电气传动实验报告

黑龙江科技大学 综合性实践报告

实践项目名称单相正弦波(SPWM)逆变电源研究

所属课程名称电气传动

实践日期

班级

学号

姓名

成绩

电气与信息工程学院实践基地

实践概述：

【实践目的及要求】

【实践目的】

1、掌握单相正弦波（SPWM）逆变电源的组成、工作原理、特点、波形分析与使用场合；

2、熟悉正弦波发生电路、PWM专用集成电路SG3525的工作原理与使用方法。【实验要求】

1.熟悉试验台各个模块的操作。

2.掌握示波器的使用方法。

3.了解电路的结构及原理。

4.熟悉掌握电路的调试步骤。

【实践原理】

能把直流电能转换为交流电能的电路称为逆变电路，或称逆变器。单相逆变器的结构可分为半桥逆变器﹑全桥逆变器和推挽逆变器等形式。本实验系统对推挽逆变电路进行研究。

推挽逆变器的主要优点是在任何时刻导通的开关不会多于一个，对于输出相同的功率，开关损耗比较小，因此，特别适用于由低直流电压（如电池）供电的场合。另外，两个开关管的驱动信号是共地的，可简化驱动电路，其不足是变压器原边绕组利用率低，当变压器原边两个绕组不完全对称时或者两开关器件特性不对称时，还可能出现直流磁化饱和现象。

逆变器主电路开关管采用功率MOSFET管，具有开关频率高﹑驱动电路简单﹑系统效率较高的特点。当开关其间VT1﹑VT2轮流导通，再经推挽变压器升压

后，即可在负载端得到所需频率与幅值的交流电源。

脉宽调制信号由专用集成芯片SG3525产生。SG3525芯片不仅能产生频率灵活可变的方波，而且可输出正弦PWM（SPWM）信号，以提高后接变压器的工作频率。为了使SG3525产生一个SPWM信号，可在芯片的9脚处加入一个幅度可变的50Hz正弦波（我们这里仅需得到频率固定的50Hz可变电源，若需获得频率也可变的交变电源，则只需在9脚处加入一个幅值与频率均可变的正弦波即可），与5脚处的锯齿波信号进行比较，从而获得SPWM控制信号，改变正弦波的幅值，即改变调制度M（调制度定义为正弦波调制波峰Urm与锯齿波载波峰值Utm之比，即M=Urm／Utm）就可以改变输出电压的幅值，正常M≤1.考虑到5脚处的锯齿波，锯齿波的顶点Uh约为3.3V，谷点Ul约为0.9V。

SG3525的工作原理

SG3525是电流控制型PWM控制器，所谓电流控制型脉宽调制器是按照接反馈电流来调节脉宽的。在脉宽比较器的输入端直接用流过输出电感线圈的信号与误差放大器输出信号进行比较，从而调节占空比使输出的电感峰值电流跟随误差电压变化而变化。由于结构上有电压环和电流环双环系统，因此，无论开关电源的电压调整率、负载调整率和瞬态响应特性都有提高，是目前比较理想的新型控制器。

SG3525内置了5.1V精密基准电源，微调至 1.0%，在误差放大器共模输入电压范围内，无须外接分压电组。SG3525还增加了同步功能，可以工作在主从模式，也可以与外部系统时钟信号同步，为设计提供了极大的灵活性。在CT引脚和Discharge引脚之间加入一个电阻就可以实现对死区时间的调节功能。由于SG3525内部集成了软启动电路，因此只需要一个外接定时电容。

SG3525的软启动接入端（引脚8）上通常接一个5 的软启动电容。上电过程中，由于电容两端的电压不能突变，因此与软启动电容接入端相连的PWM比较器反向输入端处于低电平，PWM比较器输出高电平。此时，PWM琐存器的输出也为高电平，该高电平通过两个或非门加到输出晶体管上，使之无法导通。只有软启动电容充电至其上的电压使引脚8处于高电平时，SG3525才开始工作。由于实际中，基准电压通常是接在误差放大器的同相输入端上，而输出电压的采样电压则加在误差放大器的反相输入端上。当输出电压因输入电压的升高或负载的变化而升高时，误差放大器的输出将减小，这将导致PWM比较器输出为正的时间变长，PWM琐存器输出高电平的时间也变长，因此输出晶体管的导通时间将最终变短，从而使输出电压回落到额定值，实现了稳态。反之亦然。

