文華學院
電力電子學課程設計
題目： dcdc-pwm控制電路的設計
姓名張友志
學號： 120301021118
同組成員尹韜
專業：電氣工程及其自動化12級2班
文華學院
二0一五年一月
目錄1 系統總體方案設計 1
1.1 tl494原理分析 1
1.2 buck電路分析 3
2 設計方框圖 5
3電路原理圖設計 6
3.1 由tl494晶元構成的pwm控制電路設計 6
3.2 軟啟動電路設計 6
3.3 振盪電路設計 6
4 實物連線圖圖與資料測量 8
4.1 管腳輸出波形測量 8
4.2 連線buck 電路後輸出波形 9
5 心得體會 11
6 參考文獻 12
dc/dc pwm控制電路的設計
摘要開關電源常用的控制方式有脈衝寬度調製（pwm）、脈衝頻率調製（pfm）和混合調製三種。目前開關電源大多數採用pwm控制。在此類電源中，開關管總是週期性的同/斷，pwm控制電路只是改變每個週期的脈衝寬度而已。
隨著半導體技術的高速發展，開關電源控制電路的整合化不斷提高，外電路越來越簡單，生產日益簡化，成本日益降低。
tl494最早是由美國德州儀器公司ti生產的，現在已近取得了廣泛的應用。tl494是典型的脈寬調變型開關電源控制器，廣泛用於單端正激雙管式、半橋式、全橋式開關電源。
tl494是一種固定頻率脈寬調變電路，它包含了開關電源控制所需的全部功能，廣泛應用於單端正激雙管式、半橋式、全橋式開關電源。其主要特性如下：
1、整合了全部的脈寬調變電路。
2、片內建線性鋸齒波振盪器，外接振盪元件僅兩個（乙個電阻和乙個電容）。
3、內建誤差放大器。
4、內建5v參考基準電壓源。
5、可調整死區時間。
6、內建功率電晶體可提供500ma的驅動能力。
7、推或拉兩種輸出方式。
tl494採用dip-16和sop-16兩種不5同的封裝方式。tl494引腳排列如圖1所示。
圖1-1 tl494引腳排列
tl494是乙個固定頻率的脈衝寬度調製電路，內建了線性鋸齒波振盪器，振盪頻率可以通過外部的乙個電阻和乙個電容進行調節。
輸出電容的脈衝其實是通過電容上的正極性鋸齒波電壓與另外2個控制訊號進行比較來實現。功率輸出管q1和q2受控於或非門。當雙穩觸壓器的時鐘訊號為低電平時才會被通過，即只有在鋸齒波電壓大於控制訊號期間才會被選通。
當控制訊號增大，輸出脈衝的寬度將減小。
控制訊號由積體電路外部輸入，一路送至時間死區時間比較器，一路送往誤差放大器的輸入端。死區時間比較器具有120mv的輸入補償電壓，它限制了最小輸出死區時間約等於鋸齒波的週期4%，當輸出端接地，最大輸出占空比為96%，而輸出端接參考電平時，占空比為48%。當把死區時間控制輸入端接上固定的電壓，即能在輸出脈衝上產生附加的死區時間。
脈衝寬度調製比較器為誤差放大器調節輸出脈寬提供了乙個手段：當反饋電壓從0.5v變化到3.
5時，輸出的脈衝寬度從被死區確定的最大導通百分比時間中下降為零。2個誤差放大器具有從—0.3v到(vcc—2.
0)的共模輸入範圍，這可能從電源的輸出電壓和電流察覺的到。誤差放大器的輸出端常處於高電平，它與脈衝寬度調智器的反相輸入端進行「或」運算，正是這種電路結構，放大器只需最小的輸出即可支配控制電路。
圖1-2 tl494結構邏輯圖
輸出脈衝的寬度是通過電容ct上的正極性鋸齒波電壓與另外兩個控制訊號進行比較來實現。功率輸出管q1和q2受控於或非門。當雙穩觸發器的時鐘訊號為低電平時才會被選通，即只有在鋸齒波電壓大於控制訊號期間才會被選通。
當控制訊號增大，輸出脈衝的寬度將減小。
圖1-3 tl494的脈衝控制波形
tl494內建乙個5.0v的基準電壓源，使用外接偏置電路時，可提供高達10ma的負載電流，在典型的0—70℃溫度範圍50mv溫漂條件下，該基準電壓源能提供±5%的精確度。
脈衝寬度調製比較器為誤差放大器調節輸出脈寬提供了乙個手段：當反饋電壓從0.5v變化到3.
