正弦波UPS中的逆变电路.DOC

1、正弦波 UPS 中的逆变电路一、前言逆变电路是 UPS 电源的核心电路。作者在剖析若干知名厂家生产的 UPS 电源电路的基础上，对 UPS 电源中的逆变电路进行了探讨。本文所涉及的电路，是这些厂家技术人员多年技术经验的结晶，并且经历过大量产品投放市场后的考验，具有很好的参考价值。作者在此发表出来，供业内人士和有兴趣者参考。UPS 电源有很多分类，作者根据业内的习惯，将 UPS 电源分为工频机和高频机。本文中的工频机和高频机采用的都是正弦波逆变电路，输出的都是正弦波电压，并且都是在线式结构。文中只涉及正弦波逆变电路，以下简称逆变电路。二、逆变电路的结构逆变电路由正弦波SPWM 调制电路和功放电路

2、组成。2.1 工频机所采用的逆变电路的结构图图 1 所示为工频机所采用的逆变电路的结构图。由图可见，工频机逆变电路中右侧的功放电路采用的是全桥式功放电路，这种功放电路需要正弦波调制电路提供 4 路相互独立的SPWM 驱动信号。在左侧的正弦波调制电路中，用正弦波信号去调制三角波信号，得到 4 路独立的 SPWM 信号，经隔离驱动后送至功放电路。在这种结构中，每一桥臂功率管的数量视输出功率而定，当输出功率较小时，功率管采用MOS 器件，输出功率大时，采用 IGBT 模块。2.2 高频机所采用的逆变电路的结构图图 2 所示为高频机所采用的逆变电路的结构图。由图可见，高频机逆变电路中的功放电路采用的是

3、半桥式功放电路，这种功放电路需要正弦波调制电路提供 2 路相互独立的 SPWM 驱动信号。在左侧的正弦波调制电路中，由电脑板直接提供 2 路 SPWM 波信号，经隔离驱动后送至功放电路。在这种结构中，每一桥臂功率管的数量也视输出功率而定，当输出功率较小时，功率管采用 MOS 器件，输出功率较大时，也采用 IGBT 模块。三、正弦脉宽调制（SPWM）方法SPWM 信号实际上就是与正弦波等效的一系列等幅不等宽的矩形脉冲波。、1 、GDSQ4GDSQ3GDSQ1GDSQ2T0合 成 电 路C0功 放 电 路、 、T0-1T0-2、SPWM、正 弦 波 调 制 （ SPWM） 电 路BUS-BUS+4

4、、2 、GDSQ4GDSQ3C3L3 、/、/、C1C2+BUS-BUS、SPWM、SPWM、2在 20KVA 以下的小型逆变电路中，通常用正弦波（调制波）调制三角波（载波）的方法来实现脉宽调制的目的，又称为三角波调制法，它是利用比较器来完成这一功能的。根据调制信号所包含的信息量，调制电路可以分为单极性调制和双极性调制。3.1 SPWM 调制方法及特点在单电源供电的比较器重，若将正弦波送到比较器的同相输入端，将三角波送到比较器的反相输入端，则在正三角波幅值大于正弦波的幅值时，比较器将输出一个负向脉冲，这个负向脉冲的宽度等于三角波大于正弦波部分所对应的时间间隔。而在三角波幅值小于正弦波的幅值时，

5、比较器将输出一个正向脉冲，这个正向脉冲的宽度等于三角波小于正弦波部分所对应的时间间隔。从图 3 可见，这时在电压比较器的输出端将得到一连串脉冲方波序列，其特点是：对应于正弦波幅值较低的部位，脉冲方波的宽度较窄，而对应于正弦波幅值较高的部位，脉冲方波的宽度较宽。这就是正弦脉冲调制信号，即 SPWM 信号。根据分析，这种三角波调制电路有以下特点：当三角波频率与正弦波频率之比 N20 以上时，在比较器输出端产生的矩形脉冲，其宽度正比于正弦波幅值与三角波幅值之比。因此，只要适当地调节输入到比较器的正弦波电压的幅值大小，就可以调节脉冲宽度，从而调节了逆变器输出的正弦波电压的大小。这一特点也使得由三角波调

