CD4046集成锁相环在感应加热电源中的应用1

CD 4046集成锁相环在感应加热电源中的应用

重庆大学(630044)　毛　鸿

成都铁路分局供电段(610081)　王　翔

摘　要:提出一种由CD 4046集成锁相环设计的应用于感应加热电源的无相差频率跟踪控制系统,并就控制系统的相位补偿、电源的起动等问题进行了分析讨论。

关键词:锁相环　频率跟踪　相位补偿

感应加热电源在加热过程中,由于温度的变化和炉料熔化等因素,负载等效参数发生变化,负载固有频率也发生变化。对可控硅中频逆变器而言,为了保证感应加热电源逆变器件可靠换流(可控硅中频电源要求它的负载为电容性)和电源工作在较高的功率因数,逆变器输出频率需要随负载频率而变化,也就是说,控制电路必须具有自动频率跟踪功能〔2〕。由可关断器件构成的逆变器件,虽然不象可控硅那样存在换流问题,但为了使逆变器始终工作在功率因数接近或等于1的准谐振或谐振状态,以实现逆变器件的零电流换流(ZCS )或零电压换流(Z V S ),频率跟踪电路也是不可图2　频率跟踪控制电路与主电路

缺少的。而且,由于逆变器输出频率的提高,频率跟踪电路的快速性和准确性要求也相应提高,为此,本文提出一种用集成锁相环CD 4046,霍尔电流传感器和高速比较器实现的无相差频率跟踪控制系统,该控制电路具有跟踪快速、准确、保护容易、抗干扰能力强等优点。

1　CD 4046集成锁相环的特点

锁相环(PLL )主要由鉴相器PD ,压控振荡器V CO 和外接无源R 、C 低通滤波器(也可接有源低通滤波器)组成,如图1所示。

图1锁相环原理

V C

VC O

U VC O

CD 4046具有两个独立的鉴相器PD 与PD 。PD 是异或门鉴相器,若采用无源低通滤波器,信号锁定时输入信号和输出信号(反馈输入)之间的相角将

在0度到180度之间变化,采用该鉴相器无法实现无相差的频率跟踪。

PD 是鉴频鉴相器,它由受逻辑门控制的四个边沿触发器和三态输出电路组成,它的输出为三态结构。系统一旦入锁,输出将处于高阻状态,无源低通滤波器的电容C 无放电回路,鉴相器相当于具有极高的增

益,输入信号与输出信号可严格同步。

可见,应用CD 4046的鉴相器PD ,即使不用有源比例积分滤波器,也可保证锁相环输出与输入信号相位差为零。

2　频率跟踪控制电路

CD 4046集成锁相环可实现无相差的频率跟踪,

如果将负载电压或电流相位作为锁相环的输入信号,将锁相环输出作为逆变器的驱动信号,就正好可以实现逆变器对负载的频率跟踪。基于上述思路,本文设计制作了如图2(a )所示的控制电路,对应的主电路如图2(b )所示。

图3　电路波形图

控制电路中比较器LM 339起波形变换作用,它将霍尔电流传感器送来的负载正弦电流信号变换为方波信号,然后送给CD 4046锁相环。锁相输出信号作器件S 1(IGBT )的驱动信号,反向后作S 2(IGBT )的驱动信号。从图3各点波形可以看出,S 1和S 2刚好在负载电流过零时开通与断开,

电路实现了负载谐振零电流开关。逆变器输出电压和频率始终使负载工作在功率因数为1的谐振状态。

3　相位补偿的实现

按上节的分析,S 1与S 2应在电流过零时换流,但在实际电路中,电流采样,锁相跟踪,器件的驱动都需要时间,这将引起驱动信号滞后负载电流一个相角度,逆变器实际工作在容性负载状态。实验表明,从电流采样到IGBT 完全开通,大约需要(215～3)Λs 的时间,对超音频感应加热电源而言,这个时间引起的负载电压

与电流相位差是不容忽视的,它一方面使IGBT 无法工作于零电流开关状态,另一方面它将影响电源的功率因数,从而影响功率输出。基于以上原因,电路中须加入相位补偿环节。

本文利用CD 4046锁相环的特点,配合比较器,巧妙地实现了相位补偿。CD 4046的鉴相器PD 构成的锁相环的特点是:输出信号占空比始终为50%,与输入信号占空比无关,输入信号上升沿触发有效。相位补偿原理见图4,在比较器输入正端加一比较偏置电压V P ,使比较器输出信号上升沿提前?T 时间,锁相环对应的输出信号作S 2的驱动信号,反相后作S 1的驱动信号,驱动信号相对于电流而言提前了?T 时间,?T 就是相位补偿时间,调节偏置电压V p 值即可调节补偿时间值。调节补偿时间值,电源可分别工作在感性,容性和谐振状态,若补偿时间值大于电路延迟时间值,负载工作在感性状态,反之,负载工作在容性状态。

图4　相位补偿原理图4　起动电路

感应加热电源的起动一般有个从它激到自激的过程,串联逆变感应加热电源相对并联逆变电源起动可靠性较高〔2〕。串联逆变器起动的可靠程度同它激频率与负载固有频率的比值以及负载品质因素Q 有关。在不知道负载固有振荡频率时,串联逆变器可以在任何低频下投入运行,换言之,只要由低到高调节它激触发频率,起动很容易完成〔1〕。

现有串联感应加热电源一般都设有较复杂的由它

激到自激的转换电路〔1〕〔2〕〔3〕

,而且它激信号由外加振

荡器产生〔3〕,本文提出一种由CD 4046自身实现的由

它激转自激的频率扫描式起动电路。

CD 4046锁相环上电时,压控振荡器(V CO )将以最低频率工作,在V CO 控制端(9端)加控制电压,可使V CO 输出频率在最低与最高频率之间变化。因此,可以利用V CO 的输出信号作为它激信号,而不必另加信号发生电路。

图5　起动电路原理图图5为起动控制电路原理图,9端是压控振荡器电压控制端,当控制端加电源电压时,V CO 输出最高频率,控制端电压为零时输出

最低频率。CD 4046起动瞬时,电容CT 相当于短路,9端所加电压最高,V CO 输出最高频率,随着CT 的充电,控制端电压逐渐降低,

V CO 从最高频率滑向最低频率。

只要负载的固有频率在最高频率与最低频率之间,那么V CO 的输出扫描频率就会引起负载产生谐振,锁相环进入锁定状态,起动极为容易。起动完成后,二极管D 将起动电路与滤波电路隔离,锁相环工作于无相差跟踪状态。在5k W 实验样机上试验表明,只要合理设计参数,起动可靠性在90%以上。

