纯正弦波单相逆变电源主控芯片U3990

纯正弦波单相逆变电源主控芯片U3990 纯正弦波单相逆变电源主控芯片 U3990 由: admin • 2010-01-13 发 布. U3990是数字化 的、专为车载、 太阳能、风力、 数码发电机而 设计的纯正弦 波单相逆变电 源主控芯片，它 不仅可以输出 高精度的SPWM 正弦波脉冲序 列，还可以实现 稳压、保护、空 载时自动休眠 等功能，并且具备LED指示灯驱动、蜂鸣器控制、逆变桥控制引脚，从而可以利用该芯片组成一个性能优良的逆变电源系统。全自动运行、降低空载功耗是该芯片的设计宗旨:所有的保护功能都具备试探性恢复功能，尽量为用户提供使用操作上的方便;该芯片独有的空载时自动休眠功能，可以大幅度降低正弦波逆变电源的空载功耗。用该芯片控制的逆变桥输出，既可以是传统的工频变压器结构，也可以是高频升压后的直接逆变结构。为方便生产过程中的调试，该芯片还具备测试模式，在该模式下，所有的保护功能、自动休眠均不起作用，仅工作在可以稳压的逆变状态，为最基本的调试和测试提供了方便。 U3990 的内部构成主要有:正弦波发生器、双极性调制脉冲产生逻辑、50Hz(或 60Hz)时基、电压反馈 / 短路检测、正弦波峰值调压稳压单元、外部扩展的保护响应逻辑、负载检测、过温检测、电池电压测量、逆变控制、指示灯控制、蜂鸣器控制、抗干扰自恢复单元构成。整个电路封装成一个18引脚IC(DIP18)，其内部结构框图如图一所示: 图二是U3990的引脚图。 VDD是芯片的电源引脚，接单一+5V;GND是地; OSC1、OSC2是时钟引脚，接20MHz晶振; OUTA、OUTB是正弦波SPWM脉冲序列的输出引脚，这两个引脚输出的信号一般要通过死区控制电路才能送到逆变桥; OUTG是逆变桥使能控制输出，该引脚输出低电平 时允许逆变桥工作，输出高电平时则禁止逆变桥工作; AV_CK是逆变输出电压反馈引脚，该引脚接受的是 模拟量输入，逆变桥最终输出的正弦波交流电压通过 反馈电路送到该引脚，由芯片对逆变输出电压实现稳 压、调压和短路检测; BT_CK是电池电压测量引脚，是模拟量输入引脚，电 池电压经过电阻降压送到该引脚，由芯片对电池实现欠压 保护，若不需要使用该引脚，可以直接接+5V; TP_CK是温度测量引脚，这也是模拟量输入引脚，温 度传感器(热敏电阻)产生的电压送到该引脚，芯片会根 据该引脚电压的变化，判断温度是否 异常，并决定是否需要过温保护，若 不需要使用该引脚，也可以直接接地; RS_CK引脚是负载检测输入，芯 片由此引脚的高低电平判断逆变电源 是否空载;空载时要将该引脚拉成高 电平，芯片由此引脚实现空载自动休 眠、有负载自动逆变输出的功能; LED_T引脚过温保护指示灯输出，低电平点亮LED，过温时指示灯闪烁; LED_L引脚是逆变/欠压指示输出，低电平时表示逆变状态，慢闪烁时为欠压告警，快闪烁时为欠压保护，短闪烁时表示休眠; LED_P引脚是保护指示输出，当检测到短路或者外部的扩展保护时，芯片停止逆变，进入保护状态，此时指示灯闪烁; PROT引脚是扩展保护输入引脚，高电平有效，用户可以通过外部的或门逻辑实现过流等保护输入; BEEP/TEST是双向引脚，正常工作时是蜂鸣器控制输出引脚，通过三极管驱动电磁式蜂鸣器，当在芯片加电的瞬间，该引脚是输入引脚，用来检测外部TEST跳线的状态;关于该引脚的详细用法，将在后面介绍; FAN是风扇控制输出引脚，高电平有效; NC引脚是空余的引脚，一定要接到高电平。 在逆变状态下，OUTA、OUTB引脚输出的是双极性的SPWM脉冲序列，见图三所示:OUTA输出的SPWM脉冲序列，经过逆变后对应正弦波的正半周;OUTB输出的SPWM脉冲序列，对应正弦波的负半周。 逆变输出电压反馈引脚的作用是测量逆变输出的交流电压，根据测量值计算输出电压的误差并对输出电压值作出调整。当输出电压升高时，该引脚的电压也随之升高，芯片内部的调压电路会降低输出电压，反之，当该引脚的电压降低时，芯片会升高输出电压。 该引脚采用的峰值电压取样法，如图四所示: 图中的虚线标识就是芯片的取样点，峰值取样的优点是测量值准确、对电压变化反应迅速。在大多数情况下对于发生偏离的输出电压，芯片可以在1,5个交流电周期内调整完毕，为了降低正弦波形的失真度、保证波形的完整性，这种调整是在下一个交流电周期起作用的。 