測控電路課程設(shè)計(jì)PWM脈寬調(diào)制電路

1、測控電路課程設(shè)計(jì)PWM脈寬調(diào)制電路學(xué) 院： 核工程與地球物理學(xué)院 專 業(yè)： 測控技術(shù)與儀器 班 級(jí)： 10202202 姓 名： 學(xué) 號(hào)： 指導(dǎo)老師： 謝軍PWM(PWM:Pulse Width Modulation)電路即脈沖寬度變調(diào)電路除了可以監(jiān)控功率電路的輸出狀態(tài)之外，同時(shí)還提供功率元件控制信號(hào)，因此廣泛應(yīng)用在高功率轉(zhuǎn)換效率的switching 電源、馬達(dá)Inverter、音響用D 極增幅器、DC-DC Converter、UPS等各種高功率電路。PWM 電路基本原理依據(jù): 沖量相等而形狀不同的窄脈沖加在具有慣性的環(huán)節(jié)上時(shí)其效果相同。PWM 控制原理, 將波形分為6 等份, 可由6 個(gè)方

2、波等效替代。脈寬調(diào)制的 分類方法有多種,如單極性與雙極性, 同步式與異步式, 矩形波調(diào)制與正弦波調(diào)制等。單極性PWM 控制法指在半個(gè)周期內(nèi)載波只在一個(gè)方向變換, 所得PWM 波形也只在一個(gè)方向變化, 而雙極性PWM 控制法在半個(gè)周期內(nèi)載波在兩個(gè)方向變化, 所得PWM 波形也在兩個(gè)方向變化。根據(jù)載波信號(hào)同調(diào)制信號(hào)是否保持同步, PWM 控制又可分為同步調(diào)制和異步調(diào)制。矩形波脈寬調(diào)制的特點(diǎn)是輸出脈寬列是等寬的, 只能控制一定次數(shù)的諧波; 正弦波脈寬調(diào)制的特點(diǎn)是輸出脈寬列是不等寬的, 寬度按正弦規(guī)律變化, 輸出波形接近正弦波。正弦波脈寬調(diào)制也叫SPWM。根據(jù)控制信號(hào)產(chǎn)生脈寬是該技術(shù)的關(guān)鍵。目前常用三

3、角波比較法、滯環(huán)比較法和空間電壓矢量法。PWM 電路主要功能是將輸入電壓的振幅轉(zhuǎn)換成寬度一定的脈沖，換句話說它是將振幅資料轉(zhuǎn)換成脈沖寬度。一般switching 輸出電路只能輸出電壓振幅一定的信號(hào)，為了輸出類似正弦波之類電壓振幅變化的信號(hào)，因此必需將電壓振幅轉(zhuǎn)換成脈沖信號(hào)。 高功率電路分別由PWM 電路、Gate 驅(qū)動(dòng)電路、Switching 輸出電路構(gòu)成，其中PWM 電路主要功能是使三角波的振幅與指令信號(hào)進(jìn)行比較，同時(shí)輸出可以驅(qū)動(dòng)功率MOSFET 的控制信號(hào)，透過該控制信號(hào)控制功率電路的輸出電壓。PWM電路的特點(diǎn)是頻率高、效率高、功率密度高、可靠性高、然而由于開關(guān)器件工作在高頻通斷狀態(tài)，高頻

4、的快速瞬變過程本身就是一電磁騷擾源，它產(chǎn)生的EMI信號(hào)有很寬的頻率范圍，又有一定的幅度。若把這種電源直接用于數(shù)字設(shè)備，則設(shè)備產(chǎn)生的EMI信號(hào)會(huì)變得更加強(qiáng)烈和復(fù)雜。五設(shè)計(jì)原理1脈寬調(diào)制控制電路的工作原理圖1 PWM控制電路原理 Uu0 uc D基本的脈寬調(diào)制控制電路包括電壓-脈寬變換器和開關(guān)式功率放大器兩部分，如圖1所示。運(yùn)算放大器N工作在開環(huán)狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)把連續(xù)電壓信號(hào)變成脈沖電壓信號(hào)。二極管VD在V1關(guān)斷時(shí)為感性負(fù)載RL提供釋放電感儲(chǔ)能形成續(xù)流回路。N的反相端輸入三個(gè)信號(hào)：一個(gè)是鋸齒波或三角波調(diào)制信號(hào)up，其頻率是主電路所需的開關(guān)調(diào)制頻率，一般為14kHz；另一個(gè)是控制電壓uk，其極性與大小隨時(shí)

