PWM控制电路设计-电力电子学课程设计

1、电力电子学课程设计目录一、设计方案3二、设计原理图3三、工作过程4四、相关计算5五、实验过程5六、心得体会5七、附录:TL494相关说明.6课题:PWM控制电路设计课题介绍：电力电子电路控制中广泛应用着脉冲宽度调制技术(pluse(pluse widthwidth modulation,modulation,简称 PWM),PWM),将宽度变化而频率不变的脉冲作为电力电子变换电路中的功率开关管的驱动 信号，控制开关管的通断，从而控制电力电子的输出电压以满足对电能变换的需要.由于开关管频率不变，输出电压中的谐波频率固定，滤波器设计比拟容易.电路要求：1 1、Vo=20VVo=20V60V60V2

2、 2、RLRL 短路保护电路3 3、Vi=80VVi=80V120V120V 有扰动时，VoVo 三 50V50V一、设计方案本课题设计采用 TL494TL494 芯片1.1. 设计一个开关电路， 使其频率为 10KHz10KHz， 通过控制开关的占空比 D D 控制输出电压 Vi=100VVi=100V 固定,Vo=D*VVo=D*Vi i满足条件一，Vo=20VVo=20V60V60V 只需要满足 D=0.2D=0.20.60.6 变化即 可.2.2. RLRL 短路保护，即负载短路.为了不使电源短路，应该及时断开 T T当 4 4 端电压 V4V4 力口 0.12V0.12V 高于锯齿波

3、电压 VctVct 时，死去时间比拟器的输出 J J 为 高电平，使 C C端为高电平，两个或非门的输出 G1,G2G1,G2 点为零电位,T1,T2,T1,T2 截止，无输出信 号，即封锁输出脉冲，停机,即可保护电路.3.3. Vi=80VVi=80V120V120V 时，有扰动.输出恒等于 50V.50V.二、设计原理图BUCKBUCK 电路根本原路图图 1 典型 Buck 电路PWMPWM 控制电路设计图VCC三、工作过程(1)(1)从电路可以看出，电感 L L 和电容 C C 组成低通滤波器，此滤波器设计 的原那么是使 us(t)us(t)的直流分量可以通过，而抑制 us(t)us(t

4、) 的谐波分量通过；电容上输出电压 uo(t)uo(t) 就是 us(t)us(t) 的直流分量再附加微小纹波 uripple(t)uripple(t)。(2)(2)电路工作频率很高，一个开关周期内电容充放电引起的纹波 uripple(t)uripple(t) 很小，相对于电容上 输出的直流电压 UoUo 有：电容 上电压宏观上可以看作恒电路稳态工作时，输出电容上电压由微小的纹波和较大的直流分量组成，宏 观上可以看作是恒定直流，这就是开关电路稳态分析中的小纹波近似原理。 3 3一个周期内电容充电电荷高于放电电荷时，电容电压升高，导致后面周期内充电电荷减小、放电电荷增加，使电容电压上升速度减慢，

5、这种过程的延续直至到达充放电平衡，此时电压维持不变；反之，如果一个周期内放电电荷高于充电电荷，将导致后面周期内充电电荷增加、放电电荷减小，使电容电压下降速度减慢，这种过程的延续直至到达充放电平衡，最终维持电压不变。这种过程是电容上电压调整的过渡过程，在电路稳态工作时，电路到达稳定平衡，电容上充放电也到达平衡，这是电路稳态工作时的一个普遍规律。 4 4开关 S S 置于 1 1 位时，电感电流增加，电感储能；而当开关S S置于 2 2 位时，电感电流减小，电感释能。假定电流增加量大于电流减小量，那么一个开关周期内电感上磁链增量为：此增量将产生一个平均感应电势：此电势将减小电感电流的上升速度并同时

6、降低电感电流的下降速度，最终将导致一个周期内电感电流平均增量为零；一个开关周期内电感上磁链增量小于零的状况也一样。这种在稳态状况下一个周期内电感电流平均增量磁链平均增量为零的现象称为：电感伏秒平衡。四、相关计算f=1.1/R*Cf=1.1/R*Cf=10KHzf=10KHz实验室提供电阻 R=1khz,R=1khz,经计算 C=0.11C=0.11 ufuf五、实验过程1.1.在面包板上搭建电路2.2.经检查无误后通电，9 9 号引脚接示波器观察。3.3.实验遇到问题:1.:1. 用于接通的导线接触不良, ,轻微的触动会改变波形. .解决方法: :试探法 , ,依次试探每根导线, ,如果对波形

7、影响很大, ,对实验结果又影响, , 应及时更换导线. .2.2. 波形失真, , 不能调出理想的波形解决方法 : : 分析问题 ,3,3 端电压对输出波形有直接影响, ,先把 3 3 端电压调到最低, ,然后逐渐升高4.4.得到波形, , 调节滑动变阻器, ,方波会发生变化, ,可以看到占空比明显变化. .即完成课程设计任务一. .能调节占空比在0.20.60.20.6 之间变化. .六、心得体会通过这次电力电子学的课程设计, ,对 PWMPWM 控制电路的设计有了很大的了解和体会 , , 更加深刻的理解电力电子学这门学科更加偏重于分析而不是计算, ,虽然在设计的过程中不能很顺利的完成，但是

