电力电子学课程设计14909.pdf

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1、1/9 电力电子学 课 程 设 计 班级:07 电气工程及其自动化 2 班 组员 学号 鄢晶 6 陈昆 1 王博 0 2/9 2010-7-7 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 3/9 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 width modulation,简称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

2、率不变,输出电压中的谐波频率固定,滤波器设计比较容易.电路要求:1、Vo=20V60V 2、RL 短路保护电路 3、Vi=80V120V 有扰动时,Vo50V 一、设计方案 本课题设计采用 TL494 芯片 1.设计一个开关电路,使其频率为 10KHz,通过控制开关的占空比 D 控制输出电压 Vi=100V 固定,Vo=D*Vi 满足条件一,Vo=20V60V 只需要满足 D=0.20.6 变化即可.2.RL 短路保护,即负载短路.为了不使电源短路,应该及时断开 T 当 4 端电压 V4 加 0.12V 高于锯齿波电压 Vct 时,死去时间比较器的输出 J 为高电平,使C端为高电平,两个或非门

3、的输出G1,G2点为零电位,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.Vi=80V120V 时,有扰动.输出恒等于 50V.二、设计原理图 BUCK 电路基本原路图 4/9 PWM 控制电路设计图 三、工作过程（1）从电路可以看出，电感L和电容C组成低通滤波器，此滤 波器设计 的原则是使 us(t)的直流分量可以通过，而抑制 us(t)的谐波分量通过；电容上输出电压 uo(t)就是 us(t)的直流分量再附加微小纹波 uripple(t)。（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)很小，相对于电容上 输出的直流电压 Uo 有：电容

4、 上电压宏观上可以看作恒定。电路稳5/9 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）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，这种过程的延续直至达到充放电平衡，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达到充放电平衡，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，电路达到稳定平衡，电容上充放电也达到平衡

5、，这是电路稳态工作时的一个普遍规律。（4）开关 S 置于 1 位时，电感电流增加，电感储能；而当开关 S 置于 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，则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*C f=10KHz 实验室提供电阻 R=1khz,经计算 C=0.11f 五、实验过

6、程 1.在面包板上搭建电路 2.经检查无误后通电，9 号引脚接示波器观察。3.实验遇到问题:1.用于接通的导线接触不良,轻微的触动会改变波形.解决办法:试探法,依次试探每根导线,如果对波形影响很大,对实验结果又影响,应及时更换导线.2.波形失真,不能调出理想的波形 解决办法:分析问题,3端电压对输出波形有直接影响,先把3端电压调到最低,然后逐渐升高 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 0.20.6 之间变化.六、心得体会 通过这次电力电子学的课程设计,对 PWM 控制电路的设计有了很大的了解和体会,更加深刻6/9 的理解电

7、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:TL494 相关说明 TL494 的引脚功能如下：1、16 脚和 2、15 脚分别是误差放大器 1 和误差放大器 2 的同相输入端和反向输入端；3 脚是反馈输入端；4 脚是死区时间控制端；5、6 脚分别接 RC 振荡器7/9 的定时电容和电阻；7 脚接地；8、9 脚 11、10 脚分别是两个内部驱动三极管的集电极和发射极；12 脚为电源正端；13 脚为输出状态控制端，当 13

8、 脚为高电平时，两个内部驱动三极管交替导通，当 13 脚为低电平时，两个内部驱动三极管同时导通或截止，此时只能控制一个开关管。14 脚是集成电路内部输出的 5V 基准电压输出端。TL494 结构图 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 5V 参考基准电压源。可调整死区时间。内置功率晶体管可提供 500mA 的驱动能力。推或拉两种输出方式。TL494 工作原理简述 TL494 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

9、 CT 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 Q1 和 Q2 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。参见图下图 8/9 TL494 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较器，一路送往误差放大器的输入端。死区时间比较器具有 120mV 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%，当输出端接地，最大输出占空比为 96%，而输出端接参考电平时，占空比为 48%。当把死区时间控制输入端接上固定的电压（X 围在 03.3V 之间

10、）即能在输出脉冲上产生附加的死区时间。脉冲宽度调制比较器为误差放大器调节输出脉宽提供了一个手段：当反馈电压从 0.5V 变化到 3.5 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 到（Vcc-2.0）的共模输入 X 围，这可能从电源的输出电压和电流察觉得到。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。当比较器 CT 放电，一个正脉冲出现在死区比较器的输出端，受脉冲约束的双稳触发器进行计时，同时停止输出管 Q1 和 Q2 的工作。若输出控制端连接到参考电压

11、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%时，输出驱动信号分别从晶体管 Q1 或 Q2 取得。输出变压器一个反馈绕组及二极管提供反馈电压。在单端工作模式下，当需要更高的驱动电流输出，亦可将 Q1 和 Q2 并联使用，这时，需将输出模式控制脚接地以关闭双稳触发器。这种状态下，输出的脉冲频率将等于振荡器的频率。9/9 名称 代号 极限值 单位 工作电压 Vcc 42 V 集电极输出电压 Vc1,Vc2 42 V 集电极输出电流 Ic1,Ic2 500 mA 放大器输入电压 X 围 VIR-0.3V+42 V 功耗 PD 1000 mW 热阻 RJA 80/W 工作结温 TJ 125 工作环境温度 TL494B TL494C TL494I NCV494B TA -40+125 0+70-40+85-40+125 额定环境温度 TA 40