重做用SG3525的純硬件SPWM驅(qū)動(dòng)板

    自去年我做了一款用3525的純硬件SPWM驅(qū)動(dòng)后，關(guān)注的網(wǎng)友比較多，見：http://bbs.dianyuan.com/topic/538958（為了敘述方便，就稱這貼子為“第一版”），老壽頗感欣慰，但畢竟是實(shí)驗(yàn)性的，存在的問題還不少，如:50HZ基波振蕩器的失真和溫漂問題，反饋穩(wěn)壓問題等等。就象一個(gè)學(xué)書法的人，練了一段時(shí)間書法，再回過頭去看看原先寫的字，才感覺到原先寫的那些字實(shí)在不行，學(xué)電子也同樣，現(xiàn)在我再回過頭去看看自已原先設(shè)計(jì)的東西，才知道有很多方面的不成熟。當(dāng)然，用單片機(jī)產(chǎn)生SPWM是很方便的，也是今后發(fā)展的趨向，但單片機(jī)不是人人都能駕馭的，象我這樣的不懂單片機(jī)編程的人很多，就是能編程的，也不是人人都能寫出好的SPWM程序來。當(dāng)然，用單片機(jī)的SPWM具有性能穩(wěn)定，一致性好等優(yōu)點(diǎn)。所以，我覺得用單片機(jī)的SPWM比較適合做產(chǎn)品，如果要玩的話，可能還是純硬件具有挑戰(zhàn)性。就象現(xiàn)在的汽車有了自動(dòng)檔，但也有很多人還是喜歡開手動(dòng)檔，認(rèn)為只有手動(dòng)檔才有駕駛的感覺云云。

    這幾天做的這款用3525的硬件SPWM驅(qū)動(dòng)器，有如下特色：

1.取消了雙電源，用單電源12V供電，供電比較簡單；

2.解決了文氏振蕩器的溫漂問題，現(xiàn)在我用1000W電吹風(fēng)吹它，它的幅度變化在0.1Vpp左右，而第一版電路，在電吹風(fēng)下要變化40%；

3.提高了正弦波的精度，用失真儀測第一版的正弦波，失真在2.5%以上，難怪看上去波頭都有點(diǎn)歪，現(xiàn)在的正弦波精度提高到0.4%，經(jīng)還原后的失真度在0.7%左右，波形很漂亮了。

4.改進(jìn)了穩(wěn)壓電路，第一版采用的是用誤差放大器穩(wěn)壓，主要是一個(gè)相位差的問題難解決，穩(wěn)壓精度很低。現(xiàn)在，我用了直流反饋的方式，用電壓控制的放大器來閉環(huán)穩(wěn)壓，精度大大提高，如果其它元件選取合理，輸出電壓可以穩(wěn)定在正負(fù)2V之內(nèi)。還有一個(gè)好處，因?yàn)橛昧酥绷鞣答伔€(wěn)壓，所以反饋電路的干擾大大的減小了，調(diào)試也顯得十分簡單。

5.有商用價(jià)值，廣州那邊，已經(jīng)有人用我的這個(gè)圖紙把電路封裝成厚膜電路，用在商用逆變器上。

重做3525SPWM驅(qū)動(dòng)原理圖 

原來純硬件的PCB也可以做得這么小

一、用虛擬雙電源電路

    第一版中的電源，采用的是+-12V雙電源供電，其優(yōu)點(diǎn)是：可以輸出幅度比較大的正弦波，但這個(gè)幅度實(shí)在是有點(diǎn)浪費(fèi)，因?yàn)檩斎氲?525的饅頭波幅度只要2.3VPP就夠了。雙電源的缺點(diǎn)是，供電電路比較麻煩，我在500W純硬件逆變器中，是在前級(jí)的主變壓器上加了二個(gè)繞組再整流濾波獲得，當(dāng)然，也可以用34063二個(gè)，來獲得雙電源。我研究了鐘工的早幾年的幾個(gè)貼子，發(fā)現(xiàn)他在純硬件電路中，很多采用了虛擬雙電源的技術(shù)，為此，我就拿來用了，確實(shí)比較方便，電路圖如下：