6、制电路构成的逆变电路具有自动稳压的功能。当正弦波幅度小于三角波幅度时，逆变器输出电压波形中只含有基波和 17、19次谐波，而不包含 3、5、7等低次谐波分量，仅存在与三角波频率相近的高次谐波。正弦波的频率是 50Hz，通常三角波的频率是 10-20KHz 左右。因此，在采用三角波调制法的逆变电路中，输出电压的波形中实际上不包含低次谐波分量，它们所包含的最低谐波分量的频率都在几十 KHz 以上。因此，在这种逆变电路中，逆变器所需的合成器（即输出滤波器）的尺寸、重量和成本可以大大减小。若增大正弦波的幅度，使正弦波幅度大于三角波幅度时，逆变电路输出的调制波中，将开始出现 3、5、7等低次谐波分量。这

7、会导致逆变输出正弦波电压的失真度增大，严重时会使电路进入自动保护关机状态。因此在调试时要主意正弦波的幅度不能超过三角波的幅度。上述正弦波调制法已经成为一种经典的正弦波调制方法，在逆变电路中被广泛使用。3.2 双极性 SPWM 调制在双极性调制电路中，需要一路正弦波信号和一路三角波信号，三角波信号的幅值必须略大于正弦波信号的峰-峰值。如图 4a 所示，若将正弦波送到单电源比较器的同相输入端，将三角波送到比较器的反相输入端，则在电压比较器的输出端将得到一连串脉冲方波序列，其特点是：在正弦波的正半周中，对应于正弦波幅值较低的部位，脉冲方波的宽度较窄，而对应于正弦波幅值较高的部位，脉冲方波的宽度较宽。

8、而在正弦波的负半周中，对应于正弦波幅值较低的部位，脉冲方波的宽度较宽，而对应于正弦波幅值较高的部位，脉冲方波的宽度较窄。由于这种调制电路输出的 SPWM 波信号中既包含了正弦信号正半周的信息，又包含了负半周的信息，所以称为双极性调制。由于高频机通常采用半桥式功放电路，需要两路大小相等、相位相反的 SPWM 信号，因此在高频机中，将由此得到的双极性调制信号分为两路，将其中一路反相 180，即可得到两路大小相同、相位相反的 SPWM 信号。0、3 、3图 4b 所示为另一种调制电路。它与图 4a 的区别是将正弦波送到比较器的反相输入端，而将三角波送到比较器的同相输入端。由此得到的 SPWM 信号的

9、波形与图 4a 的相反，SPWM 波宽度的变化规律也相反。将其分为两路，并将其中一路反相后，同样可以得到两路大小相等、相位相反的 SPWM 信号。3.3 单极性 SPWM调制在单极性调制电路中，也需要一路正弦波信号和一路三角波信号，但三角波信号的幅值只须略大于正弦波信号正半周的幅值或负半周的幅值。并且与正弦波的正半周或负半周对齐。如图 5 单极性调制电路示意图所示，若将正弦波送到单电源比较器的同相输入端，将三角波送到比较器的反相输入端，则在三角波幅值大于正弦波的幅值时，比较器将输出一个负向脉冲，这个正向脉冲的宽度等于三角波大于正弦波部分所对应的时间间隔。而在三角波幅值小于正弦波的幅值时，比较器

10、将输出一个正向脉冲，这个正向脉冲的宽度等于三角波小于正弦波部分所对应的时间间隔。从图 5 可见：这时在电压比较器的输出端将得到一串脉冲方波序列，其特点是对应于正弦波正半周幅值较低的部位，脉冲方波的宽度较窄，而对应于正弦波正半周幅值较高的部位，脉冲方波的宽度较宽。对应于正弦波的负半周，则输出脉冲方波的幅值为 0。由于这种调制电路输出的 SPWM 波信号中只包含了正弦信号正半周或负半周的信息，所以称为单极性调制。在工频机中通常采用全桥式功放电路，需要 4 路不同的 SPWM 驱动信号，因此必须采用单极性调制方式。所以在工频机中，需要提供一路正弦波信号，一路正向三角波、一路反向三角波。其中正弦波信号

