測控電路課程設(shè)計(jì)PWM脈寬調(diào)制電路匯總

1、EAST CHINA INSTITUTE OF TECHNOLOGY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K WE 述IPWM(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二PWM電路的控制原理、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

2、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 S

3、PWM。根據(jù)控制信號(hào)產(chǎn)生脈寬是該技術(shù)的關(guān)鍵。目前常用三角波比較法、滯環(huán) 比較法和空間電壓矢量法。三.PWM電路的作用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 switchi ng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四.PWM電路的特點(diǎn)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。

4、PWM電路的特點(diǎn)是頻率咼、效率咼、功率密度咼、可靠性咼、然而由于開關(guān)器 件工作在高頻通斷狀態(tài)，高頻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UuO 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

5、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) 可變；再一個(gè)是負(fù)偏置電壓u0,其作用是在Uc= 0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。1EUOuEUOt T T+ t 2T t t 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

6、開關(guān)管在一個(gè)開關(guān)周期 T內(nèi)的導(dǎo)通時(shí)間t的 長短，就可實(shí)現(xiàn)對(duì)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(duì) 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偎地）-地線（或共同接地），通常被連接到電路共同接地。Pin

7、 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2/3VCC，下緣須低于1/3 VCC。Pin 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 0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

8、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)接腳和主要的輸出接腳有相同的電流輸出能力，當(dāng)輸出為ON時(shí)為個(gè)）原理圖LOW，對(duì)地為低阻抗，當(dāng)輸出為 OFF時(shí)為HIGH，對(duì)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

9、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tPH"0.7 R1+R2） >C1tPL 0.7 X R2X C1振蕩周期T和振蕩頻率f分別為T=tPH+tPL 0.7 XR1+2R2） XC1f=1/T 1/0.7 （X1+2R2） XC14實(shí)驗(yàn)電路仿真根據(jù)圖1,對(duì)電路圖進(jìn)行仿真，如下圖所示六實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析1焊接好的電路板2.PWM波形輸出七實(shí)驗(yàn)心得與體會(huì)通過本次課程設(shè)計(jì)，我對(duì)PWM脈寬調(diào)制有了更深的掌握，對(duì)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(duì)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(duì)有關(guān)理論知識(shí)的理解。課程