圖中用了一個(gè)單元的運(yùn)放，可以用動(dòng)態(tài)比較大一點(diǎn)的運(yùn)放：如5532，082，084等，正向輸入端用二個(gè)電阻分壓，獲得6V的電壓，因?yàn)榉聪蜉斎攵撕洼敵龆讼嗦?lián)，接成跟隨模式，所以輸出端也為6V，這個(gè)6V端就是一個(gè)虛擬的“地”，而真正的地線此時(shí)變成了-6V，+12V端變成了+6V。這個(gè)驅(qū)動(dòng)電路中的“文氏振蕩器”、“精密整流”、“直流壓控放大器”、“50HZ同步方波”這四部分，是工作在“虛地”即虛擬雙電源方式下，而“3525”、“時(shí)序”、“死區(qū)”幾塊電路是工作在真地模式下的。

二、改進(jìn)文氏電橋振蕩電路

    文氏電橋振蕩器，因?yàn)槠潆娐泛唵?，波形比較好，起振容易，所以有廣泛的應(yīng)用，但它的幅度穩(wěn)定性很不好，下面是典型的電原理圖：

    我在網(wǎng)上找來找去，一般都是用EFT場效應(yīng)管做成壓控電阻來控制振蕩器的增益，達(dá)到穩(wěn)幅的目的。但電路復(fù)雜，在用電吹風(fēng)吹時(shí)候，因?yàn)閳鲂?yīng)管的熱穩(wěn)定性問題，輸出幅度會(huì)大幅度上升。下圖為我的第一版的用的電路：

我把它的輸出調(diào)到4VPP，但用1000W電吹風(fēng)一吹，10幾秒鐘幅度就從4VPP降到2.6VPP左右，但頻率沒有變化，所以，這個(gè)電路要實(shí)用有一定困難。我分析了其中的原因，原來是二個(gè)穩(wěn)幅二極管，在溫度上升后，導(dǎo)通內(nèi)阻發(fā)生變化，使電路增益下降，最終導(dǎo)致輸出幅度變化。所以，要其輸出幅度穩(wěn)定，首先要使電路的增益穩(wěn)定。

    如果，我們把上圖中的R5,R4和二個(gè)二極管看成是一個(gè)電阻RL，那么，整個(gè)電路的增益就和RL和R3的比值有關(guān)，如果溫度上升，RL就減小，電路增益就下跌，要使整個(gè)電路增益不變，就必須R3也同時(shí)減小。為此我用了下面的電路：

用R26.R28.R29來代替原來的R3，當(dāng)溫度變化時(shí)，熱敏電阻R29的阻值同時(shí)變化，來達(dá)到穩(wěn)定整個(gè)電路增益之目的。我用的R29是一種玻璃封裝的熱敏電阻，也是在淘寶上買的，型號(hào)不詳，在25度時(shí)，阻值大約為100K左右，在70度時(shí)，阻值在26K左右，是屬于負(fù)溫度系數(shù)的產(chǎn)品。見下圖：

R28是用來補(bǔ)償熱敏電阻的變化速率的，可以用電吹風(fēng)試驗(yàn)，在溫度上升時(shí)，如果電路輸出還是下降，說明補(bǔ)償不夠，可以加大R28的值，如果輸出變成上升了，說明補(bǔ)償過度，可以減小R28的值。

經(jīng)改進(jìn)后的文氏電橋振蕩器，輸出幅度變得非常穩(wěn)定，我曾把整個(gè)電路放進(jìn)-5度的冰箱，再放進(jìn)55度的烘箱，電路輸出幅度變化都控制在0.2VPP之內(nèi)，如果是一般的使用環(huán)境，可以控制在0.1VPP左右。

三、提高基準(zhǔn)正弦波的精度：

第一版的正弦波，看上去波頭總有點(diǎn)歪，我后來買了失真度儀，就用失真儀測了一下，真是大跌眼睛，發(fā)現(xiàn)失真度在2.7-3%左右。經(jīng)檢查，發(fā)現(xiàn)是從振蕩電路出來的波形就有問題了。后來認(rèn)真研究了文氏電橋振蕩電路的工作原理，發(fā)現(xiàn)，輸出越大，失真越厲害，輸出再加大，就越接近方波了，我發(fā)現(xiàn)，只有當(dāng)把輸出控制在4VPP以下時(shí)，失真度最小，在0.4%左右，如果輸出繼續(xù)減小，失真度也沒有減小了，而且輸出太小，就有停振的可能了，所以，我認(rèn)為，4VPP是一個(gè)比較好的輸出值。

