1 引言

　　在中小容量變頻電源的設計中， 采用自關斷器件的脈寬調制系統比非自關斷器件的相控系統具有更多的優越性。第二代脈寬調制器SG3525 應用于交流電機調速、U PS 電源以及其他需要PWM 脈沖的領域。其外圍電路可對串聯諧振式逆變電源進行多功能控制， 實現H 橋式M O SFET 脈寬調制PWM信號的生成和逆變電源的保護功能， 以及變頻電源工作過程中諧振頻率的跟蹤控制。

　　2 PWM 2SG3525 的結構特性

　　SG3525 脈寬調制控制器，不僅具有可調整的死區時間控制功能，而且還具有可編式軟起動，脈沖控制封鎖保護等功能。通過調節SG3525 第6腳（RT ） 上的電流大小可以改變輸出控制信號PWM 的頻率， 調節第9 腳（EAOU T ）的電壓可以改變輸出脈寬，這些功能可以改善變頻電源的動態性能和簡化控制電路的設計。

　　2. 1 PWM -SG3525 內部結構

　　SG3525 的內部結構見圖 1，由基準電壓調整器、振蕩器、誤差放大器、比較器、鎖存器、欠壓鎖定電路、閉鎖控制電路、軟起動電路、輸出電路構成

　　2. 2 欠壓鎖定功能

　　基準電壓調整器受15 腳的外加直流電壓V C的影響， 當V C低于7 V 時， 基準電壓調整器的精度值就得不到保證， 由于設置了欠壓鎖定電路， 當出現欠電壓時， 欠壓鎖定功能使A 端線由低電壓上升為邏輯高電平經過或非門輸出轉化為 P 1 = P 2 =ˉA +ˉB +ˉC+ˉD = 0， SG3525 的13 腳輸出為高電平， 功率驅動電路輸出至功率場效應管的控制脈沖消失，逆變器無電壓輸出。

　　2. 3 系統的故障關閉功能

　　集成控制器SG3525內部的T3晶體管基極經一電阻連接10引腳。過流保護環節檢測到的故障信號使10腳為高電平，由于T 3 基極與A 端線相連， 故障信號產生的關閉過程與欠電壓鎖定過程類似。在電路中，過流保護環節還輸出一個信號到與門的輸入端， 當出現過流信號時，檢測環節輸出一低電平信號到與門的輸入端， 使脈沖消失，與SG3525 的故障關閉功能一起構成雙重保護。

　　2. 4 軟起動功能

　　軟起動功能的實現主要由SG3525 內部的晶體管T3 和外接電容C3 及鎖存器來實現的。當出現欠壓或者有過流故障時，A 端線高電平傳到T 3 晶體管基極， T3 導通為8 引腳外接電容C3 提供放電的途徑， C3 經T3 放電到零電壓后， 限制了比較器的PWM 脈沖電壓輸出， 電壓上升為恒定的邏輯高電平， PWM 高電平經PWM 鎖存器輸出至D 端線仍為恒定的邏輯高電平， C3 電容重新充電之前，D 端線的高電平不會發生變化， 封鎖輸出。當故障消除后，A 端線恢復為低電平正常值， T 3 截止， C3 電容由 50 ΛA 電流源緩慢充電， C3 充電對PWM 和D 端線脈沖寬度產生影響， 同時對P 1 和P 2 輸出脈沖產生影響， 其結果是使P 1 和P 2 脈沖由窄緩慢變寬， 只有C3 充電結束后， P 1 和P 2 的脈沖寬度才不受C3 充電的影響。這種軟起動方式，可使系統主回路電機及功率場效應管承受過大的沖擊浪涌電流。

　　2. 5 波形的產生及控制方式分析

　　SG3525 內部的鋸齒波作為載波信號U t， 外加的給定信號U g作為調制信號由 9 腳輸入， 載波信號U t和給定信號U g疊加用于確定脈寬調制波的初始占空比， 可控制逆變器輸出電壓的大小和極性。U g可正可負， 由模擬或數字調節器的輸出來控制， 可構成閉環自動控制系統。 集成控制器SG3525 的輸出側采用推拉式電路可使關斷速度加快。當11 腳、14 腳與12 腳連接時， PWM 脈沖由13 腳輸出， 這樣能夠保證13 腳的輸出與鎖存器的輸出一致。SG3525 內部的電壓波形如圖2 所示，鋸齒波與調制波的交點比較功能由比較器完成，當U t》 U r時， 比較器輸出的PWM 波形由邏輯低電 平變為高電平， 當 U t 《 U r時， 比較器輸出的PWM 波形由邏輯高電平變為低電平， 為保證PWM 波寬不至于太窄， 用PWM 鎖存器鎖存高電平值， 并在CP 脈沖下跳時對鎖存器清零， 以進行下一個比較點的鎖存

　　2. 6 延時回路

　　在可逆變換器中， 跨接在電源U S兩端的上、下兩個功率場效應管交替工作， 由于功率場效應管的關斷要有一定的時間。如果在此期間另一個功率場效應管已經導通， 則將造成上下兩管直通，從而使電源正負極短路。為了避免發生這種情況，設置了由R、C 電路構成的邏輯延時環節。保證在對一個管子發出關閉脈沖后， 延時2 Λs 左右的時間后再發出對另一個管子的開通脈沖。如圖3 所示，

　　U a為SG3525 的13 腳輸出占空比可調的脈沖波形（ 占空比調節范圍不小于0. 1～ 0. 9） ， 經過RC 移相后， 輸出兩組互為倒相、死區時間為4 Λs 左右的脈沖， 經過驅動4 只M O SFET 管， 其中V T 1，V T 4驅動信號相同，V T 2，V T 3驅動信號相同。

