓由于負(fù)載的各種因素引起波動(舉例:增大)時,電壓采樣就會改變(變大),由控制電路產(chǎn)生的方波占空比就會改變(變?。?,來穩(wěn)定輸出電壓不變,由公式可證。在這里就不再細(xì)說Back電路與Boost電路的工作原理了,我會在從新開一個帖子說一下,我一開始學(xué)習(xí)Back電路的心路歷程。
spwm波,說白了也還是矩形波,也是通過改變占空比來控制電路,但是spwm與pwm的區(qū)別在于spwm的占空比改變方法與pwm不一樣,前面說了,pwm改變占空比的方式是根據(jù)采樣來改變的,那么spwm波改變占空比的方式是什么呢,我們可以先來看一下spwm波長什么模樣,如下圖,從波形來看,spwm的占空比先變大,再變小,又變大,又變小,以此循環(huán),根據(jù)數(shù)學(xué)知識我們不難發(fā)現(xiàn),spwm波的占空比是按正弦規(guī)律來變化的。這樣的電路怎么產(chǎn)生呢,我們說到,pwm波控制的Buck電路可以通過比較器以及一些其他分離元件搭建出來,那么spwm波可不可以用分離元器件搭建出來呢,這也就是下面需要說到的spwm波的產(chǎn)生方式。spwm波的產(chǎn)生方式有很多種,這里我們主要來討論一下硬件調(diào)制法。
不行了,這個點該睡覺了,這次就先更新到這里,等明天或者是后天再更新硬件調(diào)制法。
寫的不好,都是自己一個一個打出來的,有很多地方可能理解不夠深刻,還希望各位大佬多多指教。

在講解spwm波之前,我們先來說一下pwm波。以及如何使用硬件搭建pwm波。
之前提到過,所謂pwm波也就是矩形波,這里我們很容易聯(lián)想到方波,他們?nèi)哂兄欢ǖ年P(guān)系,即:pwm波就是矩形波,而方波也就是占空比為50%的矩形波,那么什么叫做矩形波呢,個人這么理解:之所以叫做矩形波,正是因為其波形長的像矩形,才叫矩形波。由此我們可以知道矩形波(pwm波)也只有高低二個電平,并且高低電平時連續(xù)的。如圖所示,
正是因為其只有高低二個電平,這很容易讓我們想到比較器(簡單介紹一下:比較器除去VCC以及GND以外,就只有二個輸入端,一個輸出端,二個輸入端分別是同相輸入端以及反相輸入端。比較器工作原理:當(dāng)同相輸入端電壓高于反相輸入端的時候,輸出為高電平,反之,當(dāng)反相輸入端電壓大于同相輸入端時,輸出為低電平。注意:比較器為OC輸出「LM3933」,這時輸出需要接上拉電阻,要不然輸出沒有高電平)。經(jīng)過上面簡單介紹我們可以知道,比較器的輸出只有高低二個電平,所以我們可以利用比較器來搭建pwm波,剛才我們也知道,比較器有二個輸入端,一個同相輸入端,一個反相輸入端,那么,這二個輸入端,我們應(yīng)該接什么呢?
簡單思考一下,我們就應(yīng)該能夠想到,這二個輸入端,應(yīng)該接入二個波形,通過利用比較器對這二個波形的比較,得到pwm波也就是矩形波,在電路設(shè)計中,常用的波形,有直流波、正弦波、三角波、矩形波、鋸齒波、饅頭波等我們可以來簡單分析一下,在這里面,我們可以先把矩形波排除在外(我們要產(chǎn)生矩形波,就不能利用矩形波來產(chǎn)生矩形波),饅頭波也就是將過0的正弦波反轉(zhuǎn)得到,鋸齒波也就是將三角波等其中一個邊等斜率做到很大,即將三角波的一個斜邊做的很陡即可得到,在此我們利用假設(shè)法來對直流波、正弦波、三角波三個波形進行一下對比。
1、直流波與正弦波:如果我們利用直流,與正弦波進行比較,這就會出現(xiàn)二種情況,即正弦波過0與不過0,我們以不過0為例,接下來我們利用數(shù)學(xué)方法來對這二個波形進行比較,如圖所示:我們可以發(fā)現(xiàn)正弦波與直流電進行比較,只有二種情況,即直流電大于正弦波或者是反之,那么這二個波形可以進行比較。但是我嗎可以發(fā)現(xiàn),在直流電快要接近正弦波最大值時,只要稍微將直流電調(diào)高,占空比就會發(fā)生很大變化,反之,在最小值時也會有這種情況,這就說明,利用直流與正弦波進行比較,并不能很好的調(diào)節(jié)占空比,所以我們不選用此電路。
2、直流波與三角波:如果我們將三角波與直流進行比較,雷同于直流電與正弦波,我們利用數(shù)學(xué)畫圖的方法來簡單分析,通過分析我們可以發(fā)現(xiàn),利用三角波與直流進行比較的時候不會出現(xiàn)占空比變化很大的情況,這也正是因為,三角波的變化呈現(xiàn)出線性規(guī)律。
