1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. Developing a PWM Interface using LabVIEW FPGA
Publish Date: Feb 26, 2013 | 31 Ratings | out of 5
3.84Overview
Engineers and designers who develop and test automotive electronics, avionics, digital sensors and other similar devices often need to measure and simulate devices that generate pulse width modulation (PWM) signals. The LabVIEW FPGA Module is a tool that you can use to create PWM interfaces for your test and measurement system. Unlike dedicated PWM I/O devices, LabVIEW FPGA allows you to customize the PWM channel features and behavior to your application, and to integrate and synchronize them with other measurement devices.
Table of Contents
Application Overview
Pulse Width Modulation
Simple PWM Input
Advanced PWM Input
Multiplexed PWM Input
PWM Output
Multiple PWM Output
Special Considerations
Conclusion
1. Application Overview
The LabVIEW FPGA module and reconfigurable I/O card can be used to implement a variety of custom interfaces, including:
- timing and trigger functionality for other measurement devices,
- digital communication protocols
- device simulation in rapid prototyping or hardware-in-the-loop applications
- AC and DC sensor simulation
In addition to these applications, you can also use LabVIEW FPGA to implement pulse width modulation (PWM) inputs and outputs. PWM signals are not unique to a particular class of devices, but are used in various applications to transfer a wide range of measurements. This application note will show you how to build PWM interfaces using the reconfigurable I/O board and LabVIEW FPGA module.
Traditionally, PWMs signals have been measured and generated using counters. Using a general-purpose counter for PWM signals presents a challenge in programming the application, due to the hardware capabilities and application programming interface (API) that are optimized for a wide range of counter applications. LabVIEW FPGA allows you to design PWM I/O channels with hardware and software interfaces that are customized to your application, which makes them easy to integrate into your test or measurement application.
2. Pulse Width Modulation
Pulse Width Modulation (PWM) is a modulation method which encodes a value using the width of a pulse or continuous pulse train. Commonly a PWM signal uses a continuous square wave signal of constant frequency and variable duty cycle. The duty cycle or individual pulse widths represent the value of the signal. This value has a defined range of 0 to 1 or 0 to 100 % duty cycle. This PWM value corresponds to a defined range of an engineering value used in an application, such as the rotational speed of a wheel in RPMs. Because the value range of the PWM signal is not open-ended
the engineering value also has a limited range. For example the range of 0 to 1 of the PWM value may correspond to 0 to 8000 RPMs of a sensor. Rotational speeds greater than 8000 RPMs could not be measured with this sensor.
Variable Pulse Widths
Constant Pulse Periods
Figure 1: Example of a Pulse Width Modulation (PWM) Signal 3. Simple PWM Input
In the following examples, a digital I/O line is used to acquire the PWM signal, which is processed on the FPGA to extract the PWM value. Essentially, the code looks for consecutive rising and falling edges and based on the time passed between edges we determine the pulse width and pulse period. Dividing the pulse width by the pulse period gives us the PWM value, from which the
engineering value can be derived.
The following diagram shows the implementation of a simple PWM input. The VI monitors a digital line for falling and rising edges and measures the time between each pair of edges. The length of
each phase of the signal is written into a front panel cluster which can be retrieved by the host application. The frequency and duty cycle of the PWM signal is calculated from the length of the high and low phase in the host application. By placing the PWM calculation on the host application, we can reduce the FPGA space required by the implementation, allowing us to place a larger number of PWM inputs or other code on one card. This also reduces the amount of time required in the loop, which enables us to measure smaller pulse widths and pulse periods.
Figure 2: A simple PWM input
To further optimize the performance of the loop, we pipeline the code between two iterations of the loop. Detecting and timestamping the digital pulse edges is done in the first iteration and the timestamp values are passed to a pair of shift registers. The next iteration of the loop retrieves the timestamp values and calculates the pulse lengths, writing them to a cluster on the front panel for retrieval by the host application. Splitting these task between two loop operations reduces the overall loop cycle time. We use a cluster on the front panel to ensure that both values, the high pulse length and low pulse length, are updated at the same time and read by the host application together.
A common enhancement to the simple PWM input is to add a latch option. The latch Boolean is used to lock or latch the current reading in the output register. Rather than updating the output registers with new PWM values, the VI stores the value until the latch is released by the host. This feature is commonly used to read the measurement at a specific time controlled by the latch operation from the host. A different option would be to latch the PWM value based on another digital signal or trigger such as a pulse signal read from the RTSI/PXI trigger bus. This option would provide better synchronization to an external process compared to latching the reading from the host application.
Figure 3: Simple PWM Input with Latch
Instead of reading the PWM value intermittently and using the latch operation, an application might need to read the PWM value for every period of the PWM signal. In this case we need to buffer the PWM data at the end of each iteration of the loop which corresponds to one cycle of the PWM signal. Buffering data on the FPGA before sending back to the host application is illustrated in the referenced buffering example.
To test your PWM input, you will need a PWM signal generator. If a suitable signal source is not available, you can use an FPGA-generated PWM output as described in the PWM output section of this application note.
See Also:
PWM Input Examples in LabVIEW FPGA and the 7831R
4. Advanced PWM Input
In the advanced PWM input implementation, the calculation of the PWM value is moved from the host application to the FPGA VI. Based on the measured high and low phases of the signal, the VI determines the PWM value using integer math, due to the lack of floating-point math support on the FPGA. The PWM value is returned as a 16-bit unsigned integer corresponding to the full range of the PWM value. For example, a value of 32768 corresponds to 0.5 or 50% PWM value.
Figure 4: Advanced PWM Input
To achieve reasonable resolution on the calculated PWM value, the time stamps are measured as 16-bit values, allowing us to use the extended 32-bit range for the division of the two pulse length values. This means we have a limited range for the pulse lengths that we can measure compared to the simple PWM input implementation which uses 32-bit integers for time stamping. In each specific application, you can choose the time units of the Tick Count functions that are used to time stamp the edges on the PWM signal. By selecting ticks, microseconds or milliseconds for the Tick Count function, you can best match the PWM input implementation to the expected PWM signal with regards to the frequency of the signal.
See Also:
PWM Input Examples in LabVIEW FPGA and the 7831R
5. Multiplexed PWM Input
In some applications, it may be necessary to monitor a large number of PWM signals. Due to space limitations on the FPGA however it may not be feasible to implement a large number of independent PWM inputs. An alternate solution for this situation is to build a multiplexed PWM input, in which you monitor a limited number of PWM signals selected from a large number of available signals. Similar to a multiplexer which switches one of many signal to an input, this option select one or several PWM signals to process from many signals connected to the different DIO lines of the 7831R reconfigurable I/O board.
The following diagram shows a multiplexed PWM input which allows the host application to select from 40 different input signals routed from the 40 digital lines of one of the DIO connectors on the 7831R board. Each microsecond, the VI acquires all forty digital lines grouped in 5 ports of 8 lines each. The current state of all 40 lines is stored using a Boolean array with 40 elements, which is passed to the shift register of the loop. The VI processes data for the PWM signals selected by the Active PWMs control. For each selected PWM the VI retrieves the current and most recent state of the signal and detects rising or falling edges of the signal. Each edge in the signal is time stamped and the information stored in the cluster array. The cluster array contains timestamp information about the most recent edges of each active signal as well as the length of the most recent complete high and low pulse of the signal. Based on the pulse lengths of each PWM signal, the host application calculates the PWM value for each active signal.