下圖是第一版的波形，波頭有點(diǎn)往左歪：

下圖是現(xiàn)在新版電路的波形和失真度：

四、用直流反饋?zhàn)鯝C穩(wěn)壓

    第一版電路中穩(wěn)壓方式用的是“誤差放大器控制法”，這是一種比較“專業(yè)”的電路，要設(shè)計(jì)得好，象我這樣的菜鳥有一定的困難，我總結(jié)了一下，有如下問題比較頭痛：

1.反饋回來的必須也是饅頭波，但在強(qiáng)電壓輸出條件下，干擾很難避免，一般只能在整流之前加強(qiáng)濾波，整流電路也很麻煩，如果要求高的話，也要用精密整流電路，我曾因“偷懶”用了4個(gè)4007進(jìn)行整流，得到饅頭波。

2.反饋回來的饅頭波和原始饅頭波之間有相位差，要進(jìn)行補(bǔ)償，這就不是一句話說得清楚的事了，太麻煩了。

3.誤差放大器的增益很難控制，放大量小了，穩(wěn)壓效果不好，放大量大了，很容易自激。

    為此，我一直在想，能不能象單片機(jī)的SPWM驅(qū)動(dòng)那樣，也用直流反饋方式來進(jìn)行穩(wěn)壓。這就必須要有一種電路，可以用直流控制增益。我在網(wǎng)上找過，有很多種專用的運(yùn)放，可以用直流控制增益，但大多數(shù)是用于儀器儀表的，輸出幅度很小，價(jià)格昂貴，肯定用不了。只有一個(gè)MC3340，價(jià)格在6元左右，我曾買來試裝過，它可以用直流控制增益，電路如下：

    這塊IC，原來估計(jì)是用于音響電路中的，控制電壓在2.5-5V變化時(shí)，輸出增益可以在0-90dB之間變化，見下圖：

    經(jīng)實(shí)際試用，發(fā)現(xiàn)有二個(gè)問題比較麻煩：

1.它的輸出和控制電壓之間，并不是成很好的線性關(guān)系。

2.它的反應(yīng)速度很慢，也就是控制電壓變化后，輸出并不是馬上跟著變化，而是有一個(gè)延時(shí)，用在穩(wěn)壓反饋電路中很不舒服。

3.附加失真太大，有0.8%-1%，也就是一個(gè)失真為0的信號(hào)進(jìn)去，出來就有0.8-1%的失真了。

我曾經(jīng)試裝了二塊用MC3340的的驅(qū)動(dòng)板，感覺要用在逆變器電路中，還是不行，只得放棄了3340，決定另找途經(jīng)。

    下圖是我在網(wǎng)上找到的，用結(jié)型場管做壓控電阻來調(diào)整增益的電路，類似電路還有很多。

經(jīng)試裝，它確實(shí)能用電壓控制增益，反應(yīng)也很快，但還有二個(gè)問題需要解決：

1.在輸出信號(hào)幅度較小時(shí)，放大器非線性失真嚴(yán)重，輸出正弦波很難看?！?