利用CD 4046集成锁相环实现的无相差频率跟踪控制电路,为串联逆变器实现零电流谐振开关创造了条件。零电流谐振开关减轻了器件的开关应力和电磁损耗,使逆变器可运行于更高的频率。实验表明,利用CD 4046自身特点设计的相位补偿电路和起动电路,使控制电路更加简化,可靠性得以提高,具有较大实用

价值。

(收稿日期:1997-03-31)(上接第45页)

奎斯特频率的滤波器和专门用于脉冲信号的宽带滤波器。在不同的信号输出时由PC 计算机程控选择不同的滤波器对信号进行模拟滤波。任意信号输出功率驱动

电平调整

时钟及

控制电路模拟滤波器组

高速DA 组高速缓存组图3

任意信号发生卡框图

高速局部总线高速地址发生电路通信接口连至PC 总线PC 计算机在PC 计算机初始化任意信号发生卡后,它的工

作不需要PC 计算机干预,初始化的内容相对简单,并且对数据的实时性要求不强,因此在数据传输方面不需作过多的考虑。

本文论述了基于PC 总线高性能虚拟仪器主要几个硬件模块的结构、工作方式以及工程设计上

的一些技术问题。

在PC 计算机上挂接这几个硬件模块,配合相

应的软件系统,可以构成一台功能较为完善的PC 虚拟仪器,对大多数用户来说已经达到实用化要

求,具有很高的性能价格化,是一种特别适合我国

国情的虚拟仪器方案。参考文献

1　刘　阳1虚拟仪器的现状及发展趋势,电子技术应

用,199614(收稿日期:1997-07-24)

锁相环原理及应用

锁相电路（PLL）及其应用自动相位控制（APC）电路，也称为锁相环路（PLL），它能使受控振荡器的频率和相位均与输入参考信号保持同步，称为相位锁定，简称锁相。它是一个以相位误差为控制对象的反馈控制系统，是将参考信号与受控振荡器输出信号之间的相位进行比较，产生相位误差电压来调整受控振荡器输出信号的相位，从而使受控振荡器输出频率与参考信号频率相一致。在两者频率相同而相位并不完全相同的情况下，两个信号之间的相位差能稳定在一个很小的围。目前，锁相环路在滤波、频率综合、调制与解调、信号检测等许多技术领域获得了广泛的应用，在模拟与数字通信系统中已成为不可缺少的基本部件。一、锁相环路的基本工作原理 1．锁相环路的基本组成锁相环路主要由鉴频器（PD）、环路滤波器（LF）和压控振荡器（VCO）三部分所组成，其基本组成框图如图3-5-16所示。图1 锁相环路的基本组成框图将图3-5-16的锁相环路与图1的自动频率控制（AFC）电路相比较，可以看出两种反馈控制的结构基本相似，它们都有低通滤波器和压控振荡器，而两者之间不同之处在于：在AFC环路中，用鉴频器作为比较部件，直接利用参考信号的频率与输出信号频率的频率误差获取控制电压实现控制。因此，AFC系统中必定存在频率差值，没有频率差值就失去了控制信号。所以AFC系统是一个有频差系统，剩余频差的大小取决于AFC系统的性能。在锁相环路（PLL）系统中，用鉴相器作为比较部件，用输出信号与基准信号两者的相位进行比较。当两者的频率相同、相位不同时，鉴相器将输出误差信号，经环路滤波器输出

控制信号去控制VCO ，使其输出信号的频率与参考信号一致，而相位则相差一个预定值。因此，锁相环路是一个无频差系统，能使VCO 的频率与基准频率完全相等，但二者间存在恒定相位差（稳态相位差），此稳态相位差经鉴相器转变为直流误差信号，通过低通滤波器去控制VCO ，使0f 与r f 同步。 2．锁相环路的捕捉与跟踪过程当锁相环路刚开始工作时，其起始时一般都处于失锁状态，由于输入到鉴相器的二路信号之间存在着相位差，鉴相器将输出误差电压来改变压控振荡器的振荡频率，使之与基准信号相一致。锁相环由失锁到锁定的过程，人们称为捕捉过程。系统能捕捉的最大频率围或最大固有频带称为捕捉带或捕捉围。当锁相环路锁定后，由于某些原因引起输入信号或压控振荡器频率发生变化，环路可以通过自身的反馈迅速进行调节。结果是VCO 的输出频率、相位又被锁定在基准信号参数上，从而又维持了环路的锁定。这个过程人们称为环路的跟踪过程。系统能保持跟踪的最大频率围或最大固有频带称为同步带或同步围，或称锁定围。捕捉过程与跟踪过程是锁相环路的两种不同的自动调节过程。由此可见，自动频率控制（AFC ）电路，在锁定状态下，存在着固定频差。而锁相环路控制（PLL ）电路，在锁定状态下，则存在着固定相位差。虽然锁相环存在着相位差，但它和基准信号之间不存在频差，即输出频率等于输入频率．这也表明，通过锁相环来进行频率控制，可以实现无误差的频率跟踪．其效果远远优于自动频率控制电路． 3．锁相环路的基本部件 1）鉴相器（PD —Phase Detector ）鉴相器是锁相环路中的一个关键单元电路，它负责将两路输入信号进行相位比较，将比较结果从输出端送出。鉴相器的电路类型很多，最常用的有以下三种电路．（1）模拟乘法器鉴相器，这种鉴相器常常用于鉴相器的两路输入信号均为正弦波的锁相环电路中。（2）异或门鉴相器，这种鉴相器适合两路输入信号均为方波信号的锁相环电路中，所以异或门鉴相器常常应用于数字电路锁相环路中。（3）边沿触发型数字鉴相器，这种鉴相器也属于数字电路型鉴相器，对输入信号要求不严，可以是方波，也可以是矩形脉冲波．这种电路常用于高频数字锁相环路中。图2 是异或门鉴相器的鉴相波形与鉴相特性曲线。