Figure 5: Multiplexed PWM Input
Depending on the space available on the FPGA, the developer can set the number of active PWM signals that are processed at one time by setting the array size of the cluster array constant on the diagram, as well as the Active PWMs array and PWM Data array on the front panel. These three arrays must have the same number of elements corresponding to the total number of Active PWM signals. In addition the VI needs to be able to process all of the active PWM signals within the time set for the loop timer. If you increase the number of active PWM signals you may also need to increase the loop time to give the VI adequate time for processing.
See Also:
Multiplexed PWM Inputs with LabVIEW FPGA and the 7831R
6. PWM Output
Many applications require the test system to also generate PWM outputs. These signals can be used to simulate devices connected to the device-under-test in its normal operating environment. The simple PWM output implementation in figure 6 is configured by setting the period of the PWM signal and the pulse width. As with the PWM input example, both parameters are specified in clock cycles (ticks) of the FPGA, although micro- or millisecond Loop Timer and Wait parameters can also be used.
Figure 6: PWM Output
Even if you do not need PWM outputs in your application, they allow you to quickly test and characterize your PWM input implementation by connecting outputs to inputs a loopback configuration. LabVIEW FPGA also allows you to write an output level to a digital line using one part of your diagram while reading the same digital line in another part of the diagram, eliminating the need for an external loopback connection.
See Also:
PWM Output with LabVIEW FPGA
7. Multiple PWM Output
In applications that require multiple PWM outputs we can duplicate the simple PWM output algorithm. However if we have many output signals this approach duplicates a lot of code and makes this implementation inefficient with respect to space on the FPGA. For multiple PWM outputs we can design an implementation that combines the logic for multiple lines. The following implementation shows how to update eight PWM signals using one loop. The eight lines are contained within one digital port and the port is updated as a whole.
Rather than using front panel controls to store the current settings of each of the PWM signals we are using memory available on the reconfigurable I/O card, which is accessed using the memory extension utility available for the LabVIEW FPGA Module. This utility allows us to access larger blocks of memory and to access the memory as 8-, 16-, or 32-bit registers. Using the onboard memory to store the PWM settings greatly reduces the amount of FPGA space required by this implementation, especially when using multiple ports for additional output channels. On one of the DIO connectors of the 7831R reconfigurable I/O card we can implement up to 40 PWM outputs.
The top loop in the following diagram is used to communicate from the host application to the user memory to write the PWM settings to the card. Each PWM output uses two memory addresses. The first address is used to store the pulse width in microseconds, the second to store the width of the pause between pulses, also in microseconds. The two values added together represent the pulse period. Addresses 0 and 1 represent the first PWM output, addresses 2 and 3 the second PWM output, and so on.
Because we need to process all of our PWM output signals in the lower loop, the loop is configured using the Loop Timer functions to run at one microsecond intervals. Compiled for a 80 MHz clock rate of the FPGA, this gives us 80 clock cycles of the FPGA to do all of our processing.
Inside the main loop we maintain and update a state array which stores the current state and the time until the next state change for each PWM output, eight in all. Inside the main (While) loop, a For loop is used to process the state for each individual PWM output. We decrement the Next Edge value in the state array during each cycle of the main loop until it reaches zero. At this state transition the length of the following pulse or pause is read from the user memory and the state array is updated. The For loop also combines the state of each PWM output into a Boolean array which is passed to a shift register, converted to an 8-bit integer, and used to update the digital port. Due to the microsecond timing of the loop, the resolution of this implemention is one microsecond for the pulse and pause cycle of the PWM signal.
If the PWM settings in the memory buffer are uninitialized or set to zero the output of the PWM line is set low.
Figure 7: Multiplexed PWM Output
See Also:
PWM Output with LabVIEW FPGA
8. Special Considerations
Values near both ends of the PWM range (near 0 and 1) can create a difficult situation for PWM demodulation due to extremely small pulse widths they produce. Many PWM input devices, including the implementations shown here, have a minimum and maximum PWM value that they can measure.
In the above LabVIEW FPGA PWM input implementations, we measure the time between consecutive edges of the PWM signal. Due to the nature of the FPGA and its internal clock, as well as the individual implementation, there are limits to the minimum pulse widths that can be measured. These may vary between the high pulse and low pulse of the signal. The measurable range is determined by these minimum pulse widths and the frequency (pulse period) of the PWM signal.
For example, if in your implementation the minimum measurable pulse width is 5 cycles of the FPGA clock and the PWM frequency is 5 kHz, the following range of PWM values can be measured. Pulse Width: 5 * ( 1 / 40MHz ) = 5 * 25ns = 125ns = 0.125us
Pulse Period: 1 / 5kHz = 200us
Minimum PWM Value: 0.125us / 200 us = 0.000625 = 0.0625%
Maximum PWM Value: 1 - 0.000625 = 0.999375 = 99.9375%
(us = microsecond)
The specific measurable PWM range is dependent on the implementation as well as the clock rate of the FPGA. Therefore it is important that the developer is aware of these limitation and designs the code according to the requirements of the application.
For the PWM input, another boundary condition exists when the internal timer reaches its maximum value and rolls over back to zero. In this situation for one cycle there will be an incorrect value calculated for the duration of the pulse and period. This error can be eliminated with some additional programming by checking the consecutive timing values for a rollover condition and skipping the update of the measured value.
9. Conclusion
LabVIEW FPGA and the reconfigurable I/O board provide broad flexibility for designing PWM inputs and outputs that are optimized suitable for each individual application. Whether focusing on extreme measurement ranges or ease-of-use, multiplexing inputs or running parallel channels, a developer can customize the design for optimal performance. The ability to integrate the PWM interface with other signal types and measurements, and to synchronize PWM measurements with internal and external timing and trigger signals, further extends the range and functionality of these
basic building blocks.
