電力電子學(xué)的課程設(shè)計(jì)(doc 10頁(yè)).doc

電力電子學(xué)課程設(shè)計(jì)班級(jí):07電氣工程及其自動(dòng)化2班組員 學(xué)號(hào)鄢晶 070301021126陳昆 070301021101 王博 070301021120 2010-7-7目錄一、設(shè)計(jì)方案3二、設(shè)計(jì)原理圖3三、工作過(guò)程4四、相關(guān)計(jì)算5五、實(shí)驗(yàn)過(guò)程5六、心得體會(huì)5七、附錄:TL494相關(guān)說(shuō)明6課題:PWM控制電路設(shè)計(jì) 課題介紹:電力電子電路控制中廣泛應(yīng)用著脈沖寬度調(diào)制技術(shù)(pluse width modulation,簡(jiǎn)稱(chēng)PWM),將寬度變化而頻率不變的脈沖作為電力電子變換電路中的功率開(kāi)關(guān)管的驅(qū)動(dòng)信號(hào),控制開(kāi)關(guān)管的通斷,從而控制電力電子的輸出電壓以滿(mǎn)足對(duì)電能變換的需要.由于開(kāi)關(guān)管頻率不變,輸出電壓中的諧波頻率固定,濾波器設(shè)計(jì)比較容易.電路要求: 1、Vo=20V60V 2、RL短路保護(hù)電路 3、Vi=80V120V有擾動(dòng)時(shí),Vo50V一、 設(shè)計(jì)方案本課題設(shè)計(jì)采用TL494芯片1. 設(shè)計(jì)一個(gè)開(kāi)關(guān)電路,使其頻率為10KHz,通過(guò)控制開(kāi)關(guān)的占空比D控制輸出電壓Vi=100V固定,Vo=D*Vi 滿(mǎn)足條件一,Vo=20V60V只需要滿(mǎn)足D=0.20.6變化即可.2. RL短路保護(hù),即負(fù)載短路.為了不使電源短路,應(yīng)該及時(shí)斷開(kāi)T 當(dāng)4端電壓V4加0.12V高于鋸齒波電壓Vct時(shí),死去時(shí)間比較器的輸出J為高電平,使C端為高電平,兩個(gè)或非門(mén)的輸出G1,G2點(diǎn)為零電位,T1,T2截止,無(wú)輸出信號(hào),即封鎖輸出脈沖,停機(jī),即可保護(hù)電路.3. Vi=80V120V時(shí),有擾動(dòng).輸出恒等于50V. 二、 設(shè)計(jì)原理圖BUCK電路基本原路圖 PWM控制電路設(shè)計(jì)圖 三、 工作過(guò)程（1）從電路可以看出，電感L和電容C組成低通濾波器，此濾 波器設(shè)計(jì) 的原則是使 us(t)的直流分量可以通過(guò)，而抑制 us(t) 的諧波分量通過(guò)；電容上輸出電壓 uo(t)就是 us(t) 的直流分量再附加微小紋波uripple(t) 。（2）電路工作頻率很高，一個(gè)開(kāi)關(guān)周期內(nèi)電容充 放電引起的紋波uripple(t) 很小，相對(duì)于電容上 輸出的直流電壓Uo有： 電容 上電壓宏觀(guān)上可以看作恒定。 電路穩(wěn)態(tài)工作時(shí)，輸出電容上電壓由微小的紋波和較大的直流分量組成，宏觀(guān)上可以看作是恒定直流，這就是開(kāi)關(guān)電路穩(wěn)態(tài)分析中的小紋波近似原理。（3）一個(gè)周期內(nèi)電容充電電荷高于放電電荷時(shí)，電容電壓升高，導(dǎo)致后面周期內(nèi)充電電荷減小、放電電荷增加，使電容電壓上升速度減慢，這種過(guò)程的延續(xù)直至達(dá)到充放電平衡，此時(shí)電壓維持不變；反之，如果一個(gè)周期內(nèi)放電電荷高于充電電荷，將導(dǎo)致后面周期內(nèi)充電電荷增加、放電電荷減小，使電容電壓下降速度減慢，這種過(guò)程的延續(xù)直至達(dá)到充放電平衡，最終維持電壓不變。 