锁相环电路设计

锁相环的原理 2007-01-23 00:24 1．锁相环的基本组成许多电子设备要正常工作，通常需要外部的输入信号与部的振荡信号同步，利用锁相环路就可以实现这个目的。锁相环路是一种反馈控制电路，简称锁相环（PLL）。锁相环的特点是：利用外部输入的参考信号控制环路部振荡信号的频率和相位。因锁相环可以实现输出信号频率对输入信号频率的自动跟踪，所以锁相环通常用于闭环跟踪电路。锁相环在工作的过程中，当输出信号的频率与输入信号的频率相等时，输出电压与输入电压保持固定的相位差值，即输出电压与输入电压的相位被锁住，这就是锁相环名称的由来。锁相环通常由鉴相器（PD）、环路滤波器（LF）和压控振荡器（VCO）三部分组成，锁相环组成的原理框图如图8-4-1所示。锁相环中的鉴相器又称为相位比较器，它的作用是检测输入信号和输出信号的相位差，并将检测出的相位差信号转换成u D（t）电压信号输出，该信号经低通滤波器滤波后形成压控振荡器的控制电压u C（t），对振荡器输出信号的频率实施控制。 2．锁相环的工作原理锁相环中的鉴相器通常由模拟乘法器组成，利用模拟乘法器组成的鉴相器电路如图8-4-2所示。鉴相器的工作原理是：设外界输入的信号电压和压控振荡器输出的信号电压分别为：（8-4-1）（8-4-2）式中的ω0为压控振荡器在输入控制电压为零或为直流电压时的振荡角频率，称为电路的固有振荡角频率。则模拟乘法器的输出电压u D为：用低通滤波器LF将上式中的和频分量滤掉，剩下的差频分量作为压控振荡器的输入控制电压u C （t）。即u C（t）为：（8-4-3）式中的ωi为输入信号的瞬时振荡角频率，θi（t）和θO（t）分别为输入信号和输出信号的瞬时位相，根据相量的关系可得瞬时频率和瞬时位相的关系为：

锁相环基本原理及其应用

锁相环及其应用所谓锁相环路，实际是指自动相位控制电路（APC）,它是利用两个电信号的相位误差，通过环路自身调整作用，实现频率准确跟踪的系统，称该系统为锁相环路，简称环路，通常用PLL表示。称VCO ）三个部件组成闭合系统。这是一个基本环路，其各种形式均由它变化而来 PLL概念设环路输入信号V i= V im Sin( 3 i t+ 0 i) 环路输出信号V o= V om Sin( 3 o t+ 0 o) 其中 3 o = 3 r +△ 3 o 率的自动控制系统称为锁相环路 PLL构成由鉴相器（PD环路滤波器（LPF）压控振荡器（VCO组成的环路通过相位反馈控制, 最终使相位保持同步, 实现了受控频率准确跟踪基准信号频锁相环路是由鉴相器（简称PD）、环路滤波器（简称LPF或LF ）和压控振荡器（简

ejt 戶心(tAejt)谋差相檯 PLL 原理从捕捉过程一锁定 A.捕捉过程(是失锁的) 0 i — 0 i 均是随时间变化的，经相位比较产生误差相位 0 e = 0 i - 0 o ,也是变化的。 b. 0 e (t)由鉴相器产生误差电压 V d (t)= f ( 0 e )完成相位误差一电压的变换作用。 V d (t)为交流电压。 C. V d (t)经环路滤波，滤除高频分量和干扰噪声得到纯净控制电压，由 VCO 产生控制角频差△ 3 0,使3 0随3i 变化。 B.锁定(即相位稳定) 即 3 0= 3 r + △ 3 Omax 。 3 r 为VCO 固有振荡角频率。) 锁相基本组成和基本方程(时域) 各基本组成部件鉴相器(PD) a. 一旦锁定0 e (t)= 0 e -(很小常数) V d (t)= V d (直流电压) b. 3 0= 3 i 输出频率恒等于输入频率(无角频差，同时控制角频差为最大△ 3 Omax

锁相环电路

手机射频部分的关键电路----锁相环电路锁相坏电路是一种用来消除频率误差为目的反馈控制电路，目前市场销售的手机基本上都是采用这种电路来控制射频电路中的压控振荡器。使其输出准确稳定的振荡频率。如锁相坏(PLL)电路出现故障将导致本振的频率输出不准确，则导致手机无信号。目前通信终端设备中对频率的稳定采用的是频率合成CSYN技术。频率合成的基本方法有三种：第一种直接频率合成；第二种锁相频率合成(PLL)；第三种直接数字频率合成(DDS)。由于锁相频率合成技术在电路设计方面(简单)，成本方面控制灵敏度方面，频谱纯净度方面等。都要胜于直接频率合成，与直接数字频率合成。所以被移动通信终端设备广范采用。它在手机电路中的作用是控制压控振荡器输出的频率，相位与基准信号的频率，相位保持同步。锁相坏电路的构成与工作原理： 1、构成：它是由鉴相器(PD)低通滤波器(LPF) 压控振荡器(VCO)三部分组成。鉴相器：它是一个相位比较器。基准频率信号和压控振荡器输出的取样频率在其内部进行相位比较，输出误差电压。低通滤波器：是将鉴相器输出的锁相电压进行滤波，滤除电流中的干扰和高频成分。得到一个纯净的直流控制电压。压控振荡器：产生手机所要的某一高频频率。（注：SYNEN、SYNCLK、SYNDATA来自CPU控制分频器，对本振信号进行N次分频）。当VCO产生手机所须的某一高频频率。一路去混频管，另一路反馈给锁相环，中的分频器进行N次分频。在这里为什么要进行N次分频呢？首先要说明一下基准频率与VCO振荡取样频率在鉴相要满足3个条件。 ①频率相同。②幅度相同。③相位不同。为了满足鉴相条件，所以在电路中设置了分频器。VCO振荡频率取样信号送入分频器完成N次分频后，得到一个与基准频率相位不同，但频率

