本科毕业论文-数字脉宽调制器的设计（定稿）

唐山学院毕业设计设计题目数字脉宽调制器的设计系别_班级_姓名_指导教师_2009年6月2日赵庆利李小静06应用电子技术（1）班信息工程系摘要交流电压电路广泛用于灯光控制（如调光台灯和舞台灯光控制）及异步电动机的软起动，也用于异步电动机调速。因此本文所设计的数字脉宽调制器实现的就是单相交流调压功能。本文主要介绍了数字脉宽调制器的组成电路以及主要运用的集成芯片、电子器件，尤其是电力电子器件IGBT的使用。该设计通过比较器对参照电压的数字量和计数器的输出进行比较，再利用比较结果来控制IGBT的驱动电路进而控制IGBT的导通和关断，来实现脉宽调制。本设计单纯使用硬件电路，原理简单，容易实现。关键词IGBT驱动电路计数器比较器DIGITALPULSEWIDTHMODULATORABSTRACTACVOLTAGECONTROLCIRCUITISWIDELYUSEDINLIGHTINGSUCHASDIMMINGCONTROLOFLAMPSANDLIGHTINGANDTHESOFTSTARTINDUCTIONMOTORS,BUTALSOFORINDUCTIONMOTORSPEEDCONTROLTHEREFOREINTHISPAPERTHEDESIGNOFDIGITALPULSEWIDTHMODULATORISTHEREALIZATIONOFSINGLEPHASEACVOLTAGEREGULATORFUNCTIONINTHISPAPER,THEDIGITALPULSEWIDTHMODULATORCIRCUITANDTHEMAINUSEOFTHECOMPOSITIONOFTHEINTEGRATEDCHIPS,ELECTRONICDEVICES,ESPECIALLYPOWERELECTRONICDEVICESIGBTUSETHEDESIGNOFTHEDEVICEBYCOMPARINGTHENUMBEROFREFERENCEVOLTAGEANDTOCOMPARETHEOUTPUTOFCOUNTER,ANDTHENUSETHERESULTSOFTHECOMPARISONTOCONTROLIGBTTOCONTROLTHEDRIVECIRCUITIGBTANDTHETURNOFFTOACHIEVETHEPULSEWIDTHMODULATIONTHESIMPLEUSEOFHARDWARECIRCUITDESIGN,THEPRINCIPLEOFSIMPLE,EASYTOACHIEVEKEYWORDSIGBTDRIVERCIRCUITCOMPARATORCOUNTER目录1引言12数字脉宽调制器的主电路221自关断电子器件（IGBT）23控制电路的设计531脉宽调制电路5311参考电压产生电路5312计数电路5313A/D转换器7314用555定时器接成的多谐振荡器10315数值比较15316锁存电路1632直流稳压电源1733（IGBT）驱动电路20331IGBT对驱动电路的要求20332IGBT的变压器隔离驱动21333IGBT的直接驱动22334IGBT的光耦隔离驱动23335IGBT的集成模块驱动2334同步电路25341单相整流电路25342光电耦合器31343变压电路33344计数清零374结论39谢辞40参考文献41附录42外文资料43中文翻译451引言许多应用需要脉宽调制PWM电路，如电压调节器、功率控制、风扇速度控制等。本文所设计的脉宽调制器用于单相交流调压7。脉宽调制器的实现有很多途径和方法，可以用单片机、模拟电路和数字电路等来实现。每一种实现方法都有它的可取之处。单片机通过软、硬件结合，操作简单，易于实现。模拟电路和数字电路实现起来原理简单，易于理解。数字电路较之模拟电路抗干扰能力强，因此本设计通过单纯的硬件电路来实现脉宽调制器。设计的数字脉宽调制器通过调节负载两端电压的大小从而改变负载的某些参数，负载如果为电机，通过脉宽调制则可以改变其转速。2数字脉宽调制器的主电路21自关断电子器件（IGBT）1绝缘栅双极晶体管（IGBT）概述GTR和GTO是双极型电流驱动器件，由于具有电导调制效应，所以其通流能力很强，但开关速度较低，所需驱动功率大，驱动电路复杂。而电力MOSFET是单极型电压驱动器件，开关速度快，输入阻抗高，热稳定性好，所需驱动功率小而且驱动电路简单。将这两类器件相互取长补短适当结合而成的复合器件，通常称为BIMOS器件。绝缘栅双极晶体管综合了GTR和MOSFET的优点，因而具有良好的特性。因此，自其1986年开始投入市场，就迅速扩展了其应用领域，目前已取代了原来GTR和一部分电力MOSFET的市场，成为中小功率电力电子设备的主导器件，并在继续努力提高电压和电流容量，以期再取代GTO的地位。2IGBT的结构和工作原理IGBT也是三端器件，具有栅极G、集电极C和发射极E。图21给出了一种由N沟道VDMOSFET与双极型晶体管组合而成的IGBT的基本结构的简化等效电路，可以看出这是用双极型晶体管与MOSFET组成的达林顿结构，相当于一个由MOSFET驱动的厚基区PNP晶体管。图中RN为晶体管基区内的调制电阻。因此，IGBT的驱动原理与电力MOSFET基本相同，它是一种场控器件。