快速入门PWM的技术难点，从此开始！

以前做的逆变器，H桥的短路保护一般是做成自锁式的，也就是短路一发生，H桥就关闭了，这种方式很可靠，只要保护时间和电流门限控制得好，一般是很容易做好的。但这种方式有一个问题，就是短路自锁后，重再次开机，就必须去重新启动它一下，有点麻烦。现在有一些商品机自称也是可以做到短路后不自锁，短路撤消后自动恢复。我曾测过二台商品机，一台300W的，短路后还有近70W的功耗，另一台是1000W的，短路后有150W左右的功耗，时间稍长一些，管子和机壳烫得不得了，这样的功耗，还是让人不放心。为些我花了点时间，想自已做一款驱动电路出来，能做到低功耗的长时间短路不烧机。

下图是我做的具有上述功能的第一款驱动卡：

这款卡可以实现短路时不锁定，短路撤消后自动恢得逆变，用在2000W的机器上，还有50W左右的功耗，下图是在连续短路时，在电流取样电阻上测到的电流脉冲，每一秒还有约150个电流脉冲，最大时为60A，最大上升时间约20US。我用的是40A的功率管。

用这款驱动卡做实验，连续短路一小时，滤波电感和末级功率这还是有点热，总让人不放心，于是我又进行了改进，下图是改进后的版本。

下图是改进后的版本照片：

这款改进版的驱动卡，在连续短路时，H桥的功耗非常非常低，每2秒才有一个电流脉冲，见下图：

我连续短路了两天，用手摸滤波电感和功率管，冰凉，一点温暖的感觉也没有。实际上，在短路时，H桥处于一种半休眠状态，只要短路一撤消，逆变器马上自动恢复输出。

经测试，短路后，只有前级在工作，能测到的是前级的空载电流，后级几乎不耗电，几乎测不到电流，因为脉冲很少，速度又很快……

LED（发光二极管）作为一种新型光源，具有高效节能、绿色环保、使用寿命长等其他光源无法比拟的优点，代表着未来照明技术的发展方向。本文设计了一种以AT89S51单片机为核心的家用多功能白光LED台灯系统，采用PT4115大功率LED恒流驱动方案，可实现对LED台灯的PWM多级调光控制；同时，系统兼有时间日历、温度检测、液晶显示、声光闹钟等多项功能。本文详细给出系统的硬件与软件设计过程。实验证明，该多功能LED台灯稳定高效，功能丰富，能够满足家庭实际应用的要求。

0引言

目前，市场上采用白炽灯、卤素灯、荧光灯为光源的台灯普遍存在着低效率、高能耗、不易调光等缺点；至于寿命结束的含汞灯，一旦处理不当，将对环境造成严重危害；而且部分台灯产品功能单一，缺少亮度调节、时钟日历、温度显示等功能，无法适应现代家庭生活的实际需求。为解决当前问题，本文设计了以AT89S51单片机为核心的多功能白光LED台灯系统，采用PT4115大功率LED恒流驱动方案，可实现对LED台灯的PWM调光控制；同时兼有时钟日历、声光闹钟、温度检测、液晶显示等多项功能。在实现高效节能的同时，为家庭使用提供了极大的便捷。

1系统硬件电路设计

该多功能LED台灯系统采用20只5mm高亮白光LED灯珠为光源，以AT89S51单片机为主控芯片，由LED恒流驱动系统、时钟系统、测温系统、液晶显示系统、蜂鸣系统、按键系统组成。系统结构框图如图1所示。

该系统可具体实现LED台灯的10级PWM调光控制；液晶屏实时显示时钟、日历与环境温度信息；闹钟功能采用声光报警方式，即一旦到达闹钟时间，LED台灯自动点亮，并发出蜂鸣声报警，以唤醒用户；用户可通过按键系统实现对时钟日历与闹钟参数的设置、LED亮度的调节以及闹钟报警的解除。

图1系统结构框图

1.1单片机主控系统

本设计主控系统采用ATMEL公司的高性能AT89S51芯片实现，其P0口外接10K的上拉电阻，~同时作为DS12C887的数据接口与液晶1602的数据接口。~分别连接DS12C887芯片的片选端CS、地址选通输入端AS、数据选择端DS与读/写输入端R/W，连接其闹钟中断请求输出端~分别连接液晶1602的使能端EN、数据/命令选择端RS、读/写选择端作为蜂鸣器控制端。作为DS18B20的信号输入端。、、、与作为S2~S6按键系统。作为PWM信号的输出端并连接PT4115芯片DIM端，用于PWM调光控制。系统晶振电路由12MHZ晶振与两个30PF电容组成；复位电路则由S1按键、10K电阻与10uF电解电容构成。主控系统电路如图2所示……

这是一个用TL494做PWM控制的多用途驱动卡，电路由二部分组成，图中上面是494/PWM控制部分，为了简单起见，我用494直接来推动TLP250光藕，这样，输出的波形就有保障。现在的频率约28K，输出波形为+15V和-6V，既可以驱动MOS管，也可以驱动IGBT管。下面部分是辅助电源，AC220V输出经整流滤波送到TNY275控制芯片，这是一个单片反激式小功率开关电源，一共输出4路互相隔离的电源：一路为15V，经78L12稳压供给TL494，另三路为21V，分别送TLP250的输出端，为光藕内部的输出电路供电。