3、正弦波與三角波:繼續(xù)畫圖來分析,我們可以發(fā)現(xiàn),用著二個波形進行分析的時候,需要二個電路的相位相同,如果不相同的話,就會出現(xiàn)一系列的問題。從電路發(fā)生的角度來看,這個電路需要的條件太多,不適合用來產(chǎn)生矩形波。
為此,我們選取方案二,即:三角波與直流進行比較來產(chǎn)生矩形波,并可以通過調(diào)節(jié)直流電的高低來調(diào)節(jié)矩形波的占空比的大小。
三角波發(fā)生電路:
通過模電知識,我們可以知道電容充放電的波形如圖1所示,我們可以看出來,在電容充電時,電容二端電壓正斜率慢慢減小,在放電時,電容二端電壓負(fù)斜率也是慢慢減小的。我們還知道三角波的斜率為正負(fù)1。那么我們可不可以利用電容充放電來搭建三角波發(fā)生電路呢?
我們可以發(fā)現(xiàn),在給電容充電上升到最大值的64%之前,電容二端的電壓上升的比較陡,我們可以把這一段看成是一條直線,同樣放電也是如此。那么我們可不可以講著二端比較陡陡波形進行組合,來構(gòu)成類似三角波呢。既然已經(jīng)有了初步方案,那么就開始設(shè)計吧!既然需要給電容充電,那么就有二種充電方式,第一種是以恒流源給電容充電,第二種也就是以恒壓源給電容充電。從產(chǎn)生方式上,以恒流源給電容充電,得到的波形更像三角波,但是如果是用恒流源的話,會對我們的電路增加一系列的復(fù)雜性,所以我們考慮,以恒壓源來給電容充電。
接下來,我們來設(shè)計電路,首先,要給電容充電,需要有一個電容、一個VCC和一個限流電阻(如果沒有此電阻,當(dāng)vcc接到電容二端時,由于電容二端電壓不能突變,會導(dǎo)致剛一上電,電流過大,對元器件照成損壞)。如圖2所示,剛才我們提到,當(dāng)充電至電源電壓vcc的64%之前可近似于直線,那么也就是說,在電容二端電壓達(dá)到vcc的64%之前,電容需要一直充電,我們假設(shè)vcc=10v,即,當(dāng)電容二端電壓達(dá)到10V*64%=6.4V之前電容都需要充電,因為這里出現(xiàn)了,邏輯比較,我們首先想到了使用電壓比較器來達(dá)到效果,那么應(yīng)該怎么連接呢,首先,我們可以分析一下,既然需要比較電容二端的電壓和6.4V,那么我們就必須要將電容電壓和6.4V分別接到同相與反相輸入端,再來分析一下,哪一個需要接到同相輸入端,在此之前我們先來看一下電容二端電壓,當(dāng)電容的一端接地,另外一端接輸入端時,怎么來給電容充電呢,這時,我們已經(jīng)用到了比較器,那么我們可以考慮,能不能利用比較器來給電容充電呢,我們知道比較器為OC輸出(輸出端內(nèi)部有一個開關(guān)管【如圖3所示】,當(dāng)輸出為高時三極管關(guān)端,輸出即為VCC,當(dāng)輸出為低電平時,三極管導(dǎo)通,VCC經(jīng)過上拉電阻到地構(gòu)成回路,使輸出端嵌位在三極管Uce二端壓降,大約0.3V左右,達(dá)到低電平。我們來延伸一下,上拉電阻的作用,我們可以發(fā)現(xiàn),當(dāng)輸出為高電平時,若沒有此電阻,輸出端將懸空,高低不定,當(dāng)輸出為低電平時,輸出端影響不大。但是當(dāng)我們上拉電阻選值太小的話,將導(dǎo)致電流過大,三極管Uce二端電壓過高,使輸出電壓不夠低),當(dāng)輸出為高電平時,Vout=Vcc,我們可以利用此方法來給電容充電,如圖4所示,我們先將輸出端與電容連接,我們再來考慮它應(yīng)該接哪一個輸入端,既然我們需要輸出端為高時給電容充電,那么也就是說,只要電容二端電壓低于某個值時,輸出電壓為高,那么這樣,我們根據(jù)前面更新的帖子也就知道6.4V電壓應(yīng)該接入同相輸入端,電容電壓應(yīng)該接入反相輸入端,這樣電容的充電回路也就設(shè)計完成。設(shè)計完成之后,我們在來分析一下這個電路有沒有什么問題,我們先來看一下當(dāng)電容二端電壓小于6.4V時,輸出為高,由VCC經(jīng)過上拉電阻之后來給電容充電,當(dāng)電容二端電壓高于6.4V時,輸出為低,Vcc經(jīng)過上拉電阻,流經(jīng)比較器內(nèi)部開關(guān)管到地,不再給電容充電,哎,到這里我們可以發(fā)現(xiàn),這個電路,就到這里就完事了,它只能完成充電,給電容充電到6.4V后,電容二端電壓就不變了,這也只完成了充電回路,這樣的電路,只是完成了半個周期,那么怎么樣才能給電容放電呢???