11、的对称轴不能在 0 轴（X 轴）上，而是要抬高到电源电压的二分之一处，图中标记为 Vz，这样才能保证三角波只与正弦波的正半周或只与负半周相调制。于是，用正向三角波和正弦波信号组合，可以得到两路 SPWM 信号，而用反向三角波和正弦波信号组合，可以得到另外两路不同的 SPWM 信号，一共可得到 4 路不同的 SPWM 信号。参见图 6 所示。、4 、b.、2tt0Va.、1tt0V、5 、tt0VVz0Vcc4图 6 中正弦波与正、反向三角波组合排列的位置与全桥功放电路中功放管的排列位置相对应，它们输出的驱动信号能使功率管按照对角线的规律导通和截止。在正弦波正半周期间，a 组中正弦波总是高于反向

12、三角波的幅度，加至单电源比较起的反相端以后，比较器 a 始终输出低电平，使左上臂功放管始终截止；此时虽然 d 组中的比较器 d 可以输出SPWM 信号，但左上臂与右下臂对角线上的两组功放管却不能导通。此时 b 组中正弦波总是高于反向三角波的幅度，所以比较器 b 始终输出高电平，使左下臂功放管始终饱和导通；而此时 c 组中的比较器 c 却可以输出 SPWM 信号，所以右上臂与左下臂对角线上的功放管就能根据 SPWM 信号导通或截止。在正弦波信号正半周期间，左上臂功放管始终截止，所以全桥功放电路左侧上、下臂的功放管不会同时导通；而右侧上、下功放管的驱动信号的极性刚好相反，因此右侧上、下臂的功放管也

13、不会同时导通。在正弦波负半周期间，c 组中正弦波总是低于正向三角波的幅度，加至单电源比较起的反相端以后，比较器 c 始终输出低电平，使右上臂功放管始终截止，此时虽然 b 组中的比较器 b 可以输出SPWM 信号，但右上臂与左下臂对角线上的两组功放管却不能导通。此时 d 组中正弦波总是低于正向三角波的幅度，所以比较器 d 始终输出高电平，使右下臂功放管始终饱和导通；而此时 a 组中的比较器 a 却可以输出 SPWM 信号，所以左上臂与右下臂对角线上的功放管就能根据 SPWM 信号导通或截止。在正弦波信号负半周期间，右上臂功放管始终截止，所以全桥功放电路右侧上、下臂的功放管不会同时导通；而左侧上、

14、下功放管的驱动信号的极性刚好相反，因此左侧上、下臂的功放管也不会同时导通。因此，上述组合正好符合全桥功放电路的要求。需要说明的是，所谓正、反向三角波只是相对概念，它们相互平等，无主次之分，这样的名称只是便于说明问题。四、正弦波信号和三角波信号的产生由调制电路可知，要产生 SPWM 信号，必须要有正弦波信号和三角波信号。由于正弦波 UPS、6 、0Vt12VVzt0V0Vt12VVzt0V0Vt0Vt12VVzt12V0VzVt0Va.、-、+、+、b.、+、+、-、c.、+、+、-、d.、-、+、+、abcd5在无市电时也要向负载提供正弦电压，所以正弦波信号和三角波信号必须由 UPS 电路自身