5時，輸出的脈衝寬度從被死區確定的最大導通百分比時間中下降為零。2個誤差放大器具有從—0.3v到(vcc—2.
0)的共模輸入範圍，這可能從電源的輸出電壓和電流察覺的到。誤差放大器的輸出端常處於高電平，它與脈衝寬度調智器的反相輸入端進行「或」運算，正是這種電路結構，放大器只需最小的輸出即可支配控制電路。
buck變化器又稱為降壓變換器、串聯開關穩壓電源、三段開關降壓穩壓器。buck變換器的結構如圖4所示。由圖可知，buck變換器主要包括開關管vt，二極體vd，電感l，電容c，電阻r。
圖1-4 buck電路圖
buck變換器的ccm模式是指每個週期開始時電感l上的電流不等於零。設開關管vt的導通時間為ton,截止時間為toff，工作週期為t，則易知
t=ton+toff
開關管vt的工作狀態可以分為導通和截止兩種狀態。假設輸入輸出不變，開關管處於導通狀態時，二極體vd截止，輸出電壓uo，輸入電壓為us，此時電感兩端的電壓差為us-uo。在開關管導通的時間內，電感電流的增量為
當開光管vt截止時，電感電流的減少量為
當buck電路處於穩態時，電感電流在乙個週期t內的增量為零，故有
整理可得
式（1-6）表明，在ccm模式下輸出電壓uo隨著占空比d變化。
系統主要由pwm控制電路、buck電路兩部分組成，pwm控制電路由振盪電路、反饋迴路、保護電路等組成。系統整體框圖如圖5。
圖2-1 系統方案圖
圖3-1 tl494晶元構成的pwm控制電路
圖3-2 tl494軟啟動電路
由於在電源上電瞬間主電路和控制迴路各處點位不確定，需要一定時間之後才能穩定下來，所以在商店瞬間電路不能有導通訊號，對應此要求，在控制電路上設計上電延時軟啟動電路。圖7為軟啟動電路。
圖3-3 tl494振盪電路
如圖8所示，tl494的振盪電路是由電阻和電容組成的，它的功能是使tl494，5腳產生頻率為f的三角波，頻率f的計算公式如公式（1-1）；由於要求輸出的訊號頻率為10khz，故所選的電阻為10k，電容為10nf。
觀察示波器可得，鋸齒波頻率f 為13.1khz，因為導線對訊號的衰減，以及儀器本身的誤差存在，所以與理論值10khz 存在誤差。但基本滿足實驗要求，故rt,ct 的選擇是正確的。
圖4-1 tl494 5腳輸出鋸齒波
當比較器ct 放電，乙個正脈衝出現在死區比較器的輸出端，受脈衝約束的雙穩觸發器進行計時，同時停止輸出管q1 和q2 的工作。若輸出控制端連線到參考電壓源，那麼調製脈衝交替輸出至兩個輸出電晶體，輸出頻率等於脈衝振盪器的一半。如果工作於單端狀態，且最大占空比小於50%時，輸出驅動訊號分別從電晶體q1 或q2 取得。
輸出變壓器乙個反饋繞組及二極體提供反饋電壓。在單端工作模式下，當需要更高的驅動電流輸出，亦可將q1 和q2 併聯使用，這時，需將輸出模式控制腳接地以關閉雙穩觸發器。這種狀態下，輸出的脈衝頻率將等於振盪器的頻率。
圖4-2 tl494 11腳輸出占空比為60%的方波
占空比為60%的輸出波形
占空比為80%的輸出波形
通過這次的課設加深了我對電力電子這門課程的理解，不僅提高了動手操作能力，還大大鍛鍊了自己將理論與實際結合的思維能力，在設計過程中體會到了與同學團結合作的樂趣，在交流中有過分歧，但更多的是一起齊心協力的將問題解決，達到事半功倍的效果，因此深深體會到生活中我們無時無刻都要注意和被人的溝通，虛心接受被人的建議，耐心的解決問題。
在今後的學習中，我會加深對電力電子學的學習，在日常生活中，加大對電力電子的應用，爭取做到學以致用，最後感謝同學們的幫助和解答，感謝老師的關心和幫助。
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