其开通和关断是由栅极和发射极间的电压UGE决定的，当UGE为正且大于开启电压UGETH时，MOSFET内形成沟道，并为晶体管提供基极电流进而使IGBT导通。由于前面提到的电导调制效应，使得电阻RN减小，这样高耐压的IGBT也具有很小的通态压降。当栅极与发射极间施加反向电压或不加信号时，MOSFET内的沟道消失，晶体管的基极电流被切断，使得IGBT关断。图21IGBT的简化等效电路以上所述PNP晶体管与N沟道MOSFET组合而成的IGBT称为N沟道IGBT，记为NIGBT，其电气图形符号如图22所示。相应的还有P沟道IGBT，记为PIGBT。RNCICEGIDIDRONVJ1图22IGBT的电气图形符号3IGBT的基本特性1静态特性图23A所示为IGBT的转移特性，它描述的是集电极电流IC与栅射电压UGE之间的关系，与电力MOSFET的转移特性类似。开启电压UGETH是IGBT能实现电导调制而导通的最低栅射电压。UGETH随温度升高而略有下降，温度每升高1摄氏度，其值下降5MV左右。在25摄氏度时，UGETH的值一般为26V。图23B所示为IGBT的输出特性，也称伏安特性，它描述的是以栅射电压为参考变量时，集电极电流IC与集射极间电压UCE之间的关系。此特性与GTR的输出特性相似，不同的是参考变量，IGBT为栅射电压UGE,而GTR为基极电流IB。IGBT的输出特性也分为三个区域；正向阻断区、有源区和饱和区。这分别与GTR的截止区、放大区和饱和区相对应。此外，当UCEU时其输出为高电平，U2VCC/3VCC/3VCC/32/3VCC、UVCC/3时,C1输出低电平、C2输出高电平，TR1、Q0，UOUOL、TD饱和导通。1、TTHVCC/3时，C1、C2输出均为高电平，基本RS触发器保持原来状态不变，因此UO、TD也保持原来状态不变。1、TTHQ1VCC24GND1274LS686图3974LS686引脚图2功能表表3774LS686功能表INPUTSOUTPUTSDATAENABLEP,Q1G2QPPPQPQP15V最为适当。同样，负栅偏压UGE的幅值也不能过大，若过大时，IGBT在关断时会产生较大的浪涌电流，导致引起IGBT的误导通。所以，通常负的栅偏压UGE值取UGE5V为宜。2设计IGBT的驱动电路时，其开关时间应综合考虑。首先应该肯定，IGBT的快速导通和关断有利于提高其工作频率，并减少工作过程中的损耗；然而更应当考虑到在大电感负载下，IGBT导通和关断的工作频率不宜过高，因为其高速通，断会在电感负载两端产生很大的尖峰电压。这种尖峰电压必然会给IGBT造成威胁，极有可能造成IGBT本身或其他元器件被击穿而损坏。3当IGBT导通后，其驱动电路应继续提供规定时间的、足够的栅极电压与电流幅值，也就是说，驱动电路必须给出足够的脉宽，从而使IGBT在正常工作及过载情况下不至于退出饱和区而造成损坏。4必须重视对IGBT驱动电路中的栅极串联电阻RG取值的确定，因为此电阻阻值的大小对IGBT的工作性能有较大影响。若RG值较大时，有利于抑制电流的变化率DI/DT和电压的变化率DU/DT，但反过来又会增加IGBT的工作时间和开关损耗，这是一个矛盾。若RG值较小时，会引起电流变化率DI/DT和电压变化率DU/DT增大，有可能引起IGBT的误导通或损坏IGBT管。所以，栅极串联电阻RG的取值应与具体驱动电路的电路结构和所用IGBT的容量、参数结合起来合理选取才是。通常，RG的取值范围一般在几个欧姆到几十个欧姆，对于较小容量的IGBT管，RG可稍大一些。5IGBT驱动电路应有较强的抗干扰能力，并应具备对IGBT的保护功能。驱动电路、抗干扰电路、过压、过流保护和其它保护电路，都应与IGBT的开关速度相适应、相匹配。另外，IGBT固有着一种对静电敏感的脆弱性，所以IGBT驱动电路应具有防静电措施，电路板需设计静电屏蔽。在电路板焊接工艺中，IGBT必须采取电烙铁无电焊接，并应注意在焊接之前必须保证IGBT的栅极G与发射极E一直保持短路连接，不得开路。2IGBT驱动电路的分类IGBT的驱动电路通常分为以下三大类型1第一类是直接驱动法所谓“直接驱动法”是指输入信号通过整形，经直流或交流放大后直接去“开”、“断”IGBT。这种驱动电路，其输入信号与被控制驱动的IGBT主回路共地。2第二类是隔离驱动法所谓“隔离驱动法”是指输入信号通过变压器或光电耦合器隔离输出后，经直流或交流放大后直接去“开”、“断”IGBT。这种驱动电路，其输入信号与被控制驱动电路的IGBT主回路不共地，实现了输入与输出电路的电气隔离，并具有较强的共模电压抑制能力。3第三类是专用集成模块驱动法所谓“集成模块驱动法”是指将驱动电路高度集成化，使其具有比较完善的驱动功能、抗干扰能力、自动保护功能，可实现对IGBT的最优驱动。这种驱动电路，其输入信号与被控制驱动的IGBT主回路不共地，也实现了输入与输出电路的电气隔离，并具有较强的共模电压抑制能力。332IGBT的变压器隔离驱动1变压器隔离驱动电路变压器隔离驱动法驱动电路如图312所示。图312IGBT的变压器隔离驱动法驱动电路2变压器隔离驱动电路原理简述图312所示IGBT的变压器隔离驱动法驱动电路采用了隔离变压器T。输入信号经隔离变压器T初级线圈感应到次级线圈，经二极管整流、整形、电阻R2缓冲，在负载电阻上形成“开”、“断”脉冲，通过栅极串联电阻RG去控制IGBT管的导通和关断。