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电子电力课程设计报告

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一、 设计课题: DC/DC PWM控制电路的设计
二、 设计要求:
1、 设计基于PWM芯片的控制电路, 包括外围电路。按照单路输出方案进行设计, 开关频率设计为10KHZ; 具有软启动功能、 保护封锁脉冲功能, 以及限流控制功能。电路设计设计方案应尽可能简单、 可靠。
2、 实验室提供面包板和器件, 在面包板或通用板上搭建设计的控制电路。
3、 设计并搭建能验证你的设计的外围实验电路, 并经过调试验证设计的正确性。
4、 扩展性设计: 增加驱动电路部分的设计内容。
5、 Buck电路图如下图:

Buck电路图

三、 设计方案
本次课程设计基于PWM芯片TL494进行设计, 经过查阅该芯片的相关资料, 了解其各引脚功能, 结合设计要求进行电路设计。首先建立最基本的电路, 然后在其上面进行改进, 得到进一步满足条件与实际应用的电路, 根据原理图在实验板上搭建电路进行试验, 得出结果进行分析验证, 最后得出DC/DC PWM控制电路。

四、 设计原理图
如图所示为设计原理图, 经过调节电位器Rp进行控制输出, 从Vo端得到输出驱动电压的波形。

设计原理图

五、 TL494各引脚功能
TL494的个引脚功能图如下表
TL494引脚功能表
引脚号
功能
引脚号
功能
1
误差放大器1的同相输入端
9
末极输出三极管发射极端
2
误差放大器1的反相输入端
10
末极输出三极管发射极端
3
输出波形控制端
11
末极输出三极管集电极端
4
死区控制信号输入端
12
电源供电端
5
振荡器外接震荡电容连接端
13
输出控制端
6
振荡器外接震荡电阻连接端
14
基准电压输出端
7
接地端
15
误差放大器2的反相输入端
8
末极输出三极管集电极端
16
误差放大器2的同相输入端
六、 各部分功能及工作原理
首先设计其振荡电路, 根据振荡公式f=1.1/( R3XC2) =10Khz, 取R3=1KΩ,则电容C2=0.1uF; 然后, 将同样大小的电容电阻串联并加以电压接地后, 在电容电阻中间引出一根信号线作为第四脚的输入端, 作为死区控制信号的输入。
接着, 经过示波器测量振荡电路的波形如图所示:

震荡电路波形图
根据实验所测得的波形图及TL494芯片的内部结构, 可得振荡电路的峰值为2.88V, 若要对其输出波形进行控制, 则在第三脚接入的电压需小于2.88-0.7=2.18V, 即第三脚输入电压变化范围约为0-2.2V。如原理图所示, 将1KΩ电阻与1-10KΩ电位器按照如原理图所示方式进行串联即可得到0-2.2V范围内变化的电压, 从而得到应有的波形。
最后, 将末级三极管的集电极接电源, 发射极经过1KΩ电阻接地, 即可得到如下图所示的方波信号:

输出驱动波形图

1、 输出电压为20V至60Ｖ功能的实现
要想使得Buck电路的输出在20V至60V间变化 , 则根据其电压转换公式:
Uo = αUi
得其驱动波形占空比α变化范围为0.2-0.6。
根据 公式: 5/( 1+Rp) =2.2x( 1-α) 可得:
当α=0.2时, 可算得Rp的阻值大小为1.84KΩ。
当α=0.6时, 可算得Rp的阻值大小为4.68KΩ。
因此, 如果要获得20V至60Ｖ的输出电压, Rp的调节范围在1.84KΩ至4.68KΩ之间。当α分别取不同值时, 输出驱动波形如下图所示:

α=0.2时的驱动波形 α=0.6时的驱动波形

2、 当Zl短路或者Zmax=5A的控制
当Buck电路的Zl短路时,电流过高会造成器件的损害或者烧毁, 此时必须对驱动电路的加以控制, 使得在这种情况下的电压输出为0V, 从而保护电路。要使输出电压输出为0V, 则TL494输出的驱动脉冲为0。
此时, 经过电流传感器将由于短路形成的大电流转化成芯片第三引脚输入电势的最大值( 2.2V或者大于2.2V) , 这样所得的输出驱动波形为0, 使得Buck电路的输出为0。当第三引脚输入电势为2.2V时, 第三脚输入电位值为2.2V, 则流经R1电流大小:
I1 =U/ R1=2.2mA
则, 经过电流传感器作用, 引入反馈回路, 使得流经R1的电流值大于等于2.2mA,从而使得驱动电路输出为0。

3、 Ui=80 – 120V且保持Uo=50V的控制
当Buck电路的Ui的输入值大小在80V至120V间变化时, 需将电路输出稳定在50Ｖ。根据ＤＣ／ＤＣ变换公式:
Uo = αUi
可得占空比的变化范围为0.417-0.625。
由第三脚电位公式 : U=2.2(1-α) 可得
当α=0.417时, 可算得流经R1电流大小为1.28 mA
当α=0.625时, 可算得流经R1电流大小为0.825 mA
因此, 在输入端电压变化时, 要想获得输出电压稳定为50V, 则经过电压传感器的作用, 引入反馈回路, 调节流经R1的电流值, 使之在0.825 mA -1.28 mA间变化, 即可将电压输出稳定在50V。

七、 设计体会及建议
这次的电力电子技术课程设计, 是基于TL494芯片来设计PWM的控制电路。结合设计要求, 首先要自己搭建电路进行实验, 经过不断地调试及修改, 最终得到正确的驱动电路和波形, 要充分结合理论与实际, 把平时学到的知识运用到实际中。这次的课程设计用到了数字电路中学到的器件管脚知识, 以及如何搭建正确的电路, 测试合理的测试点, 这样才能得到正确的波形。
经过这次的课程设计, 知道我们的基础知识学的不牢固, 其实就是蛮简单的问题, 只是时间长了都忘记了。因此想提的建议是, 希望老师能多指导我们, 给我们清晰的讲解实验要求及做法, 这样我们才能更清楚更快的完成要求, 并真正从中学到实用的东西。