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pwm发生器设计
《电力电子技术》课程设计
PWM发生器设计
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一、设计任务及要求………………………………………....................………1
二、总体设计分析……………………….....................………….......…………2
1.设计方案论证………………………………………….......….........………2
2.原理分析…………………………………………………….........…………3
3.电路模块分析………………….................................................…………3
三、设计结果与分析……………………….................……………..………..…3
1.电路仿真………………………………………………………..........…...…3
2.参数设定…………………………………………………….......….......…...5
四、体会……................…….......................................................…….………6
五、参考文献……………………………...............................................…...…6
六、附录……………………………………...................................…….………6
1.元件清单……………………………………………..........…………………6
2.原理图……………………………………………...........…...……....………7
3.PCB图…………………………………………….............…………......…9
摘要:
本次设计是基于NE555的PWM控制电路及其应用电路的设计,利用555电路构成一个可控的多谐振荡器,利用此芯片产生PWM波形构成驱动电路。
关键词:
NE555、PWM控制电路、脉冲封锁、限流保护、软启动
一、设计任务及要求
1.设计任务
1.1用NE555、门电路为主芯片;
1.2开关频率为10KHZ、输出脉宽可调、死区3μS;
1.3具有软启动功能、保护封锁脉冲功能,以及限流控制功能。
2.设计要求
电路设计设计方案应尽可能简单、可靠;芯片要用DIP座,便于芯片回收。
二、总体设计分析
1.设计方案论证
NE555芯片的内部结构是由3个阻值为5k的电阻组成的分压器、两个电压比较器C1和C2、基本RS触发器、放电三极管和缓冲反相器组成。
通过555及外部电路结构产生PWM波,此电路方案能实现基本要求,电路较简单,调试方便,是一个优秀的可实现的方案。
2.原理分析
.当电路通电时,Pin2(触发点)接脚是低电位,因为电容器C2开始放电。
这开始振荡器的周期,造成第3接脚到高电位。
当第3接脚到高电位时,电容器C2开始通过R2和对二极管D1充电。
当在C1的电压到达+V的2/3时启动接脚6,造成输出接脚(Pin3)跟放电接脚(Pin7)成低电位。
当第3接脚到低电位,电容器C2起动通过R2和D1的放电。
当在C2的电压下跌到+V的1/3以下,输出接脚(Pin3)和放电接脚(Pin7)接脚到高电位并使电路周期重复。
Pin5并没有被外在电压作输入使用,因此它与0.01uF电容器相接。
PWM信号的整体频率在这电路上取决于R2、RP2和C2的数值。
公式:
频率(Hz)=1.44/(R2+2RP2)*C2
3.电路模块分析
3.1限流保护及脉冲封锁
在负载电路中,有时会出现负载电路电流过大造成负载损坏的事情发生,为了防止这类事情发生,在电源部分需要具有相关的保护功能,在电源电路设定一个门限,检测负载电流,当负载电流过大超过门限值的时候,在电源处锁定脉冲,关断开关管,从而实现对负载电路的保护。
而这样的电路最好要有手动复位的功能,一旦电路过流,PWM就锁定,直到按下复位按钮,PWM才能恢复工作。
3.1.1方案选择与比较:
过流保护可以通过多种方法来实现,比如说在负载电路串接电阻,限制负载的电流,保护负载。
或者用保险丝,串接如电路,当电路过流时,保险丝熔断,达到保护电路的作用,等等。
但是这些方案没办法较精确的控制具体的限流值,并且无法轻松的做到过流后地脉冲封锁。
因而这里采用通过电压比较器的方案来实现过流保护的功能。
对于比较器,有较多的芯片可供选择,LM324,LM358,LM339,LM393等,其中LM324,LM358是集成运放,LM339,LM393是专业比较器。
通过线路连接也可实现比较器的功能,但又由于前两者是运放,对于电压变化的反应速度和稳定性没有做为专业比较器的LM393,LM339那么优越。
作为电源为了保护负载的安全,和节省资源,就选用了专业的双门比较器LM393。
限流保护电路如图所示,其中二极管的功能是锁定低电平,用来实现自封锁脉冲,自锁开关用来实现手动复位。
过流时LM393输出低电平,经过与门达到脉冲封锁的作用,然后通过并接在LM393上的开关二极管IN4148来达到不能自动复位的结果(具体过程是,当电路过流,LM393输出端输出低电平,从而1N4148导通,使LM393同相输入端的电压在0.7v左右,而反向输入端的电压固定在2.5V(VCC接5V),所以之后不论同相端怎么变LM939输出的都是低电平,从而达到不能自恢复的功能),之后按下自锁开关,二极管关断,使过流保护电路复位,LM393重新输出高电平。
3.2死区时间:
死区时间是通过RC充放电电路实现的,在这里时间常数t﹦RC,而74系列TTL门电路的说明如下示:
可见,在74系列TTL门电路芯片中是默认2.4v为高电平,也就是电容充电到2.4v左右的时间为死区时间。
那么,∵Vt﹦V0+(V1-V0)*[1-exp(-t/RC)];
VCC为5v,把V0﹦0V,Vt﹦2.4v,V1﹦5V带入;有:
∴[1-exp(-t/RC)]﹦0.48
∴t/RC﹦ln(1.92)﹦0.65,去t﹦3*10∧(-6)s
∴RC﹦4.62*10∧(-6),于是,理论上取R﹦2.2k,C﹦22000PF可取得近似3us值。
3.3脉宽可调部分:
脉宽可调部分,脉宽可调在实际的使用时为了控制上下两个条路的通电时间,来达到控制转换成的交流电压的有效值,相当于如果负载是直流电机的话,减小脉宽就可使电机转速下降,起到调速的作用。
而之前555主电路的脉宽可调,仅仅是说其3脚输出的方波脉宽可调,但是由于要输出两路互补的波形,3号脚输出的方波经过了非门的处理,所以555那边调的脉宽并不能算是真正意义上的脉宽可调,要做到PWM脉宽可调,必须是两个桥路能同时可调。
即:
要减小脉宽,上路方波脉宽减小,下路方波脉宽也要减小。
所以脉宽要可调就要做到死区可调。
所以我将上下死区电阻部分用电位器来调节脉宽和死区。
因为在学校库房没找到那种5脚的电位器,所以没法做到上下脉宽同时增大和减小。
只能分别调节上下电位器。
在这里取电容为332,电位器为5k;t﹦RC*0.65理论上死区在0~10us左右可调。
三、设计结果与分析
1.电路仿真
1.1波形周期
1.2软启动
1.3死区时间
2.参数设定
频率(Hz)=1.44/(R2+2RP2)*C2
死区时间=R4*C4=R5*C5
四、体会
五、参考文献
1.华中理工大学电子学教研室编,康华光主编:
《电子技术基础》(模拟部分第四版),高等教育出版社,1999。
2.清华大学电子学教研组编,童诗白主编:
《模拟电子技术基础》(第四版),北京高等教育出版社,2006。
3.山东大学教研室编,颜世刚主编:
《电力电子技术》问答(第一版),机械工业出版社,2007。
4、西安交通大学教研室编,王兆安主编:
《电力电子技术》(第四版),机械工业出版社,2000。
六、附录
1.元件清单
器件
型号
个数
集成块
LM393
1
74ls00
1
74ls04
1
NE555
1
电阻
100
1
1K
4
3.3K
2
5K
1
51K
1
27K
1
变位器
1K
3
电容
103
2
223
1
472
2
473
1
二极管
二极管
3
开关
六脚开关
1
2.原理图
3.PCB图
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