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1、 课程设计说明书 名称 DC/DC变换器的设计与调试 院 系 电子信息工程系 目录 第一章 绪论31.1电力电子学基础介绍1.2 电力电子在我国的应用第二章 元器件介绍42.1 三极管简介2.2 三极管的工作原理2.3 TL494简介第三章 DC/DC变换器的技术指标及要求83.1 DC/DC变换简介3.2 降压式斩波电路原理简介3.3 升压式斩波电路原理简介3.4 DC/DC变换器原理图3.5 DC/DC变换器工作原理解析第四章 DC/DC变换器的调试调试与结果134.1调试步骤4.2 调试结果及波形绘制第五章 心得体会15第六章 参考文献16 第一章 绪论1.1电力电子学基础介绍 电力电子
2、学是一门将大功率半导体器件、电力电路和控制技术融为一体的跨于电力、电子、控制之间所新兴学科。它将弱电和强电、微电子电路和电力电路、微机控制和大型电气装置等紧密联系起来, 为工业现代化、自动化提供了理论基础, 成为包括铁路牵引动力现代化在内的现代技术革命仗重要技术支柱。电子技术包括信息电子技术和电力电子技术两大分支。通常所说的模拟电子技术和数字电子技术都属于信息电子技术，电力电子技术是应用于电力领域的电子技术，具体的说就是使用电力电子器件对电能进行变换和控制的技术。本文通过分析电力半导体器件的发展对斩波调速在直流牵引领域应用能推动作用, 说明迅速提高铁路电力电子学水平、提高电力电子技术科研能力,
3、 对高速发展我国铁路运输和城市交通豹重要性。1.2 电力电子在我国的应用应普及电力电子技术在节能上作用的认识，围绕节能加快电力电子技术的发展。在人才培养方面，我国高等院校已开始或正在设置电力电子学专业，电力电子及电力半导体研究生也正在开始或计划培养之中。目前参加电力电子学会活动的大专院校已有五十余个。在电力半导体器件方面，正如发展前景所作的估计，也正在向功率、快速、模块、廉价四个方向发展。并根据我国当前情况，正特别强调与加强可靠性、成品率、全面参数三方面的工作。在电力电子装置方面，我国当前生产最多的是牵引、电化和电热冶金、直流传动、励磁四类装置，但正如发展前景所估计的：斩波调速、交流调速、直流
4、输电、静止补偿等方面，也已有所发展或正在开始工作。应特别指出的是：电力电子技术对日用电器的发展具有重要影响。实际上，电力半导体器件中大部分是中小型器件。在国外，日用电器是电力电子技术的最大市场之一。但由于作为发展阶段己经过去，故未列入发展前景的估计之内。我国在发展过程中，一直未能重视小功率电力半导体器件及日用电器的生产，所以和国外差距很大。当前正在大力发展日用机电产品，所以有必要强调电力电子技术为日用电器服务。由于我国民用市场庞大，估计将有一个良好的应用前景。 第二章 元器件介绍2.1 TL494简介TL494是一种固定频率脉宽调制电路，它包含了开关电源控制所需的全部功能，广泛应用于单端正激双
5、管式、半桥式、全桥式开关电源。TL494有SO-16和PDIP-16两种封装形式，以适应不同场合的要求。其主要特性如下：主要特征集成了全部的脉宽调制电路。 片内置线性锯齿波振荡器，外置振荡元件仅两个（一个电阻和一个电容）。 内置误差放大器。 内止5V参考基准电压源。 可调整死区时间。 内置功率晶体管可提供500mA的驱动能力。 推或拉两种输出方式2.2 工作原理简述 TL494是一个固定频率的脉冲宽度调制电路，内置了线性锯齿波振荡器，振荡频率可通过外部的一个电阻和一个电容进行调节， 输出脉冲的宽度是通过电容CT上的正极性锯齿波电压与另外两个控制信号进行比较来实现。功率输出管Q1和Q2受控于或非
