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1、斩波课程设计 课 程 设 计 说 明 书 题 目 TL494斩控式单相交流调压电路 （院）系 专业 自动化 班级 学号 学生姓名 指导老师姓名 赵葵银、刘星平 完成日期 2011 年 6 月 13 日至 2011 年 6 月 24日 湖南工程学院 课程设计任务书 课程名称： 电力电子技术 题 目：TL494斩控式单相交流调压电路 专业班级： 自动化 学生姓名：学号： 指导老师： 审 批： 任务书下达日期 2011 年 6月13日 设计完成日期 2011 年 6 月 24日 目 录 第1章 概述 . 1 第2章 总体设计方案 . 2 2.1 交流调压电路的原理 . 2 2.2 系统设计总方案确定
2、 . 3 第3章 主电路设计 . 4 3.1 主电路主要器件选择 . 4 3.2 主电路结构设计 . 4 3.3 器件保护以及主电路保护设计 . 5 3.3.1 MOSFET过压保护 . 5 3.3.2 MOSFET过流保护 . 5 3.3.3 主电路保护设计 . 5 3.4 主电路计算及元器件参数选型 . 7 第4章 单元控制电路设计 . 9 4.1 主控制芯片的详细说明 . 9 4.1.1 主控芯片的选择 . 9 4.1.2 主控芯片的特征及优势 . 9 4.1.3 脉宽调制器芯片TL494的工作原理 . 9 4.2 控制方法及控制功能单元电路设计 . 11 4.2.1 控制方法介绍 .
3、11 4.2.2 检测及控制保护电路设计 . 11 4.2.3 控制与驱动电路设计 . 12 第5章 调试结果与分析 . 13 第6章 总结与体会 . 14 附录 . 15 参 考 文 献 . 16 第1章 概述 随着MOSFET、IGBT等新型电力电子器件和PWM技术迅速发展，新型控制方法的引入，斩波式交流调压电路的应用更加广泛，它应用于工业加热、灯光控制、感应电动机的软启动以及风扇或水泵的速度控制等领域，而在电力系统，这种电路还常用于对无功功率的连续调节。 交流调压是指把一种交流电变成另一种同频率，不同电压交流电的变换，而在每半个周波内通过对晶闸管开通相位的控制，可以方便地调节输出电压，而
4、斩控式交流调压的输入是正弦交流电压，这种斩控式交流调压电路的优势是功率因素接近1，电压、电流波形好，谐波成分频率高，电路简单，且可靠性高。而利用PWM技术后，控制灵活，动态响应快。 而斩控式交流调压电路是应用新器件、新原理，结合传统技术向适用、高效、轻量、少无污染方向不断发展进步的新型电路设计，符合电力电子技术高频化、高效化以及低污染的发展趋势，并将逐步取代晶闸管相控交流调压，它是一种经济型交流调压技术，具有很好的发展前景。 1 第2章 总体设计方案 2.1 交流调压电路的原理 斩波式交流调压电路输入是正弦交流电压，用V1、V2进行斩波控制，用V3、V4给负载电流提供续流通道。如果斩波器件V1
5、、V2的导通时间为ton，开关周期为T，则导通比=ton/T,可以通过调节从而调节输出电压，如下图2-1所示表示交流斩波调压原理的波形图，2-2所示表示斩控式交流调压电路的原理图 2 VDVRL 图4-7 图2-2 斩控式交流调压电路原理图 2.2 系统设计总方案确定 本系统设计主要包括三部分电路：主电路、驱动与控制电路、保护电路。本设计系统要注意控制信号和主电路的电源必须保持同步，主电路主要包括环节有：主电力电子开关与续流管，而我们采用的是MOSFET作为开关器件，驱动与控制电路中采用的是TL494脉冲调制器控制芯片，而保护电路中我们分别对MOSFET器件的过压、过流保护，主电路的保护以及检
6、测与控制电路保护等模块。 图2-3 单相交流调压电路设计总方框图 3 第3章 主电路设计 3.1 主电路主要器件选择 斩波控制要求以比电源频率高得多的频率周期性接通和断开主电路开关器件，把连续的正弦输入电压“斩”成离散的脉冲状加于负载。由于开关器件以高频工作，在电路中必须实施强迫换流。为此斩波控制的交流调压都是采用全控型双向开关器件。所以设计主电路采用的是MOSFET新型的全控型器件，驱动电路简单，需要的驱动功率小，开关的速度快，工作的频率高，符合设计的要求。 3.2 主电路结构设计 当输入交流电处于正半波时，经调制的方波信号施加于VT2的栅极和源极，VT1的控制电压为0V ，交流电经L ，R
7、 ，VT2，VD1 构成回路；当输入交流电处于负半周时，方波信号加于VT1，VT2 控制电压为0V，交流电经过VT1，VT2，R，L 构成回路，从而在负载上得到一完整的经过调制的单相正弦波交流电。有效值通过调节脉冲的占空比进行改变，显然，负载上的电压有效值随脉宽信号的占空比而变，单相交流调压的主电路如图3-1所示： 图3-1 单相交流调压主电路 4 3.3 器件保护以及主电路保护设计 3.3.1 MOSFET过压保护 由于MOSFET工作在高电压、大电流的条件下，需要对其进行可靠的保护，过电压保护主要有以下几种： 1. 防止栅源过电压。如果栅、源极间的阻抗过高，则漏、源极间的电压的突变会通过极间的电容耦合到栅极而产生相当高的栅源尖峰电压。解决方法是适当降低栅极驱动电路的阻抗，在栅、源极间并接阻尼电阻，或者并接约25V的齐纳二极管，尤其要防止的是栅级开路工作，如图3-2所示： 图3-2 MOFEF过压保护 2. 防止漏极过电压。功率MOSFET器件关断得越快，产生的过电压就越高。为此，需要为MOSFET设置保护电路来吸收浪涌电压，解决办法是加入RC缓冲电路和针对感性负载的二极管钳位电路。 3.3.2 MOSFET过流保护 负载的接入或者撤除都可能引起较大的冲击电流，以至于超过IDM的极限值，此时必须用电流传感器和
