UC3637雙PWM控制器在逆變控制電路中的應(yīng)用

摘要：詳細(xì)介紹了UC3637的特點(diǎn)，工作原理，將其應(yīng)用于逆變控制電路中的有關(guān)參數(shù)設(shè)計(jì)。最后給出了應(yīng)用示例。應(yīng)用表明這種控制電路具有簡(jiǎn)單，實(shí)用，可擴(kuò)展性好，性能穩(wěn)定可靠的優(yōu)點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：雙脈寬調(diào)制；控制電路；逆變器

Application of Dual PWM Controller UC3637 in Inverter? control Circuit

ZHANG Cheng-sheng, WU Sheng-hua, XIANG Long, WU Bao-fang

Abstract:The feature and operation principle of UC3637 are described. Its application in the design of parameters of inverter-control circuit is introduced. An example of the application is given which indicates that this type of circuit possesses the advantages of simplicity, expansibility and stableness.

Keywords:Dual pulse width modulation; Control circuit; Inverter?

1? 引言

??? 由于PWM控制技術(shù)具有可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)變頻、變壓、抑制諧波的特點(diǎn)，所以一直是變頻領(lǐng)域中的核心技術(shù)，其應(yīng)用相當(dāng)廣泛。最常用、最流行的SPWM技術(shù)在CVCF電源中始終占主導(dǎo)地位。其基本實(shí)現(xiàn)方法一類(lèi)是采用模擬集成電路完成正弦調(diào)制波與三角波載波的比較，產(chǎn)生SPWM信號(hào)；另一類(lèi)是采用數(shù)字方法。隨著應(yīng)用的深入和集成技術(shù)的發(fā)展，已商品化的專(zhuān)用集成電路（ASIC）和專(zhuān)用單片機(jī)（8X196/MC/MD/MH）以及DSP，可以使控制電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化，集成度高。由于數(shù)字法一般價(jià)格比較高，需要專(zhuān)用開(kāi)發(fā)裝置，交叉匯編，軟件設(shè)計(jì)復(fù)雜，調(diào)試工作量大，這對(duì)于一些對(duì)生產(chǎn)成本比較敏感的產(chǎn)品和中小容量的變頻器也是一種浪費(fèi)。

??? 本文對(duì)選用UC3637雙PWM控制芯片設(shè)計(jì)變頻電源控制電路的方法進(jìn)行了介紹，其硬件結(jié)構(gòu)既不復(fù)雜，又能得到良好的控制性能。

2? UC3637的基本特點(diǎn)

??? 為后面的敘述方便，簡(jiǎn)要介紹一下UC3637的一些基本功能，這樣更有益于將其正確地應(yīng)用于逆變控制電路。該芯片是UNITRODE公司生產(chǎn)的用于直流電動(dòng)機(jī)控制的雙PWM控制器[1]，具有其它PWM控制器不可多得的優(yōu)點(diǎn)。

2.1? 電路特點(diǎn)

??? UC3637電路特點(diǎn)如下：

??? ——單電源或雙電源工作，電壓范圍±2.5V～±20V，特別有利于雙極性調(diào)制；

??? ——雙路PWM信號(hào)，圖騰柱輸出，供出或吸收電流能力100mA；

??? ——逐個(gè)脈沖限流；

??? ——內(nèi)藏線性良好的恒幅三角波振蕩器；

??? ——欠壓封鎖；

??? ——有溫度補(bǔ)償，2.5V閾值控制。

2.2? 電路組成與基本功能

??? UC3637的原理框圖如圖1所示。其內(nèi)部包含有一個(gè)三角波振蕩器，誤差放大器，兩個(gè)PWM比較器，輸出控制門(mén)，逐個(gè)脈沖限流比較器等。不同于其它（如3524/5，TL494，3520…）雙PWM控制器的是，2個(gè)PWM比較器的輸入端全部引到片外，誤差放大器的3個(gè) 端 （2個(gè) 輸 入 、1個(gè) 輸 出 ） 也 是 如 此 ， 這 為 靈 活 地 設(shè) 計(jì) 電 路 帶 來(lái) 極 大 的 方 便 。

