纯正弦波单相逆变电源主控芯片 U3988剖析

U3988是数字化的、功能完善的正弦波单相逆变电源 / UPS 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、市电/逆变自动切换、充电控制等功能，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完整的逆变电源/UPS系统，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、市电切换、充电控制均不起作用，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。

U3988 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、市电过零脉冲过滤、市电电压测量、电池电压测量、逆变控制、充电控制、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U3988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、充电检测，若不需要使用该引脚，可以直接接+5V；

AC_CK是市电电压测量引脚，这也是模拟量输入引脚，市电电压经过降压、整流、滤波、电阻分压后，送到该引脚，芯片会根据该引脚电压的变化，判断市电是否异常，并决定是否进行市电/逆变切换；若不需要使用该引脚，也可以直接接+5V；

ACPLUS引脚是市电检测输入，芯片由此引脚的高低电平判断市电的有无；有市电时要将该引脚拉成低电平，对于检测市电的电路，如果为了提高响应速度而不采用滤波电容，也是允许的，虽然在该引脚的低电平信号中含有过零脉冲，但并不会使U3988频繁地进入逆变状态，因为在芯片的内部有过零脉过滤逻辑；

AC/DC引脚是市电/逆变控制输出，输出高电平时为市电，输出低电平时为逆变；

CHARG引脚是充电控制输出，高电平有效；

LED_L引脚是逆变/欠压指示输出，低电平时表示逆变状态，闪烁时表示欠压；

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、过温等保护输入，该引脚在逆变和市电状态都可以响应外部的保护请求；

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；

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4.7K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1.9V为欠压保护；低于2V为欠压告警；低于2.4V时开始充电（在有市电时），高于2.8V时停止充电。充电控制引脚CHARG的动作带有10秒钟的延迟。并且每次上电芯片都尝试对电池进行充电。

AC_CK引脚对市电电压检测的动作阀值：该引脚电压低于1.9V或者高于2.4V表示市电异常，芯片会自动转入逆变；该引脚带有施密特触发特性，在市电高于2V或者低于2.3V时，芯片才认为市电正常。

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。图五中的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：市电/逆变切换时短鸣一声；电池欠压告警时以3秒钟的间隔短鸣；欠压、短路、扩展保护时以1秒的间隔短鸣；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。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、AC_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。U3988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；

U3988芯片有两个系列：50Hz和60Hz。