由于输出偏压的大小可由变压器的匝数比得到实现，故电路未设计放大器。同样，为了消除可能产生的寄生振荡，在IGBT栅极G与发射极E之间接入了RC阻尼滤波网络。这种直接驱动电路适合于对较小容量IGBT的驱动。333IGBT的直接驱动1驱动电路直接驱动法驱动电路的特点是电路结构简单、扼要。其电路如图313所示。VT2VT1VDR1R2R3R4RGRLRCJC1C2CECUIECICEBIGBT图313IGBT的直接驱动法驱动电路2驱动电路原理简述图313所示IGBT的直接驱动法驱动电路采用了正、负双电源供电。一般来说，对于IGBT这样的特殊器件都要采取正、负双电源供电，只有这样才能使IGBT稳定的工作。电路的工作原理简单，输入信号经集成电路施密特IC整形后经缓冲限流电阻R2、加速电容CJ进入由VT1、VT2组成的有源负载方式放大器进行放大，以提供足够的门极即IGBT的栅极电流。为了消除可能产生的寄生振荡，在IGBT栅极G与发射极E之间接入了RC阻尼滤波网络。这种直接驱动电路适合于对较小容量IGBT的驱动。334IGBT的光耦隔离驱动1光耦隔离驱动电路光耦隔离驱动法驱动电路如图314所示图314IGBT的光耦隔离驱动法驱动电路2光耦隔离驱动电路原理简述图314所示IGBT电路采用了HU型光电耦合器。原理如下输入信号正脉冲点亮光电耦合器HU中发光二极管LED，光敏二极管VF受光照射其动态电阻减小，使内三极管VT正偏而饱和导通，集电极电位变负，场效应管VT1截止夹断，其漏极电位升高，NPN型三极管VT2立即饱和导通，其正偏电压EC经VT2、RG加到IGBT发射极E，使IGBT正偏而导通。当输入信号负脉冲（或变为0电位）时，光电耦合器HU中的发光二极管LED熄灭，光敏二极管VF无光照射其动态电阻剧增，使内三极管VT无偏压而截止，集电极电位变正，场效应管VT1开通，其漏极电位变负，PNP型三极管VT3立即饱和导通，其反偏电压由EC经VT3、RG加到IGBT发射极E，使IGBT反偏而关断。这种直接驱动电路适合于对较大容量IGBT的驱动。335IGBT的集成模块驱动1集成模块驱动电路EXB系列IGBT驱动模块是目前国内市场应用最多的IGBT驱动模块，包括标准型和高速型两种。EXB系列可以驱动全部的IGBT,特点是在驱动模块内部装有2500V的高隔离电压的光电耦合器,有过流保护电路和过流保护输出端子，且可单电源供电。表312列出了标准型系列和高速型系列驱动模块的型号及可驱动的IGBT的规格。标准型驱动电路信号最大延时为4S，高速型驱动电路信号最大延时为15S。表312富士公司EXB系列IGBT驱动模块600VIGBT驱动1200VIGBT驱动IGBT150A400A75A300A标准型EXB850EXB851EXB850EXB851高速型EXB840EXB841EXB840EXB841图315EXB851外形及引脚EXB851驱动模块的外形及引脚如图315所示,EXB850和EXB840用于驱动小于600V/150A和1200V/75A的IGBT,这两种驱动模块的外形和尺寸相同。EXB851和EXB841用于驱动小于600V/400A和1200V/300A的IGBT,此两种驱动模块的外形和尺寸相同,比前两种尺寸稍大一些。EXB850/EXB851是标准型驱动模块，EXB840/EXB841是高速型驱动模块,内部结构与EXB850/EXB851稍有不同。但是该系列驱动模块的引脚有共同的定义引脚1连接用于反向偏置电源的滤波电容器；引脚2接驱动模块工作电源20V；引脚3输出驱动信号；引脚4外接电容器,以防止过流保护电路误动作在绝大部分场合下,可不接该电容器；引脚5为过流保护输出；引脚6是集电极电压监视端引脚7、8不接引脚9接电源地,0V引脚10悬空引脚14为驱动信号输入引脚15为驱动信号输入。34同步电路341单相整流电路整流电路利用二极管的单向导电性能，将电源变压器副边交流电压变换成脉动的直流电压，有半波整流和全波整流之分。这种电压含有很大的交流分量，因而离真正的直流电压还差很远。在分析整流电路时，一般均假定负载为纯电阻性；整流二极管为理想二极管，即加正向电压导通，且正向电阻为零，外加反向电压截止，且反向电流为零；变压器无损耗，内部压降为零等。单相整流电路包括单相半波、全波及桥式整流电路，现分别对三种电路进行分析。1单相半波整流电路1工作原理单相半波整流电路是最简单的一种整流电路，设变压器的副边电压有效值为U2，则其瞬时值U2U2SINT。在U2的正半周，A点为正，B点为负，二极管外加正向电压，因而处于导通状态。电流从A点流出，经过二极管D和负载电阻RL流入B点，UOU2U2SINTT0。在U2的负半周，B点为正，A点为负，二极管外加反向电压，因而处于截止状态，UO0（T2）。负载电阻RL的电压和电流都具有单一方向脉动的特性。图316B所示为变压器副边电压U2、输出电压UO和二极管端电压的波形。U20U00UD0WTWTWTAB图316单相半波整流电路及其波形图分析整流电路工作原理时，应研究变压器副边电压极性不同时二极管的工作状态，从而得出输出电压的波形，也就弄清了整流原理。整流电路的波形分析是其定量分析的基础。2主要参数在研究整流电路时，至少应考查整流电路输出电压平均值和输出电流平均值两项指标，有时还需要考虑脉动系数，以便定量反映输出波形脉动的情况。