全数字锁相环原理及应用

全数字锁相环原理及应用 2011年11月18日摘要：锁相环是一种相位负反馈系统，它能够有效跟踪输入信号的相位。随着数字集成电路的发展，全数字锁相环也得到了飞速的发展。由于锁相精度和锁定时间这组矛盾的存在使得传统的全数字锁相环很难在保证锁定时间的情况下保证锁定精度。鉴于此，本文对一些新结构的全数字锁相环展开研究，并用VHDL语言编程，利用FPGA仿真。为解决软件无线电应用扩展到射频，即射频模块软件可配置的问题和CMOS工艺中由于电压裕度低、数字开关噪声大等因素,将射频和数字电路集成在一个系统中设计难度大的问题，本文尝试提出数字射频的新思路。全数字锁相环是数字射频中最重要的模块之一，它不仅是发射机实现软件可配置通用调制器的基础，还是为接收机提供宽调频范围本振信号的基础。本文针对数字射频中的数字锁相环的系统特性以及其各重要模块进行了研究。关键词：全数字锁相环；锁定时间；锁定精度；PID控制；自动变模控制；数控振荡器；时间数字转换器；数字环路滤波器；FPGA； Principle and Application of all-digital phase-locked loop Abstract: Phase-Locked Loop is a negative feedback system that can effectively track the input signal’s phase. With the development of digital integrated circuits, all-digital phase-locked loop has also been rapidly developed. Because of the contradiction between the existence of phase-locked precision and phase-locked time, it makes the traditional all-digital phase-locked loop difficult to ensure the lock time meanwhile as well as phase-locked precision. So some new structures of all-digital phase-locked loop are analyzed in this paper and programmed in VHDL language with simulation under FPGA. In order to extend the application from radio to RF, which including RF modules software configurable problems and the difficulty to integrate RF and digital circuit in one system due to some factors contain the low voltage and large noise of the digital switches etc. This paper will try to put out a new thought for digital RF. All-digital phase-locked loop is one of the most important modules in digital RF. It is not only the foundation of transmitter which can be realized by software configurable general modulator, but also the foundation of receiver which can be provided wide range of local vibration signal. This paper particularly makes a study of the system character of tall-digital phase-locked loop and its vital modules. Keywords: ADPLL; Locked time; Locked precision; PID control; Auto modulus control; DCO;TDC; Digital Loop Filter; 1. 引言锁相环路是一种反馈控制电路,锁相环的英文全称是Phase-Locked Loop，简称PLL。目前锁相环在通信、信号处理、调制解调、时钟同步、频率综合和自动化控制等领域应用极为广泛，已经成为各种电子设备中不可缺少的基本部件。随着电子技术向数字化方向发展，需要采用数字方式实现信号的锁相处理。因此，对全数字锁相环的研究和应用得到了越来越多的关注。虽然锁相环(PLL)技术已经有了半个多世纪的发展，但是其应用领域也在不断扩大，随着高新科技的发展，使得它的性能需要不断地改进和提高，因此，锁相环的设计与分析也成立集成电路设计者的热点。设计者们也不断提出了新的锁相环结构[1-3]，以适应不同场合的需求。

锁相环的CD4046应用分析

一. 实验目的 1．加深对锁相环基本工作原理的理解。 2．掌握锁相环同步带、捕捉带的测试方法，增加对锁相环捕捉、跟踪和锁定等概念的理解。 3．掌握集成锁相环芯片NE564的使用方法和典型外部电路设计。二、实验使用仪器 1．NE564锁相和调频实验板 2．200MHz 泰克双踪示波器 3. FLUKE 万用表 4. 射频信号发生器 5. 低频信号源三、实验原理本实验采用的是锁相环来实现调频的功能，锁相环是由鉴相器( PD)、环路滤波器( LF)和电压控制振荡器( VCO)三个基本部件组成。它它它是一个相位误差控制系统，它将参考信号与输出信号之间的相位进行比较，产生相位误差电压来调整输出信号的相位，以达到与参考信号同频的目的。锁相环的构成框图鉴相器是相位比较器，用来比较输入信号错误！未找到引用源。与压控振荡器输出信号错误！未找到引用源。的相位，输出电压对应于这两个信号相位差的函数。环路滤波器是滤除错误！未找到引用源。高频分量及噪声，以保证环路所要求的性能。压控振荡器受环路滤波器输出电压错误！未找到引用源。的控制，使振荡频率向输入信号的频率靠拢，直至两者的频率相同，使得VCO 输出信号的相位和输入信号的相位保持某种特定的关系，达到相位锁定的目的。工作原理

*判断环路是否锁定的方法在有双踪示波器的情况下，开始时环路处于失锁状态，加大输入信号频率，用双踪示波器观察压控振荡器的输出信号和环路的输入信号，当两个信号由不同步变成同步，且错误！未找到引用源。时，表示环路已经进入锁定状态。锁相调频电路在普通的直接调频电路中，振荡器的中心频率稳定度较差，而采用晶体振荡器的调频电路，其调频范围又太窄。采用锁相环的调频器可以解决这个矛盾。锁相调频原理框图如下图所示锁相调频原理图正如上面锁相调频原理图所示，实现锁相调频的条件是调制信号的频谱要处于低通滤波器通带之外。使压控振荡器的中心频率锁定在稳定度很高的晶振频率上，而随着输入调制信号的变化，振荡频率可以发生很大偏移。这种锁相环路称载波跟踪型PLL ，本实验中使用的锁相环是NE564。 NE564内部压控振荡器的最高工作频率是50MHz ，从图 10-5的逻辑框图中可以看到，NE564的内部包含一个限幅放大器，对外部的输入信号进行限幅放大，抑制寄生调幅，内部还包含压控振荡器和相位比较器。环路低通滤波器外接，内部有一个放大器对鉴相器的输出电压进行放大，然后经过直流恢复器后得到模拟信号的输出。内部还有一个斯密特触发器，可以得到TTL 电平的数字信号输出。锁相环闭环的拉氏模型方程可以表示为： ()()()()()V i s KF s H s s s KF s θθ==+ ()()()()V e e s s H s s s KF s θθ==+ 四、仿真锁相环传递函数锁相环误差传递函

