pwm发生器设计

《电力电子技术》课程设计PWM发生器设计姓名：学号：系别：专业：年级：指导教师：目录一、设计任务及要求………………………………………....................………1二、总体设计分析……………………….....................………….......…………21.设计方案论证………………………………………….......….........………22.原理分析…………………………………………………….........…………33.电路模块分析………………….................................................…………3三、设计结果与分析……………………….................……………..………..…31.电路仿真………………………………………………………..........…...…32.参数设定…………………………………………………….......….......…...5四、体会……................…….......................................................…….………6五、参考文献……………………………...............................................…...…6六、附录……………………………………...................................…….………61.元件清单……………………………………………..........…………………62.原理图……………………………………………...........…...……....………73.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）*C23.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LM393174ls00174ls041NE5551电阻10011K43.3K25K151K127K1变位器1K3电容1032223147224731二极管二极管3开关六脚开关12.原理图3.PCB图