湖南科技大学 信息与电气工程学院 《课程设计报告》 题目：转速电流双闭环的数字式可逆直流调速系统的仿真与设计 专业：电气工程及其自动化 班级： 姓名： 学号： 指导教师：
任务书 题 目 转速电流双闭环的数字式可逆直流调速系统的仿真与设计 时 间安排 2013年下学期17,18周 目 的： 应用所学的交、直流调速系统的基本知识与工程设计方法，结合生产实际，确定系统的性能指标与实现方案，进行运动控制系统的初步设计。 应用计算机仿真技术，通过在MATLAB 软件上建立运动控制系统的数学模型，对控制系统进行性能仿真研究，掌握系统参数对系统性能的影响。 在原理设计与仿真研究的基础上，应用PROTEL 进行控制系统的印制板的设计，为毕业设计的综合运用奠定坚实的基础。 要 求：电动机能够实现可逆运行。要求静态无静差。动态过渡过程时间s T s 1.0≤，电流超调量%5%≤i σ，空载起动到额定转速时的转速超调量%30%≤n σ。 总体方案实现：主电路选用直流脉宽调速系统，控制系统选用转速、电流双闭环控制方案。主电路采用25JPF40电力二极管不可控整流，逆变器采用带续流二极管的功率开关管IGBT 构成H 型双极式控制可逆PWM 变换器。其中属于脉宽调速系统特有的部分主要是UPM 、逻辑延时环节DLD 、全控型绝缘栅双极性晶体管驱动器GD 和PWM 变换器。系统中设置了电流检测环节、电流调节器以及转速检测环节、转速调节器，构成了电流环和转速环，前者通过电流元件的反馈作用稳定电流，后者通过转速检测元件的反馈作用保持转速稳定，最终消除转速偏差。 从而使系统达到调节电流和转速的目的。该系统起动时，转速外环饱和不起作用，电流内环起主要作用，调节起动电流保持最大值，使转速线性变化，迅速达到给定值；稳态运行时，转速负反馈外环起主要作用，使转速随转速给定电压的变化而变化，电流内环跟随转速外环调节电机的电枢电流以平衡负载电流。 指导教师评语： 评分等级：（ ） 指导教师签名：
开关稳压电源设计说明书 学生姓名： 学号： 专业班级：物电学院电子2班报告提交日期： 2014年5月20日 湖南理工学院物电学院
目录 一、设计任务及要求 (2) 1、设计任务 (2) 2、设计要求 (2) 二、基本原理与分析 (2) 三、方案设计 (5) 1、开关器件的选择 (5) 2、参数的设定 (5) 四、电路设计 (5) 1、电路整体设计 (5) 2、电路工作原理 (5) 五、总结 (7) 六、参考文献 (7)
一、设计任务及要求 1、设计任务 设计一手机开关型电池充电器，满足： （1）开关电源型充电； （2）输入电压220V，输出直流电压自定； （3）恒流恒压； （4）最大输出电流为:I max＝1.0 A; 2、设计要求 （1）合理选择开关器件； （2）完成全电路理论设计、绘制电路图； （3）撰写设计报告。 二、基本原理与分析 随着电子技术和集成电路的飞速发展，开关稳压电源的类型越来越多，分类方法也各不相同，如果按照开关管与负载的连接方式分类，开关电源可以分为串联型、并联型和变压器耦合（并联）型3种类型。下面分别对这三种类型的开关电源做一些简单的介绍。 （1）串联型。 图1所示的开关电源是串联型开关电源，其特点是开关调整管VT与负载R L串联。因此，开关管和续流二极管的耐压要求较低。且滤波电容在开关管导通和截止时均有电流，故滤波性能好，输出电压U0的纹波系数小，要求储能电感铁心截面积也较小。其缺点是：输出直流电压与电网电压之间没有隔离变压器，即所谓“热地盘”，不够安全；若开关管部短路，则全部输入直流电压直接加到负载上，会引起负载过压或过流，损坏元件。因此，输出端一般需加稳压管加以保护。 根据稳压条件可得：（U i-U0）T1/L=U0T2/L 即 U0=U1T1/（T1+T2）=（T1/T）U i，σ=T1/T 由上式可见，可以通过控制开关管激励脉冲的占空比σ来调整开关电源的输出电压U0。
基础课程设计（论文） 直流PWM-M可逆调速系统的设计与仿真 专业：电气工程及其自动化 指导教师：刘雨楠 小组成员：陈慧婷（20114073166） 石文强（20114073113） 刘志鹏（20114073134） 张华国（20114073151） 信息技术学院电气工程系 2014年10月20日
摘要 当今，自动化控制系统已经在各行各业得到了广泛的应用和发展，而直流调速控制作为电气传动的主流在现代化生产中起着主要作用。本文主要研究直流调速系统，它主要由三部分组成，包括控制部分、功率部分、直流电动机。长期以来，直流电动机因其具有调节转速比较灵活、方法简单、易于大范围内平滑调速、控制性能好等特点，一直在传动领域占有统治地位。微机技术的快速发展，在控制领域得到广泛应用。本文对基于微机控制的双闭环可逆直流PWM调速系统进行了较深入的研究，从直流调速系统原理出发，逐步建立了双闭环直流PWM调速系统的数学模型，用微机硬件和软件发展的最新成果，探讨一个将微机和电力拖动控制相结合的新的控制方法，研究工作在对控制对象全面回顾的基础上，重点对控制部分展开研究，它包括对实现控制所需要的硬件和软件的探讨，控制策略和控制算法的探讨等内容。在硬件方面充分利用微机外设接口丰富，运算速度快的特点，采取软件和硬件相结合的措施，实现对转速、电流双闭环调速系统的控制。论文分析了系统工作原理和提高调速性能的方法，研究了IGBT模块应用中驱动、吸收、保护控制等关键技术.在微机控制方面，讨论了数字触发、数字测速、数字PWM调制器、双极式H型PWM变换电路、转速与电流控制器的原理,并给出了软、硬件实现方案。 关键词：直流可逆调速数字触发PWM 数字控制器
开关可调稳压电源的设计与制作 设计思想： 交直流转换，稳压：变压器是变换交流电压、电流和阻抗的器件，当初级线圈中通有交流电变压器原理图流时，铁芯（或磁芯）中便产生交流磁通，使次级线圈中感应出电压（或电流）变压器由铁芯（或磁芯）和线圈有两个或两个以上的绕组，其中接电源的绕组叫初级线圈，其余的绕组叫次级线圈。变压器利用电磁感应原理，从一个电路向另一个电路传递电能或传输信号的一种电器输送的电能的多少由用电器的功率决定. 将 220V 交流电压首先通过隔离变压器降压为 18V 的交流电压，隔离变压器的主要作用是：使一次侧与二次侧的电气完全绝缘，也使该回路隔离。另外，利用其铁芯的高频损耗大的特点，从而抑制高频杂波传入控制回路。用隔离变压器使二次对地悬浮，只能用在供电范围较小、线路较短的场合，此时，系统的对地电容电流小得不足以对人身造成伤害。还有一个很重要的作用就是保护人身安全。足以对人身造成伤害。隔离危险电压.18V 交流电压经过滤波二极管和电容 C2 进行滤波，经过lm7818 输出稳定的 18V 电压，电容 C1C3 是为了滤掉直流电压的毛刺，使其输出稳定 设计方案： 方案中使用隔离变压器提高抗电磁干扰能力，使用脉宽调制电路控制电压输出，采用 DC-DC 变换器，提高电源效率。 设计原理图如下： 电路原理图如下：
