pwm开关型功率放大器
(完整word版)pwm开关型功率放大器
电力电子技术课程设计报告题目PWM开关型功率放大器的设计专业电气工程及其自动化班级电气学号学生姓名指导教师2008 年春季学期一、总体设计1．主电路的选型（方案设计）经过对设计任务要求的总体分析，明确应该使用电力电子组合变流中的间接交流变流的思想进行设计，因为任务要求频率是可变的，故选择交直交变频电路（即VVVF电源）。
交直交变频电路有两种电路：电压型和电流型。
在逆变电路中均选用双极性调制方式。
方案一：采用电压型间接交流变流电路。
其中整流部分采用单相桥式全控整流电路，逆变部分采用单相桥式PWM逆变电路，滤波部分为LC滤波，负载为阻感性。
电路原理图如下所示：方案二：采用电压型间接交流变流电路。
其中整流部分采用单相全桥整流电路，逆变部分采用单相桥式PWM逆变电路，滤波部分为LC滤波，负载为阻感性。
电路原理图如下所示：方案三：采用电压型间接交流变流电路。
其中整流部分采用单相桥式PWM 整流电路，逆变部分采用单相桥式PWM逆变电路，滤波部分为LC滤波，负载为阻感性。
电路原理图如下所示：分析：方案一中整流电路与逆变电路都采用全控型可以通过控制a角的大小来控制Ud的大小。
方案二中的整流电路是单相全桥整流电路，属于不可控型。
Ud大小不可变。
方案三采用双PWM电路。
整流电路和逆变电路的构成可以完全相同，交流电源通过交流电抗器和整流电路联接，通过对整流电路进行PWM控制，可以使输入电流为正弦波并且与电源电压同相位，因而输入功率因数为1，并且中间直流电路的电压可以调整。
但由于控制较复杂，成本也较高，实际应用还不多，故此处没有选用。
经过分析我选用了方案一。
其中控制部分采用双极性PWM波控制触发，从而控制负载电流和电压。
由于逆变部分采用电压型逆变电路，所以当选用电阻性负载时其电流大致呈正弦波，电压呈矩形波。
2. 总体实现框架二、主要参数及电路设计1. 主电路参数设计 由已知条件可得负载端的电流A i U P 5100500===, 电阻205100===i U R Ω。
PWM功率放大电路
P W M功率放大电路集团标准化工作小组 #Q8QGGQT-GX8G08Q8-GNQGJ8-MHHGN#PWM功率放大电路——卢浩天LC梦创电子制作工作室一、PWM功率放大原理PWM功放电路有单极性和双极性之分。
双极性指在一个PWM周期内，电机电枢电压正、负极性改变一次；单极性指PWM功放管工作时，有一个PWM信号端和一个方向控制端，在电机正转或反转时，仅有对应的一对功放管通电，而另一对功放管截止。
因此，电机电枢在正转或反转时，正、负极性是固定的，即是单极性的。
若忽略晶体管的管压降，可以认为PWM功率放大管的输出电平等于电源电压，即|U|=C U。
图1描绘了电枢的电压波形和电流波形。
在图AB中，T为PWM脉冲周期，T为正脉冲宽度，h T为负脉冲宽度。
电枢两端P的电流是一个脉动的连续电流，从图可看出，电枢两端的电流是一个脉动的连续电流，加快PWM的切换频率，电流的脉动就变小，结果近似于直流信号的效果，使电机均匀旋转。
同时，如果改变PWM的脉冲的宽度，电枢中的平均电流也将变化，电机的转速便将随之改变，这就是PWM调速的原理。
在图中，PWM脉冲频率决定了电枢电流的连续性，从而也决定了电机运行的平稳性。
如果脉冲频率切换频率选择不当，电机的低速性能有可能不理想，容易烧坏晶体管，而且由于电流不连续，电机有可能产生剧烈震荡，甚至出现啸叫现象，这些都是不允许的。
因此，在设计PWM功率放大器时，要慎重选择切换频率。
