基于SG3525A的单相异步电动机变频调速电路

　　单相异步电动机的变频调速因为其有广泛的应用范围，一直是人们特别关心的问题。单相异步电动机变频调速专用的集成电路由于价格等问题一直不能普及。所以，研究一种采用通用廉价集成电路的变频调速装置是很有必要的。这里介绍一种单相异步电动机变频调速电路，其框图如下图所示。

　　这里的变频调速系统采用的是单极性正弦脉宽调制方式，其核心元件是SP-WM电路，选用的是电压控制模式的PWM控制与驱动器SG3525A(UC3525A、KC3525A同)，它主要用于开关电源。使用该芯片构成的开关稳压电源不但具有良好的性能，而且还具有外围元件少、调试安装简单等优点。该芯片内部基准电压源精度高；可实现外同步；仅需要一个电容就可以实现软启动：具有欠压封锁功能；输出级被设计成图腾柱输出；具有200mA驱动能力：占空比0-50%等等。它的内部主要由基准电源、误差放大器、振荡器、PWM比较器、触发器、输出电路等组成，采用16脚DIP封装。其引脚功能及特点如下

　　1脚：误差放大器反相输入：2脚：误差放大器同相输入：

　　3脚：振荡器外同步控制输入：4脚：振荡器外同步输入：

　　5脚：外接定时电容端：6脚：外接定时电阻端，与5脚共同决定内部振荡器的振荡频率；7脚：外接放电电阻端，它与5脚电容决定PWM驱动信号A路输出与B路输出间的死区时间；8脚：外接软启动电容端；9脚：内部PWM比较器输入端：10脚：外部控制端；11脚：PWM信号A路输出；12脚：地端；13脚：集电极开路输出端；14脚：PWM信号B路输出：15脚：电源端；16脚：内部基准电源输出端。SG3525ASPWM电路如下图所示。

　　SG3525A的内部振荡器为一个三角波发生器，它的振荡频率由6脚的电阻和5脚的电容决定。内部还有一个PWM比较器，当9脚输入电压发生变化时，三角波和输入电压的交点发生变化，比较器输出脉宽发生变化，从而实现脉宽调制(PWM)。其调制原理可用下图说明。

　　由图可知，直流调制电压越高，输出脉宽越窄，但脉冲周期不变，脉冲周期就是三角波的周期，在上图中T=T1=T2，只是占空比发生了变化。

　　如果SG3525A的9脚输入正弦波调制电压，由于正弦波的瞬时值在变化，它与三角波的交点也在变化，因此输出脉宽随正弦电压在变化，其调制过程就是正弦脉宽调制-SPWM，其输出脉宽按正弦规律变化。SP-WM调制有单极性调制和双极性调制之分，本电路采用的是单极性调制。其调制原理用下图说明。

　　图中正弦波为调制波，三角波为载波，如果正弦波加在PWM比较器的同相端，三角波加在反相输入端，则，PWM比较器的输出脉冲宽度在正弦波幅值附近最宽，幅值两侧越来越窄，如图所示，这就是SPWM调制。

　　由于采用单极性SPWM调制，所以需要一个全波整流电路，把正弦波变成单极性的，为区分正、负半周的SPWM信号及方便加入死区，还需要一个正弦波正、负半周的同步控制信号电路，全波整流后的正弦波被送到电路SG3525A，与其内部的三角波载波进行调制，从而在其输出脉宽按正弦规律变化的脉冲，完成单极性SPWM调制。下图是图1中的正弦波振荡器电路。

　　图中，ICL8038是函数发生器专用电路，可以输出正弦波、方波、三角波。这里使用正弦输出，频率范围5—50Hz通过可变电阻连续可调。其输出接下图的精密全波整流电路。通过整流后的全波信号送SG3525A的9脚，进行SPWM调制。

ICL8038的输出同时送下图比较器LM393构成的同步信号电路，以产生正、负半周同步控制信号。

　　当ICL8038输出正半周时，上比较器输出正向同步控制信号，负半周时下比较器输出正向同步控制信号。为了防止逆变桥两只场效应管直通，上下两个比较器都加了比较电压，即设置了死区。上比较器同相输入端的交流正半周电压只有大于其反向输入端的比较电压时才有输出：下比较器反相输入端交流负半周电压只有低于其同相输入端的比较电压时才有输出。死区时间可设定为10μs。以系统最高频率50Hz计算，半波死区和电源周期之比为：5/20000，则死区的角度为3600*5/20000=0.09°，死区电压为：u=Um-sin0.090，根据ICL8038输出的幅值就可以计算出死区电压。通过合理设置并调节比较器的比较电压使其等于死区电压就可以了。当频率变低时，死区时间会变大些，所以绝不会出现正负半周交替时桥臂上、下管直通故障。关于正弦正、负半周同步控制和死区设置见示意下图。

　　SG3525的SPWM信号由开路输出端13脚输出，11、14脚接地。输出的SPWM信号再通过两个与非门与LM393的正、负半周同步控制信号共同作用，然后去控制场效应管驱动器IR2101，IR2101是场效应管专用驱动器，2脚为正半周驱动，3脚为负半周驱动，两者均为高电平有效。SG3525A输出的调制信号通过正、负半周同步控制分两路被送到逆变桥的驱动电路，上桥臂的场效应管在正半周同步控制信号时反复通断，下桥臂的场效应管在负半周同步控制信号时反复通断，而另一个由电容组成的桥臂则配合场效应管的通断而充放电，从而实现电动机的变频控制。驱动及输出电路见下图。

　　输出电路包括逆变电路和整流电路。逆变桥的一个臂使用场效应管，另一个臂为两个电容。电容除了参与逆变外，还担任滤波任务。场效应管选用IRF840(8/V450V)，它可以满足一般单相异步电动机的需要，整流电路是普通的单相全波整流。

　　由于本电路属于工频以下变频，为了保持降频时电动机的磁通不变，电动机的电压也应该降低，即所谓U/F=C的恒压频比变频调速。由前述可知，频率越低SP-WM脉冲占空比越大，从而会使降频时输出电压上升，这与U/F控制背道而驰，所以在这里SG3525A的输出使用了与非门倒相，从而保证了恒压频比控制。IR2101的输出直接驱动桥臂上的两只场效应管。

　　电动机的电流频率就是ICL8038设定的频率。

　　该电路可以广泛应用于电风扇、排油烟机、吊扇、鼓风机及其他单相异步电动机的变频调速，具有节能环保等变频调速装置的所有优点，而且成本低廉，制造容易，便于推广。

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