电路仿真结果如下： 各元器件与模块： N7818 稳压芯片介绍: 共有三种外形封装形式，，管脚 1 是电压输入脚，2 是接地脚，3 是稳定电压输出脚，用于稳压，原件如图所示： DC—DC 升压模块，DC-DC 升压变换器的工作原理：DC-DC 功率变换器的种类很多。按照输入/输出电路是否隔离来分，可分为非隔离型和隔离型两大类。非隔离型的 DC-DC 变换器又可分为降压式、升压式、极性反转式等几种；隔离型的 DC-DC 变换器又可分为单端正激式、单端反激式、双端半桥、双端全桥等
开关稳压电源设计报告 成员名字：方愿岭段洁斐梅二召 摘要：为提高电源的利用效率和缩小设计电源的尺寸，本文介绍一种含有MC3406集成芯片的开关稳压电源，并对成芯片内部结构和外部电路作简要介绍，最终给出一个完整的开关稳压电路设计电路并对电路作具体论证最终完成开关稳压电源的实物制作。 A switching power supply design report Abstract:In order to improve the efficiency in the use of the power supply and reduce the size of the power source design, this paper introduces a kind of contains MC34063 integrated chips of a switching power supply, and the integrated chip internal structure and external circuit is briefly introduced, finally give a complete a switching circuit design circuit to make concrete demonstration and circuit switching power supply finally complete the making of objects. 关键词：开关稳压电源；整流滤波电路；PWM控制电路；MC34063 引言 电源是各种电子设备的核心，因此电源的优劣直接关系到电子设计的好坏。另外电子设计者不得不考虑的一个问题就是效率问题，所
燕山大学 CDIO课程项目研究报告 项目名称： H桥可逆直流调速系统设计与实验 学院（系）：电气工程学院 年级专业： 学号： 学生： 指导教师： 日期： 2014年6月3日
目录 前言 (1) 摘要 (2) 第一章调速系统总体方案设计 (3) 1.1 转速、电流双闭环调速系统的组成 (3) 1.2.稳态结构图和静特 (4) 1.2.1各变量的稳态工作点和稳态参数计算 (6) 1.3双闭环脉宽调速系统的动态性能 (7) 1.3.1动态数学模型 (7) 1.3.2起动过程分析 (7) 1.3.3 动态性能和两个调节器的作用 (8) 第二章 H桥可逆直流调速电源及保护系统设计 (11) 第三章调节器的选型及参数设计 (13) 3.1电流环的设计 (13) 3.2速度环的设计 (15) 第四章Matlab/Simulink仿真 (17) 第五章实物制作 (20) 第六章性能测试 (22) 6.1 SG3525性能测试 (22) 6.2 开环系统调试 (23) 总结 (26) 参考文献 (26)
前言 随着交流调速的迅速发展，交流调速技术越趋成熟，以及交流电动机的经济性和易维护性，使交流调速广泛受到用户的欢迎。但是直流电动机调速系统以其优良的调速性能仍有广阔的市场，并且建立在反馈控制理论基础上的直流调速原理也是交流调速控制的基础。采用转速负反馈和PI调节器的单闭环调速系统可以在保证系统稳定的条件下实现转速无静差。但如果对系统的动态性能要求较高，如要求快速起制动、突加负载动态速降时，单闭环系统就难以满足。这主要是因为在单闭环系统中不能完全按照需要来控制动态过程中的电流或转矩。在单闭环系统中，只有电流截至负反馈环节是专门用来控制电流的，但它只是在超过临界电流值以后，靠强烈的负反馈作用限制电流的冲击，并不能很理想的控制电流的动态波形。实际工作中，在电机最大电流受限的条件下，充分利用电机的允许过载能力，最好是在过渡过程中始终保持电流转矩为允许最大值，使电力拖动系统尽可能用最大的加速度启动，到达稳定转速后，又让电流立即降下来，使转矩马上与负载相平衡，从而转入稳态运行。实际上，由于主电路电感的作用，电流不能突跳，为了实现在允许条件下最快启动，关键是要获得一段使电流保持为最大值的恒流过程，按照反馈控制规律，电流负反馈就能得到近似的恒流过程。问题是希望在启动过程中只有电流负反馈，而不能让它和转速负反馈同时加到一个调节器的输入端，到达稳态转速后，又希望只要转速负反馈，不要电流负反馈发挥主作用，因此需采用双闭环直流调速系统。这样就能做到既存在转速和电流两种负反馈作用又能使它们作用在不同的阶段。 项目预期成果： 设计一个双闭环可逆直流调速系统，实现电流超调量小于等于5%；转速超调量小于等于5%；过渡过程时间小于等于0.1s的无静差调速系统。 项目分工：参数计算： 仿真： 电路设计： 电路焊接： PPT答辩： 摘要
600W半桥型开关稳压电源设计 600W半桥型开关稳压电源设计 摘要 本次设计主要是设计一个600W半桥型开关稳压电源，从而为负载供 电。 电源是各种电子设备不可或缺的组成部分，其性能优劣直接关系到电子设备的技术指标及能否安全可靠地工作。由于开关电源本身消耗的能量低，电源效率比普通线性稳压电源提高一倍，被广泛用于电子计算机、通讯、家电等各个行业。它的效率可达85％以上，稳压范围宽，除此之外，还具有稳压精度高、不使用电源变压器等特点，是一种较理想的稳压电源。本文介绍了一种采用半桥电路的开关电源，其输入电压为单相170 ~ 260V，输出电压为直流12V恒定，最大电流50A。从主电路的原理与主电路图的设计、控制电路器件的选取、保护电路方案的确定以及计算机仿真图形的绘制与波形分析等方面的研究。 关键词：半桥变换器；功率MOS管；脉宽调制；稳压电源； 第1章绪论1.1 电力电子技术概况 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，它是利用电力电子器件对电能进行变换和控制的新兴学科。目前所用的电力电子器件采用半导体制成，故称电力半导体器件。信息电子技术主要用于信息处理，而电力电子技术则主要用于电力变换。电力电子技术的发展是以电力电子器件为核心，伴随变换技术和 控制技术的发展而发展的。 电力电子技术可以理解为功率强大，可供诸如电力系统那样大电流、高电压场合应用的电子技术，它与传统的电子技术相比，其特殊之处不仅仅因为它能够通过大电流和承受高电压，而且要考虑在大功率情况下，器件发热、运行效率的问题。为了解决发热和效率问题，对于大功率的电子电路，器件的运行都采用开关方式。这种开关运行方式就是电力电 子器件运行的特点。 电力电子学这一名词是20世纪60年代出现的，“电力电子学”和“电力电子技术”在内容上并没有很大的不同，只是分别从学术和工程技术这2个不同角度来称呼。电力电子学可以用图1的倒三角形来描述，可以认为电力电子学由电力学、电子学和控制理论这3个学科交叉而形成 的。这一观点被全世界普遍接受。 电力电子技术与电子学的关系是显而易见的。电子学可分为电子器件和电子电路两大部分，它们分别与电力电子器件和电力电子电路相对应。从电子和电力电子的器件制造技术上进两者同根同源，从两种电路的分析方法上讲也是一致的，只是两者应用的目的不同，前者用于电力变换， 后者用于信息处理。
