50Hz三相正弦波参考电压信号电路的设计

在研制三相DC/AC逆变器电路系统时,需要三相正弦波参考电压信号作为给定信号,以进行电压瞬时跟踪控制。三相基准电压信号的波形质量直接影响到变换器输出电压的幅值、频率及其总谐波畸变因数(THD),因此要求三相正弦波基准电压信号具有相位差120恒定、幅值频率高度稳定、失真度小、幅值大小一致可调等特点。文中设计了一种50Hz三相正弦波参考电压信号产生电路,并详细分析了其电路工作原理及参数选择方法。1电路工作原理1.1三相电路原理如图1所示,电路原理框图由振荡分频电路、阶梯波合成电路和有源滤波电路三部分组成。由晶振及外电路形成的高频脉冲波,经过分频器4060分频,得到所要的时钟频率信号,然后将这些信号分别送给A、B、C三相的阶梯波合成电路。每相阶梯波合成电路中的两片4018芯片,对时钟脉冲信号按移位计数器方式工作,从而形成阶梯波。又由于A、B、C三相相位相差120,所以B相的阶梯波合成要通过A相的来控制,使B相落后于A相120;同理,C相的阶梯波合成要通过B相的来控制,使C相落后于B相120。为了能使三相相位严格相差120,所以再用C相来控制A相的阶梯波合成,使A、B、C三相平衡。然后每相合成的阶梯波相再分别经过电容隔直,消除阶梯波中的直流成分,最后再经过有源滤波和放大,得到幅值频率高度稳定、失真度小且幅值大小一致、可调,相位差恒定120的三相正弦波基准电压信号。1.2单相正弦波产生原理50Hz三相正弦波参考电压A相信号产生电路见图2[1]。电路由振荡分频电路、阶梯波合成电路和有源滤波电路组成。振荡分频电路由晶振CT和分频器4060组成,用于产生计数器4018的时钟信号CLK;阶梯波合成电路由计数器4018、权电阻R18R26、反相器4069构成,将振荡分频电路输出的时钟信号循环移位后,使得两片4018计数器的输出端Q1Q9的输出电平组合不同。在此过程中,图2中a点处电压Va得到图3所示的阶梯波。B相正弦波的产生原理与A相的原理相同,由前面可知B、C两相的4018芯片也要4060分频器提供时钟频率信号,但B相要落后A相120,C相也要落后B相120。由阶梯波合成示意图图3可知,18个阶梯共360,所以每两个相邻的阶梯相差20,那么要使B相落后于A相120,则要用A相的Q1(即IC8的5号引脚)处作为B相的触发信号。所以A相IC8(4018)的5(即Q1)号管脚经过4069反相后,接到B相的IC9的1号管脚接控制B相,这样就可以保证B相落后于A相120。C相的产生与B相一样,用B相的第二个4018计数器芯片的5号引脚作为C相的触发信号。因此B相的第二个4018计数器芯片的5号管脚经反相器4069反相后,接C相的第一个4018计数器芯片的1号管脚控制C相,这样就可以保证C相落后于B相120。为了保持三相相位平衡,用C相的第二个4018计数器芯片的5号引脚经过反相后,接到A相的第一个4018计数器芯片的1号引脚,这样就形成A相控制B相,B相控制C相,C相控制A相,从而使相位平衡,最后A、B、C三相分别再经过有源滤波和放大,这样就形成了幅值频率高度稳定、失真度小,幅值大小一致且可调,相位差恒定120的三相正弦波基准电压信号。阶梯波合成原理,其合成实质是电源电压在电阻上的分压,设Rx为4018计数器输出为“1”的输出端子所连权电阻的并联值,Ry为输出为“0”的输出端子所连权电阻的并联值。不同的脉冲时刻,两个电阻有不同的值,Va得到不同的分压值(即Ry两端的电压),从而产生阶梯波,在a点输出2N阶梯所需频率的阶梯波。阶梯波经有源滤波电路后输出高质量且幅值可调的正弦波