??? PWM控 制 芯 片 通 常 采 用 鋸 齒 波 振 蕩 器 。 當(dāng) 載 波 為 鋸 齒 波 時(shí) ， 輸 出 波 形 會(huì) 有ωs±ω0、2ωs等 諧 波 ， 而 載 波 為 三 角 波 時(shí) 則 不 存 在 這 些 諧 波[2]， 并 且 是 雙 沿 調(diào) 制 ， 動(dòng) 態(tài) 響 應(yīng) 比 單 沿 調(diào) 制 快 。UC3637最 具 特 色 的 是 三 角 波 振 蕩 器 ， 三 角 波 產(chǎn) 生 電 路 如 圖2所 示 。

圖1? UC3637原理框圖（原圖，未作標(biāo)準(zhǔn)化處理）

圖2? 恒 幅 三 角 波 產(chǎn) 生 電 路 （ 原 圖 ， 未 做 標(biāo) 準(zhǔn) 化 處 理 ）

??? 在電源＋Vs和－Vs之間串接電阻R1、R2、R1組成分壓電路，分壓點(diǎn)分別為＋VTH和－VTH，作為三角波正峰值和負(fù)峰值的轉(zhuǎn)折（閾值）電壓。CT和RT為定時(shí)電容和定時(shí)電阻。＋VTH還通過(guò)內(nèi)部緩沖電路與RT共同作用產(chǎn)生CT的恒值充電電流Is。CP，CN構(gòu)成窗口比較器，當(dāng)CT以恒流Is線性充電到VCT=＋VTH時(shí)，CP翻轉(zhuǎn)，觸發(fā)器S端置1，Q為高電平，S1關(guān)斷；同時(shí)S2接通，CT以Is線性放電，到VCT=－VTH時(shí)，CN翻轉(zhuǎn)觸發(fā)器R端復(fù)位，Q為高電平，S2關(guān)斷，S1接通；則三角波新的一周開(kāi)始。RT設(shè)置Is的大小，一般不大于2mA。振蕩頻率由RT、CT及＋VTH，－VTH共同決定。由于是恒流充放電，三角波的正負(fù)斜率對(duì)稱(chēng)，線性?xún)?yōu)良，調(diào)節(jié)頻率時(shí)三角波為恒幅。

3? 設(shè)計(jì)要點(diǎn)

??? 在了解了UC3637的特點(diǎn)，電路組成和基本功能之后，即可具體設(shè)計(jì)逆變控制電路了。以下僅介紹幾個(gè)關(guān)鍵電路單元的設(shè)計(jì)方法。

3.1? 死區(qū)時(shí)間td

??? 逆變主電路通常有半橋、單相全橋、三相橋等幾種基本形式。功率開(kāi)關(guān)管的開(kāi)通和關(guān)斷都需要時(shí)間，所以上下橋臂之間必須留有適當(dāng)?shù)乃绤^(qū)時(shí)間，這關(guān)系到逆變主電路的安全。UC3637的死區(qū)設(shè)置是相當(dāng)靈活的，可以在很寬的范圍內(nèi)調(diào)整。

??? 圖3（a）為死區(qū)時(shí)間示意圖，圖3（b）為外圍元件的連接電路。經(jīng)過(guò)推導(dǎo)和合理的近似，各參數(shù)之間有如下關(guān)系：

(a)? 死區(qū)時(shí)間示意圖???

(b)? 外 圍 電 路 圖

圖3? 雙PWM比較器

????? td=t2－t1=〔(＋VR/2)－(－VR/2)〕Ts/2VTH??? (1)

????? Ts=1/fs=Is/2CT〔(＋VTH)－(－VTH)〕??? (2)

????? Is=〔(＋VTH)－(－VTH)〕/RT??? (3)

????? ＋VTH=(－Vs)＋〔(＋Vs)－(－Vs)〕(R2＋R1)/（R1＋R2＋R1）??? (4)

????? －VTH=(－Vs)＋〔(＋Vs)－(－Vs)〕R1/(R1＋R2＋R1)??? (5)

????? ??? (6)

??? 在逆變控制設(shè)計(jì)中，有些參數(shù)是可以首先確定下來(lái)的。例如開(kāi)關(guān)頻率fs，橋臂的死區(qū)時(shí)間td（根據(jù)開(kāi)關(guān)器件的開(kāi)關(guān)特性），三角波的峰值轉(zhuǎn)折電壓＋VTH和－VTH等。±VTH的范圍應(yīng)限制在±Vs2V之間。實(shí)際的±VTH可根據(jù)調(diào)制波的最大可能值而定，調(diào)制波的最大可能值可依據(jù)PID的供電狀況及動(dòng)態(tài)范圍確定。調(diào)制波的幅值確定之后，隨之可定±VTH。再依據(jù)上述各關(guān)系式，不難解出其它各參數(shù)。若對(duì)于一個(gè)逆變系統(tǒng)要求：Vs=±15V，td=3μs，fs=30kHz，正弦波調(diào)制信號(hào)的最大可能值Vsm=4V。

