10 级。
信号与控制综合实验》课程。
实验报告。基本实验四： 电力电子基本实验)
专业班号 日期
实验成绩。评阅人。
实验评分表。
一、实验任务。
1.熟悉pwm集成电路芯片tl494的基本功能和使用；
2.基于pwm芯片的控制电路设计。
3.调试验证电路的正确性。
二、实验目的。
分析并验证基于集成pwm控制芯片tl494的pwm控制电路的基本功能，从而掌握pwm控制芯片的工作原理和外围电路设计方法。
三、实验原理。
图28-1 pwm集成电路芯片tl494原理框图。
1.软启动功能。
图28-1给出了tl494控制芯片内部电路的原理框图，图28-2为基于该芯片所搭建的pwm控制电路。设锯齿波幅值为vctm，则当电路处于单路输出状态时，电路启动过程如下：
根据图28-1，电路启动前，，死区电压比较器输出高电平，g1、g2输出低电平，s1、s2截止。电路启动后，利用图2中所示的继电器将r21电阻断开，＋5v 电源对电容c21进行充电使v4逐渐降低，当时，与锯齿波存在交点，在交点上方有，此时比较器输出低电平，g1，g2输出高电平，s1、s2导通，电路有脉冲输出。随着v4降低，的时间渐长，占空比变大，直至v4稳定为止，此后占空比保持不变。
图28-3给出了软启动过程中的脉宽变化趋势，从中还可以看出，输出脉冲并非与v4的下降同时发生，而是需要经过一段时间，至后才出现。
图28-2 基于tl494芯片实现的pwm控制电路。
图28-3 电路的软启动过程。
当v4稳定后，由其几何关系可以看出：
公式（28-1） 其中，v为v4的稳定值。
2.稳压控制方式。
由图28-1可知，电路启动达到稳定状态后，除v4外，占空比d还与pwm同相端电压v3有关：图中2号端口输入电位vg为定值，若接入1端口的反馈电压vfvg，则v3=k(vf-vg)，随vf的增大而增大。图28-4给出了占空比d与v3、v4的关系，根据公式（28-1），可得：
图28-4 稳压控制下占空比d的计算。
从公式（28-3）可知，v3越大，占空比d越小，从而使主电路中的输出电压减小，导致反馈电压vf减小，v3下降，d增大，如此往复，最终vf、v3与d均稳定在某个值上，其中vf=vg，v3=va，。根据图28-2可知，若va≡2.5v,则d≡0.
42。3.限流控制与脉冲锁闭。
限流控制与脉冲锁闭既有联系，又有区别。从控制对象与目的上看，两者检测的均是反馈电流，当其超过设定阈值时，通过使图28-1中逻辑参数c=1，使g1、g2输出低电平，s1、s2截止，从而关断较大的反馈电流。从控制手段上看，限流控制是通过芯片内部的15，16端口，将反馈电流if与阈值电流im进行比较，使，进而使图28-1中pwm比较器的输出低电平，c=1，实现停止输出；而脉冲锁闭则是通过在芯片外部布设如下图28-5所示的电流检测模块，比较i’f与i’m使得，图28-1中死区电压比较器输出低电平，c=1，实现锁闭输出。
另外，脉冲锁闭功能在过流情况下，能通过二极管hl1或hl2的发光对操作者进行提示，而限流控制除了使输出脉冲为零外，并无其他提示信号。
图28-5 电流检测模块的部分电路。
四、实验内容。
（1）考察开关频率为20khz，单路输出时，集成电路的软启动功能。
（2）考察开关频率为20khz，单路输出时，集成电路的反馈电压vf对输出脉宽的影响。
（3）考察开关频率为20khz，单路输出时，集成电路的反馈电流if对输出脉宽的影响。
（4）考察开关频率为20khz，单路输出时，集成电路的保护封锁功能。
（5）考察开关频率为20khz，单路输出时，集成电路死区电压对输出脉宽的影响。
5、实验设备。
1．pwm控制芯片tl494等，以及有关的外围电路元件；控制电源
2．面包板或通用版；或具有pwm芯片及外围电路的实验板
3．示波器
六、实验步骤。
（1）集成电路软启动功能。
按照原理图28-2，正确完成实验电路的电源连接，选择跳板jp1=1&2，jp3=1&2，jp4=1&2；打开电源，使三角波输出频率为20khz，通过tp4用示波器ch2观测并记录其输出频率及幅值；选择jp2=5&6，启动pwm控制电路，同时用示波器的ch1、ch2端口分别记录vg1与tp3的波形；重新启动控制电路，以同样的方法完成jp2=3&4、jp2=1&2时启动波形的观测后，将其关闭。