這種過(guò)程是電容上電壓調(diào)整的過(guò)渡過(guò)程，在電路穩(wěn)態(tài)工作時(shí)，電路達(dá)到穩(wěn)定平衡，電容上充放電也達(dá)到平衡，這是電路穩(wěn)態(tài)工作時(shí)的一個(gè)普遍規(guī)律。（4）開(kāi)關(guān)S置于1位時(shí)，電感電流增加，電感儲(chǔ)能；而當(dāng)開(kāi)關(guān)S 置于2位時(shí)，電感電流減小，電感釋能。假定電流增加量大于 電流減小量，則一個(gè)開(kāi)關(guān)周期內(nèi)電感上磁鏈增量為： 此增量將產(chǎn)生一個(gè)平均感應(yīng)電勢(shì)： 此電勢(shì)將減小電感電流的上升速度并同時(shí)降低電感電流的下降速度，最終將導(dǎo)致一個(gè)周期內(nèi)電感電流平均增量為零；一個(gè)開(kāi)關(guān)周期內(nèi)電感上磁鏈增量小于零的狀況也一樣。 這種在穩(wěn)態(tài)狀況下一個(gè)周期內(nèi)電感電流平均增量（磁鏈平均增量）為零的現(xiàn)象稱(chēng)為：電感伏秒平衡。四、 相關(guān)計(jì)算f=1.1/R*C f=10KHz實(shí)驗(yàn)室提供電阻R=1khz,經(jīng)計(jì)算C=0.11f五、 實(shí)驗(yàn)過(guò)程1. 在面包板上搭建電路2. 經(jīng)檢查無(wú)誤后通電，9號(hào)引腳接示波器觀(guān)察。3. 實(shí)驗(yàn)遇到問(wèn)題:1. 用于接通的導(dǎo)線(xiàn)接觸不良,輕微的觸動(dòng)會(huì)改變波形.解決辦法:試探法,依次試探每根導(dǎo)線(xiàn),如果對(duì)波形影響很大,對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果又影響,應(yīng)及時(shí)更換導(dǎo)線(xiàn). 2. 波形失真,不能調(diào)出理想的波形 解決辦法:分析問(wèn)題,3端電壓對(duì)輸出波形有直接影響,先把3端電壓調(diào)到最低,然后逐漸升高4. 得到波形,調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器,方波會(huì)發(fā)生變化,可以看到占空比明顯變化.即完成課程設(shè)計(jì)任務(wù)一.能調(diào)節(jié)占空比在0.20.6之間變化.六、 心得體會(huì) 通過(guò)這次電力電子學(xué)的課程設(shè)計(jì),對(duì)PWM控制電路的設(shè)計(jì)有了很大的了解和體會(huì),更加深刻的理解電力電子學(xué)這門(mén)學(xué)科更加偏重于分析而不是計(jì)算 ,雖然在設(shè)計(jì)的過(guò)程中不能很順利的完成，但是更加培養(yǎng)了我們研究問(wèn)題發(fā)現(xiàn)問(wèn)題的能力。這對(duì)于未來(lái)的學(xué)習(xí)和投入工作后也是大有益處的。同時(shí)也很感謝實(shí)驗(yàn)過(guò)程中老師和同學(xué)給予我們的幫助!七、 附錄:TL494相關(guān)說(shuō)明TL494的引腳功能如下：1、16腳和2、15腳分別是誤差放大器1和誤差放大器2的同相輸入端和反向輸入端；3腳是反饋輸入端；4腳是死區(qū)時(shí)間控制端；5、6腳分別接RC振蕩器的定時(shí)電容和電阻；7腳接地；8、9腳11、10腳分別是兩個(gè)內(nèi)部驅(qū)動(dòng)三極管的集電極和發(fā)射極；12腳為電源正端；13腳為輸出狀態(tài)控制端，當(dāng)13腳為高電平時(shí)，兩個(gè)內(nèi)部驅(qū)動(dòng)三極管交替導(dǎo)通，當(dāng)13腳為低電平時(shí)，兩個(gè)內(nèi)部驅(qū)動(dòng)三極管同時(shí)導(dǎo)通或截止，此時(shí)只能控制一個(gè)開(kāi)關(guān)管。