基于TDS2285的正弦波逆变器设计

陈萍+刘西安

摘要：针对无线电能传输设备对逆变器更加严谨的需求，设计了一种性价比较高的正弦波逆变器。采用纯硬件电路，其推挽升压电路是由SG3525芯片生成PWM信号来控制的，全桥逆变电路是由TDS2285输出SPWM信号来控制。该设计与传统的逆变器比较，具备控制电路设计简单、成本较低且逆变波形完美、电流畸变率低等优点。

关键词：逆变器；PWM；SPWM

中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2018）02-0034-02

逆变器，英文名称为Inverter，主要工作功能是把直流电转换成交流电。随着电力电子技术的不断发展，逆变器也广泛应用于日常生活中，如空调、电脑、电视、风扇、照明、录像机等设备。与此同时，电源质量的指标要求也不断的提高。为了满足这种需求，研制了一种由纯硬件来实现的正弦波逆变器。与软硬件结合的一般逆变器相比，省去了编程环节，具有性能稳定，反应迅速，不会死机的特点。按照先用升压斩波电路将直流电压转换为另一种直流电压，再利用H桥逆变器电路将得到的新直流电压逆成为所需要的正弦波交流这种工作原理。采用 PWM控制芯片 SG3525 作为主控芯片，来控制升压斩波电路。采用纯正正弦波逆变控制TDS2285 作为主控芯片来调节H桥逆变电路。并对装置的所有功能需求做了相应的设计，使逆变器运行安全高效。

1 系统组成

升压和逆变是逆变电源最主要的两个功率变换环节，主要有两种形式可以实现此性能：一种是先进行全桥逆变输出，再进行隔离升压输出，为此得加一个工频变压器，相对增加了电路的体积、重量和设计成本，且其噪声影响较大。另一种是采用两级式级联结构，输入直流电压经过整流升压变换后再进行逆变输出，与第一种方式相比，由于省去了工频变压器，相对减小了系统的体积、重量和噪声污染，并且其转换效率比第一种方式高，因此装置选用第二种实现方式。

本设计整个逆变器由升压电路、SPWM 波形发生电路、死区电路、驱动电路、H 桥逆变电路组成。该装置运用12V的蓄电池作为直流电源，利用逆变器将该蓄电池电压转换成220V/50Hz的交流电。

2 硬件电路设计

2.1 DC-DC升压模块设计

在硬件电路DC-DC升压模块设计中，分析了主电路工作原理，并结合设计需求选取元件参数，并对反馈电路、保护电路、控制电路和高频变压器进行了全面合理的设计。该逆变器升压电路是利用SG3525芯片来搭建的。此芯片是电流控制型PWM控制器芯片，其内部结构图是由振荡器、PWM 比较器、误差放大器、基准电压源、触发器、锁存器和输出驱动等部分组成。该芯片的工作原理是在芯片内部有一个误差放大器和一个脉宽比较器。误差放大器用来输出信号，脉宽比较器用来比较输入端的线圈信号和误差放大器的输出信号。通过对PWM波占空比的跟踪和控制。可以实现控制误差电压信号的变化的同时该脉宽比较器的输出电流也会跟着变化。SG3525可以在0-3000KHZ的宽范围频率中正常工作，在12 V标准输入电压下，输出可以达到360 V。SG3525可以输出两路互补的方波，分别由11和14管脚输出。之后，需要进行整流则用了个全桥整流桥。开关管交替轮流工作输出电压波形具有对称性，在DC—DC升压模块中变压器的作用是非常重要的。低压脉冲使脉冲变压器升到预定电压值，在经过脉冲整流滤波电路获得高压直流。

2.2 DC-AC逆变模块设计

在硬件电路DC-AC 逆变电路的设计中。首先对主电路的工作原理和控制原理进行相应的分析，然后确定主电路中的元件参数，根据需求设计了控制电路和驱动保护电路。此逆变电路是采用TDS2285芯片来实现SPWM 控制的。此芯片是一款基于 PIC 单片机开发的纯正弦波逆变控制芯片，由5V电源供电，20mA 输出引脚连续负载能力。该芯片内部构成电路简单，有短路保护电路，可以控制交流电压、电流反馈，同时可以完成工作状态指示，并且精度可以达到20位。TDS2285芯片先经过改良的双极性SPWM调制，再经过外部死区时间生成后，输入经MOSFET和IGBT.驱动电路至H逆变桥电路，输出经过简单的滤波即可得到高品质的纯正正弦波电源。

TDS2285最大的特点是该芯片的核心电路很简单。主要体现在三方面。第一，它是用程序产生SPWM波的芯片，所以省去了产生SPWM波的外部电路。第二，反馈电压调节器是取输出回路的直流信号经整流进行稳压的，所以稳压调节电路也非常简单。第三，不需要考虑相移补偿，所以电路大大简化，元件的数量也大大减少。

3 实验结果

前 级 DC-DC 电 路 采用SG3525 芯片产生的 PWM 波 形 如 图 3所 示 ，输出两路互补的 PWM 波形。

后 级 实 验 波 形 主 要 为 SPWM 的 测 试 和 交 流 输 出 的 波形，如图4所示为两上桥臂 SPWM 互补驱动信号。 均无毛刺，可知 SPWM 波形输出良好。

4 结束语

在无线电能传输技术的研究中，高频逆变电路的设计是一项难点，为了研制一种相对传统逆变器来说，控制电路设计简单，成本较低且逆变输出波形品質好的一种性价比较高的正弦波逆变器。本文设计了一种能达到要求的逆变器，其正弦波逆变器中的推挽升压电路选用芯片SG3525生成PWM信号来控制，全桥逆变电路采用单片机TDS2285产生SPWM信号来控制。该逆变装置能够适应高温环境，满足电子装置的用电需求、技术复杂程度。对无线电能传输技术具有重要的应用价值。为了验证设计方案的可行性，搭建了一台无线电能传输装置实验样机，进行了相应的系统测试。分析了系统的 PWM 驱动波形和 SPWM 驱动波形，以及不同功率负载时的输出电压、频谱响应等。实验结果证明本文设计的逆变器输出波形圆滑而规整，所以基本可以达到预期的目标。

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