15、产生而不能依靠市电正弦电压。其中三角波的产生比较容易，比较困难的是正弦波信号。这种由 UPS 自身产生的正弦波信号称为本机正弦波信号。对本机正弦波的基本主要求是：频率为 50Hz（或可选 60Hz） 、幅度要稳定，失真度要小，要能被市电同步。本机正弦波信号的产生方式有多种，本文将介绍 3 中常见方式。即用运放电路产生本机正弦波信号、用数字电路产生本机正弦波信号和由电脑芯片产生本机正弦波信号。、用运放电路产生本机正弦波信号用运放组成的电路可以产生正弦波信号，在 3 中方式中电路最简单，但失真度也最大，约为 3%-5%左右。图 7 所示为 PULSE（保时）500 型后备式工频机的正弦波形成电路。

16、电路主要由方波发生器、二阶有源滤波器、差分放大器、Vz 电压发生电路等构成。4.1 Vz 电压的产生和作用图中运放 IC3C 及周边元件组成了 Vz 电压发生电路。IC3C 接成跟随器电路，其同相输入端脚接有 R56、R57 组成的分压器，R56、R57 的数值相等，将+12V 电压分压为 1/2，即 6V，因10此跟随器 脚输出即为 6V。 C43、C44 为滤波电容，可使 Vz 电压更加稳定。 8我们知道，有些信号，例如正弦信号是包含正负半周的双极性信号，运放电路要处理双极性信号必须使用双极性电源，但这会使电路复杂化。为了使运放在采用单电源的情况下也能处理双极性信号，采用了 Vz 电压。采

17、用 Vz 电压后，在 12V 电源电压系统中，相当于将信号的 X 轴沿着 Y 轴升高了 6V，正好位于+12V 的中间，给负半周信号留出了空间，于是单电源运放也能处理双极性信号。4.2 方波信号发生器方波发生电路由 IC3B、W5 及周边元件组成，任务是产生合乎要求的 50Hz 方波信号，参见图7。图中 IC3B 及周边元件组成自激振荡电路，输出为方波。图中 Vz 电压经 R59 加至运放 IC3B 同相输入端的 脚，作为基准电压，C19 用来滤除干扰。R60 是反馈电阻，W5 、R61 为振荡电阻， 5C18 为振荡电容，它们的数值决定了输出方波的频率。R58 用来引入市电同步信号。6假设开

18、机时 C18 上的电压为 0，使 IC3B 脚为低电平，于是 IC3B 脚输出为高电平。此高 6 7电平一方面经 R60 反馈回 脚，使 脚维持高电平，同时经 W5、R61 对 C18 充电，待 C18 充电至 5 5IC3B 脚电压高于 脚的基准电压时， IC3B 脚电平发生翻转，由输出高电平变为输出为低电平。 6 5 7脚的低电平一方面经 R60 反馈回 脚，使 脚的基准电压降低，同时 C18 通过 R61、W5 放电， 7 5 5待 C18 放电至 IC3B 脚上的电压低于 脚的基准电压时， IC3B 又一次翻转。C18 如此反复的充电、 6 5放电，运放 IC3B 脚输出端反复地在高电

19、平和低电平之间跳变，于是产生了正负交替的矩形方波。 7调节 W5，可调节 C18 的充放电速度，因此调节了方波的频率。另外，R63、W6、R62 串接于IC3B 输出端，调节 W6 可以调节本机正弦波的幅度。其原理见图 7 中部的等效图。若 W6 向总阻值变小的方向调节，则无论 IC3B 输出端 脚为高电平或低电平，其幅度都向 Vz 靠拢，所以整个 7方波信号的幅度减小。反之，若 W6 向总阻值变大的方向调节，则 IC3B 输出端 脚为高电平时向 712V 靠拢，而 IC3B 输出端为低电平时向 0V（地）靠拢，所以整个方波信号的幅度增大。由于正弦波信号是由方波信号滤波而得到的，所以调节 W6