　　變頻電源主電路中的單相整流橋與Boo st 斬波電路V T 0 和VD 0 結合， 采用A PFC 控制技術對輸入交流電進行有源功率因數校正的變換， 形成高入端功率因數的整流器。逆變器電路采用M O SFET 和輔助電路構成的H 型橋式結構， 通過PWM 控制技術進行雙極性變頻變壓變換 形成串聯諧振式逆變電源。變頻電源控制器由單片機系統、SG3525 和A PFC 校正電路以及隔離驅動等部分組成。由霍爾電壓傳感器L EM 1 和霍爾電流傳感器LEM 2 將負載電壓和電流信號進行隔離轉換， 并由單片機通過A ?D 進行檢測，作為閉環系 統的反饋信號， 單片機控制 SG3525 發出的PWM 脈沖，來控制逆變器V T 1，V T4 和V T 2，V T 3輪流導通， 從而控制逆變電壓和逆變頻率。其中V T 1～V T 4 功率場效應管的型號為 IRF840，開關頻率為30 M H z，VD 1～VD 4 采用反相恢復時間較快的功率二極管50W F40F， 主電路整流器二極管采用ZP6，反向的峰值電壓為800V。

　　3 變頻電源總體結構

　　基于SG3525 PWM 控制 IC 的諧振式逆變電源總體結構如圖4 所示， 由主電路、控制器以及信號檢測電路3部分組成。

　　4 變頻電源控制器的設計

　　基于SG3525 和單片機的變頻電源控制器由單片機 8031、SG3525 以及 2 片DA C0832 和 1 片ADC0809， 以及顯示電路、鍵盤電路等構成， 如圖5 所示。單片機8031 通過ADC0809 分別對逆變電源輸出電壓uo和輸出電流 io進行檢測， 采用Fuzzy運 算 規 律 進 行 調 節， 然 后 由 DA C8032 控 制SG3525。逆變電源H 橋式開關M O SFET 電路由SG3525 及其外圍電路構成， 實現PWM 脈沖信號的生成和逆變電源的保護功能。其中DA C0832（1） 控制SG3525 的PWM 脈沖頻率，DA C0832 （2）控制SG3525 的PWM 脈寬。SG3525 生成的PWM控制脈沖頻率f為

　　式中： CT為SG3525的5腳上連接電容; R T為6腳上連接電阻; R D為5 腳和7 腳之間的連接電阻。

　　圖5中采用三極管和電阻串聯方式來等價SG3525 的6 腳連接電阻R p ， 可調節三極管的基極電壓U b來改變三極管集電極上的電流大小，實際上就等效于改變R T的大小， 這樣就可調控SG3525 輸出的PWM 脈沖頻率。單片機通過DA C0832 （1） 控制調頻三極管T 7的U b來調節SG3525 的6 腳上的電流大小，達到控制SG3525 輸出PWM 頻率的目的。同時單片機通過DA C0832 （2） 調節SG3525 的9 腳電壓來改變輸出脈寬。

　　5 變頻電源Fuzzy 控制程序設計及系統軟件

　　變頻電源在工作過程中， 由于負載參數的變化，使諧振頻率發生變化，導致負載效力下降和功率因數下降，這需要隨時調整逆變電源的工作頻率。Fuzzy 控制具有動態性能好、魯棒性能強的優點， 能適應被控對象模型的參數及結構的改變，帶有調整因子的Fuzzy 控制算式為

　　式中： a為調整因子;E ，EC為誤差及變化率的量化等級; Uc為控制輸出的量化等級。

　　經過仿真分析表明，當a較小時，系統響應慢，超調小;當a較大時，系統響應快， 超調大。為此，對于每一誤差等級引入各自的a，構成帶有多個Α的控制規則。

　　式（3）中的加權因子 a0，a1， a2， …， a6∈（0， 1） 通過仿真實驗分析調整， 當加權因子取為a0= 0. 45，a1= 0. 50， a2= 0. 54， …，a6= 0. 75 時， 控制效果最好。帶調整因子的Fuzzy 控制程序如圖6a 所示。

　　變頻電源控制器系統軟件包括初始化，顯示與鍵盤掃描、調頻和調壓子程序模塊、起動子程序模塊、A/D 數據采集與處理程序模塊和調整因子Fuzzy 自動頻率跟蹤控制程序模塊等部分，如圖6b 所示。其中變頻電源的起動控制子程序實現了由他激向自激的轉換控制過程，是充分利用SG3525 的功能，而不需要外加振蕩電路的方法。工作原理為：在變頻電源起動時，起動控制子程序以比例運算所得電壓值由D?A 21的U b通過T 7 控制 SG3525 的 6 腳，以設定的頻率進行電源的起動，然后通過調整因子Fuzzy 調節，開始諧振頻率的自動跟蹤控制， 選擇合適的參數以設定SG3525上6 腳所連三極管U b的控制電壓范圍， 從而適應變頻電源的工作頻率范圍。

　　6 結束語

　　SG3525 是一種功能齊全、通用性強的單片集成PWM 控制器， 基于SG3525 和單片機的變頻電源控制器具有系統軟、硬件結構簡單、調試方便的特點。單片機通過D/A 1 和D/A2 與SG3525接口， 實現了變頻電源的調頻、調壓功能和變頻電源的起動控制。實驗室測試表明， 變頻電源輸出波形好、能滿足性能應用要求。