基于LM4651的单相异步电动机的变频调速电路

时间:2015-09-30 16:03 | 来源:金桥电子网 | 点击: 次 [去老版] [去论坛] [去网店]

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  如上图所示,D类音频功率放大器由两大部分构成。第一部分是调制电路,包括输入正弦波(调制波)电路、三角波(载波)发生器电路、比较器电路和整形电路等;第二部分是H桥功率放大电路和滤波电路。由于三角波的频率和幅值都高于正弦波,所以在比较器的输出就会获得脉冲宽度随输入正弦波幅度变化的脉;中,这一过程就是所谓脉宽调制PWM,由于脉宽调制是按正弦规律变化的,所以也称之为正弦脉宽调制SPWM。SPWM调制波形如下图所示。

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  调制电路输出的SPWM信号经过整形放大,驱动H桥中的4只开关管使其对角线的两对开关管轮流导通,控制末级电源向负载提供电流,并经过LC滤波器还原放大的音频信号,获得功率输出。

  在D类功率放大器原理基础上实现变频调速的思路从以上D类功率放大器的工作原理可知:

  1)D类功率放大器的输出跟随输入正弦信号的频率和幅值的变化,这一点与变频调速的输出与输入的关系相同:

  2)D类功率放大器采用的调制方式与变频调速的调制方式都属于正弦脉宽调制SPWM;

  3)D类功率放大器的H桥输出与变频调速的单相逆变桥输出拓扑完全相同:

  4)D类功率放大器的音频范围涵盖了变频调速的频率范围:

  5)D类功率放大器中载波发生器的频率范围适用于变频调速电路。

  基于以上原因,说明D类功放可以用于变频调速。但由于变频调速电路中逆变桥的直流电源要比D类功放H桥的直流电源高得多,所以,一般的D类功放并不能用于变频调速,好在D类功放中不乏前级控制和后级H桥分离的电路。比如美国国家半导体公司的LM4651和LM4652D类功率放大器电路中,LM4651是前级控制电路,LM4652是H桥电路。由于LM4652只能工作在+/-22V以下,所以不能用作变频调速电路的逆变桥。但LM4651完全具备SPWM功能,只要外接一个高压逆变桥和一个正弦波发生器,就可以构成一个单相异步电动机变频调速电路,如下图所示。

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  基于LM4651的单相异步电动机变频调速电路设计

  1.关于LM4651

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  LM4651的框图如上图所示。

  脚号 引脚符号 功能描述
1 OUT1 输出到功率MOSFET栅极驱动电路的基准脚
1,27 BS1,BS2 为驱动上面的栅极HG1、HG2提供额外偏置的自举脚
3 HG1 半桥中#1高端栅极驱动输出
4 HG2 半桥中#2高端栅极驱动输出
5,15 GND 模拟地
6 +6VBYP 模拟电路内部调节正电压输出,该脚仅用作内部调整器旁路
7 +VCC IC正电源电压输入
8 -6VBYP 模拟电路内部调节负电压输出,该脚仅用作内部调整器旁路
9 FBKVo 反馈测量放大器输出脚
10 ERRIN 误差放大器反相输入脚。该脚上的输入音频信号与反馈信号相加
1 1 ERRVo 误差放大器输出脚
12 TSD 热关闭输入脚,连接LM4652的热关闭输出
13 STBY 待机功能输入脚
14 FBK1 反馈测量放大器,该脚必须连接到来自Vo1(LM4652脚15)的反馈滤波器
16 OSC 开关频率振荡脚,调节电阻从15.5kΩ到0Ω变化,开关频率从75kHz到225kHz变化
17 Delay 延迟时间调整脚
18 SCKT 短路设定脚,最小设定值是10A
19 FBK2 反馈测量放大器脚,该脚必须连接到来知V02(LM4652的脚7)的反馈滤波器
20,21 -VDDBYP 供数字单元电路使用的调整器输出,该脚仅作旁路用
22,23 -VEE IC负电源电压
24 START 启动电容输入脚。可调节调制器的诊断时序启动时间
25 LG1 半桥中#1低端栅极驱动器输出
26 LG2 半桥中#2低端栅极驱动器输出
28 OUT2 输出到功率MOSFET栅极驱动器电路的基准脚

  LM4651的引脚功能如上表所示。

  LM4651的主要特点为:

  a)开关频率可由脚16(OSC)上的外接电阻Rosc控制:Fosc=1×l0的9次方/(4000+Rosc)(Hz),调节范围为75~200kHz;

  b)开通软启动(启动延时由脚24上的外接电容决定)和欠压闭锁(当电源电压低于±10.5V时,输出关闭);

  c)过调制保护,即软削波(SOFtclip-PINg);

  d)短路电流限制(内部设定于10A)和热关闭(门限结温为150℃)保护。

  主要电气特性及性能指标为:

  LM4651最高电源电压为±22V,工作温度范围为-40-+850C,最高结温为150℃,总静态电源电流为237mA(在脚150上电阻Rdly=0时),待机电流(lstby)为17mA,效率T1≥85%。

  2.外接单相逆变桥及整流电源电路

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  外接单相逆变桥及整流电源电路如上图所示。

  图中4只场效应管选用IRF630,电容C1、C2选用220uf/200V,均压电阻R1、R2为100KΩ。

  3.LM4651的电源处理及与逆变桥的连接

  这里LM4651的电源采用正、负12伏,但为了逆变桥的驱动,负12伏应与逆变桥电源的负端连接。见图7。

  4.LM4651载波频率的确定

  LM4651中振荡器频率fosc=1×l0的9次方/(4000十Rosc),其中Rosc=R6=3.9kΩ,于是PWM频率fosc=125kHz。

  5.LM4651与逆变桥的信号连接

  LM4651与逆变桥的信号连接与LM4651连接LM4652时相同。

  6.变频调速的正弦波信号源电路

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  变频调速的正弦波信号源采用函数发生器电路ICL8038,电路如上图所示。

  它的振荡频率根据需要可以设计在基频以上或以下,也可以在整个变频范围内。图示数据时,调频范围为6~ 50Hz,属于基频以下调速。

  7.基于LM4651的单相异步电动机变频调速电路

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  基于LM4651的单相异步电动机变频调速电路如上图所示。

  结论

  这种基于LM4651的单相异步电动机变频调速方案,电路简单、工作可靠、节能环保,可以广泛应用于工作在各种场合的电容运行单相异步电动机的变频调速,具有一定的推广价值。

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(责任编辑:JQDZW)
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