输出电压平均值就是负载电阻上电压的平均值UOAV。由图316所示波形图可知，当T0时，UOU2SINT；当T2时，UO0。所以，求解UO的平均值UOAV，就是将0的电压平均在02时间间隔之中，写成表达式为UOAVWTDSIN120解得UOAV045U负载电流的平均值IOAVLLAVOR2450整流输出电压的脉动系数S定义为整流输出电压的基波峰值UO1M与输出电压平均值UOAV之比，即S1AVOM因而S愈大，脉动愈大。由于半波整流电路输出电压UO的周期与U2相同，UO的基波角频率与U2相同，即50HZ。通过谐波分析可得UO1MU2/，故半波整流电路输出电压的脉动系数S1572说明半波整流电路的输出脉动很大，其基波峰值约为平均值的157倍。3二极管的选择当整流电路的变压器副边电压有效值和负载电阻值确定后，电路对二极管参数的要求也就确定了。一般应根据流过二极管电流的平均值和它所承受的最大反向电压来选择二极管的型号。在单相半波整流电路中，二极管的正向平均电流等于负载电流平均值，即IDAVIOAVLRU2450二极管承受的最大反向电压等于变压器副边的峰值电压，即UU2MAXR一般情况下，允许电网电压有10的波动，即电源变压器原边电压为198242V，因此在选用二极管时，对于最大整流平均电流IF和最高反向工作电压UR均应至少留有10的余地，以保证二极管安全工作，即选取IF11IOAVUR11U2单相半波整流电路简单易行，所用二极管数量少。但是由于它只利用了交流电压的半个周期，所以输出电压低，交流分量少（即脉动大），效率低。因此，这种电路仅适用于整流电流较小，对脉动要求不高的场合。2单相全波整流电路1工作原理在单相半波整流电路的基础上增加一个变压器副边绕组U2和一个整流二极管VD2，即组成了如图317A所示的单相全波整流电路。在U2的正半周，整流管VD1导通，电流ID1流经VD1流向负载RL，在RL上产生上正、下负的单向脉动电压，此时VD2因承受反向电压而截止；在U2的负半周，整流管VD2导通，电流ID2经过VD2流向负载RL，在RL上也产生上正、下负的单向脉动电压，此时VD1因承受反向电压而截止。这样，在U2的整个周期内，RL上均能得到单方向的直流脉动电压，故称为全波整流电路，其波形如图20B所示。图317单相全波整流电路及其波形图A电路B工作波形2输出电压及输出电流的平均值若设整流二极管VD1和VD2为理想二极管，并忽略变压器内阻，全波整流输出直流脉动电压UO的平均值UOAV为UOAV2290/上式说明全波整流电路负载所得直流电压约为电源变压器副边有效值的90。输出平均电流IOAV为IOAVLLRU/90/2OAV3二极管的极限参数选择最大整流平均电流IF在全波整流电路中，每个二极管的平均电流是输出平均电流的一半，即IDAVIOAV/2UOAV/2R045U2/RL应选择整流二极管的最大整流平均电流IFIDAV。最高反向工作电压UR从全波整流电路可知，在U2的正、负半周，VD1和VD2轮流导通，截止的二极管将承受两倍的U2电压，即每个二极管承受的最大反向电压URM为URM2应选择整流二极管最高反向工作电压URURM综上所述，与单相半波整流电路相比，单相全波整流电路输出电压平均值是其两倍，而且脉动减小；但是，二极管承受的最大反向电压也是其两倍，且变压器因两个绕组交替供电而造成利用率低。3单相桥式整流电路在实用电路中多采用单相全波整流电路，最常用的是单相桥式整流电路。1单相桥式整流电路的组成单相桥式整流电路由四只二极管组成，其构成原则就是保证在变压器副边电压U2的整个周期内，负载上的电压和电流方向始终不变。若达到这一目的，就要在U2的正、负半周内正确引导流向负载的电流，使其方向不变。设变压器副边两端分别为A和B，则A为“”、B为“”时应有电流流出A点，A“”、B为“”时应有电流流入A点；相反A为“”、B为“”时应有电流流入B点，A为“”、B为“”时应有电流流出B点；因而A和B点均应分别接两只二极管，以引导电流；将负载接入的方式如图318所示。D1D2D4D3RLU0U2U1ABRLU0D1D4U2U1220V50HZRL1234D1D4D3D2U1U2U0220V50HZ图318单相桥式整流电路2工作原理设变压器副边电压U2U2SINT，U2为其有效值。当U2为正半周时，电流由A点流出，经D1、RL、D3流入B点，因而负载电阻RL上的电压等于变压器副边电压，即UOU2,D2和D管承受的反向电压为U2。当U2为负半周时，电流由B点流出，经D2，RL，D4流入A点，负载电阻RL上的电压等于U2，即UOU2，D1、D3承受的反向电压为U2。这样，由于D1、D3和D2、D4两对二极管交替导通，致使负载电阻RL上在U2的整个周期内都有电流通过，而且反向不变，输出电压UO|U2SINT|。图22所示为单相桥式整流电路各部分的电压和电流的波形。3输出电压平均值UOAV和输出电流平均值IOAVWTWTWTWTWTWTUD1OUOOIOOID3,ID4OID1,ID2OU2O图319单相桥式整流电路的波形图根据图319中所示UO的波形可知，输出电压的平均值UOAVWTDSIN210解得UOAV09U2由于桥式整流电路实现了全波整流电路，它将U2的负半周也利用起来，所以在变压器副边电压有效值相同的情况下，输出电压的平均值是半波整流电路的两倍。