外接关断信号对输出级和软启动电路都起作用。当Shutdown（引脚10）上的信号为高电平时，PWM琐存器将立即动作，禁止SG3525的输出，同时，软启动电容将开始放电。如果该高电平持续，软启动电容将充分放电，直到关断信号结束，才重新进入软启动过程。注意，Shutdown引脚不能悬空，应通过接地电阻可靠接地，以防止外部干扰信号耦合而影响SG3525的正常工作。

欠电压锁定功能同样作用于输出级和软启动电路。如果输入电压过低，在SG3525的输出被关断同时，软启动电容将开始放电。

此外，SG3525还具有以下功能，即无论因为什么原因造成PWM脉冲中止，输出都将被中止，直到下一个时钟信号到来，PWM琐存器才被复位。

【实践设备及仪器】

1.MCL-11实验挂箱

2.数字式万用表。

3.双踪示波器。

实践内容：

【实践方案设计】

1.实践项目的名称：单相正弦波(SPWM)逆变电源研究。

2.实践要求

（1）完成单相正弦波（SPWM）逆变电源电路的连接

（2）使用示波器观察逆变电源的输出波形及输入波形

（3）掌握集成电路SG3525的工作原理

3.实践思想：

通过正弦波电路给SG3525芯片一个正弦波得到SPWM信号

设计方案：

【实践过程】（实践步骤、记录、数据、分析）

实践步骤：

1.实验方法

1.认真阅读实验指导书与有关教材，掌握用SG3525芯片产生SPWM信号的原理

与RC串并联正弦波发生器的工作原理，以及推挽式单相正弦波逆变电源的工作原理、特点、波形分析与使用场合。

2.主电路接线

将主电路的“9”与“12”端相连。

（1）正弦波发生器测试

测量1端正弦波信号的频率，最大与最小峰—峰值，正弦波的谷点偏离横坐标的数值以及正弦波上、下半波的对称性。

（2）SG3525性能的测试

a.锯齿波周期与顶点U

H 、谷点U

L

测量（分开关S

2

合上与断开两种情况）。

b.正弦波与锯齿波的配合调试。

当正弦波发生器的幅度调节电位器在任意位置时，都能与锯齿波有符合要求的相交点，使在“3”端能得到正确的SPWM控制信号

c.调制度M测量

当幅度调节电位器左旋到底与右旋到底时，测出对应的最小与最大调制度M。

3. MOS管的驱动波形测试

用双踪示波器观察并记录“3”、“4”与地端间波形（只需看部分SPWM波形），当改变幅度调节电位器位置时，应使该波形均符合互补的要求。

4.不带滤波环节时的MOS管两端电压，输出变压器原边N

11、N

12

两端电压以及负

载端波形测试，（只需测试部分SPWM波形）。

（1）主电路接线同上，S

2

放在断开位置，幅度调节电位器旋转到大致中间的位置。

（2）观察并记录上述波形。

5.带滤波环节时的MOS管两端电压，输出变压器原边N

11、N

12

两端电压以及负载

端波形测试。

（1）将主电路的“9”与“10”及“11”与“12”相连，断开“9”与“12”端的相连，幅度调节电位器仍旋在上述位置。

（2）观察并记录上述波形。

6.不同调制度M时的负载端电压测试

（1）主电路接线同上。

（2）将幅度调节电位器从左向右旋转4～5个位置，分别观察并记录负载端电压幅值与波形。

7.不同载波频率时的滤波效果比较

在S

2

合上与断开情况下，观察并记录负载两端波形。

【结论】

首先将正弦波送入到SG3525芯片1端口中通过SG3525芯片产生矩形波，然后再将矩形波分别送入到ＭＯＳＦＥＴ和三极管中。经过MOSFET得到叠加的波形在经过滤波得到正弦波，再将正弦波送入到单相正弦波逆变电源电路的变压器得到SPWM脉冲信号电压为288V 频率10KHZ

单相正弦波逆变电源电路的输入输当有输入脉冲信号时输出信号变为低电

出波形对比，可看出输入正弦波产生平。

频率为48.6HZ的SPWM脉冲信号

通过与上图的比较当输入通道一 SG3525的13号引脚输出波形送

的波形变为最高时输出的矩形波入到3号引脚和三级管中，测得

高电平变宽。三极管集电极波形与3号引脚

波形相反

MOSFET VT1和VT2分别送入相反的矩形波，测得栅极与集电极波形。栅极输入的脉宽不同集电极得到的波形不同

【小结】

指导教师评语及成绩：

评语：