??? 取±VTH=±4V，根據(jù)以上各式可算得CT=1.04×10－9F（取CT=1000pF），RT=38kΩ（取RT=39kΩ），VR=1.44V。當(dāng)調(diào)制正弦波為零時(shí)，VR/R4≈(Vs－VR)/R3，取R4=5kΩ，則R3=47kΩ。理論計(jì)算的數(shù)值在應(yīng)用中還需進(jìn)行適當(dāng)?shù)男拚?

3.2? 頻率調(diào)節(jié)控制

??? 作為逆變電源還要求輸出頻率fo在一定的范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)。比如fo=400Hz的電源在±30Hz范圍內(nèi)可調(diào)。如上所述，UC3637三角波振蕩頻率由±VTH，CT，RT決定，當(dāng)±VTH確定之后，一般不再作為可調(diào)量（因?yàn)槿遣ㄗ鬏d波應(yīng)當(dāng)恒幅），則調(diào)節(jié)RT比較容易實(shí)現(xiàn)，電路如圖4所示。

圖4? 逆 變 器 變 頻 調(diào) 節(jié)

圖5? 輸 出 電 路 調(diào) 節(jié) 電 路

??? A1、A2為跟隨器，調(diào)節(jié)RP1即可改變輸出端VF的電位，使RT兩端電壓發(fā)生變化，隨之使由RT設(shè)定的CT充電電流Is變化，從而調(diào)節(jié)了三角波頻率fs。將三角波整形后作為正弦波（調(diào)制波）存儲(chǔ)器的讀取時(shí)鐘(UC3637無(wú)同步信號(hào)輸出)，因而逆變電源的輸出頻率fo隨fs而變，從而實(shí)現(xiàn)同步調(diào)節(jié)的目的。

3.3? 輸出電壓反饋調(diào)節(jié)

??? 誤差放大器作為電壓調(diào)節(jié)器使用，它是一個(gè)獨(dú)立的高速運(yùn)算放大器，典型帶寬為1MHz，具有低阻抗輸出。誤差放大（電壓調(diào)節(jié)）器的補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)傳遞函數(shù)為：

????? HC=UO(s)/Ui(s)=[1＋(R5＋R7)C3s](1＋R6C1s)/

????? R5(C1＋C2)s{1＋[C1C2/(C1＋C2)]R6s}(1＋R7C3s)

??? 調(diào)節(jié)RP2可調(diào)節(jié)輸出電壓。補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)可以改善輸出的動(dòng)態(tài)特性。

4? 應(yīng)用示例

??? 一半橋逆變控制電路如圖6所示。圖中U1～U4為參考正弦（調(diào)制波）發(fā)生器[3]，UC3637單片構(gòu)成半橋正弦脈寬調(diào)制器。SPWM脈沖從管腳4，管腳7輸出，經(jīng)IR2110驅(qū)動(dòng)半橋的上、下橋臂的功率開(kāi)關(guān)。

圖6? UC3637原 理 框 圖 （ 原 圖 ， 未 作 標(biāo) 準(zhǔn) 化 處 理 ）

5? 結(jié)語(yǔ)

??? 采用為數(shù)不多的集成電路，就可構(gòu)成一個(gè)完整的逆變控制電路。控制電路簡(jiǎn)單，實(shí)用，硬件投資不高，不占用微機(jī)資源，擴(kuò)展性好（可擴(kuò)展到單相全橋及三相橋）。使用證明性能穩(wěn)定，可靠。

參考文獻(xiàn)

[1]UNITRODEINTEGRATEDCIRCUITS.

[2]王兆安(譯).電力半導(dǎo)體變流電路[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1993.

[3]吳保芳.一種高性能的正弦脈寬調(diào)制器[J].電氣傳動(dòng),1999，29（4）：60～63.

[4]吳保芳.一種新型三相SPWM變頻電源控制電路[J].電氣自動(dòng)化，1998，20（1）：34～37.