该引脚也可以测量整流滤波后的直流电压(平均值)，只是因为滤波‎‎电容的存在，使芯片对输出电压的变化反应迟钝。 加在AV_CK 引脚上的电压必须是实时的，不能是静态的电压。例如:在某一应用中为了能够调节逆变输出电压，在该引脚施加了一个固定的直流电压，这 个电压是可以调节的，但不是输出电压的反馈，这种情况是不允许的(但不会损 坏芯片)，因为这个电压不是反馈回来的，芯片始终会 认为这个值偏高(或偏低)，从而会一直做出相反的调 整，直到把输出电压调到了最低(或最高)，才会停止。 芯片的调压 / 稳压范围大约是最高输出电压的 50,,100,。 该引脚能够测量的电压范围是 0,5V，为了保护该 引脚不会因为过压而损坏，要在该引脚串接一只10K的电 阻(特别重要)。该引脚是以4.5V作为稳压基准的。 AV_CK引脚同时还要检测输出电压的短路情况，短路检测的周期是100uS检测一次，同时检测的还有扩展保护引脚，但是在输出电压过零点的前后10度范围内不进行上述检测，在这段时间内，芯片要检测电池电压和市电电压以及市电状态。 BT_CK引脚对电池电压检测的动作阀值:该引脚的电压低于2V为欠压保护;低于2.1V为欠压告警。欠压保护后等该引脚的电压升到2.2V以上，芯片可以自动解除欠压保护。 TP_CK引脚测量温度传感器过来的电压，该引脚电压高于2.2V时会置FAN引脚为高电平，以便开启风扇，当该引脚电压高于2.7V表示为过温保护，该引脚 带有施密特触发特性，在电压低于2.3V时，芯片才自动解除过温保护。在过温保护期间，FAN引脚继续输出高电平，直到该引脚电压低于2.0V。 RS_CK引脚是负载检测，在短路、外部扩展保护发生后，芯片会控制逆变桥输出探测脉冲，脉冲间隔是10秒钟，通过该引脚判断负载是否断开，如果负载已经被用户断开，芯片则会自动解除保护，重新进入逆变状态。在空载休眠状态，芯片也会输出探测脉冲，通过该引脚判断是否有负载接入，如果有负载芯片会自动进入逆变状态。 蜂鸣器控制引脚BEEP/TEST是具有两个功能的双向引脚，它的外围电路建议如图五所示:正常情况下，跳线器TEST是断开的，由BEEP/TEST引脚输出的蜂鸣信号通过R3、C1、D1、Q1驱动电磁蜂鸣器发声;在芯片加电启动的过程中，若芯片检测到TEST跳线短接，就会进入测试状态。在测试状态，芯片不理会各种保护信号和市电状态，始终处在可以稳压、调压的逆变状态。图中的R1为TEST跳线提供高电平上拉，R2是为了及时释放掉C3上的电压，保证跳线未短接时BEEP/TEST引脚是低电平。改变跳线后要对芯片重新加电。 蜂鸣器采用不同长度的发声来代表芯片的状态:进入逆变状态时短鸣一声;电池欠压告警时以3秒钟的间隔短鸣;欠压、短路、扩展、过温保护时以1秒的间隔短鸣，短鸣20次后不再发声，相关的LED指示灯仍然闪烁;进入测试状态时短鸣两声。 关于短路保护:芯片是通过分析第2脚的反馈电压来判断短路的，检测周期是100uS，这个周 期对于小功率产品尚可，对于稍大功率的应用明显不起作用，建议采用另外的短路保护 措施 《全国民用建筑工程设计技术措施》规划•建筑•景观全国民用建筑工程设计技术措施》规划•建筑•景观软件质量保证措施下载工地伤害及预防措施下载关于贯彻落实的具体措施 。如 果想取消芯片自身的短路检测，可以通过二极管向第2脚施加一个2.5V的固定电压，这个固定电压 可以从+5V供电由两只1K-2K的电阻分压得到，这样做并不影响反馈回路的工作。 PCB布线时要注意的问题: 一。时钟引脚要接一20MHz的普通晶振，晶体的两个引脚还要各接一只外部电容，尽管没有外部电容C，振荡电路也能起振，但为了工作稳定和避免干扰，最好采用15-30PF的电容; 二。三个模拟量测量引脚BT_CK、TP_CK、AV_CK的线条要尽可能短，并且能与地平行或者被地包围，以减小干扰; 三。U3990的+5V供电和地线要单独到走电源，不要从其它的电路单元分支过来，这样可以把芯片受到的干扰降到最低程度; U3990芯片有两个系列:50Hz和60Hz。每个系列又有不同的版本变化，用户可以从芯片型号的后缀字符加以区分。如:U3990T2-50表示50Hz系列的T2版本，U3990T1-60表示60Hz系列的T1版本。 目前U3990提供的版本是F3版，版本号的增大表示性能有所提高，或者对一些微小的逻辑错误进行更正