； 课程设计任务书 学生姓名：苌城专业班级：自动化0706 指导教师：饶浩彬工作单位：自动化学院 题目: 逻辑无环流直流可逆调速系统设计 初始条件： 1．技术数据： 晶闸管整流装置：R rec=Ω，K s=40。 / 负载电机额定数据：P N=，U N=230V，I N=37A，n N=1450r/min，R a=Ω，I fn=1.14A， GD2= 系统主电路：T m=，T l= 2．技术指标 稳态指标：无静差（静差率s≤2, 调速范围D≥10） 动态指标：电流超调量：≤5%，起动到额定转速时的超调量：≤8%，（按退饱和方式计算） 要求完成的主要任务: ？ 1．技术要求： (1) 该调速系统能进行平滑的速度调节，负载电机可逆运行，具有较宽的调速范围（D≥10），系统在工作范围内能稳定工作 (2) 系统静特性良好，无静差（静差率s≤2） (3) 动态性能指标：转速超调量δn＜8%，电流超调量δi＜5%，动态速降Δn≤10%，调速系统的过渡过程时间（调节时间）t s≤1s (4) 系统在5%负载以上变化的运行范围内电流连续 (5) 调速系统中设置有过电压、过电流等保护，并且有制动措施
2．设计内容： ! (1) 根据题目的技术要求，分析论证并确定主电路的结构型式和闭环调速系统的组成，画出系统组成的原理框图 (2) 调速系统主电路元部件的确定及其参数计算（包括有变压器、电力电子器件、平波电抗器与保护电路等） (3) 动态设计计算：根据技术要求，对系统进行动态校正，确定ASR调节器与ACR调节器的结构型式及进行参数计算，使调速系统工作稳定，并满足动态性能指标的要求 (4) 绘制逻辑无环流直流可逆调速系统的电气原理总图（要求计算机绘图） (5) 整理设计数据资料，课程设计总结，撰写设计计算说明书 时间安排： 课程设计时间为一周半，共分为三个阶段： （1）： （2）复习有关知识，查阅有关资料，确定设计方案。约占总时间的20% （3）根据技术指标及技术要求，完成设计计算。约占总时间的40% （4）完成设计和文档整理。约占总时间的40% 指导教师签名：年月日 系主任（或责任教师）签名：年月日 】
摘要：在对线性稳压集成电路与开关稳压集成电路的应用特性进行比较的基础上，简单介绍了LM2576的特性，给出了基本开关稳压电源、工作模式可控的开关稳压电源和开关与线性结合式稳压电路的设计方案及元器件参数的计算方法。 关键词：LM2576 电源设计 MCU 嵌入式控制系统的MCU一般都需要一个稳定的工作电压才能可靠工作。而设计者多习惯采用线性稳压器件（如78xx系列三端稳压器件）作为电压调节和稳压器件来将较高的直流电压转变M CU所需的工作电压。这种线性稳压电源的线性调整工作方式在工作中会大的“热损失”（其值为V压降×I负荷），其工作效率仅为30%～50%[1]。加之工作在高粉尘等恶劣环境下往往将嵌入式工业控制系统置于密闭容器内的聚集也加剧了MCU的恶劣工况，从而使嵌入式控制系统的稳定性能变得更差。 而开关电源调节器件则以完全导通或关断的方式工作。因此，工作时要么是大电流流过低导通电压的开关管、要么是完全截止无电流流过。因此，开关稳压电源的功耗极低，其平均工作效率可达70%～90%[1]。在相同电压降的条件下，开关电源调节器件与线性稳压器件相比具有少得多的“热损失”。因此，开关稳压电源可大大减少散热片体积和PCB板的面积，甚至在大多数情况
下不需要加装散热片，从而减少了对MCU工作环境的有害影响。 采用开关稳压电源来替代线性稳压电源作为MCU电源的另一个优势是：开关管的高频通断特性以及串联滤波电感的使用对来自于电源的高频干扰具有较强的抑制作用。此外，由于开关稳压电源“热损失”的减少，设计时还可提高稳压电源的输入电压，这有助于提高交流电压抗跌落干扰的能力。 LM2576系列开关稳压集成电路是线性三端稳压器件（如78xx 系列端稳压集成电路）的替代品，它具有可靠的工作性能、较高的工作效率和较强的输出电流驱动能力，从而为MCU的稳定、可靠工作提供了强有力的保证。 一、LM2576简介 LM2576系列是美国国家半导体公司生产的3A电流输出降压开关型集成稳压电路，它内含固定频率振荡器（52kHz）和基准稳压器（1.23V），并具有完善的保护电路，包括电流限制及热关断电路等，利用该器件只需极少的外围器件便可构成高效稳压电路。LM2576系列包括LM2576（最高输入电压40V）及LM257 6HV（最高输入电压60V）二个系列。各系列产品均提供有3.3
一、设计要求： 1、调速范围D=20，静差率S ≤5%。再整个调速范围内要求转速无极、平滑可调； 2、动态性能指标：电流环超调量 δ≤5%： 空载启动到额定转速时转速超量δ≤10% 直流电动机的参数： 直流电动机 型号（KW ） Z2—32 额定容量（KW ） 2.2 额定电压（V ） 220 额定电流（A ） 12.5 最大电流（A ） 18.75 额定转速（rpm ） 1500 额定励磁（A ） 0.61 GD 2 (kg m 2 ) 0.105 电动机电枢电阻RA （） 1.3 电动机电枢电感la （Mh ） 10 名称 数值 整流侧内阻Rn （Ω） 0.037 整流变压器漏感Lt （mH ） 0.24 电抗器直流电阻Rh （Ω） 0.024 电抗器电感Lh （mh ） 3.2 2.1控制系统的整体设计 直流双闭环调速系统的结构图如图1所示，转速调节器与电流调节器串极联结，转速调节器的输出作为电流调节器的输入，再用电流调节器的输出去控制PWM 装置。其中脉宽调制变换器的作用是：用脉冲宽度调制的方法，把恒定的直流电源电压调制成频率一定、宽度可变的脉冲电压序列，从而可以改变平均输出电压的大小，以调节电机转速，达到设计要求。总体方案简化图如图1所示。 ASR ACR U *n + - U U i U * i + - U c TA V M + U d I d UPE L - M
2.2桥式可逆PWM变换器的工作原理 脉宽调制器的作用是：用脉冲宽度调制的方法，把恒定的直流电源电压调制成频率一定宽度可变的脉冲电压序列，从而平均输出电压的大小，以调节电机转速。桥式可逆PWM 变换器电路如图2所示。这是电动机M两端电压的极性随开关器件驱动电压的极性变化而变化。 图2 桥式可逆PWM变换器电路