6、门。当双稳触发器的时钟信号为低电平时才会被选通，即只有在锯齿波电压大于控制信号期间才会被选通。当控制信号增大，输出脉冲的宽度将减小。 TL494脉冲控制波形图 控制信号由集成电路外部输入，一路送至死区时间比较器，一路送往误差放大器的输入端。死区时间比较器具有120mV的输入补偿电压，它限制了最小输出死区时间约等于锯齿波周期的4%，当输出端接地，最大输出占空比为96%，而输出端接参考电平时，占空比为48%。当把死区时间控制输入端接上固定的电压（范围在03.3V之间）即能在输出脉冲上产生附加的死区时间。脉冲宽度调制比较器为误差放大器调节输出脉宽提供了一个手段：当反馈电压从0.5V变化到3.5时，输
7、出的脉冲宽度从被死区确定的最大导通百分比时间中下降到零。两个误差放大器具有从-0.3V到（Vcc-2.0）的共模输入范围，这可能从电源的输出电压和电流察觉得到。误差放大器的输出端常处于高电平，它与脉冲宽度调制器的反相输入端进行“或”运算，正是这种电路结构，放大器只需最小的输出即可支配控制回路。 当比较器CT放电，一个正脉冲出现在死区比较器的输出端，受脉冲约束的双稳触发器进行计时，同时停止输出管Q1和Q2的工作。若输出控制端连接到参考电压源，那么调制脉冲交替输出至两个输出晶体管，输出频率等于脉冲振荡器的一半。如果工作于单端状态，且最大占空比小于50%时，输出驱动信号分别从晶体管Q1或Q2取得。输
8、出变压器一个反馈绕组及二极管提供反馈电压。在单端工作模式下，当需要更高的驱动电流输出，亦可将Q1和Q2并联使用，这时，需将输出模式控制脚接地以关闭双稳触发器。这种状态下，输出的脉冲频率将等于振荡器的频率。 TL494内置一个5.0V的基准电压源，使用外置偏置电路时，可提供高达10mA的负载电流，在典型的070温度范围50mV温漂条件下，该基准电压源能提供5%的精确度。TL494常应用于电源电路当中, TL494是一种固定频率脉宽调制电路，它包含了开关电源控制所需的全部功能，广泛应用于单端正激双管式、半桥式、全桥式开关电源。TL494有SO-16和PDIP-16两种封装形式，以适应不同场合的要求
9、。TL494是一块脉宽调制集成电路，是大多数微机电源的中心控制部件，如图1 所示。TL494是16脚双列直插式集成电路，内部含有基准电压产生电路、低电压停止电路、振荡电路、间歇期调整电路、MOP 比较器、两个误差放大器和两个输出电路等，引脚配线图见图2，内电路框图见图3。以下按引脚的顺序介绍各脚的功能及有关参数。1 脚：误差放大器R 的同相输入端，耐压值41V。2 脚：误差放大器R 的反相输入端，耐压值41V。3 脚：反馈端，用于误差放大器输出信号的反馈补偿，最高电压4.5V。常用于提供形成PG 信号的一个输入信号4 脚：死区时间控制端，通过给该端施加03.5V电压，可使占空比在%49-0之间
10、变化，从而控制输出端的输出。5 脚：振荡器的定时电容端。6 脚：振荡器的定时电阻端。振荡频率7脚：接地端。8脚：为第一路脉宽调制方波输出晶体管的集电极（耐压值41V、最大电流(250mA)。9脚：为第一路脉宽调制方波输出晶体管的发射极（耐压值41V、最大电流(250mA)。10 脚：为第二路脉宽调制方波输出晶体管的发射极（耐压值41V、最大电流(250mA)。11 脚：为第二路脉宽调制方波输出晶体管的集电极（耐压值41V、最大电流(250mA)。12脚：电源输入端，极限电压41V，低于7V 电路不启动。13脚：输出方式控制端，当2 脚与 脚相连时两管为推挽方式输出，当2 脚与地相连时两管为并联
11、方式输出。并联输出时两管的发射极与发射极可相连，集电极与集电极可相连，并联后输出电流可达400mA。14脚：基准5V 电压输出，用于为各比较电路提供基准电压值，最大电流10mA。15脚：误差放大器2的反相输入端，耐压值41V16 脚：误差放大器2的同相输入端，耐压值41V。2.3 TL494脉冲控制 控制信号由集成电路外部输入，一路送至死区时间比较器，一路送往误差放大器的输入端。死区时间比较器具有120mV的输入补偿电压，它限制了最小输出死区时间约等于锯齿波周期的4%，当输出端接地，最大输出占空比为96%，而输出端接参考电平时，占空比为48%。当把死区时间控制输入端接上固定的电压（范围在03.