8、更加培养了我们研究问题发现问题的能力。这对于未来的学习和投入工作后也是大有益处的。同时也很感谢实验过程中老师和同学给予我们的帮助!七、 附录:TL494TL494 相关说明CUGRAM5CUGRAM5语, ,nmnnnrinmnnnri门AW.YWVWAW.YWVWILILJ-ILjiLJLJlJOILILJ-ILjiLJLJlJO5 5FiLnNnjnrmffLFiLnNnjnrmffL( (11yMi11yMiINo o AWLYYWVAWLYYWV LIULJUUUUILJLIULJUUUUILJi限Ger I人t t AssBinhlAssBinhlvL LWIWII IJEVIJEV

9、IM.LM.L岫他rl&rl& rr.rr. Y Y * * VMTVMT mymy w w - -TlwsTlws mmolmmol d d帕nmnmA Ateptep引叩口 .NCV41HNCV41HPINPIN CONNECTIONSCONNECTIONS(Top view)TL494TL494 的引脚功能如下：1 1、1616 脚和 2 2、1515 脚分别是误差放大器 1 1 和误差放大器 2 2 的同 相输入端和反向输入端；3 3 脚是反应输入端；4 4 脚是死区时间控制端；5 5、6 6 脚分别接 RCRC 振荡器的定时电容和电阻；7 7 脚接地；8 8、9 9

10、脚1111、1010 脚分别是两个内部驱动三极管的 集电极和发射极；1212 脚为电源正端；1313 脚为输出状态控制端，当 1 13 3脚为高电平时，两NonmvInputIrwInputCompen/WNComp InputDeedtimeControlCTRTGrwndC116nirututnirututNoNo怵怵InvwInvwvre回OutputControl7n C210E1OBUFAXOBUFAXCASECASE闺B BPMP-1*PMP-1* N NSUFFIXSUFFIXCASECASE UBUB个内部驱动三极管交替导通，当1313 脚为低电平时，两个内部驱动三极管同时导通

11、或截止，此时只能控制一个开关管。1414 脚是集成电路内部输出的 5V5V 基准电压输出端。TL494TL494 结构图曲大器I反怅刚吃事富人放大器？基推电压,出2集成了全部的脉宽调制电路。片内置线性锯齿波振荡器，外置振荡元件仅两个一个电阻和一个电容内置误差放大器。内止 5V5V 参考基准电压源。可调整死区时间。内置功率晶体管可提供 500mA500mA 的驱动能力。推或拉两种输出方式。TL494TL494 工作原理简述TL494TL494 是一个固定频率的脉冲宽度调制电路，内置了线性锯齿波振荡器，振荡频率可通过外部的一个电阻和一个电容进行调节，其振荡频率如下：输出脉冲的宽度是通过电容 CTC

12、T 上的正极性锯齿波电压与另外两个控制信号进行比 较来实现。功率输出管 Q1Q1 和 Q2Q2 受控于或非门。当双稳触发器的时钟信号为低电平时才 会被选通，即只有在锯齿波电压大于控制信号期间才会被选通。当控制信号增大，输出 脉冲的宽度将减小。参见图下列图osc-Ry CT嘀出控制小3V V优TL494TL494 脉冲控制波形图控制信号由集成电路外部输入，一路送至死区时间比拟器， 一路送往误差放大器的输入端。死区时间比拟器具有 120mV120mV 的输入补偿电压，它限制了最小输出死区时间约 等于锯齿波周期的 4%4%当输出端接地，最大输出占空比为 96%96%而输出端接参考电平时， 占空比为

13、48%48%当把死区时间控制输入端接上固定的电压(范围在0 03.3V3.3V 之间)即能在输出脉冲上产生附加的死区时间。脉冲宽度调制比拟器为误差放大器调节输出脉宽提供了一个手段：当反应电压从 0.5V0.5V 变化到 3.53.5 时，输出的脉冲宽度从被死区确定的最大导通百分比时间中下降到零。 两个误差放大器具有从-0.3V-0.3V 至 I I (Vcc-2.0(Vcc-2.0 ) )的共模输入范围，这可能从电源的输出电压和 电流发觉得到。误差放大器的输出端常处于高电平，它与脉冲宽度调制器的反相输入端 进行“或运算，正是这种电路结构，放大器只需最小的输出即可支配控制回路。当比拟器 CTCT 放电，一个正脉冲出现在死区比拟器的输出端， 受 脉冲约束的双稳触发器进行计时，同时停止输出管Q1Q1 和 Q2Q2 的工作。假设输出控制端连接到参考电压源， 那么调制脉冲交替输出至两个输出 晶体管，输出频率等于脉冲振荡器的一半。如果工作于单端状态，且 最大占空比小于 50%50%寸，输出驱动信号分别从晶体管 Q1Q1 或 Q2Q2 取得。输出变压器一个反应绕组及二极管提供反应电压。在单端工作模式下，当需要更高的驱动电流输出，亦可将 Q1Q1 和 Q2Q2 并联使用，这时，需将输出模式控制脚接地以关闭双稳触