14腳是集成電路內(nèi)部輸出的5V基準(zhǔn)電壓輸出端。TL494結(jié)構(gòu)圖集成了全部的脈寬調(diào)制電路。片內(nèi)置線(xiàn)性鋸齒波振蕩器，外置振蕩元件僅兩個(gè)（一個(gè)電阻和一個(gè)電容）。內(nèi)置誤差放大器。內(nèi)止5V參考基準(zhǔn)電壓源?？烧{(diào)整死區(qū)時(shí)間。內(nèi)置功率晶體管可提供500mA的驅(qū)動(dòng)能力。推或拉兩種輸出方式。TL494工作原理簡(jiǎn)述TL494是一個(gè)固定頻率的脈沖寬度調(diào)制電路，內(nèi)置了線(xiàn)性鋸齒波振蕩器，振蕩頻率可通過(guò)外部的一個(gè)電阻和一個(gè)電容進(jìn)行調(diào)節(jié)，其振蕩頻率如下：輸出脈沖的寬度是通過(guò)電容CT上的正極性鋸齒波電壓與另外兩個(gè)控制信號(hào)進(jìn)行比較來(lái)實(shí)現(xiàn)。功率輸出管Q1和Q2受控于或非門(mén)。當(dāng)雙穩(wěn)觸發(fā)器的時(shí)鐘信號(hào)為低電平時(shí)才會(huì)被選通，即只有在鋸齒波電壓大于控制信號(hào)期間才會(huì)被選通。當(dāng)控制信號(hào)增大，輸出脈沖的寬度將減小。參見(jiàn)圖下圖TL494脈沖控制波形圖 控制信號(hào)由集成電路外部輸入，一路送至死區(qū)時(shí)間比較器，一路送往誤差放大器的輸入端。死區(qū)時(shí)間比較器具有120mV的輸入補(bǔ)償電壓，它限制了最小輸出死區(qū)時(shí)間約等于鋸齒波周期的4%，當(dāng)輸出端接地，最大輸出占空比為96%，而輸出端接參考電平時(shí)，占空比為48%。當(dāng)把死區(qū)時(shí)間控制輸入端接上固定的電壓（范圍在03.3V之間）即能在輸出脈沖上產(chǎn)生附加的死區(qū)時(shí)間。 脈沖寬度調(diào)制比較器為誤差放大器調(diào)節(jié)輸出脈寬提供了一個(gè)手段：當(dāng)反饋電壓從0.5V變化到3.5時(shí)，輸出的脈沖寬度從被死區(qū)確定的最大導(dǎo)通百分比時(shí)間中下降到零。兩個(gè)誤差 放大器具有從-0.3V到（Vcc-2.0）的共模輸入范圍，這可能從電源的輸出電壓和電流察覺(jué)得到。誤差放大器的輸出端常處于高電平，它與脈沖寬度調(diào)制器的反相輸入端進(jìn)行“或”運(yùn)算，正是這種電路結(jié)構(gòu)，放大器只需最小的輸出即可支配控制回路。 當(dāng)比較器CT放電，一個(gè)正脈沖出現(xiàn)在死區(qū)比較器的輸出端，受脈沖約束的雙穩(wěn)觸發(fā)器進(jìn)行計(jì)時(shí)，同時(shí)停止輸出管Q1和Q2的工作。若輸出控制端連接到參考電壓源，那么調(diào)制脈沖交替輸出至兩個(gè)輸出晶體管，輸出頻率等于脈沖振蕩器的一半。如果工作于單端狀態(tài)，且最大占空比小于50%時(shí)，輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)分別從晶體管Q1或Q2取得。輸出變壓器一個(gè)反饋繞組及二極管提供反饋電壓。在單端工作模式下，當(dāng)需要更高的驅(qū)動(dòng)電流輸出，亦可將Q1和Q2并聯(lián)使用，這時(shí)，需將輸出模式控制腳接地以關(guān)閉雙穩(wěn)觸發(fā)器。這種狀態(tài)下，輸出的脈沖頻率將等于振蕩器的頻率。TL494的極限參數(shù)名稱(chēng)代號(hào)極限值單位