电力电子课设_电力电子学_PWM脉宽调节控制电路设计.doc

2007-2008学年度下学期课程设计

电力电子学
PWM脉宽调节控制电路设计

目录

题要： 3
关键字： 3
概述： 3
PWM 控制脉宽的原理 4
总体设计方案： 4
原理图简述： 4
电路图： 5
相关计算： 5
各点波形图： 5
相关器件说明： 6
心得体会： 11
参考书目： 11

题要：
电力电子电路控制中广泛应用着脉冲宽度调制技术（Pulse Witdth 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，从而控制电力电子电路的输出电压以满足对电能变换的需要。由于开关频率不变，输出电压中的诣波频率固定，滤波器设计比较容易。
关键字：
DC-DC PWM 脉冲宽度调制，TL494
概述：
脉宽调制（PWM）技术就是控制半导体开关元件的通断时间比，即通过调节脉冲宽度或周期来实现控制输出电压的一种技术。由于它可以有效地进行写拨抑制，而且动态响应好，在频率、效率诸方面有着明显的优势。 PWM控制技术在开关稳压电源中起到了相当大的作用，而这也正是得益于它作为脉冲宽度调制器这一重要功能的运用。
本文从PWM控制技术基本原理出发，利用面积等效原理实现对输出波形的控制，通过逆变电路的正弦波频率、幅值和半周期脉冲数，准确计算PWM波各脉冲宽度和间隔，据此控制逆变电路开关器件的通断，就可得到所需PWM波形。
PWM 控制脉宽的原理
PWM控制对逆变电路开关的通断进行控制，使输出端得到一系列幅值相等而宽度不等的脉冲，从而改变逆变电路的输出电压或频率。PWM脉宽调制通过改变占空比，及可以抑制输出电压的变化，也可以获得我们所需的相应频率的方波。

总体设计方案：
通过对TL494片子的了解，结合电路理论知识和数字电路和模拟电路的知识设计出可以调节宽度的电路，首先我们对TL494进行了比较深入的了解，以及可以代替它的其它的片子，这样使我们很快的利用他的原理和RC电路的一些性质总体把握设计。
原理图简述：
当13端接入低电平时，电路才能正常开始工作，所以把第13端进行短接入地。第4端是接保护电路的，而在高计中由于要考虑必须是软启动，所以在此过程中接入一个1K的电阻手一个1PF的电容，所之串联，把中点与第4端子相接。这样才能实现软启动，使启动电压为零，这是因为电容的电压不能突变。

电路图：

相关计算：

其中当FOSC=10KHZ时：
当RT=1K时，CT=1nc，
各点波形图：
3点的波形为：

5点的波形为：

9点的波形为：

相关器件说明：
TL494
   TL494是一种固定频率脉宽调制电路，它包含了开关电源控制所需的全部功能，广泛应用于单端正激双管式、半桥式、全桥式开关电源。TL494有SO-16和PDIP-16两种封装形式，以适应不同场合的要求。其主要特性如下：
     主要特征
     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引脚图

     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2。

                                            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（范围在0—3.3V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）的共模输入范围，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。
TL494内置一个5.0V的基准电压源，使用外置偏置电路时，可提供高达10mA的负载电流，在典型的0—70℃温度范围50mV温漂条件下，该基准电压源能提供±5%的精确度。
                               TL494内部电路方框图
TL494的极限参数
 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
 放大器输入电压范围
VIR
-0.3V—+42
V
 功耗
PD
1000
mW
 热阻
RθJA
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
℃

心得体会：
通
过这次课程设计我们学会了好多好多的东西，首先在此感谢老师对我们细心的指导与教导，这是我们能顺利完成课程设计的首要条件，在次，十分感谢我们的组员的合作与任劳任愿，积极配合，这次我们才可以在短时间内完成这份有汗水的课程设计报告，从而使我们在次系统的学习了电力电子学这门课与检验到我们的不足从而有使我们能够完成及时的复习，通过这次课设我们之间增长了好多的知识与默契我们会在以后的工作与学习中更加的努力的！
参考书目：
电力电子技术 机械工业出版社