电力电子课设-DCDC--PWM控制电路的设计

题目： DC/DC PWM控制电路的设计

小 组 成 员：

学号：

学 部 （系）： 机械与电气工程学部 专 业 年 级： 电气133 指 导 教 师：

2 年 12 月 16 日

目录

一、 总体设计方案 ....................... 错误!未定义书签。

二、 设计原理及各部分功能 ............... 错误!未定义书签。

三、 实验所得的各个波形 ................. 错误!未定义书签。

四、 TL494及相关器件说明 ................ 错误!未定义书签。

五、 总结及心得体会 ................................. - 8 -

一、 总体设计方案

 题目

DC/DC PWM控制电路的设计

 题目介绍

电力电子电路控制中广泛应用着脉冲宽度调制技术（Pulse 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，输出电压中的谐波频率固定，滤波器设计比较容易。

本课程设计主要采用比较常用的PWM集成芯片TL494（也可用其它芯片）完成设计，让同学们初步掌握PWM控制电路的设计方法。

 课设要求

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；具有软起动功能、保护封锁脉冲功能，以及限流控制功能。电路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，并通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。

二、 设计原理

本次实验所用芯片为TL494芯片，TL494是美国德州仪器公司生产的一种电压驱动型脉宽调制控制集成电路，主要应用在各种开关电源中。TL494的内部电路由基准电压产生电路、振荡电路、间歇期调整电路、两个误差放大器、脉宽调制比较器以及输出电路等组成。图1是它的管脚图，其中1、2脚是误差放大器I的同相和反相输入端；3脚是相位校正和增益控制；4脚为间歇期调理，其上加0～3.3V电压时可使截止时间从2%线怀变化到100%；5、6脚分别用于外接振荡电阻和振荡电容；7脚为接地端；8、9脚和11、10脚分别为TL494内部两个末级输出三极管集电极和发射极；12脚为电源供电端；13脚为输出控制端，该脚接地时为并联单端输出方式，接14脚时为推挽输出方式；14脚为5V基准电压输出端，最大输出电流10mA；15、16脚是误差放大器II的反相和同相输入端。

当6端外接电阻RT,5端外接CT时，5端将产生频率f=1.1/RTCT的锯齿波

VCT； 2、1两端引入DC/DC变换器输出电压的给定值Vg和反馈值Vf；3端为电

压调节器输出的误差电压V3，V3＝K（VfVg），V3送至PWM比较器的同相端，反相端电压为0.7V＋VCT。

由于开关频率要求为10HZ，根据f=1.1/RTCT，RTCT=0.11，选用RT=1K欧姆，CT=0.1微法。按照原理图将TL494芯片接在电路板上，连接电路。

为实现软开关和脉宽调节功能，利用输出端4。起动开始，一旦起动电路内部使输出端4从接地点断开，在＋15V电源经R0对C0充电过程中，V4从＋15V逐渐下降为零。由图1.2和图1.4可以看到，在任何一个开关周期TS中，vCT从零上升至VCTm，仅在瞬时值vCT>v4+0.12V时J=0，才能使G1 G2为高电位开启驱动信号。所以在起动过程的逐个TS周期中、J=0，G1 、G2的脉宽时间ton从零逐渐增大，使输出电压逐渐上升实现软起动。

PWM集成电路芯TTL494原理框图

三、实验波形

使用示波器分别测出输出端5、输出端8的波形以及调整占空比后的引脚8的波形：

输出端5测出的波形

输出端8测出波形

输出端30度

输出端60度

输出端90度

四、参考资料

一、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

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的极限参数 名称 工作电压 集电极输出电压 集电极输出电流 放大器输入电压范围 功耗 热阻 工作结温 工作环境温度 TL494B TL494C TL494I NCV494B 额定环境温度 TA TA 代号 Vcc Vc1,Vc2 Ic1,Ic2 VIR PD RθJA TJ 极限值 42 42 500 -0.3V—+42 1000 80 125 -40—+125 0—+70 -40—+85 -40—+125 40 ℃ ℃ 单位 V V mA V mW ℃/W ℃