锁相环应用电路仿真

高频电子线路实训报告锁相环路仿真设计专业学生姓名学号 2015 年 6 月24日

锁相环应用电路仿真锁相环是一种自动相位控制系统，广泛应用于通信、雷达、导航以及各种测量仪器中。锁相环及其应用电路是“通信电子电路”课程教学中的重点容，但比较抽象，还涉及到新的概念和复杂的数学分析。因此无论是教师授课还是学生理解都比较困难。为此，我们将基于Multisim的锁相环应用仿真电路引入课堂教学和课后实验。实践证明，这些仿真电路可以帮助学生对相关容的理解，并为进行系统设计工作打下良好的基础。锁相环的应用电路很多，这里介绍锁相环调频、鉴频及锁相接收机的Multisim仿真电路。 1.锁相环的仿真模型首先在Multisim软件中构造锁相环的仿真模型(图1)。基本的锁相环由鉴相器(PD)、环路滤波器(I P)和压控振荡器(VCO)三个部分组成。图中，鉴相器由模拟乘法器A 实现，压控振荡器为V3，环路滤波器由R1、C1构成。环路滤波器的输出通过R2、R3串联分压后加到压控振荡器的输入端，直流电源V2用来调整压控振荡器的中心频率。仿真模型中，增加R2、R3及的目的就是为了便于调整压控振荡器的中心频率。图1 锁相环的仿真模型 2.锁相接收机的仿真电路直接调频电路的振荡器中心频率稳定度较低，而采用晶体振荡器的调频电路，其调频围又太窄。采用锁相环的调频器可以解决这个矛盾。其结构原理如图2所示。

图2 锁相环调频电路的原理框图实现锁相调频的条件是调制信号的频谱要处于低通滤波器通带之外，也就是说，锁相环路只对慢变化的频率偏移有响应，使压控振荡器的中心频率锁定在稳定度很高的晶振频率上。而随着输人调制信号的变化，振荡频率可以发生很大偏移。图3 锁相环调频的仿真电路根据图2建立的仿真电路如图3所示。图中，设置压控振荡器V1在控制电压为0时，输出频率为0；控制电压为5V时，输出频率为50kHz。这样，实际上就选定了压控振荡器的中心频率为25kHz，为此设定直流电压V3为2.5V。调制电压V4通过电阻Rs接到VCO的输人端，R实际上是作为调制信号源V4的阻，这样可以保证加到VCO输人端的电压是低通滤波器的输出电压和调制电压之和，从而满足了原理图的要求。本电路中，相加功能也可以通过一个加法器来完成，但电路要变得相对复杂一些。 VCO输出波形和输人调制电压的关系如图4所示。由图可见，输出信号频率随着输人信号的变化而变化，从而实现了调频功能。

(完整版)高频开关电源设计毕业设计

目录引言......................................................... 1本文概述 ................................................. 1.1选题背景............................................................................................................................ 1.2本课题主要特点和设计目标 ........................................................................................... 1.3课题设计思路.................................................................................................................... 2SABER软件................................................ 2.1SABER简介 ..................................................................................................................... 2.2SABER仿真流程 ............................................................................................................. 2.3本章小结............................................................................................................................ 3三相桥式全控整流器的设计.................................. 3.1工作原理............................................................................................................................ 3.1.1 三相桥式全控整流电路的特点 ..................................................................................... 3.2保护电路............................................................................................................................ 3.2.1 过电压产生的原因.......................................................................................................... 3.2.2 过压保护 (1) 3.2.3 过电流产生的原因 (1) 3.2.4 过流保护 (1) 3.3SABER仿真 (1) 3.3.1 设计规范 (1) 3.3.2 建立模型 (1)

锁相环的组成和原理及应用

锁相环的组成和原理及应用一.锁相环的基本组成许多电子设备要正常工作，通常需要外部的输入信号与内部的振荡信号同步，利用锁相环路就可以实现这个目的。锁相环路是一种反馈控制电路，简称锁相环(PLL)。锁相环的特点是：利用外部输入的参考信号控制环路内部振荡信号的频率和相位。因锁相环可以实现输出信号频率对输入信号频率的自动跟踪，所以锁相环通常用于闭环跟踪电路。锁相环在工作的过程中，当输出信号的频率与输入信号的频率相等时，输出电压与输入电压保持固定的相位差值，即输出电压与输入电压的相位被锁住，这就是锁相环名称的由来。锁相环通常由鉴相器(PD)、环路滤波器(LF)和压控振荡器(VCO)三部分组成，锁相环组成的原理框图如图8-4-1所示。锁相环中的鉴相器又称为相位比较器，它的作用是检测输入信号和输出信号的相位差，并将检测出的相位差信号转换成uD(t)电压信号输出，该信号经低通滤波器滤波后形成压控振荡器的控制电压uC(t)，对振荡器输出信号的频率实施控制。二.锁相环的工作原理锁相环中的鉴相器通常由模拟乘法器组成，利用模拟乘法器组成的鉴相器电路如图8-4-2所示。鉴相器的工作原理是：设外界输入的信号电压和压控振荡器输出的信号电压分别为： (8-4-1) (8-4-2)

式中的ω0为压控振荡器在输入控制电压为零或为直流电压时的振荡角频率，称为电路的固有振荡角频率。则模拟乘法器的输出电压uD为：用低通滤波器LF将上式中的和频分量滤掉，剩下的差频分量作为压控振荡器的输入控制电压uC(t)。即uC(t)为： (8-4-3) 式中的ωi为输入信号的瞬时振荡角频率，θi(t)和θO(t)分别为输入信号和输出信号的瞬时位相，根据相量的关系可得瞬时频率和瞬时位相的关系为：即 (8-4-4) 则，瞬时相位差θd为 (8-4-5) 对两边求微分，可得频差的关系式为 (8-4-6) 上式等于零，说明锁相环进入相位锁定的状态，此时输出和输入信号的频率和相位保持恒定不变的状态，uc(t)为恒定值。当上式不等于零时，说明锁相环的相位还未锁定，输入信号和输出信号的频率不等，uc(t)随时间而变。