下图是输出波形，+15V-6V

下图是PWM起控时的波形：

下图是PWM起控时的波形：

TNY275的D极波形……

一、电路原理分析及部分元件的选择

U1A是一级隔离放大器,其电压增益为2倍,也可以接成跟随器的形式,因为我考虑到5532在做跟随器时是否会不稳定,所以给它一定的增益,它的主要作用是隔离振荡电路和它的4路负载。

U2A,U2B组成一个精密整流电路,其特点是,经它整流的正弦馒头波,失真很小,能满足SPWM的要求.图中R4,R7,R8,R9,R16的阻值一定要一致,特别是R7,R9要配对(这5个10K电阻我用的是0.1%的精密电阻),否则,出来的馒头波会上下跳动。
U3B就称它为稳压放大器:从精密整流电路出来的馒头波进入U3B的同相端,从H桥取样变压器次级出来的馒头波(也经整流,不能滤波)进入U3B的反相端,用来控制该运放的输出电压,起到稳压作用。
U3A是一个加法电路:从U3B出来的馒头波进入U3A的同相端,同时U3A的同相端也接在一个直流电位上,把PP值为4V的馒头波,垫高2.5V.这个经垫高的馒头波就可以送到SPWM调制电路中,做为SPWM的基波信号。

本电路的载波振荡器的核心是一块NE555时基电路U4.它实际上是一个高线性度的三角波发生器,三角波频率由R29,R30及C7决定,如图中所标的数值R29,R30为470R,C7为822,这时,三角波的频率约为20K,能满足SPWM调制电路的要求.为确保三角波的线性度,由Q1,Q2,Q3,Q4为电容充放电回路组成恒流源.三角波信号经Q5的E极输出,分别送到SPWM调制器U5A,U5B的同相端和反相端.这个调制电路实际上是一个电压比较器,它把20K的三角波信号和100HZ的馒头波信号进行比较,在输出端1脚和7脚分别输出二路极性相反的SPWM信号.U5可以用LM339或LM393,不能用速度较慢的普通运放,如324,358等等。

另一块5532即U6A,U6B组成一个50HZ同步方波发生电路:从正弦波振荡器过来的正弦波信号(约12VPP),经二个电压比较器U6A,U6B后,产生二路带死区时间的低频同步波,电路中R39,R14决定二路方波的死区时间.经试验,当用5532时,R39,R14取510R时,死区时间大约为100,U6B用358时死区时间为200US。

在U5的输出端,接有一个高频波死区时间调整电路,由R47,R48,C20,C21组成,这4个元件是我第三次修改时加上去的.在没有这二组延时电路时,高频波的死区时间约为100ns,接上H桥后,在开环不稳压的情况下,表现很好.但在闭环空载时,H桥有轻微的直通现象.加了这二个回路后,高频波的死区时间调整为2us,闭环空载时的轻微直通现象消失。

从U5出来的二路SPWM波和从U6出来的二路同步方波,一并送到由U7,U8,U9组成的时序编码电路进行分相编码,出来的是4路标准的SPWM单极性调制波,分别送到H桥的4个驱动电路中。

这里有一点要特别说明:我用的H桥是用4个光藕做为输入驱动的,其设计要求为“低电平有效”,如果用其它驱动方式的H桥,原则上也可以,但如果其驱动方式为“高电平有效”的话,最后一级反相器U9一定要取掉。

补充一点:电路中所有的电容,一定要用CBB电容,性能稳定,质量可靠,其它电阻最好用1%的真金膜电阻。

二、信号板电路的调试:

1.在J1上接上+15V和-15V电源,D7,D16应该亮,测一下电流,+15V应该在50MA左右,-15V应该在60MA左右,说明电路基本正常

2.用示波器测S1点,调节VR3,应该看到正弦波,频率在50HZ左右,调VR3使S1点的正弦波幅度在12Vpp,振荡器就基本调好了

3.用示波器测S2点波形,应该看到馒头波,调VR1使馒头波的幅度在6Vpp,一般大于11V就会出现削顶,这样,精密整流电路就调好了

4.用示波器测S3点波形,也应该是馒头波,调VR4让S3点的波形幅度在4Vpp,再调VR2使馒头波的谷点离开直流底线2.5V,这样,加法器电路就基本调好了,等接上H桥再细调……

1引言

SPWM法是一种比较成熟的，目前使用较广泛的PWM法。前面提到的采样控制理论中的一个重要结论：冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时，其效果基本相同。SPWM法就是以该结论为理论基础，用脉冲宽度按正弦规律变化而和正弦波等效的PWM波形即SPWM波形控制逆变电路中开关器件的通断，使其输出的脉冲电压的面积与所希望输出的正弦波在相应区间内的面积相等，通过改变调制波的频率和幅值则可调节逆变电路输出电压的频率和幅值。

2总体设计方案

2.1单元串联多电平变频器拓扑结构介绍

单元串联多电平变频器的拓扑结构简单，易于模块化，可以根据系统对输出电压、电平数的要求确定功率单元的级数。如图1所示，七电平H桥串联逆变器拓扑结构图，其单相电压是由三个功率单元组成，每个功率单元均为H桥逆变电路结构，输出端依次串联在一起，并利用SPWM信号控制功率单元中开关器件的通与断。

3DSP控制部分

DSP控制部分主要任务是实现单相电压中第一级功率单元的两路控制信号。如图3所示，这两路控制信号分别控制左桥臂Q1和右桥臂Q3两开关器件的通与断，Q2和Q4控制信号分别为Q1和Q3信号的互补信号，Q1和Q2、Q3和Q4信号间需要增加一定的死区延时时间……

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