电力电子课程设计指导书-硬件版.docVIP

电力电子课程设计指导书 1.设计目的 （1）把从电力电子技术及其它先修课程（电工基础、电子技术、电机学等）中所学到的理论和实践知识，在课程设计实践中全面综合的加以运用，使这些知识得到巩固、提高，并使理论知识与实践技能密切结合起来。 （2）培养学生检索文献的能力，特别是如何利用图书馆及Internet查阅需要的文献资料。 （3）培养学生灵活应用所学的电力电子技术知识并能创新。 （4）培养学生综合分析问题、发现问题和解决问题的能力。 （5）培养学生在电力电子技术领域的工程设计能力。 （6）提高学生课程设计报告撰写水平。 2.设计任务 （1）Buck Chopper开关电源设计，要求正确选择控制方案，查阅参考资料（注：具体的题目设计要求见各设计题）； （2）绘制电气控制原理图，包括主电路图及触发电路图(或驱动电路图)，正确选择或设计元器件，订列元器件目录清单； （3）设计部分工艺图纸（电气控制图，电器元件布置图，安装接线图）； （4）编制完整的设计说明书。 3.设计要求 设计并制作如图1所示开关稳压电源。 图1 Buck Chopper电源电路的原理分析，定量计算，学习和运用有关的辅助设计工具，进行相关的设计、制作、调试和测试。 4.Buck Chopper电源电路设计 （1）Buck Chopper电源电路原理分析，定量计算。 （2）具体设计要求 输入：交流15~24Vac。 输出：电源电压+12V(不可调)，纹波小于150mVP-P，最大输出电流0.5A(限流型保护)。 开关电源的工作频率为30~40kHz。 采用脉冲宽度调制控制集成电路tl494。 5. Buck Chopper工作原理 原理如图2和图3所示。 图2 图3 （1）导通状态 （2）截止状态 （3）输入输出关系 ε称为占空比 6. TL494的内部结构与功能 （1）内部结构如图4所示，引脚如图5所示。 图4 7. TL494的时序 TL494的时序，如图6所示。 当锯齿波电平＜死区时间控制电平时，死区时间比较器输出高电平。 当锯齿波电平＜反馈/PWM输入电平时，PWM比较器输出高电平。 死区时间控制电压和反馈/PWM输入电压，二者中较高的电平控制触发器时钟宽度。 当输出控制电压=H时， Q和时钟信号均为0时，Q1基极获高电平导通， /Q和时钟信号均为0时， Q2基极获高电平导通，两管轮流导通，称为推挽工作方式。 当输出控制电压=L时，时钟信号为0时， Q1和Q2基极获高电平导通，两管同时导通，称为单端工作方式。 图5 图6 图7 8. TL494的功能描述 如图7所示，功能描述如下： 含有控制开关式电源所需的主要功能块。 线性锯齿波振荡器(3V)，频率用两个外部元件RT 和CT 设置，近似 Ｆosc = 1.1/ (RT* CT ) 输出脉冲宽度由“死区时间控制”和“反馈/PWM比较器输入”两个信号中电平较高的一个控制，控制信号电平与电容器CT 上的锯齿波进行比较，实现脉冲宽度的调整。 控制信号电平线性增加输出晶体管Q1 和Q2 的导通时间线性减少。 “输出控制”=5V为推挽输出，最小死区时间为48%；=0为单端输出，最小死区时间为96%。 9. TL494的极限工作条件 条 件 符 号 最小 典型 最大 单位 电源电压 VCC 7.0 15 40 V 集电极电压 VC1,VC2 -- 30 40 V 集电极输出电流(每个三极管) IC1,IC2 -- -- 200 mA 误差放大器输入共模电压 Vin -0.3 -- VCC－2 V 反馈/PWM比较器输入端电流 Ifb -- -- 0.3 mA 基准输出电流 Iref -- -- 10 mA 计时电阻 RT 1.8 30 500 kΩ 计时电容 CT 0.0047 0.01 10 μF 振荡器频率 Fosc 1.0 40 200 kHz 3.7 原理图 如图8所示。 图8 （1）稳压原理－－输出电压负反馈。L1 100uH 0.5A C8 220uF 25V （2）若某种原因导致输出电压过高，则误差放大器1同向端电位升高，反馈/PWM端电位上升，Q1管导通时间减少，占空比减少，结果输出电压减少。最终使输出电压保持稳定，R17和R16中点电压为5V。R12/R10为误差放大器1的静态放大倍数，影响控制精度。C6和R13影响误差放大器1的动态放大倍数，抑制瞬变。 （3）过载保护－－过载时，降低输出电压使负载电流保持在保护值。 不论开关管T2是否导通，流过负载的电流都经过R9(由上向下)，R9的下端电位为负，当负载电流达一定值时，误差放大器2的反相端电位为负，误差放大器2的输出（即反馈/PWM端）为正，Q1管不导通，输出电压降低。 （4）软启动－－上电时输出电压由低到高建立，需