编号：E甲0904 2007全国大学生电子设计竞赛题目E： 《开关稳压电源》 参赛学生：李泉泉、满中甜、董学峰 指导教师：刘晓军、郑亚民、周强 学校：山东大学威海分校 院系：信息工程学院 2007年9月6日
开关稳压电源（E题） 摘要 该电源以单端反激式DC-DC变换器为核心。市电通过自耦式调压器，隔离变压器，整流滤波后产生直流电压，经DC-DC变换得到题目所需输出电压，实现了开关稳压电源的设计。DC-DC变换器采用脉宽调制器（PWM）UC3842，通过调节 在30V～36V范围内可调；微控制器与键盘显示构成了占空因数使得输出电压U O 控制显示模块，能对输出电压进行键盘设定和步进调整，并显示输出电压、电流的测量和数字显示功能，形成了良好的人机界面。 关键词：DC-DC变换器，脉宽调制器（PWM） 1方案论证 1.1DC-DC主回路拓扑 适合本系统的DC-DC拓扑结构为单端反激式DC-DC变换器，利用UC3824芯片作为控制核心，该芯片抗电压波动能力强，并可使负载调整率得到明显改善，而且其频响特性好，稳定裕度大，过流限制特性好，具有过流保护和欠压锁定功能。 1.2控制方法及实现方案 手动输出电压调节采用电位器改变取样回路的上下比电阻比值来改变输出电压，使其满足题目要求，该方案电路结构简单，实现方便。 键盘设定通过单片机改变模拟开关接通通道，选取取样回路的电阻节点位置，改变取样回路的上下比电阻比值来改变输出电压，实现发挥部分的键盘设定功能。 1.3提高效率的方法及实现方案 在DC-DC变换器中，主要消耗功率的元件有主回路的开关管、续流二极管、储能电感等部件。本设计中提高效率的措施主要有： 通过增加电感线径减小电感阻值； 采用低内阻的高效率MOSFET作为主回路的开关元件； 采用高速低正相压降的肖特基二极管降低其功耗。 2电路设计与参数计算 2.1电路整体设计 本设计以DC-DC变换器为核心，辅以隔离变压、整流滤波、控制显示等功能模块，完成开关稳压电源各项功能（见图1 系统框图）。
运动控制系统课程设计课题：单闭环可逆直流调速系统 系别：电气与信息工程学院 专业：自动化 姓名： 学号： 成绩： 河南城建学院 2015年12月31日
目录 一、设计目的 (2) 二、设计任务及要求 (2) 三、总体方案设计 (2) 四、硬件电路设计 (3) 4.1.1 直流调速系统稳态性能分析 (3) 4.1.2静态性能指标 (4) 4.1.3 基于稳态性能指标闭环直流调速系统设计 (5) 4.1.4 直流调速系统动态性能分析 (6) 4.1.5基于动态性能指标及系统动态稳定性反馈控制闭环直流调速系统设计 (9) 4.2、控制系统动、静态数学模型的建立 (10) 4.2.1 双极性控制的桥式可逆PWM变换器的工作原理 (10) 4.2.2桥式可逆PWM变换器 (10) 五、计算机仿真 (13) 六、设计总结 (14) 参考文献 (16)
一、设计目的 在电力拖动系统中，调节电压的直流调速系统是应用最为广泛的一种调速方 法，除了利用晶闸管获得可控的直流电源外，还可以利用其他可控的电力电子器 件，采用脉冲调制的方法，直接将恒定的直流电压调制为极性可变、大小可调的 直流电压，用以实现直流电机电枢电压的平滑调节，构成脉宽直流调速系统。 本设计采用了PWM 脉宽调制的方法，完成了带转速负反馈的单闭环直流调 速系统的设计及实验。本设计重点介绍了单闭环可逆直流调速系统的总体结构、 设计原理及参数优化设计方法，提供了通过matlab 仿真进行实验效果预分析和 校正处理，得到较为理想结果后进行实际操作和调试的实验思路。 二、设计任务及要求 本次运动控制课程设计要求自拟控制系统性能指标的要求（调速范围、静差 率、超调量、动态速降、调节时间等）设计系统原理图，完成元器件的选择，选 择调节器并计算调节器参数，并进行仿真或实验验证系统合理性。 为了进行定量的计算，选一组电机参数：功率kw P N 18=，额度电压 v U N 220=，额定电流A I N 94=,额定转速min /1000r n N =， 电枢电阻Ω=15.0a R ，主电路总电阻Ω=45.0R ，40=s k 。最大给定电压V U nm 15*=，整定电流反馈电压 V U im 10=.要求系统调速范围20=D ,静差率%10≤,N dbt I I 5.1=,N dcr I I 1.1=。 三、总体方案设计 为了提高直流系统的动静态性能指标，通常采用单闭环控制系统。对调速系 统的要求不高的场合，采用单闭环系统，而对调速系统指标要求高的采用多闭环 系统。按反馈的方式不同可分为转速反馈、电流反馈、电压反馈等。在单闭环系 统中，转速单闭环运用较多。在本设计中，转速单闭环实验是将反应转速变化的
开关电源的设计 同组参与者：李方舟、周恒、张涛开关式直流稳压电源的控制方式可分为调宽式和 调频试两种，实际应用中，而调宽式应用的较多，在 目前开发和使用的开关电源集成电路中，绝大多数也 为脉宽调制（PWM）型。 开关稳压电源具有效率高，输出功率大，输入电 压变化范围宽，节约能耗等优点。 开关电源的工作原理就是通过改变开关器件的开 通时间和工作周期的比值即占空比来改变输出电压； 通常有三种方式：脉冲宽度调制（PWM），脉冲频率 调制（PFM）和混合调制。PWM调制是指开关周期 恒定，通过改变脉冲宽度来改变占空比的方式，因为 周期恒定，滤波电路的设计比较简单，也是应用能够 最广泛的调制方式。开关稳压电源的主要结构框架如 图1-1所示，有隔离变压器产生一个15-18V的交流电 压，在经过整流滤波电路，将交流电变成直流电，然 后再经过DC—DC变换，由PWM的驱动电路去控 制开关管的导通和截止，从而产生一个稳定的电压源， 如图1-1所示；
图1-1 一开关转换电路 1：滤波电路 输入滤波电路具有双向隔离作用，它可以抑制交流电网输入的干扰信号，同时也防止开关电源工作时产生的谐波和电磁干扰信号影响交流电网。如图1-2所示滤波电路中C1用以滤除直流份量中的交流成分，隔离电容应选用高频特性较好的碳膜电容,电阻R给电容提供放电回路，避免因电容上的电荷积累而影响滤波器的工作特性，C2、C3跨接在输出端，能有效地抑制共模干扰，为了减小漏电流C2、C3宜选用陶瓷电容器. 图1-2 2.电压保护电路 如图1-3所示为输出过压保护电路。稳压管VS的
击穿电压稍大于输出电压额定值，输出电压正常时，VS不导通，晶闸管VS的门极电压为零，不导通，当输出过压时，VS击穿，VS受触发导通，使光电耦合器输出三极管电流增大，通过UC3842控制开关管关断。 图1-3 输出过压保护电路 3.电压反馈电路 电压反馈电路如图1-4所示。输出电压通过集成稳压器TL431和光电耦合器反馈到的1脚，调节R1 R2的分压比可设定和调节输出电压，达到较高的稳压精度。如果输出电压U0升高，集成稳压器TL431的阴极到阳极的电流在增大,UC3842的输出脉宽相应变窄，输出电压U0变小,同样，如果输出电压U0减小，可通过反馈调节使之升高。