20、 也就调节了本机正弦波的幅度。图中由 R58 引入市电同步信号。我们已经知道， C18 充电至 IC3B 脚电压超过 脚的基准电 6 5压时，IC3B 输出端 脚即发生翻转。如果在 IC3B 接近翻转之前给 C18 施加一外来的正向触发电 7平，IC3B 即可提前翻转。如果每次在翻转之前都施加相同的外来正向同步脉冲，电路即被外来脉冲同步。若此正向触发电平由市电取得，电路就能使方波信号与市电同步，这就是市电同步的原理。实现同步的要求是：U5B 自激振荡的周期必须略短于 20mS（50Hz） 。即在 C18 充电至接近 IC3B 脚的基准电平 5时加入同步信号，才能使 IC3B 提前翻转。若 IC

21、3B 自身的振荡周期长于 20mS，也就是在 IC3B 已经翻转后同步信号才到来，则无法同步。IC3B 自激振荡的周期可通过 W5 来调节。由此可知，此UPS 在逆变时输出的方步电压的频率是略低于 50Hz 的，因此调节 W5 时应注意在保证可靠同步的条件下尽量接近 50Hz。同步信号的幅度必须足够。显然，由 R58 引入的市电同步脉冲的幅度过小时，达不到触发电平，不足以使 IC3B 提前翻转， IC3B 便不能被同步，IC3B 只能进行自激振荡。当然同步信号也不能过大，否则 C18 的放电时间会延后，使振荡周期异常。R7610KR751MR73100KR584M7R5951K R60100K

22、R6168KR628K2R63200KR64300KR65300KR6622KR6733KC18154C1910nC2110nC2010nC221U/50V+12VR5610KR5710KR6912KR7156KR6851KR72100KR741MR7056KC43U47/50V C4447U/50V+12V+12V+12V、VzW610KW5 47K56 7IC3BLM324109 8IC3CLM32432 1411IC3ALM3241213 14IC3DLM3241098IC2CLM324Vz VzVzVzVzVz、7 PULSE500、R628K2R63200KW610KVzR63200

23、KR628K2W610K12VVZ、W6、Vz、W6、Vz、 、12VVz0V74.3 二阶有源滤波器IC3A 及周边元件组成二阶低通有源滤波电路，它的任务是将方波发生器送来的方波信号进行滤波，以便得到纯净的正弦波信号，参见图 7。图中 R64、C20 和 R65、C21 分别是两级 RC 无源滤波器，RC 的数值决定了滤波电路的截止频率。此处：R64=R65=300K，C20=C21=10n ，所以该低通二阶滤波器的截止频率为：（KHz，K，F）HzRCf53210由于方波信号中只含有基波的 3、5、7次谐波成分，最低谐波次数为 3 次，即 150Hz，所以二阶滤波器只需滤除 150Hz 以

24、上的谐波成分，因此并不要求二阶滤波器的截止频率精确的等于50Hz，所以同样用来得到 50Hz 基波的二阶滤波电路中的 RC 参数略有差异。50Hz 的方波信号经过二阶低通滤波器后就得到了纯净的 50Hz 正弦信号，这就是我们所需要的本机正弦波信号。本机正弦波信号经 C22 隔离直流后成为对称轴在 X 轴上的纯交流信号，加至 IC3D 脚。124.4 本机正弦波与反馈正弦波对称轴的变化本机正弦波被加至 IC3D 的同相输入端 脚。由于 脚经 R68 接至 Vz 电压，因而将本机正弦12 12波信号的对称轴由 X 轴（即 0 轴）提升到 Vz 位置。IC3D 的反相输入端 脚经 R71 引入了逆变

25、输13出检测变压器次级输出的逆变电压检测信号。该信号反映了逆变输出正弦电压的大小，称为反馈正弦波。反馈正弦波信号原本是对称轴在 X 轴（即 0 轴）上的纯交流信号，但由于 IC3D 脚经 R6913接至 Vz，所以 脚的反馈正弦波信号的对称轴也被升高至 Vz 位置。R70 的作用是将反馈正弦波信13号的最大值限定在 12V 以下。这样一来，当本机正弦波（或反馈正弦波）为 0 时，IC3D 脚（或12脚）电压为 Vz；当本机正弦波（或反馈正弦波）为负最大值时， IC3D 脚（或 脚）电压接近13 12 13于 0V；当本机正弦波（或反馈正弦波）为正最大值时，IC3D 脚（或 脚）电压略小于 12

