摘要：詳細介紹了UC3637的特點，工作原理，將其應用于逆變控制電路中的有關參數(shù)設計。最后給出了應用示例。應用表明這種控制電路具有簡單，實用，可擴展性好，性能穩(wěn)定可靠的優(yōu)點。
關鍵詞：雙脈寬調制；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控制技術具有可以同時實現(xiàn)變頻、變壓、抑制諧波的特點，所以一直是變頻領域中的核心技術，其應用相當廣泛。最常用、最流行的SPWM技術在CVCF電源中始終占主導地位。其基本實現(xiàn)方法一類是采用模擬集成電路完成正弦調制波與三角波載波的比較，產(chǎn)生SPWM信號；另一類是采用數(shù)字方法。隨著應用的深入和集成技術的發(fā)展，已商品化的專用集成電路（ASIC）和專用單片機（8X196/MC/MD/MH）以及DSP，可以使控制電路結構簡化，集成度高。由于數(shù)字法一般價格比較高，需要專用開發(fā)裝置，交叉匯編，軟件設計復雜，調試工作量大，這對于一些對生產(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。
本文對選用UC3637雙PWM控制芯片設計變頻電源控制電路的方法進行了介紹，其硬件結構既不復雜，又能得到良好的控制性能。
2 UC3637的基本特點
為后面的敘述方便，簡要介紹一下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)的用于直流電動機控制的雙PWM控制器[1]，具有其它PWM控制器不可多得的優(yōu)點。
2.1 電路特點
UC3637電路特點如下：
——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制；
——雙路PWM信號，圖騰柱輸出，供出或吸收電流能力100mA；
——逐個脈沖限流；
——內藏線性良好的恒幅三角波振蕩器；
——欠壓封鎖；
——有溫度補償，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。其內部包含有一個三角波振蕩器，誤差放大器，兩個PWM比較器，輸出控制門，逐個脈沖限流比較器等。不同于其它（如3524/5，TL494，3520…）雙PWM控制器的是，2個PWM比較器的輸入端全部引到片外，誤差放大器的3個 端 （2個 輸 入 、1個 輸 出 ） 也 是 如 此 ， 這 為 靈 活 地 設 計 電 路 帶 來 極 大 的 方 便 。
PWM控 制 芯 片 通 常 采 用 鋸 齒 波 振 蕩 器 。 當 載 波 為 鋸 齒 波 時 ， 輸 出 波 形 會 有ωs±ω0、2ωs等 諧 波 ， 而 載 波 為 三 角 波 時 則 不 存 在 這 些 諧 波[2]， 并 且 是 雙 沿 調 制 ， 動 態(tài) 響 應 比 單 沿 調 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，未作標準化處理）
圖2 恒 幅 三 角 波 產(chǎn) 生 電 路 （ 原 圖 ， 未 做 標 準 化 處 理 ）
在電源＋Vs和－Vs之間串接電阻R1、R2、R1組成分壓電路，分壓點分別為＋VTH和－VTH，作為三角波正峰值和負峰值的轉折（閾值）電壓。CT和RT為定時電容和定時電阻。＋VTH還通過內部緩沖電路與RT共同作用產(chǎn)生CT的恒值充電電流Is。CP，CN構成窗口比較器，當CT以恒流Is線性充電到VCT=＋VTH時，CP翻轉，觸發(fā)器S端置1，Q為高電平，S1關斷；同時S2接通，CT以Is線性放電，到VCT=－VTH時，CN翻轉觸發(fā)器R端復位，Q為高電平，S2關斷，S1接通；則三角波新的一周開始。RT設置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，三角波的正負斜率對稱，線性優(yōu)良，調節(jié)頻率時三角波為恒幅。 [!--empirenews.page--]
3 設計要點
在了解了UC3637的特點，電路組成和基本功能之后，即可具體設計逆變控制電路了。以下僅介紹幾個關鍵電路單元的設計方法。
3.1 死區(qū)時間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。功率開關管的開通和關斷都需要時間，所以上下橋臂之間必須留有適當?shù)乃绤^(qū)時間，這關系到逆變主電路的安全。UC3637的死區(qū)設置是相當靈活的，可以在很寬的范圍內調整。
圖3（a）為死區(qū)時間示意圖，圖3（b）為外圍元件的連接電路。經(jīng)過推導和合理的近似，各參數(shù)之間有如下關系：
(a) 死區(qū)時間示意圖
(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)
在逆變控制設計中，有些參數(shù)是可以首先確定下來的。例如開關頻率fs，橋臂的死區(qū)時間td（根據(jù)開關器件的開關特性），三角波的峰值轉折電壓＋VTH和－VTH等。±VTH的范圍應限制在±Vs2V之間。實際的±VTH可根據(jù)調制波的最大可能值而定，調制波的最大可能值可依據(jù)PID的供電狀況及動態(tài)范圍確定。調制波的幅值確定之后，隨之可定±VTH。再依據(jù)上述各關系式，不難解出其它各參數(shù)。若對于一個逆變系統(tǒng)要求：Vs=±15V，td=3μs，fs=30kHz，正弦波調制信號的最大可能值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。當調制正弦波為零時，VR/R4≈(Vs－VR)/R3，取R4=5kΩ，則R3=47kΩ。理論計算的數(shù)值在應用中還需進行適當?shù)男拚?/p>
3.2 頻率調節(jié)控制
作為逆變電源還要求輸出頻率fo在一定的范圍內連續(xù)可調。比如fo=400Hz的電源在±30Hz范圍內可調。如上所述，UC3637三角波振蕩頻率由±VTH，CT，RT決定，當±VTH確定之后，一般不再作為可調量（因為三角波作載波應當恒幅），則調節(jié)RT比較容易實現(xiàn)，電路如圖4所示。
圖4 逆 變 器 變 頻 調 節(jié) [!--empirenews.page--]
圖5 輸 出 電 路 調 節(jié) 電 路
A1、A2為跟隨器，調節(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設定的CT充電電流Is變化，從而調節(jié)了三角波頻率fs。將三角波整形后作為正弦波（調制波）存儲器的讀取時鐘(UC3637無同步信號輸出)，因而逆變電源的輸出頻率fo隨fs而變，從而實現(xiàn)同步調節(jié)的目的。
3.3 輸出電壓反饋調節(jié)
誤差放大器作為電壓調節(jié)器使用，它是一個獨立的高速運算放大器，典型帶寬為1MHz，具有低阻抗輸出。誤差放大（電壓調節(jié)）器的補償網(wǎng)絡傳遞函數(shù)為：
HC=UO(s)/Ui(s)=[1＋(R5＋R7)C3s](1＋R6C1s)/
R5(C1＋C2)s{1＋[C1C2/(C1＋C2)]R6s}(1＋R7C3s)
調節(jié)RP2可調節(jié)輸出電壓。補償網(wǎng)絡可以改善輸出的動態(tài)特性。
4 應用示例
一半橋逆變控制電路如圖6所示。圖中U1～U4為參考正弦（調制波）發(fā)生器[3]，UC3637單片構成半橋正弦脈寬調制器。SPWM脈沖從管腳4，管腳7輸出，經(jīng)IR2110驅動半橋的上、下橋臂的功率開關。
圖6 UC3637原 理 框 圖 （ 原 圖 ， 未 作 標 準 化 處 理 ）
5 結語
采用為數(shù)不多的集成電路，就可構成一個完整的逆變控制電路?？刂齐娐泛唵?，實用，硬件投資不高，不占用微機資源，擴展性好（可擴展到單相全橋及三相橋）。使用證明性能穩(wěn)定，可靠。
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