感应加热电源的控制与驱动电路

感应加热电源的控制与驱动电路感应加热电源中电力电子控制电路的构成,显现出多样化组成方式,其控制方案主要是根据感应电源调功方式、加热负载特性要求等不同,控制电路的结构会有所不同。感应加热电源的功率控制调节方式总体上可分为直流侧调功和逆变侧调功两种。直流侧调功又分为三相全控整流器调功和直流斩波器调压调功。逆变侧调功的控制电路方案根据加热工艺特性要求,可以采用的控制方式更灵活, 常用的有调频功（PFM ）、移相调功（PSM)、脉宽调制恒频调功（PWM ）、脉冲密度调制调功（PDM ）、调宽调制加调频调功（PWM+PFM ）、脉宽调制加脉冲密度调制调功（PWM+PDM ）等各种调功方式。下面就感应加热电源控制电路的基本组成和原则作简单叙述，其具体内容将在相关章节中介绍。 (1)控制方式根据感应加热电源负载特性不同,调功方法不同,通常可采用电压反馈控制、电流反馈控制。 1)采用电压控制,其目的是保证输出直流母线电压恒定，也就是说加在感应加热绕组的端电压恒定。控制采样可以取自直流母线电压或逆变器电感绕组或谐振补偿电容上的电压。取样一般采用隔离式电压传感器(TV)，经道算、比较处理,控制品闸管的导通角或逆变器开关管PWM 驱动脉冲的相移或脉宽,达到改变直流输出到逆变器直流母线上的电压或改变逆变器输出电压的平均值(或有效值),最终因闭环负反馈的作用维持输出电压恒定。输人电压的波动,对加热电源的输出功率也就是对工件的加热温度产生较大影响,将直接影响到加热工件的产品工艺质量要求。加热电源的输出功率为P =u 2/Z,在负载不变的条件下,功率P 与电压组或谐振补偿电容上的电压。u 的平方成正比。也就是说,加热温度与电压的平方成正比。如果电压不稳定,加热温度就不均匀,对于毛坯工件加热、淬火要求温度稳定性较高的场合,必须要有自动稳压功能,否则产品质單得不到保证。 2)采用电流控制,其目的是保证输出直流或高频输出电流恒定。控制采样可取自直流母线电流或逆变器感应加热绕组中的电流。取样一般采用隔离式电流传感器感（TA ），电流反馈信号控制的对象同电压控制，目的是达到输出电流的变化，也就是输出功率P 的变化、加热温度的变化。这是因为P=IU u z u z u =?? ? ??=2,因此可以看出，电压U 或负载阻抗Z 的变化，会引起电流I 的变化，即功率或加热温度的变化。 3)采用功率控制，其目的是为了保证感应加热电源的恒功率输出。采样信号同时取样电压和电流信号，经乘法器处理后，经PI 调节器输出与功率给定相比较，控制晶闸管的导通角或逆变器驱动脉冲信号的宽度、相移，或采用动态阻抗匹配法控制电源侧的等效阻抗与负载相等，达到功率的恒定，保证加热温度在给定的功率下恒定，满足工件加热工艺特性和质量要求。 (2)采用直流侧调月i 调功方案的感应加热电源,其控制电路需要有锁相频率自动跟踪系统。无.论是逆变器采用脉宽调制(PwM)控制技本调功，还是采用移相(PSM)调功等,如果逆变侧不进行频率自动照際,会出现两大问题:①逆变器的开关功率器件不能很好地工作在软开关状态,开关器件承受的电压和电流应力大,除了危及器件安全外,开关损耗也增大;②因为逆变器工作频率与谐振电路的固有谐振频率不相等,逆变器回路或者说开关器件中流过较大的无功电流,而且功率因数下降,达不到最大功率输出,逆变器的效率降。频率跟踪的目的是保证逆变器的开关频

锁相环原理及锁相环原理图

问题: 什么是锁相环（PLL）？锁相环的工作原理是什么？锁相环电路对硬件电路连接有什么要求？解答: 锁相环是一种反馈电路，其作用是使得电路上的时钟和某一外部时钟的相位同步。PLL通过比较外部信号的相位和由压控晶振（VCXO）的相位来实现同步的，在比较的过程中，锁相环电路会不断根据外部信号的相位来调整本地晶振的时钟相位，直到两个信号的相位同步。在数据采集系统中，锁相环是一种非常有用的同步技术，因为通过锁相环，可以使得不同的数据采集板卡共享同一个采样时钟。因此，所有板卡上各自的本地 80MHz和20MHz时基的相位都是同步的，从而采样时钟也是同步的。因为每块板卡的采样时钟都是同步的，所以都能严格地在同一时刻进行数据采集。通过锁相环同步多块板卡的采样时钟所需要的编程技术会根据您所使用的硬件板卡的不同而不同。对于基于PCI总线的产品（M系列数据采集卡，PCI数字化仪等），所有的同步都是通过RTSI总线上的时钟和触发线来实现的；这时，其中一块版板卡会作为主卡并且输出其内部时钟，通过RTSI线，其他从板卡就可以获得这个用于同步的时钟信号，对于基于PXI总线的产品，则通过将所有板卡的时钟于PXI内置的10MHz背板时钟同步来实现锁相环同步的。关于更多的不同仪器的锁相环技术，请点击下面相关的连接。锁相环原理及锁相环原理图 1．锁相环的基本组成锁相环中的鉴相器又称为相位比较器，它的作用是检测输入信号和输出信号的相（t）电压信号输出，该信号经低通滤位差，并将检测出的相位差信号转换成u D 波器滤波后形成压控振荡器的控制电压u （t），对振荡器输出信号的频率实施 C 控制。 2．锁相环的工作原理（8-4-1）（8-4-2）