输出电流的平均值（即负载电阻中的电流平均值）IOAVLLAVORU290在变压器副边电压相同、且负载也相同的情况下，输出电流的平均值也是半波整流电路的两倍。根据谐波分析，桥式整流电路的基波UO1M的角频率是U2的2倍，即100HZ，UO1M2U2/。故脉动系数3S1AVOM6703与半波整流电路相比，输出电压的脉动减少很多。4二极管的选择在单相桥式整流电路中，因为每只二极管只在变压器副边电压的半个周期通过电流，所以每只二极管的平均电流只有负载电阻上电流平均值的一半，即IDAV2AVOLRU2450与半波整流电路中二极管的平均电流相同。考虑到电网电压的波动范围为10，在实际选用二极管时，应至少有10的余量，选择最大整流电流IF和最高反向工作电压UR分别为IFLAVO212UR11U2单相桥整流电路与半波整流电路相比，在相同的变压器副边电压下，对二极管的参数要求是一样的，并且还具有输出电压高、变压器利用率高、脉动小等优点，因此得到相当广泛的应用。目前有不同性能指标的集成电路，称之为“整流桥堆”。它的主要缺点是所需二极管的数量多，由于实际上二极管的正向电阻不为零，必然使得整流电路内阻较大，当然损耗也就较大。342光电耦合器在计算机控制应用系统中，被控制对象往往是强功率的工业设备，为了安全可靠，通常需要把强电部分与弱电的计算机系统在电气上隔离开来。过去常用隔离变压器或继电器来实现，而目前则广泛采用高性能而廉价的光电耦合器件来代替，由于它有一系列独特的优点，目前已广泛地被应用到计算机的测量与控制系统中，成为接口技术中常用的十分重要的接口器件。光电耦合器的原理与特点光电耦合器是把发光元件和受光元件封装在一个器件中，以光作为媒介来传输信息的。它可以耦合从零到几百千赫的信号，且响应速度快、失真小、重量轻、体积小，使变压器相形见绌，又能克服继电器断电时自感电势的泄放干扰以及在振动、冲击下触点抖动等不可靠问题，利用它可以方便地把两部分不同电位的电路互相连接起来，解决了电平匹配和电气隔离问题。在它的输入边与输出边之间，有1010的绝缘电阻，它们之间的绝缘电压至102少可达1000V，最高可达5000V，其分布电容只有几个皮法，因而具有较高的隔离性能。光电耦合器的发光器件是电流驱动器，抗干扰能力强，共模抑制比高，不受磁场影响，不需磁屏蔽，用它在长线传输中作为终端负载，可以大大提高信噪比；在计算机与外部设备之间用它作为接口器件，可以大大提高工作可靠性。光电耦合器的主要类型图320示出了几种主要的光电耦合器类型。图A是采用硅光二极管作为光接收器件的二极管型光电耦合器，其特点是电流传输比CTR较小，约为053，但是响应速度快，脉冲上升和下降时间均不超过15S。由PIN型硅光电二极管构成的光电耦合器，其响应时间只有几十毫微秒，适用于高速开关电路。图B所示是用硅光电三极管作为光接收器件的三极管型光电耦合器，其电流传输比较大，约为10100，脉冲上升和下降时间均不超过5S，响应速度能满足一般要求。用这种器件构成的耦合电路较简单，输出边饱和压降小0203V，是目前应用较多的一种，适用于驱动TTL电路，传输线隔离、脉冲放大等。图C所示输出边是一个硅光电三极管与一个普通硅三极管接成的达林顿型光耦合器，其特点是电流传输比大，约为100500，而响应时间较长，通常开关速度仅2510KHZ，而且ICEO较大，饱和压降大，适用于对电流传输比要求较高，而开关速度要求不高的场合，如作固态继电器使用等。图D所示输出边是用光敏二极管作受光元件，再用三极管把光电流进行放大。其特点是光敏二极管的高频响应好，可使开光速度提高到1MHZ以上，电流传输比提高到100400，这种器件可适应信号高速传输的需要。除了上述几种类型外，还有发光二极管交流输入晶体管输出，发光二极管可控硅型（其中又分过零触发型和非过零触发型），发光二极管集成电路型（如逻辑电路型，线性放大型等）。尤其是集成电路型光电耦合器，近年来发展很快，其输出边由光电管及其它单元构成各种形式的集成电路，以适应信号变换、放大、耦合、传输等各种电路的需要。ABCLEDD图320光电耦合器的几种类型光电耦合器典型电路在数字电路中，目前以三极管型光电耦合器应用最普遍。由三极管型光电耦合器构成的耦合电路形式很多，主要有三种典型电路直接驱动电路、晶体管驱动电路和集电极开路门驱动电路。由于本设计采用直接驱动电路，下面对该种电路进行简单的介绍。直接驱动电路如图321所示。输入边由TTL逻辑电平直接驱动，输出边接其它逻辑电路或放大电路。当输入VI为低电平时，发光二极管导通，光电三极管亦导通，且工作于饱和状态，输出V0为低电平；当VI为高电平时，发光二极管熄灭，光电三极管亦截止，V0为高电平。图321光电耦合器直接驱动电路343变压电路变压通过变压器来实现，下面对变压器进行简单的介绍。1变压器的定义及结构1变压器的定义绕在同一骨架或铁芯上的两个线圈便构成一个变压器。电子电路中，变压器是利用互耦线圈实现升压或降压功能的，如果对变压器一侧线圈（初级线圈）施加变化的电压（如交流电压），利用互感原理就会在另一侧线圈（次级线圈）中得到一个电压。如果对初级线圈施加较高的电压，在次级得到较低的电压，这种变压器称为降压变压器。