（2）集成电路反馈电压vf对输出脉宽的影响。
选择跳板jp2=5&6，将可调直流电压源连入电路的v1端，启动控制电路，调节电源输出电压，使tp1处的电位在200mv~2.6v范围内变化，利用示波器ch1、ch2分别检测tp1的电位值及vg1的输出脉宽，并计算对应的占空比d，同时用万用表测量tl494芯片的3端口电位v3，至d≈0为止，而后关闭电路与电源；jp2=3&4、jp2=1&2时的数据记录同上。
（3）集成电路的反馈电流if对输出脉宽的影响。
选择跳板jp2=5&6，将可调直流电压源连入电路的i2端；启动控制电路，调节电源输出电压，使tp2处的电位在200mv~2.52v范围内变化，利用示波器ch1、ch2分别检测tp2的电位值及vg1的输出脉宽，并计算输出脉冲的占空比，至输出脉宽约为0或hl2灯亮时为止，而后关闭电路与电源。
（4）集成电路的保护封锁功能。
选择跳板jp2=5&6，将可调直流电压源连入电路的i1端；启动控制电路，调节电源输出电压，利用万用表及示波器ch1分别观测并记录tp2电位值与vg1输出脉宽的变化，直至hl1灯发光，关闭电路与电源。
实验结束后，关闭电路，切断电源。
7、实验结果。
1. 软启动功能。
1）验证锯齿波的产生，f=20khz
图28-6 tp4测得的锯齿波波形。
2）改变jp2，启动pwm控制电路。
图28-7 jp2=5&6的波形。
图28-8 jp2=3&4的波形。
图28-9 jp2=1&2的波形。
结论：开机后，电阻分压比立即变化，但由于电容电压不能突变，因此死区电压vtp3只能逐渐衰减至稳态值，实现软启动的功能。分析跳线开关jp2置于不同位置时的曲线，发现当改变跳线开关jp2对应电阻时，死区电压衰减速度不一样，而且最终的稳态值不一样。
2. 反馈电压vf对输出脉宽的影响。
结论：根据实验所得数据，得到jp2置于不同位置时，控制电路输出脉冲占空比d与反馈电压vf的关系如图28-10。从中可以看出：
在vf小于2.5v时，占空比d与反馈电压没有关系，输出脉宽基本不变，对应jp2置于不同位置，即不同死区电压时，占空比不同。而当vf接近于2.
5v时，脉宽迅速减小，直至为零。
3. 集成电路的反馈电流if对输出脉宽的影响。
结论：实验过程并未观察到随反馈电流的增大（即vtp2），占空比下降。但随着vtp2从2.4v突然增加到2.65v的过程，占空比降为0，过流二极管发光提示电流已超过阈值。
8、实验思考题。
1.如何验证你设计的pwm控制电路具有稳压控制功能？
答：可以使用直流稳压电源在电压反馈端输入一直流电压，调节变阻器rp1的大小，使得输入芯片ls4941号管脚的反馈电压v+接近于v-,观测v+变化时输出的反馈电压vf的大小。v-端电压固定于2.
5v左右，由于反馈放大器放大倍数高达39倍，所以当v+的电压在2.4v至2.5v变化时输出的反馈电压即发生改变，进而由于vf电平的变化，会使得输出脉冲电压的占空比发生改变。
2.如何验证你设计的pmw控制电路所具有的保护功能？
答：保护功能包括输入过电流保护以及电源输入过电流与输出过电流的封锁功能。可以在电流反馈i1端加入一直流电压模拟输出电流。
一方面当直流电压增大时会使得芯片启动过电流保护功能使得输出的脉冲电压占空比减小。当直流电压继续增大时，外围电路启动过电流封锁功能，输出的电压占空比为0，同时红灯亮，提示过流环节出现的位置。可以在电流反馈i2端加入一直流电压模拟电源侧的输入电流，当直流电压增大至一定值时，外围电路启动过电流封锁功能，输出的脉冲电压占空比为0。
3.以你自己的调查或观察，举例说明软启动的作用。
答：软启动过程中会出现一系列逐渐变宽的脉冲波形，使得占空比逐渐增大，输出的直流电压逐渐升高。这样做的优点是防止电路**现较大的冲击电流，比如变压器或电感因出现的的冲击电流而导致磁路饱和，进而损坏元件。
4.说明限流运行时pwm控制方式的变化。
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