高频开关电源设计与应用

电源网讯传统的工频交流整流电路，因为整流桥后面有一个大的电解电容来稳定输出电压，所以使电网的电流波形变成了尖脉冲，滤波电容越大，输入电流的脉宽就越窄，峰值越高，有效值就越大。这种畸变的电流波形会导致一些问题，比如无功功率增加、电网谐波超标造成干扰等。功率因数校正电路的目的，就是使电源的输入电流波形按照输入电压的变化成比例的变化。使电源的工作特性就像一个电阻一样，而不在是容性的。目前在功率因数校正电路中，最常用的就是由BOOST变换器构成的主电路。而按照输入电流的连续与否，又分为DCM、CRM、CCM模式。DCM模式，因为控制简单，但输入电流不连续，峰值较高，所以常用在小功率场合。C CM模式则相反，输入电流连续，电流纹波小，适合于大功率场合应用。介于DCM和CCM之间的CRM称为电流临界连续模式，这种模式通常采用变频率的控制方式，采集升压电感的电流过零信号，当电流过零了，才开通MO S管。这种类型的控制方式，在小功率PFC电路中非常常见。今天我们主要谈适合大功率场合的CCM模式的功率因数校正电路的设计。要设计一个功率因数校正电路，首先我们要给出我们的一些设计指标，我们按照一个输出500W左右的APFC电路来举例：已知参数：交流电源的频率fac——50Hz 最低交流电压有效值Umin——85Vac 最高交流电压有效值Umax——265Vac 输出直流电压Udc——400VDC 输出功率Pout——600W 最差状况下满载效率η——92% 开关频率fs——65KHz 输出电压纹波峰峰值Voutp-p——10V 那么我们可以进行如下计算： 1，输出电流Iout=Pout/Udc=600/400=1.5A 2，最大输入功率Pin=Pout/η=600/0.92=652W 3，输入电流最大有效值Iinrmsmax=Pin/Umin=652/85=7.67A 4，那么输入电流有效值峰值为Iinrmsmax*1.414=10.85A 5，高频纹波电流取输入电流峰值的20%，那么Ihf=0.2*Iinrmsmax=0.2*10.85=2.17A 6，那么输入电感电流最大峰值为：ILpk=Iinrmsmax+0.5*Ihf=10.85+0.5*2.17=11.94A 7，那么升压电感最小值为Lmin=(0.25*Uout)/(Ihf*fs)=(0.25*400)/(2.17*65KHz)=709uH 8，输出电容最小值为：Cmin=Iout/(3.14*2*fac*Voutp-p)=1.5/(3.14*2*50*10)=477.7uF，实际电路中还要考虑hold up时间，所以电容容量可能需要重新按照hold up的时间要求来重新计算。实际的电路中，我用了1320uF，4只330uF的并联。有了电感量、有了输入电流，我们就可以设计升压电感了！ PFC电路的升压电感的磁芯，我们可以有多种选择：磁粉芯、铁氧体磁芯、开了气隙的非晶/微晶合金磁芯。这几种磁芯是各有优缺点，听我一一道来。

PLL(锁相环)电路原理及设计 [收藏]

PLL(锁相环)电路原理及设计[收藏] PLL(锁相环)电路原理及设计在通信机等所使用的振荡电路，其所要求的频率范围要广，且频率的稳定度要高。无论多好的LC振荡电路，其频率的稳定度，都无法与晶体振荡电路比较。但是，晶体振荡器除了可以使用数字电路分频以外，其频率几乎无法改变。如果采用PLL(锁相环)(相位锁栓回路，PhaseLockedLoop)技术，除了可以得到较广的振荡频率范围以外，其频率的稳定度也很高。此一技术常使用于收音机，电视机的调谐电路上，以及CD唱盘上的电路。一PLL(锁相环)电路的基本构成 PLL(锁相环)电路的概要图1所示的为PLL(锁相环)电路的基本方块图。此所使用的基准信号为稳定度很高的晶体振荡电路信号。此一电路的中心为相位此较器。相位比较器可以将基准信号与VCO (Voltage Controlled Oscillator……电压控制振荡器)的相位比较。如果此两个信号之间有相位差存在时，便会产生相位误差信号输出。 (将VCO的振荡频率与基准频率比较，利用反馈电路的控制，使两者的频率为一致。) 利用此一误差信号，可以控制VCO的振荡频率，使VCO的相位与基准信号的相位(也即是频率)成为一致。 PLL(锁相环)可以使高频率振荡器的频率与基准频率的整数倍的频率相一致。由于，基准振荡器大多为使用晶体振荡器，因此，高频率振荡器的频率稳定度可以与晶体振荡器相比美。只要是基准频率的整数倍，便可以得到各种频率的输出。从图1的PLL(锁相环)基本构成中，可以知道其是由VCO，相位比较器，基准频率振荡器，回路滤波器所构成。在此，假设基准振荡器的频率为fr，VCO的频率为fo。在此一电路中，假设frgt;fo时，也即是VC0的振荡频率fo比fr低时。此时的相位比较器的输出PD 会如图2所示，产生正脉波信号，使VCO的振荡器频率提高。相反地，如果frlt;fo时，会产生负脉波信号。

高频感应加热电源工作原理

高频感应加热电源工作原理【大比特导读】高频感应加热电源在工作原理方面，也与普通的加热电源有着很大不同，本文将会通过对其工作原理的叙述，为大家解读高频感应加热电源加热快、效率高的秘密所在。感应加热电源的研发在最近几年呈现出专业化和快速的趋势，高频感应加热电源凭借着加热速度快、加热均匀等优势，被广泛的应用在工业及生活领域。高频感应加热电源在工作原理方面，也与普通的加热电源有着很大不同，本文将会通过对其工作原理的叙述，为大家解读高频感应加热电源加热快、效率高的秘密所在。高频感应加热电源与普通的感应加热模块一样，也是采用了导体磁束加热的模式。用交流电流流向被卷曲成环状的导体，这种导体通常情况下会采用铜管这种材料，由此产生磁束。将金属放置其中，磁束就会贯通金属体，在与磁束自缴的方向产生涡电流，也就是大家所熟悉的旋转电流，于是感应电流在涡电流的影响下产生发热，用这样的加热方式就是感应加热。由此，对金属等被加热物体在无需直接接触的状态下就能获得加热效果。此时，窝电流将会在线圈接近的物体上集中，感应加热表现出在物体的表面上较强里边较弱的特点，用这样的原理来对被加热体的必要的地方集中加热，达到瞬间加热的效果，从而提高生产效率和工作量等。当然了，使用高频感应加热电源进行加热的成功与否，直接取决于感应线圈设置是否合理，以及加热体的大小、形状、间距等等。感应线圈是要做到均匀加热、加热效果好，并且要有强度和准确度。感应线圈是一般用一圈或数圈的铜管来做，一般采用水冷的方式对线圈进行冷却。结语：高频感应加热电源的感应线圈是高效加热的关键所在，而无需直接触碰就可以快速加热的优势，也让这个感应加热电源的家族新成员迅速获得了生产商的认可。

