測控電路課程設(shè)計PWM脈寬調(diào)制電路

1、測控電路課程設(shè)計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： 10202202 姓 名： 學(xué) 號： 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，同時還提供功率元件控制信號，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)上時其效果相同。PWM 控制原理, 將波形分為6 等份, 可由6 個方

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 控制法指在半個周期內(nèi)載波只在一個方向變換, 所得PWM 波形也只在一個方向變化, 而雙極性PWM 控制法在半個周期內(nèi)載波在兩個方向變化, 所得PWM 波形也在兩個方向變化。根據(jù)載波信號同調(diào)制信號是否保持同步, 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，為了輸出類似正弦波之類電壓振幅變化的信號，因此必需將電壓振幅轉(zhuǎn)換成脈沖信號。 高功率電路分別由PWM 電路、Gate 驅(qū)動電路、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進(jìn)行比較，同時輸出可以驅(qū)動功率MOSFET 的控制信號，透過該控制信號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信號會變得更加強(qiáng)烈和復(fù)雜。五設(shè)計原理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)電壓信號變成脈沖電壓信號。二極管VD在V1關(guān)斷時為感性負(fù)載RL提供釋放電感儲能形成續(xù)流回路。N的反相端輸入三個信號：一個是鋸齒波或三角波調(diào)制信號up，其頻率是主電路所需的開關(guān)調(diào)制頻率，一般為14kHz；另一個是控制電壓uk，其極性與大小隨時

5、可變； 再一個是負(fù)偏置電壓u0，其作用是在Uc0時通過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，鋸齒波過零的時間提前，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，鋸齒波過零的時間后移，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信號加到主控電路的開關(guān)管V的基極時，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)管在一個開關(guān)周期T內(nèi)的導(dǎo)通時間的長短，就可實(shí)現(xiàn)對RL兩端平均電壓UL大小的控制。2設(shè)計利用555定時器組成的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IC1的方波輸出器。IC2作為比較器，對IC1的兩路輸出信號進(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)) -這個腳位是觸發(fā)NE555使其啟動它的時間周期。觸發(fā)信號上緣電壓須大于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。于高電位時的最大輸出電流大約200 mA 。Pin 4 (重置) -一個低邏輯電位送至這個腳位時會重置定時器和使輸出回到一個低電位。它通常被接到正電源或忽略不用。Pin 5 (控制) -這個接腳準(zhǔn)許由外部電壓改變觸發(fā)和閘限電壓。當(dāng)計時器經(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)這個接腳的電壓從1/3 VCC電壓以下移至2/3 VCC以上時啟動這個動作。Pin 7 (放電) -這個接腳和主要

8、的輸出接腳有相同的電流輸出能力，當(dāng)輸出為ON時為LOW，對地為低阻抗，當(dāng)輸出為OFF時為HIGH，對地為高阻抗。Pin 8 (V +) -這是555個計時器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)成定時電路。定時電容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)心得與體會通過本次課程設(shè)計，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)理論知識的理解。課程設(shè)計過