由于篇幅原因,這個樓層先講到這里,我會再繼續(xù)更新的?。。。。?!
講完給電容充電,我們在來看一下給電容放電,到目前,我們已經(jīng)用到了比較器,比較器也為OC輸出,我們知道,當(dāng)比較器輸出端為低時,輸出端與比較器的接地端相連,那么我們可不可以考慮利用比較器輸出為低電平時,給電容放電呢?
那肯定是可以的,我們再來看一下,之前給電容充電的電路圖,如樓上圖四,接著再看一下比較器給電容放電,剛才提到,若輸出端為低電平時給電容放電,放電和充電一樣,需要一個限流電阻,連接好的電路圖如【圖五】所示,我們來整體分析一下這個電路圖,首先,在剛上電的瞬間,電容二端電壓小于6.4V,比較器輸出為高,VCC通過上拉電阻來給電容充電,當(dāng)給電容充到6.4V稍微大一點時,輸出端輸出為低,電容通過電阻對地放電,當(dāng)電容二端電壓剛剛小于6.4V時,輸出端又為高電平,來給電容充電,以此循環(huán),我們可以發(fā)現(xiàn),這樣的電路并不可行,那么就需要對它進行改進,那么要怎么樣改進呢,我們再來回顧一下,前面提到的三角波的下降沿,經(jīng)過簡單分析我們可以知道,如果想要得到比較規(guī)整的三角波,那么就需要給電容放電到3.6V,而我們剛才到電路,將輸出端穩(wěn)定到了6.4V左右,這樣就達(dá)不到我們想要的結(jié)果。我們發(fā)現(xiàn),利用比較器的輸出高低電平來給電容充放電必須要有二個閾值,一個為充電閾值6.4V,另外一個為放電閾值3.6V,那么怎么樣才能在一個比較器中產(chǎn)生二個閾值呢?
我們先來看一個電路結(jié)構(gòu),如【圖六】所示,我們利用歐姆定律來分析一下這個電路。我們可以看到,一共有四個電阻,R1與R2串聯(lián)在VCC和GND之間,當(dāng)S1和S2斷開時,Vref1=[R2/(R1+R2)]Vin,當(dāng)S1閉合S2斷開時,Vref2=[R2/【(R1//Rf)+R2】]Vin,當(dāng)S1斷開S2閉合時,Vref3=【(R2//Rf2)/「R1+(R2//Rf2)」】Vin,對比三個電壓值我們可以發(fā)現(xiàn),Vref2>Vref1>Vref3,我們可以發(fā)現(xiàn)通過將二個開關(guān)的打開與關(guān)端,改變了Vref的電壓值,結(jié)合之前的比較器電路圖,我們得到【圖七】.
我們再來從頭分析一下這個電路。剛接通VCC的瞬間,反相輸入端電壓小于同相輸入端電壓,比較器輸出為高,Rf相當(dāng)于圖六中的S1閉合(并連在R1二端),使同相輸入端電壓達(dá)到64%的Vcc,vcc經(jīng)過上拉電阻給電容進行充電,當(dāng)電容二端電壓剛剛超過同相輸入端電壓時,比較器輸出為低電平,而此時,Rf相當(dāng)于圖六中的S2閉合(并連在R2二端),使同相輸入端電壓降低到64%當(dāng)Vcc,這樣電容二端的電壓就通過R4到地放電,直到電容二端電壓剛剛小于同相輸入端時,輸出又為高電平,Rf又相當(dāng)于并聯(lián)在R1二端,Vcc通過上拉電阻給電容充電,以此類推。我們就在電容二端得到了三角波。