摘要 本次课程设计直流电机可逆调速系统利用的是双闭环调速系统，因其具有调速范围广、精度高、动态性能好和易于控制等优点，所以在电气传动系统中得到了广泛的应用。直流双闭环调速系统中设置了两个调节器, 即转速调节器(ASR)和电流调节器(ACR), 分别调节转速和电流。本文对直流双闭环调速系统的设计进行了分析，对直流双闭环调速系统的原理进行了一些说明，介绍了其主电路、检测电路的设计，介绍了电流调节器和转速调节器的设计以及系统中一些参数的计算。 关键词：双闭环，可逆调速，参数计算，调速器。
目录 1. 设计概述 (1) 1.1 设计意义及要求 (1) 1.2 方案分析 (1) 1.2.1 可逆调速方案 (1) 1.2.2 控制方案的选择 (2) 2.系统组成及原理 (4) 3.1设计主电路图 (7) 3.2系统主电路设计 (8) 3.3 保护电路设计 (8) 3.3.1 过电压保护设计 (8) 3.3.2 过电流保护设计 (9) 3.4 转速、电流调节器的设计 (9) 3.4.1电流调节器 (10) 3.4.2 转速调节器 (10) 3.5 检测电路设计 (11) 3.5.1 电流检测电路 (11) 3.5.2 转速检测电路 (11) 3.6 触发电路设计 (12) 4. 主要参数计算 (14) 4.1 变压器参数计算 (14) 4.2 电抗器参数计算 (14) 4.3 晶闸管参数 (14) 5设计心得 (15) 6参考文献 (16)
直流电动机可逆调速系统设计 1.设计概述 1.1设计意义及要求 直流电动机具有良好的起、制动性能，宜于在大范围内实现平滑调速，在许多需要调速或快速正反向的电力拖动领域中得到了广泛的应用。从控制的角度来看，直流拖动控制系统又是交流拖动控制系统的基础，所以应该首先掌握直流拖动控制系统。本次设计最终的要求是能够是电机工作在电动和制动状态，并且能够对电机进行调速，通过一定的设计，对整个电路的各个器件参数进行一定的计算，由此得到各个器件的性质特性。 1.2 方案分析 1.2.1 可逆调速方案 使电机能够四象限运行的方法有很多，可以改变直流电机电枢两端电压的方向，可以改变直流电机励磁电流的方向等等，即电枢电压反接法和电枢励磁反接法。 电枢励磁反接方法需要的晶闸管功率小，适用于被控电机容量很小的情况，励磁电路中需要串接很大的电感，调速时，电机响应速度较慢，且需要设计很复杂的电路，故在设计中不采用这种方式。 电枢电压反接法可以应用在电机容量很的情况下，且控制电路相对简单，电枢反接反向过程很快，在实际应用中常常采用，本设计中采用该方法。 电枢电压反接电路可以采用两组晶闸管反并联的方式，两组晶闸管分别由不同的驱动电路驱动，可以做到互不干扰。 图1-1 两组晶闸管反并联示意图
电子设备离不开电源，电源供给电子设备所需要的能量，这就决定了电源在 电子设备中的重要性。电源的质量直接影响着电子设备的工作可靠性，所以电子设备对电源的要求日趋增高。 现有的电源主要由线性稳压电源和开关稳压电源两大类组成。这两类电源由于各自的特点而被广泛应用。线性稳压电源的优点是稳定性好、可靠性高、输出电压精度高、输出纹波电压小。它的不足之处是要求采用工频变压器和滤波器，它们的重量和体积都很大，并且调整管的功耗较大，是电源的效率大大降低，一般情况均不会超过50%。但它的优良的输出特性，使其在对电源性能要求较高的场合仍得到广泛的应用。相对线性稳压电源来说，开关稳压电源的优点更能满足现代电子设备的要求，从20世纪中期开关电源问世以来，由于它的突出优点，使其在计算机、通信、航天、办公和家用电器等方面得到了广泛的应用，大有取代线性稳压电源之势。 本课题是设计一种基于SG3525 PWM控制芯片为核心构成的高频开关电源电 路。 关键词：高频开关稳压电源、SG3525、PWM
1高频开关稳压电源概述 (1) 1.1高频开关稳压电源简介 (1) 1.2高频开关稳压电源的发展状况 (2) 1.3高频开关稳压电源的基本原理 (3) 2设计任务与分析 (4) 2.1任务要求 (4) 2.2任务分析 (4) 3 系统设计方案 (5) 3.1系统总体方案设计 (5) 3.2功率变换器电路设计 (6) 3.2.1全桥功率变换器工作原理 (6) 3.2.2全桥功率变换器控制方式 (7) 3.3控制电路设计 (8) 3.3.1 SG3525结构和功能介绍 (8) 3.3.2控制电路的设计 (9) 3.4驱动电路设计 (10) 3.5辅助电源电路设计 (11) 3.6过流检测及保护电路设计 (13) 3.6.1电力电子器件的缓冲电路 (13) 3.6.2电力电子器件的保护电路 (13) 3.7整流器输出电路设计 (15) 小结与体会 (16) 附录 (18)
直流PWM-M可逆调速系统的设计与仿真 摘要 当今，自动化控制系统已经在各行各业得到了广泛的应用和发展，而直流调速控制作为电气传动的主流在现代化生产中起着主要作用。本文主要研究直流调速系统，它主要由三部分组成，包括控制部分、功率部分、直流电动机。长期以来，直流电动机因其具有调节转速比较灵活、方法简单、易于大范围内平滑调速、控制性能好等特点，一直在传动领域占有统治地位。 微机技术的快速发展，在控制领域得到广泛应用。本文对基于微机控制的双闭环可逆直流PWM 调速系统进行了较深入的研究，从直流调速系统原理出发，逐步建立了双闭环直流PWM调速系统的数学模型，用微机硬件和软件发展的最新成果，探讨一个将微机和电力拖动控制相结合的新的控制方法，研究工作在对控制对象全面回顾的基础上，重点对控制部分展开研究，它包括对实现控制所需要的硬件和软件的探讨，控制策略和控制算法的探讨等内容。在硬件方面充分利用微机外设接口丰富，运算速度快的特点，采取软件和硬件相结合的措施，实现对转速、电流双闭环调速系统的控制。 论文分析了系统工作原理和提高调速性能的方法，研究了IGBT模块应用中驱动、吸收、保护控制等关键技术.在微机控制方面，讨论了数字触发、数字测速、数字PWM调制器、双极式H型PWM变换电路、转速与电流控制器的原理,并给出了软、硬件实现方案。 关键词：PWM调速、直流电动机、双闭环调速
目录 前言 (1) 第1章直流PWM-M调速系统 (2) 第2章UPE环节的电路波形分析 (4) 第3章电流调节器的设计 (6) 3.1 电流环结构框图的化简 (6) 3.2 电流调节器参数计算 (7) 3.3 参数校验 (8) 3.3.1 检查对电源电压的抗扰性能： (8) 3.3.2 晶闸管整流装置传递函数的近似条件 (9) 3.3.3 忽略反电动势变化对电流环动态影响的条件 (9) 3.3.4 电流环小时间常数近似处理条件 (9) 3.4 计算调节器电阻和电容 (9) 第4章转速调节器的设计 (11) 4.1 电流环的等效闭环传递函数 (11) 4.2 转速环结构的化简和转速调节器结构的选择 (11) 4.3 转速调节器的参数的计算 (14) 4.4 参数校验 (14) 4.4.1 电流环传递函数化简条件 (15) 4.4.2 转速环小时间常数近似处理条件 (15) 4.5 计算调节器电阻和电容 (15) 4.6 调速范围静差率的计算 (16) 第5章系统仿真 (17) 5.1 仿真软件Simulink介绍 (17) 5.2 Simulink仿真步骤 (17) 5.3 双闭环仿真模型 (17) 5.4 双闭环系统仿真波形图 (18) 结论 (19) 参考文献 (20)