12、3V之间）即能在输出脉冲上产生附加的死区时间。 脉冲宽度调制比较器为误差放大器调节输出脉宽提供了一个手段：当反馈电压从0.5V变化到3.5时，输出的脉冲宽度从被死区确定的最大导通百分比时间中下降到零。两个误差放大器具有从-0.3V到（Vcc-2.0）的共模输入范围，这可能从电源的输出电压和电流察觉得到。误差放大器的输出端常处于高电平，它与脉冲宽度调制器的反相输入端进行“或”运算，正是这种电路结构，放大器只需最小的输出即可支配控制回路。当比较器CT放电，一个正脉冲出现在死区比较器的输出端，受脉冲约束的双稳触发器进行计时，同时停止输出管Q1和Q2的工作。若输出控制端连接到参考电压源，那么调制脉冲交
13、替输出至两个输出晶体管，输出频率等于脉冲振荡器的一半。如果工作于单端状态，且最大占空比小于50%时，输出驱动信号分别从晶体管Q1或Q2取得。输出变压器一个反馈绕组及二极管提供反馈电压。在单端工作模式下，当需要更高的驱动电流输出，亦可将Q1和Q2并联使用，这时，需将输出模式控制脚接地以关闭双稳触发器。这种状态下，输出的脉冲频率将等于振荡器的频率。TL494内置一个5.0V的基准电压源，使用外置偏置电路时，可提供高达10mA的负载电流，在典型的070温度范围50mV温漂条件下，该基准电压源能提供5%的精确度。第三章 DC/DC变换器的技术指标及要求3.1 DC/DC变换简介DC/DC变换电路广泛用
14、于可调整直流开关电源和直流电机驱动中。变换器的输入是由电网电压整流而来的不可控直流电压，变换电路的功能是通过控制电压Vc将不控的直流输入变为可控的直流输出，通常把这种电路称为斩波电路或斩波器。为了简化变换电路的分析，一般作如下假设：开关是理想的，忽略感抗和容抗的损耗，直流输入电压内阻为零且有很大的滤波能力，变换电路的输出级有一个滤波器，其负载可以用一个等效电阻来代替，直流电机负载可用一个直流电压串联一组绕组电阻和电感来代替。在DC/DC变换电路中，可以控制直流输出电压平均值的大小，使其适应于输入电压和输出负载的特性。在开关式DC/DC变换电路中，输入电压是固定不变的，可以利用控制开关的开通和关
15、断时间来控制输出电压的平均值。最常用的控制输出电压的方法是在开关频率不变的情况下，改变开关的导通时间即可控制平均输出电压的大小，这种方法称为脉宽调制法或称为定频调宽法。开关的导通时间与开关周期之比定义为开关的占空比D，占空比可根据实际需要进行调整。3.2 降压式斩波电路原理简介降压斩波电路。也称为Buck变换器（Buck Converter）。降压式变换电路的输出电压平均值低于输入电流电压平均值，这种电路主要用于直流可调电源和直流电动机驱动中。假定开关是理想的，负载为纯电阻负载工作原理，两个阶段 （1）t=0时V导通，E向负载供电，uo=E，io按指数曲线上升 （2）t=t1时V关断，io经VD续流，uo近似为零，io呈指数曲线下降 注意：为使io连续且脉动小，通常使L值较大 流连续时，负载电压平均值 负载电流平均值： 电流断续时，uo平均值会被抬高，一般不希望出现 斩波电路三种控制方式 （1）脉冲宽度调制（PWM）或脉冲调宽型T不变，调节ton （2）频率调制或调频型t