26、V。其12 13结果是将本机正弦波与反馈正弦波的对称轴都提升到 Vz 电压的位置，以便于以后的调制。4.5 差分放大器IC3C、IC3D 及周边元件组成了差分放大器。它的作用是将本机正弦波信号与从逆变输出端引回来的反馈正弦波信号进行相减，从 IC3D 输出端 脚便可得到本机正弦波信号与反馈正弦波的差14值，称为差值正弦波。参见图 7。差值正弦波就是我们最终需要的本机正弦波信号。图中运放 IC2C 为反相输入放大器。 IC2C 在这里起自动增益调节的作用。二阶滤波器输出信号的动态范围为 0-12V，可能超出 IC3D 输入端的动态范围，使输出的正弦波信号发生失真。设置了IC2C 以后，若 IC3

27、D 输出的正弦波信号幅度大，由 IC2C 输出的负反馈信号的幅度也大，使 IC3D的增益降低。若 IC3D 输出的正弦波信号幅度小，由 IC2C 输出的负反馈信号的幅度也小，使 IC3D的增益升高。可见设置 IC2C 以后，IC3D 的增益得到了控制，避免了差值正弦波信号的失真。在 PULSE500 型机中，反馈正弦波的相位必须与本机正弦波的相位相同。同时，反馈正弦波的幅度必须小于本机正弦波的幅度，才能在 IC3D 输出端得到相减的结果。差值正弦波信号有自动稳定逆变输出电压的作用。这是因为：差值正弦波=本机正弦波-反馈正弦波当逆变输出电压升高时，反馈正弦波幅度增大，与本机正弦波相减后得到的差值

28、正弦波的幅度减小，结果经过功放电路后输出的逆变正弦波幅度降低。而当逆变输出电压降低时，反馈正弦波幅度减小，与本机正弦波相减后得到的差值正弦波的幅度增大，结果经过功放电路后输出的逆变正弦波幅度升高。这样就保持了逆变输出电压的稳定。在 PULSE500 型机中，反馈正弦波的极性可通过改变逆变输出检测变压器引出端来调整。因此，在维修中如果需要更换逆变输出电压检测变压器，一定要注意其绕制方向。4.6 三角波形成电路图 8 所示为 PULSE500 型后备式工频机中的三角波形成电路，该电路能产生正、反向三角波。8IC4A、IC4B、IC7A、IC7B、W7 及周边元件组成了三角波发生电路。它的作用是产生

29、线性良好的等腰三角波信号。设开机时电容 C42 两端电压为 0，C40 、C41 的连接点 K 点相当于接地。由于开机时 C40 来不及充电，所以使 IC4A 反相输入端 脚为低电平，其输出端 脚为高电平，加至 IC7A 脚即 RS 触 4 2 1发器的 R 端，使其为“1”。与此同时，C41 也来不及充电，所以 IC4B 同相输入端 脚电压也为低电 7平，使输出端 脚为低电平，加至 IC7B 脚即 RS 触发器的 S 端，使其为“0” 。根据或非门 RS 触 1 6发器真值表，当 R=1，S=0 时， 端为“1”，即约为 12V。此 12V 经 W7、R113 加至 C40、C41 连Q接点

30、 K 点，使 K 点电位突然升高至 12V。此后 12V 经 R114 向 C40 充电，使 IC4A 脚电压逐渐升高，同时 端的 12V 经 W7、R113 4 Q向 C41 充电，使 IC4B 脚电压逐渐降低。一段时间后， IC4A 脚电压充至高于 脚电压时， 7 4 5IC4A 输出端 脚翻转为“0”，即 R 端为“0”。同时，IC4B 脚电压充至高于 脚电压时，IC4B 输 2 7 6出端 脚翻转为“1”即 S 端为 “1”。 根据或非门 RS 触发器真值表，当 R=0，S=1 时， 端为“0”， 1即为 0V。此 0V 经 W7、R113 加至 C40、C41 连接点 K 点，使 K