开关稳压电源设计说明书
开关稳压电源设计说明书 学生姓名： 学号： 专业班级：物电学院电子2班报告提交日期：2014年5月20日 湖南理工学院物电学院
目录 一、设计任务及要求 (2) 1、设计任务 (2) 2、设计要求 (2) 二、基本原理与分析 (2) 三、方案设计 (5) 1、开关器件的选择 (5) 2、参数的设定 (5) 四、电路设计 (5) 1、电路整体设计 (5) 2、电路工作原理 (5) 五、总结 (7) 六、参考文献 (7)
一、设计任务及要求 1、设计任务 设计一手机开关型电池充电器，满足： （1）开关电源型充电； （2）输入电压220V，输出直流电压自定； （3）恒流恒压； （4）最大输出电流为:I max＝1.0 A; 2、设计要求 （1）合理选择开关器件； （2）完成全电路理论设计、绘制电路图； （3）撰写设计报告。 二、基本原理与分析 随着电子技术和集成电路的飞速发展，开关稳压电源的类型越来越多，分类方法也各不相同，如果按照开关管与负载的连接方式分类，开关电源可以分为串联型、并联型和变压器耦合（并联）型3种类型。下面分别对这三种类型的开关电源做一些简单的介绍。 （1）串联型。 图1所示的开关电源是串联型开关电源，其特点是开关调整管VT与负载R L串联。 因此，开关管和续流二极管的耐压要求较低。且滤波电容在开关管导通和截止时均有电流，故滤波性能好，输出电压U0的纹波系数小，要求储能电感铁心截面积也较小。 其缺点是：输出直流电压与电网电压之间没有隔离变压器，即所谓“热地盘”，不够安全；若开关管内部短路，则全部输入直流电压直接加到负载上，会引起负载过压或过流，损坏元件。因此，输出端一般需加稳压管加以保护。 根据稳压条件可得：（U i-U0）T1/L=U0T2/L 即 U0=U1T1/（T1+T2）=（T1/T）U i，σ=T1/T 由上式可见，可以通过控制开关管激励脉冲的占空比σ来调整开关电源的输出电压U0。
摘要：根据整流装置的不同，直流可逆调速系统可分为V-M可逆调速系统和PWM 可逆调速系统。讨论了晶闸管直流调速系统可逆运行方案，介绍了有环流控制的可逆V-M系统和无环流控制的可逆V-M系统。除了由晶闸管组成的相控直流电源外，直流电机还可以采用全控器件（IGBT，MOSFET，GTR等）组成的PWM变换器提供直流电源，其特点是开关频率明显高于可控硅，因而由PWM组成的直流调速系统有较高的动态性能和较宽的调速范围。PWM变换器把恒定的直流电源变为大小和极性均可调直流电源，从而可以方便的实现直流电机的平滑调速，以及正反转运行。由全控器件构成的PWM变换器，由于开关特性，因此其电枢的电压和电流都是脉动的，其转速和转矩必然也是脉动的。 关键词：可逆直流调速，PWM变换器，环流。
目录 1.晶闸管直流调速系统可逆运行 (3) 1.1可逆直流调速系统分类 (4) 1.2晶闸管-电动机系统的回馈制动 (6) 2.有环流的可逆调速系统 (8)
2.1可逆系统中的环流 (8) 2.2直流平均环流与配合控制 (9) 2.3瞬时脉动环流及其抑制 (10) 2.4直流可调速系统的制动过程分析 (11) 2.5可控环流可逆调速系统 (13) 3.无环流可逆调速系统 (13) 3.1逻辑控制无环流调速系统 (14) 4.可逆直流脉宽调速系统（PWM可逆系统） (15) 4.1可逆PWM变换器的工作原理 (15) 5.总结 (17) 1.晶闸管直流调速系统可逆运行 有许多生产机械要求电动机既能正转，又能反转，而且常常还需要快速地起
动和制动，这就需要电力拖动系统具有四象限运行的特性，也就是说，需要可逆的调速系统。改变电枢电压的极性，或者改变励磁磁通的方向，都能够改变直流电机的旋转方向，这本来是很简单的事。然而当电机采用电力电子装置供电时，由于电力电子器件的单向导电性，问题就变得复杂起来了，需要专用的可逆电力电子装置和自动控制系统。中、小功率的可逆直流调速系统多采用由电力电子功率开关器件组成的桥式可逆PWM 变换器。功率较大的直流调速系统多采用V-M 电源，由于晶闸管的不可控关断特性，其可逆调速系统相对较为复杂。 1.1 可逆直流调速系统分类 在没有外力作用下，要改变直流电机的旋转方向，根据直流电机转矩表达式Te =CMΦIa可知，改变励磁磁通Φ或改变电枢电流Ia均可改变电机转矩方向，从而达到改变转向的目的。与此相应得直流电机可逆调速实现方式有：1、改变电枢电流，通过改变电枢电流的方向，也可改变电磁转矩的方向。2、改变励磁电流，通过改变励磁电流方向，从而改变电磁转矩的方向。 图1-１两组晶闸管装置反并联可逆线路 改变电枢电流可逆线路：电枢反接的可逆线路形式是多种多样的，不同的生产机械可以根据各自的要求去选择。图1.1 是一种最简单的桥式晶闸管可逆线路，该线路中，需要一组晶闸管整流装置，还需要四个晶闸管组成的桥式电路，
开关式交流稳压电源的设计 目前，空间技术、计算机、通信、雷达及家电中的电源逐渐被开关电源所取代。现在一般应用的串联调整稳压电源是连续控制的线性稳压电源。这种传统的串联稳压器、调整管总是工作在放大区，流过的电流是连续的，这种稳压器的缺点是承受过载和短路的能力差，效率低，一般只有35％～60％。由于调整管要损耗较大的功率，所以需要采用大功率调整管，并装有体积很大的散热器。而开关电源的调整管工作在开关状态，功率损耗小，效率可达 70％～95％，稳压器的体积小，重量轻，调整管的功率损耗较小，散热器也随之减小。此外，开关频率工作在几十kHz，可用数值较小的滤波电感、电容元件，故可以大大提高允许的环境温度。l 电路组成及工作原理开关式交流稳压电源电路框图如图1 所示。工作原理描述：由三角波发生电路产生150 kHz 的三角波，由低频正弦波产生电路产生50 Hz 的正弦波。两个信号分别同时送到比较器的同相和反相输入端，在比较器的输出端将产生矩形波。该矩形波的频率与150 kHz 的三角波相同，该矩形波的脉冲宽度受50 Hz 正弦波实时幅度的调制后，随50 Hz 正弦波实时幅度而变化，即已调制矩形波。将其送到高速电子开关中一个输入端，并经过一级反向器反向，送到高速电子开关的另外一个输入端。 市电整流滤波获得的倍于输入交流电压(典型值约为311 V)的直流高电压送到高速电子开关的电源输入端。高速电子开关的两个输出端由两个反向的输入矩形波驱动，从约311 V 直流电源取得能量后，分别经过一级短时间常数的LC 滤波电路连接到高频开关变压器的初级。该LC 滤波电路的作用是使进入高频开关变压器初级的矩形波脉冲拐角趋于圆滑，以降低其高频谐波。高频开关变压器的初、次级还起到对市电隔离的作用，高频开关变压器的次级获得交变、