数字锁相环原理应用

数字锁相环原理及应用 .全数字锁相环结构及原理图1 数字锁相环路的基本结构 (1)数字环路鉴相器（DPD）数字鉴相器也称采样鉴相器，是用来比较输入信号与压控振荡器输出信号的相位，它的输出电压是对应于这两个信号相位差的函数。它是锁相环路中的关键部件，数字鉴相器的形式可分为：过零采样鉴相器、触发器型数字鉴相器、超前—滞后型数字鉴相器和奈奎斯特速率取样鉴相器。 (2)数字环路滤波器（DLF）数字环路滤波器在环路中对输入噪声起抑止作用，并且对环路的校正速度起调节作用。数字滤波器是一种专门的技术，有各种各样的结构形式和设计方法。引入数字环路滤波器和模拟锁相环路引入环路滤波器的目的一样，是作为校正网络引入环路的。因此，合理的设计数字环路滤波器和选取合适的数字滤波器结构就能使DPLL满足预定的系统性能要求。 (3)数字压控振荡器（DCO）数控振荡器，又称为数字钟。它在数字环路中所处的地位相当于模拟锁相环中的压控振荡器（VCO）。但是，它的输出是一个脉冲序列，而该输出脉冲序列的周期受数字环路滤波器送来的校正信号的控制。其控制特点是：前一采样时刻得到的校正信号将改变下一个采样时刻的脉冲时间位置。全数字锁相环工作原理全数字锁相环的基本工作过程如下： (1) 设输入信号 u i (t) 和本振信号（数字压控振荡器输出信号）u o (t) 分别是正弦和余弦信号，他们在数字鉴相器内进行比较，数字鉴相器的输出是一个与两者间的相位差成比例的电压u d (t)。 (2) 数字环路滤波器除数字鉴相器输出中的高频分量，然后把输出电压u c (t)

加到数字压控振荡器的输出端，数字压控振荡器的本振信号频率随着输入电压的变化而变化。如果两者频率不一致，则数字鉴相器的输出将产生低频变化分量，并通过低通滤波器使DCO的频率发生变化。只要环路设计恰当，则这种变化将使本振信号u o (t) 的频率与数字鉴相器输入信号u i (t) 的频率一致。 (3)最后，如果本振信号的频率和输入信号的频率完全一致，两者的相位差将保持某一个恒定值，则数字鉴相器的输出将是一个恒定直流电压（忽略高频分量），数字环路滤波器的输出也是一个直流电压，DCO的频率也将停止变化，这时，环路处于“锁定状态”。

感应加热电源常见问题解读

感应加热电源常见问题解读在感应加热电源的设备调试和日常使用过程中，工程师常常需要临时解决其出现的突发情况，这就需要工程师结合感应加热电源的设计方案和理论知识，及时进行处理。在今天的文章中，我们为大家总结了三种在平时比较常遇到的问题并进行解读，下面就让我们一起来看看这些问题都有哪些吧。常见问题一：感应加热电源的烟气问题应该怎么处理比较稳妥? 对于感应加热电源来说，想要正确处理其烟气问题，我们可以从两个方面来入手，即通常所说的烟气净化或设置烟气捕集装置。先来看烟气净化方式，想要实现对感应加热设备的烟气净化，只有靠除尘器来实现，而除尘器选择的优劣直接影响到除尘系统的捕集效果、除尘电耗以及整个系统能否长期稳定、可靠运行、除尘器的形式繁多，各有利弊。关键在于如何扬长避短，与系统工艺及粉尘组成相适应以获得最佳效果。而设置烟气捕集装置则相对来说繁琐一些，其设置的内容主要包括回转式伞顶吸罩、低阻、大流量管道+调温电动蝶阀、离线气管式脉冲除尘器、锅炉引风机等。这两种方法的选择，需要工程师依据实际情况进行判断。常见问题二：感应加热电源在开机工作时有哪些问题需要特别注意一下? 通常情况下，在感应加热电源的工作过程中，有三类问题需要我们特别注意，分别是水资源短缺、电压过高和电气接地阴极电容设置。先来看水资源短缺问题，在长期使用感应加热设备的过程中，可能会出现因冷却水管水垢或阻塞电容而引起的电力电容器过热和燃烧问题，因此，我们应特别注意在水流量的排放情况，一旦发现排放不正常，则应该使用适当的措施。电气接地阴极电容也是需要特别注意的，电绝缘电容一旦发生损坏，很容易造成故障，因此需要工程师及时排查问题，及时处理故障的电容柜绝缘点。电压过高的情况也同样需

锁相环CD4046 原理及应用

锁相环 CD4046 原理及应用锁相的意义是相位同步的自动控制，能够完成两个电信号相位同步的自动控制闭环系统叫做锁相环，简称PLL。它广泛应用于广播通信、频率合成、自动控制及时钟同步等技术领域。锁相环主要由相位比较器（PC）、压控振荡器（VCO）、低通滤波器三部分组成，如图1所示。图1 压控振荡器的输出Uo接至相位比较器的一个输入端，其输出频率的高低由低通滤波器上建立起来的平均电压Ud大小决定。施加于相位比较器另一个输入端的外部输入信号Ui与来自压控振荡器的输出信号Uo相比较，比较结果产生的误差输出电压UΨ正比于Ui和Uo两个信号的相位差，经过低通滤波器滤除高频分量后，得到一个平均值电压Ud。这个平均值电压Ud朝着减小CO输出频率和输入频率之差的方向变化，直至VCO输出频率和输入信号频率获得一致。这时两个信号的频率相同，两相位差保持恒定（即同步）称作相位锁定。当锁相环入锁时，它还具有“捕捉”信号的能力，VCO可在某一范围内自动跟踪输入信号的变化，如果输入信号频率在锁相环的捕捉范围内发生变化，锁相环能捕捉到输人信号频率，并强迫VCO锁定在这个频率上。锁相环应用非常灵活，如果输入信号频率f1不等于VCO输出信号频率f2，而要求两者保持一定的关系，例如比例关系或差值关系，则可以在外部加入一个运算器，以满足不同工作的需要。过去的锁相环多采用分立元件和模拟电路构成，现在常使用集成电路的锁相环，CD4046是通用的CMOS锁相环集成电路，其特点是电源电压范围宽（为3V－18V），输入阻抗高(约100MΩ)，动态功耗小，在中心频率f0为10kHz下功耗仅为600μW，属微功耗器件。图2是CD4046的引脚排列，采用 16 脚双列直插式，各引脚功能如下：图2?1脚相位输出端，环路人锁时为高电平，环路失锁时为低电平。 ?2脚相位比较器Ⅰ的输出端。 ?3脚比较信号输入端。 ?4脚压控振荡器输出端。 ?5脚禁止端，高电平时禁止，低电平时允许压控振荡器工作。 ?6、7脚外接振荡电容。 ?8、16脚电源的负端和正端。 ?9脚压控振荡器的控制端。 ?10脚解调输出端，用于FM解调。 ?11、12脚外接振荡电阻。