31、 点电位降低为 0V。上述过程不断反复。于是电路利用 R114、C40 ，R117、C41 和 W7、R113 的充放电过程，即可在 C40 正端和 C41 负端产生两组大小相等、极性相反的三角波信号。为了电路分析方便，我们将 C40 正端产生的三角波称为正向三角波，将 C41 负端产生的三角波称为反向三角波。C40、C41 的连接点 K 位于+12V 和地的中间，即 Vz 的电位。当 C40、C41 充放电时，C40 正端电压在+12V 与 Vz 之间摆动，所以 C40 正端输出的正向三角波的幅度在 Vz 与+12V 之间，最大幅度为 6V。而 C41 负端输出的反三角波的幅度在 Vz 与

32、0V（即地）之间，最大幅度为 6V。由于 R114、R117 和 C40、C41 的数值较大，充放电时形成的曲线的线性良好。又由于充放电的时间常数一样，因此得到的正、反向三角波是线性良好的等腰三角波。显然，调节 W7，可调节充放电回路的时间常数，也就调节了三角波信号的频率。、用数字电路产生本机正弦波信号用数字电路也可以产生正弦波信号，由此构成的整机的失真度在 3%以下。图 9 所示为 KSTAR（科仕达）-GP802 型工频机中正弦波信号的产生电路。4.7 计数脉冲发生器计数脉冲发生器由 U7 及周边元件组成，任务是产生计数脉冲，并且此计数脉冲必须能与市电同步。U7（HA17555）及周边元件

33、构成了自激多谐振荡器，其工作原理已有大量文章分析，本文只作必要说明。参见图9。U7 的自激振荡频率由 VR3调节。市电频率的同步脉冲信号经 R64 加至 U7外同步端 脚。 5于是，有市电时U7 的振荡频率受市电同步控制，与市电频率一致，+12V56 4IC7:B400112 3IC7:A4001+12V+12V+12VC41U47/50VC40U47/50VC42223W7 10KR11210KR11110KR117100KR11651KR11551KR114100KR113510、54 2312IC4ALM33976 1IC4BLM339Vz、8 PULSE500、0、1、1、0K R S

34、 Q Q_0 000 00Q Q_111 111_ _RSQQ_12VVzVz0V、RS、9无市电时的振荡频率由 U7 的外围元件决定。根据该电路结构，U7 输出的计数脉冲的频率应在19.2KHz 左右，周期应为 52S 左右，U7 脚的输出波形参见图 9。 3需要注意的是，在此以及稍后谈及的周期或频率，只是近似的整数，实际上从最后得到的50Hz 正弦波向 U7 推算，这些周期或频率都不一定是整数，但这并不影响电路的分析。4.8 分频电路分频电路由 U6B、U19A、U19B 及周边元件组成，其任务是将 U7 输出的计数脉冲的频率降低到要求的数值。电路参见图 9，波形图和计数状态表参见图 10

35、。U6B（4013）为 D 触发器，被触发时其输出端 Q 端的电位与 D 端电位一致。U6B 在这里接成2 分频电路。假设开始时 U6B 的 Q 端为 1， 端为 0。当第 1 个计数脉冲上升沿加至 脚 CK 端时，11由于 D 端接至 端，为 0，所以 Q 端为 0， 端为 1。当第 2 个计数脉冲上升沿到来时，由于 D 端接至 端，为 1，所以 Q 端为 1， 端为 0。当第 3 个计数脉冲上升沿到来时，由于 D 端接至 端，Q为 0，所以 Q 端为 0， 端为 1。可见，连续两个计数脉冲的上升沿到来， U6B 输出端只产生一个脉冲下降沿。所以 U6B 输出的脉冲周期比 U7 输出的计数脉