如果对初级线圈施加较低的电压，在次级得到较高的电压，则称为升压变压器。次级线圈中间多余的一条线称为“中心抽头”，会在部分变压器中出现。一般情况下，中心抽头与其他两个抽头之间的电压是相等的。2变压器的结构变压器的基本结构主要由以下几部分组成初级线圈和次级线圈都是变压器的核心部分，变压器中的电流由它构成回路。初级线圈与次级线圈之间高度绝缘，如果次级线圈有多组时，各组线圈之间也高度绝缘，各组线圈与变压器其他部件之间也高度绝缘。骨架。线圈绕在骨架上，一个变压器中只有一个骨架，初级线圈和次级线圈均绕在同一个骨架上。骨架用绝缘材料制成，骨架套在铁芯或磁芯上。铁芯或磁芯用来构成磁路。铁芯或磁芯用导磁材料制成，它的磁阻很小。有的变压器没有铁芯或磁芯，这并不影响变压器的工作，因为各种用途的变压器RFRCVCVOVSVI对铁芯或磁芯有不同的要求。外壳是用来包住铁芯或磁芯，同时具有磁屏蔽和固定变压器的作用，外壳用金属材料制成。有的变压器没有外壳。引脚是变压器内部初级线圈和次级线圈的引出线，用来与外部电路相连接。3变压器的工作原理及类型变压器的工作原理变压器只能输入交流电压，其初级线圈的两端用来输入交流电压，次级线圈的两端用来输出交流电压。由线圈通电和线圈在交变磁场中的特性可知，给初级线圈输入交流电压后，初级线圈中有交流电流流动，初级线圈由电产生交变磁场，磁场的磁力线绝大多数由铁芯或磁芯构成回路。次级线圈绕在铁芯或磁芯上，这样次级线圈切割磁力线而产生感生电动势，在次级线圈两端产生感生电压。次级线圈所产生的电压，除大小与输入电压不同外，其频率和变化规律与交流输入电压一样。综上所述，给变压器初级线圈通入交流电压时，它的次级线圈两端输出交流电压，这是变压器的基本工作原理。变压器的类型按使用情况，普通变压器可以分为电源变压器、中频变压器、输入变压器、输出变压器。电源变压器是最常用的变压器，用于电源电路中作为电源变压器，主要作用是将220V交流市电电压降低。中频变压器主要用于中频放大电路，在收音机、电视机的中频放大电路中都用到这种变压器。输入变压器和输出变压器是音频变压器，主要用于一些音频功率放大器中。2变压器的变压比图322变压器结构示意图及其符号变压器的变压比又称电压比，俗称匝变比，用N表示，它是次级线圈匝数与初级线圈匝数之比，可用下列公式表示NN2/N1U2/U1式中，N为变压比；N2为次级线圈的匝数；N1为初级线圈的匝数；U2为次级线圈两端的输出电压；U1为初级线圈两端的输入电压。当变压器的初级线圈或次级线圈没有抽头时，该变压器的变压比是确定的；如果初级线圈或次级线圈有抽头，使用不同的抽头时，变压器的变压比不同。当N确定之后，次级线圈的输出电压U2大小与初级线圈的输入电压U1大小成正比关系，即U2随U1的大小变化而变化。如若输入电压U1大小确定后，次级线圈的输出电压U2大小与N成正比关系。当N的大小不同时，就有三种不同的变压比。1当N1时是升压变压器。次级线圈的输出电压大于输入电压，通过变压器将输入电压升高。升压变压器的特征是次级线圈的匝数多于初级线圈的匝数。3当N1时是11变压器。次级线圈的输出电压等于初级线圈上的输入电压，变压器没有改变电压大小，这种变压器的特征是初级线圈和次级线圈的匝数相等。3变压器的初级线圈和次级线圈中电流、阻抗之间的关系1电流之间的关系如图323所示电路可以说明变压器初级线圈、次级线圈中电流之间的关系。图323变压器电路中电流之间的关系降压变压器的输出电压虽然低，但是输出电流大，所以在降压变压器中次级线圈的线径比初级线圈的要粗。升压变压器的输出电压虽然高，但是输出电流小，所以在升压变压器中次级线圈的线径比初级线圈的要细。以上关系可以表示为NN2/N1U2/U1I1/I2式中，I1和I2分别为变压器初级线圈和次级线圈中的电流。2阻抗之间的关系变压器不仅可以电压的大小转换，而且还可以进行阻抗的变换。用Z1表示初级线圈输入阻抗，Z2表示次级线圈输出阻抗。当N1时是11变压器。此时Z1Z2，说明初级线圈的输入阻抗等于次级线圈的输出阻抗，变压器无阻抗变换作用。当NZ2，说明初级线圈的输入阻抗大于次级线圈的输出阻抗，变压比越大，初级线圈输入阻抗越是大于次级线圈输出阻抗。当N1时是升压变压器。此时Z1Z2，说明初级线圈的输入阻抗小于次级线圈的输出阻抗，变压比越大，初级线圈的输入阻抗越是小于次级线圈输出阻抗。以上关系可以表示为NN2/N1U2/U1I1/I2Z2/Z14电源变压器本设计采用电源变压器，电源变压器是一种最为常见的铁心变压器，电源变压器的作用是将工频市电（交流220V或110V）转换为各种额定功率和额定电压的重要部件。因为在家用电器和电子设备中，需要各种各样的电源供电，只有电源变压器，才能根据需要将220V的交流电变为不同类型的电源。电源变压器种类繁多、样式各异，但其基本组成相同，它由铁芯、线圈骨架、绝缘物等组成。变压器的铁芯常见是“E”形和斜“E”形、“口”形、“C”形等，如图324所示。图324变压器的铁芯“口”形铁芯用在大功率的变压器中。“C”形铁芯采用新型材料，具有体积小、重量轻、质量高的优点，但制作要求高。“E”形铁芯是使用较多的铁芯，自制变压器一般也采用这种铁芯。用这种铁芯制成的变压器，铁芯对绕组能形成保护外壳，另外，铁芯散热表面也较大。组装铁芯时，要将硅钢片的开口处交替地分置在两边，这样能减少接口处的磁阻。