5、可變； 再一個(gè)是負(fù)偏置電壓u0，其作用是在Uc0時(shí)通過Rp的調(diào)節(jié)使比較器的輸出電壓Ub為寬度相等的正負(fù)方波。當(dāng)Uc>0時(shí)，鋸齒波過零的時(shí)間提前，結(jié)果在輸出端得到正半波比負(fù)半波窄的調(diào)制方波。當(dāng)Uc<0時(shí)，鋸齒波過零的時(shí)間后移，結(jié)果在輸出端得到正半波比負(fù)半波寬的調(diào)制方波。uEUOuEUO T T+ 2T t T T+ 2T t圖2 PWM控制負(fù)載的波形圖PWM信號(hào)加到主控電路的開關(guān)管V的基極時(shí)，負(fù)載RL兩端電壓uL的波形如圖2所示。顯然，通過PWM控制改變開關(guān)管在一個(gè)開關(guān)周期T內(nèi)的導(dǎo)通時(shí)間的長短，就可實(shí)現(xiàn)對RL兩端平均電壓UL大小的控制。2設(shè)計(jì)利用555定時(shí)器組成的PWM電路電路圖如下

6、圖所示圖1 利用555組成的PWM電路電路中IC1555組成的振蕩器，但2,、6腳的接發(fā)與常用的方法不同，即2、6腳接一電阻R2，該IC1被觸發(fā)之前，C1上的電壓早已放到極低，這就為產(chǎn)生寬范圍的PWM創(chuàng)造條件，電路中TR1三級(jí)IC1的方波輸出器。IC2作為比較器，對IC1的兩路輸出信號(hào)進(jìn)行變換，形成PWM波由TR2輸出。該P(yáng)WM的脈沖調(diào)制范圍在5%90%。3. NE555接腳圖Pin 1 (接地) -地線(或共同接地) ，通常被連接到電路共同接地。 Pin 2 (觸發(fā)點(diǎn)) -這個(gè)腳位是觸發(fā)NE555使其啟動(dòng)它的時(shí)間周期。觸發(fā)信號(hào)上緣電壓須大于2/3 VCC，下緣須低于1/3 VCC 。Pin

7、3 (輸出) -當(dāng)時(shí)間周期開始555的輸出輸出腳位，移至比電源電壓少1.7伏的高電位。周期的結(jié)束輸出回到O伏左右的低電位。于高電位時(shí)的最大輸出電流大約200 mA 。Pin 4 (重置) -一個(gè)低邏輯電位送至這個(gè)腳位時(shí)會(huì)重置定時(shí)器和使輸出回到一個(gè)低電位。它通常被接到正電源或忽略不用。Pin 5 (控制) -這個(gè)接腳準(zhǔn)許由外部電壓改變觸發(fā)和閘限電壓。當(dāng)計(jì)時(shí)器經(jīng)營在穩(wěn)定或振蕩的運(yùn)作方式下,這輸入能用來改變或調(diào)整輸出頻率。Pin 6 (重置鎖定) - Pin 6重置鎖定并使輸出呈低態(tài)。當(dāng)這個(gè)接腳的電壓從1/3 VCC電壓以下移至2/3 VCC以上時(shí)啟動(dòng)這個(gè)動(dòng)作。Pin 7 (放電) -這個(gè)接腳和主要

8、的輸出接腳有相同的電流輸出能力，當(dāng)輸出為ON時(shí)為LOW，對地為低阻抗，當(dāng)輸出為OFF時(shí)為HIGH，對地為高阻抗。Pin 8 (V +) -這是555個(gè)計(jì)時(shí)器IC的正電源電壓端。供應(yīng)電壓的范圍是+4.5伏特(最小值)至+16伏特(最大值)電阻R1、R2和電容C1構(gòu)成定時(shí)電路。定時(shí)電容C1上的電壓UC作為高觸發(fā)端TH（6腳）和低觸發(fā)端TL（2腳）的外觸發(fā)電壓。放電端D（7腳）接在R1和R2之間。電壓控制端K（5腳）不外接控制電壓而接入高頻干擾旁路電容C2（0.01uF）。直接復(fù)位端R（4腳）接高電平，使NE555處于非復(fù)位狀態(tài)。多諧振蕩器的放電時(shí)間常數(shù)分別為tPH0.7×（R1+R2）×C1tPL0.7×R2×C1振蕩周期T和振蕩頻率f分別為T=tPH+tPL0.7×（R1+2R2）×C1f=1/T1/0.7×（R1+2R2）×C1根據(jù)圖1，對電路圖進(jìn)行仿真，如下圖所示六實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析七實(shí)驗(yàn)心得與體會(huì)通過本次課程設(shè)計(jì)，我對PWM脈寬調(diào)制有了更深的掌握,對于我們把所學(xué)的測控電路的理論知識(shí)融入實(shí)踐也起到了很大的作用，對我們今后的學(xué)習(xí)和工作也將起到很大的幫助。在相關(guān)的學(xué)習(xí)應(yīng)用中，我深刻的體會(huì)到了PWM脈寬調(diào)制的優(yōu)點(diǎn)，它大大的幫助了我們對有關(guān)理論知識(shí)的理解。課程設(shè)計(jì)過