36、冲的周期长了一倍，而频率只有计数脉冲的一半，因此称为 2 分频电路。这样，U6B 输出的脉冲周期约为 104S 左右。图 10 计 数 脉 冲 的 发 生 及 分 频U7/3、U6B/Q、U19A/Q0、a.U7、U6B、U19A、52S104S208S-脉 冲 数1234560 0 0Q2 Q1 Q0110 000b.U19B(4518)、101010100111R1000000CP D R S Q Q_010 0 00 0 00 00 00 0111 11 11 1 1 1Q Q_c.U6A 4013、10U6B 端输出的脉冲信号一路送至计数器 U19A，另一路经 C37 偶合送至三角波发

37、生器。由此Q可见，正弦波与三角波有一个共同的来源，因此它们有着固定的相位关系。U19A（4518）为二-十进制加计数器。其 CLK 端接地，所以是下降沿触发。R 端接地，所以U19A 无复位功能。当 U6B 的 端Q输出第 1 个下降沿时，U19A 的 Q0端输出为 0，当 U6B 的 端输出第2 个下降沿时，U19A 的 Q0 端输出为 1，当 U6B 的 端输出第 3 个下Q降沿时，U19A 的 Q0 端输出为 0，依次类推。可见 U6B 输出的脉冲信号，经过 U19A 处理后，周期又延长了一倍，频率又降低为原来的一半，因此 U19A 的 Q0 端输出的脉冲信号的周期为 208S。其波形参

38、见图10。U19B 的 CLK 端也接地，所以也是下降沿触发。由图 9 可见，频率选择开关 JP6 掷于 50Hz 位置，因此，只有第 6 个脉冲到来时 Q1、Q2端才同为 1，D70、D71 组成的与门输出才为 1，此时 U19B 被复位，此后每 6 个脉冲即 1.25mS 复位一次，参见图 10 中 U19B（4518）的计数状态表。U19B 的 Q2 端向 U5 的 CLK 端输出时钟脉冲，由于 U19B 每1.25mS 复位一次，所以 Q2 输出的时钟脉冲也是每 1.25mS 一个脉冲。如果频率选择开关掷于 60Hz 位置，则只有 Q0、Q1 同为 1 时，D70、D71 组成的与门的

39、输出才为1，U19B 才能复位。所以 U19B 每5 个脉冲即 1.04mS 复位一次，向U5CLK 端输出的时钟脉冲也为1.04mS。U7（NE555）输出的周期约为52S 的脉冲信号，经过 U6B、U19A分频、计数后，变换为 1.25mS 的时钟脉冲信号，送至阶梯波形成电路。4.9 阶梯波形成电路C36472C3010nC67 1nR633301R625101235678 14 U7 HA17555R1621003CLK1EN2R7Q03Q14Q25Q36U19A4518CLK9EN10R15Q011Q112Q213Q314U19B4518VccR37 3901R32 3301R33 3

40、901R35 2201R36 3301R30 781R31 2201VccR493901R50 2202R514702Vcc1213U3A4016R174991R164991VccR34 781R19 4991C40104VccVccVccVccD5Q1CLK3Q2R 4S6U6A4013D9Q13CLK11Q12R 10S8U6B4013VccP04Q06P112Q111P213Q214P33Q32CI5CO7CLK15PE1B/D9U/D10U54029X0 13X1 14X2 15X3 12X4 1X5 5X6 2X7 4INH 6A 11B 10C 9VEE 7X3U240512、Q32222AD2848D2948D3048D7148D7048VzC124 1UC122 10nR213 3013R214 3013 C118472Vcc、R64 4702(4021)4、-、/、2、8、D、208S、20mS20mS10mS52S12Vpp208S1.25mS1.25mS、8、8、16、VR3502JP650Hz(6)60Hz(5)C37104 、5 67U1BLM3243 214 11U1ALM3243 214 11U29ALM3245 67U29BLM324、9 、X0X1X2X3X4X5X6X7X820mS、50Hz、0V、6V、D1