2.在溫度變化時(shí)，因?yàn)榻Y(jié)型場管的內(nèi)阻變化，放大器輸出幅度變化明顯。

為此，我在運(yùn)放的正反輸入端各接了一個(gè)結(jié)型場管，用來抵消非線性失度和溫漂，圖如下：

經(jīng)改進(jìn)后的電壓控制放大電路，性能很好：

1.有很大的動(dòng)態(tài)范轉(zhuǎn)，輸出可以從0V起調(diào)，一直到10VPP（因?yàn)闆]有用軌至軌的運(yùn)放）。

2.線性很好，

3.反應(yīng)迅速，沒有延時(shí)的感覺。

4.附加失真很小，只有0.2%左右，也就是一個(gè)失真為0的信號(hào)進(jìn)去，出來也只有0.2%的失真度。

下圖為我實(shí)驗(yàn)測得的數(shù)據(jù)，做成的圖標(biāo)。

有了這款放大電路，用來做正弦波的幅度調(diào)整，就游刃有余了，如果要做一臺(tái)，可以從零伏起調(diào)的逆變器，從原理上來講也是沒有什么困難的。

五、同步方波電路

    在時(shí)序電路中做選通用的同步方波電路，如下圖：

這個(gè)電路實(shí)際上是二個(gè)過零電壓比較器，該電路也是工作在“虛地”狀態(tài)，從1P和7P出來的是正負(fù)6VPP的方波，而后面的時(shí)序電路卻是工作在“真地”狀態(tài)，所以，這個(gè)正負(fù)6VPP的方波信號(hào)，對(duì)“真地”來講，就是一個(gè)0-12V之間變化的方波，因?yàn)檫@個(gè)巧妙的設(shè)計(jì)，所以，取消了原先第一版電路中后面的二極管直流箝位電路，比第一版要省掉6個(gè)元件。

六、減法電路：

    在第一版電路中，因?yàn)樗心M電路都是用雙電源供電的，從精密整流電路出來的饅頭波信號(hào)，是從0V起開始上升的，為了適應(yīng)3525的輸入要求（要求為0.9V起開始上升），所以要在3525的輸入端之前，加一個(gè)加法電路，把饅頭波往第一象限方向上移0.9V，所以，加法電路也稱為移位電路。

    在這款電路中，因?yàn)榫苷麟娐肥枪ぷ髟凇疤摰亍蹦Ｊ较?，它輸出的饅頭波信號(hào)，對(duì)“真地”來講，是從6V起開始上升，為了適應(yīng)3525的輸入要求，就必須把下面的6V直流電位減去5.1V，所以，這里就不能套用第一版的加法電路，而必須用一個(gè)減法電路才行。在第一版電路中，3525的誤差放大器是放棄不用的，這次，我把3525的誤差放大器利用了起來，接成一個(gè)減法電路，調(diào)整R16就可以調(diào)整下面直流電位的高低，可以讓饅頭波信號(hào)在第一象限任意移動(dòng)。

其等效電路如下：

七、元器件選擇及PCB布線要求：

  1.  圖中所有的運(yùn)放，建議采用NE5532\TL082\TL084等動(dòng)態(tài)范圍比較大的運(yùn)放，我試過用358或324等運(yùn)放，帶來的問題是穩(wěn)定要差很多，還有，通過壓控放大器后，失真會(huì)變大。

  2.穩(wěn)壓電路壓控放大器上用的二個(gè)場管，一定要用結(jié)型場效應(yīng)管，不能用增強(qiáng)型的MOS管，早期的型號(hào)有3DJ6等，我用過東芝的2SK30A，效果比較好，貼片的可以用MMBFJ310或309，效果也很好。二個(gè)管子一定要用同一型號(hào)的，以保證特性的一致。

  3.熱敏電阻的要求上面已經(jīng)有說明，也可以用其它熱敏系數(shù)的熱敏電阻，只要調(diào)整一下R28就可以了。

  4.PCB布線有一定要求，因?yàn)檎麄€(gè)電路既有模擬電路，又有數(shù)字電路，所以，供電要分開，圖中+12是供給模擬電路的，VCC是供給數(shù)字電路的，模擬和數(shù)字的地線要分開走，在電解C25的負(fù)極匯總。

  5.如果輸出部分不用250光藕，用IR2110之類的，則IC107要換成CD4081。

  6.精密整流電路中的R10、R11要用萬用表測一下，盡可能配對(duì)，確保阻值相同，否則出來的饅頭波有高低。

下圖是為了測試純硬件驅(qū)動(dòng)板，專門做的H橋，上面有一個(gè)4路隔離電源。

這個(gè)隔離電源比較簡單，性能能夠滿足一般的使用要求，在設(shè)計(jì)時(shí)得到正弦芯大師的指點(diǎn)，特此感謝！

TOP104工作時(shí)比較熱，所以散熱片要盡可能大一點(diǎn)。

電路：配套的H橋原理圖