变压器的线圈又称为绕组，要用表面有绝缘层的漆包铜线来绕制。绕组一般由一组初级绕组（工作时与输入电源相接的绕组叫初级绕组）和几组次级绕组（与负载相接的绕组叫次级绕组）组成。通常变压器的初、次级绕组间加有静电屏蔽层。344计数清零光电耦合器输出的高低电平信号作为与非门的输入端，并用与非门的一个输出信号连接计数器的同步预置控制端，加之其它辅助连线使其令计数器计数清零。四2输入与非门74LS001其主要电特性的典型值如下表313主要电特性的典型值型号TPLHTPHLPD74LS009NS10NS9MW2其管脚图如图示图32574LS00管脚图3功能表表31474LS00功能表INPUTOUTPUTABYLLHHLHLHHHHL得出YAB4结论本文简要介绍了有关数字脉宽调制器实现的各部分模块电路的原理以及功能，该设计主要包括两部分电路主电路和控制电路，主电路中主要应用了电力电子器件（IGBT），控制电路中主要是同步电路、脉宽调制电路、（IGBT）驱动电路以及直流稳压电源的设计。我们所设计的数字脉宽调制器，经过多次的探讨，在理论上具有可实现性，但将其应用到实际电路中去仍有很大距离。这就需要我们不断的完善自己的知识体系，将理论联系到实践中去。在设计过程中，我们遇到了很多问题，如由于对芯片的不太了解涉及到芯片的选择问题以及有些器件参数的计算问题。这就需要我们通过查阅书籍、上网查询和请教老师的途径来解决，最终在我们的努力和老师的帮助下使问题一一得到解决。在这次毕业设计中我收获很多，同时也意识到了自身存在的很多不足。在知识应用上缺乏将所学知识更好的付诸实践的能力，这次设计给了我们锻炼这方面能力的机会，但由于时间和知识上的限制，我们不能对该设计进行更深的研究，在以后的学习生活中，我们仍会更加的努力，不断提高自己在专业方面的能力。谢辞时光荏苒，转眼间我们即将告别大学生活，步入竞争激烈的社会生活。在毕业之际，首先向三年来教过我的各位老师及校系的各位领导致以衷心的感谢三年来，你们给予我们的不仅是学习上的帮助还有许多关于人生的哲理，使我们受益匪浅，为我们明天步入社会，打下了坚实的基础。毕业设计是大学生活的最后一次设计，也是对我们大学所学知识的最好检验。通过本次毕业设计，我在各方面都有了一定提高。首先，我对所学知识在实际生活中的应用有了更深的理解，学会了如何将所学理论与实际很好地联系起来。其次，通过实践，我对相关理论知识也有了更深层次的理解。当然，这些进步除了靠自己的努力之外，还离不开各位同学及老师的悉心帮助。忠心地感谢他们，没有他们的帮助我也不会顺利完成这次设计。我由衷地感谢学校为我们的设计提供良好的环境。感谢校领导为我们提供了足够的上机次数及配置较高的计算机，让我们有条件将毕业设计顺利地做好。同时，学校还专门为我们安排了资历较深的赵老师指导我们的设计。感谢赵老师的悉心教导，让我们在专业知识结构上有很大的提高。在此，再次谢谢所有帮助我的人参考文献1周惠潮，孙晓峰常用电子器件及典型应用第1版北京电子工业出版社，20072何希才常用集成电路简明速查手册第1版北京国防工业出版社，20063梁廷贵译码器编码器数据选择器电子开关电源分册第1版北京科学技术文献出版社，20024梁廷贵计数器分频器锁存器寄存器驱动器分册第1版北京科学技术文献出版,20025杨素行模拟电子技术基础简明教程第2版北京高等教育出版社，19986童诗白，华成英模拟电子技术基础第3版北京高等教育出版社，20017王兆安，黄俊电力电子技术第4版北京机械工业出版社，20078阎石数字电子技术基础第4版北京高等教育出版社，19989余孟尝数字电子技术基础简明教程第3版北京高等教育出版社，200610张虹电子技术与应用第1版北京电子工业出版社，200811刘法治常用电子元器件及典型芯片应用技术第1版北京机械工业出版社，200712电子工程师手册编辑委员会电子工程师手册第1版北京机械工业出版社，199513杨成电子技术基础简明教程第1版北京电子工业出版社，200814ARTHURHSEIDMANINTEGRATEDCIRCUITSAPPLICATIONSHANDBOOKJOHNWILEYSONS,INC198315RONALDJTOCCIDIGITALSYSTEMSPRINCIPLESANDAPPLICATIONPRENTICEHALL,INC1980附录外文资料NEWPROSPECTSFORTHEDEVELOPMENTOFELECTRONICCOMPONENTSNEWINFORMATIONTECHNOLOGY,ELECTRONICCOMPONENTSISONEOFTHETHREEPILLARSARETHEFOCUSOFOURGOVERNMENTSSUPPORTBY2005,CHINAREACHED500BILLIONANNUALLY,OFWHICH80OFNEWCOMPONENTSTHATCANBASICALLYMEETTHEDOMESTICDEMANDFORELECTRONICPRODUCTSASSEMBLY,DRAMATICALLYREDUCINGTHEVOLUMEOFIMPORTS,SOTHATTHEPRODUCTIONOFELECTRONICCOMPONENTSINCHINAASAGREATPOWERATPRESENT,WEMUSTINCREASETHECAPACITYOFINDEPENDENTDEVELOPMENTANDIMPROVETHELEVELOFPRODUCTIONTECHNOLOGY,ELECTRICALENGINEERINGASEARLYASPOSSIBLETOPROMOTETHEGREENINLINEWITHINTERNATIONALSTANDARDSTOADDRESSTHEISSUEOFUPSTREAMRAWMATERIALSMATCHING,REDUCECOSTS,BUSINESSRESTRUCTURING,THECREATIONOFTHEBRAND,EXPANDSALESCHANNELSATHOMEANDABROADALTHOUGHALONGWAYTOGO,BUTISOPTIMISTICABOUTTHEPROSPECTS1CONTINUETOEXPANDTHECHIP,ANDMICROMINIATURIZATIONALTHOUGHTHECHIPCOMPONENTISALREADYQUITEMATURE,BUTSOMEELECTRONICCOMPONENTSOFNOTBEENABLETOCHIPORSURFACEMOUNTCANBECARRIEDOUT,BUTLARGER,ELECTRONICPRODUCTSCANNOTMEETTHELIGHT,THIN,ASMALLREQUESTSUCHASMAGNETICTRANSFORMERS,POWERINDUCTORS,RELAYS,CONNECTORS,POTENTIOMETERS,ADJUSTABLER/L/C,ALUMINUM/TANTALUMELECTROLYTICCAPACITORS,FILMCAPACITORS,CERAMICFILTERS,PPTCRANDSOMECOMPONENTSARESENSITIVETOSUCHPRODUCTSPEOPLEARETRYINGTOSOLVETHESEPROBLEMS2HIGHFREQUENCYOFHIGHSPEEDELECTRONICPRODUCTSTOTHEHIGHFREQUENCYMICROWAVEBANDTHEDEVELOPMENTOFTHETRENDISSTRONG,SUCHASTHEDEVELOPMENTOFWIRELESSMOBILECOMMUNICATIONSTO2GHZ,BLUETOOTHTECHNOLOGYISA24GHZ,SHORTRANGEWIRELESSDATAEXCHANGESYSTEMUPTO58GHZINADDITION,THEHIGHSPEEDDIGITALCIRCUITSMOREANDMOREPRODUCTS,THETRANSMISSIONSPEEDOFOPTICALCOMMUNICATIONDEVELOPMENTFROM25GBPSTO10GBPSTHESEDEVELOPMENTSHAVEMADEELECTRONICCOMPONENTSFORTHEHIGHERREQUIREMENTS,SUCHASLOWERPARASITICINDUCTANCE,PARASITICCAPACITANCE,TOINCREASETHERESONANTFREQUENCYANDLOWERHIGHFREQUENCYESR,SUCHASTOINCREASETHEVALUEOFHIGHFREQUENCYQ3INTEGRATEDCHIPR/L/CISTHECHIPOFTHEMAINELECTRONICCOMPONENTS,INTHENUMBEROFACCOUNTSFOR90THESECHIPSIZEPACKAGINGCOMPONENTSHASBEENREDUCEDTO060303MMTHISSMALLSIZETOTHEMANUFACTUREANDUSEHAVEBROUGHTALOTOFINCONVENIENCEMOSTBELIEVETHATTHEPACKAGESIZEHASALREADYREACHEDSATURATION,FURTHERREDUCETHEUNNECESSARYCOMPONENTSOFASINGLECHIPTHESIZEOFTHEENCAPSULATEDSOWHATDIRECTIONTHEANSWERISTOTHECOMPONENTBASED,PASSIVE/ACTIVECOMPONENTSOFINTEGRATEDDEVELOPMENTATPRESENT,THEREHAVEBEENAVARIETYOFR/L/CASSEMBLY,WELLKNOWNFOREIGNCOMPANIESLTCCLOWTEMPERATURECOFIREDCERAMICTECHNOLOGY,THINFILMINTEGRATIONTECHNOLOGY,PCBINTEGRATIONTECHNOLOGIES,MCMMULTICHIPASSEMBLYTECHNIQUETOMAKEAVARIETYOFPASSIVE/ACTIVEINTEGRATEDMODULES,ANDPAIDTHEAPPLICATION,ANDITSDEVELOPMENTPROSPECTSARELIMITLESS4GREENELECTRONICCOMPONENTSINTHEMANUFACTURINGPROCESS,OFTENUSELARGEAMOUNTSOFTOXICMATER