为了克服静摩擦，改善运行特性，切换频率应能使电机轴产生微振，即：式中，T K 为转矩系数，Φ=M T C K （M C 为电机电磁常数、Φ为励磁磁通），C U 为功放电源，A L 为电枢电感，S T 为电机静摩擦力矩。
另外，选择切换频率具体还应考虑以下几个方面：（1）微振的最大角位移应小于允许的位置误差。
在伺服系统中，假设要求位置误差小于δ，则要求切换频率满足下式：式中，J 为电机及负载的转动惯量。
（2）应尽量减小电机内产生的高频功耗。
PWM直流调速的特性及原理
PWM直流调速的特性及原理
晶体管直流脉宽调速系统与晶闸管直流调速系统相比有以下特点：1.主回路需用的功率器件少，线路简单。2.开关频率高，电流容易连续，谐波少，电动机损耗和发热都小。3.低速性能好，稳速精度高，因面调速范围宽。4.系统频带宽，快速响应性能好，动态抗扰能力强。5.直流电源采用不控三相整流时，电网功率因数高。
PWM控制方式的控制单元中速度调节器和电流调节器都采用PI调节器。而且速度调节器的比例增益和复位时间二个参数可以单独调节。该电路具有以下特点：① 自适应反馈。速度调节器有一个自适应PI反馈，这是为了改善在很低速度时的动态性能。②电流极限设定。电路具有电流极限设定。③特性校正环节。这个环节是用来保证在晶体管工作时，有一个安全时间，以使晶体管桥式电路的一个臂不至短路。④监视器。它具有下述功能、：a。阻止延滞或作瞬时调节；b 极限电流信号的处理；c 检测和处理交流电源或直流回路的过压；d 检测设定调节器在极限情况下是否超过允许的时间；e 检查桥式功率晶体管是否过流等。
常用的PWM直流调速系统：脉宽调速系统的主回路 PWM速度控制的主回路即开关功率放大器，从总的来分有双极性工作方式和单极性工作方式两种。各种不同的开关工作方式又可组成可逆开关放大电路和不可逆开关放大电路。
常用的PWM变换器电路有T型单极洗性开关放大电路；T型双极性开关放大电路；H型单极性开关放大电路；H型双极性开关电路。从电路工作过程的分析中可发现，开关放大器输出电压的频率比每个晶体管开关频率高一倍，从而弥补了大功率晶体管开关频率不能做的很高的缺陷，改善了电枢电流的连续性，这也是该电路被广泛采用的原因之一。
D类功放
对于D类功放，大家已经谈了很多，但是目前市场上真正能够商用的电路并不多，虽然理论比较简单，但是要实现确实很难的，首先用于D类功放实现PWM调制信号的三角波的频率是300KHZ-400KHZ左右，后端的LPF就不可避免的存在EMI的问题，另外一个问题就是PWM控制的晶体管的开关特性不可能是理想的开关，所以起效率只有接近100%，一般好的可以达到90%以上。
一般的D类功放都采用PWM反馈信号来达到整个系统的稳定，所以后端滤波器是一个对整体性能起决定作用的部分。
Philips去年推出的TDA8920TH-D类功放放大器就是一个单片的放大器，另外还有由TDA8929T（控制器完成PWM调制）+TDA8926/8927J（放大功能）也能完成同样的功能，典型的供电电压就是+25V/-25V。
当失真不大于10%时的输出功率可以达到2X80W，BTL模式可以达到140W的输出功率，完全可以满足HI-FI的要求，目前广泛应用在汽车电子，DVD/VCD，多功能演播系统中，以及工业通讯中的扬声功能等等D类功放确实存在信号失真较大的问题，但是PHILIPS现在推出的TDA8920TH确实在这个问题上有了很大的改进，在保证大输出功率的情况下（50W），失真THD可以作到小于0.5%,这个我们是实际测试过的。
D类功放中的功率晶体管工作在开关状态，又称作数字功放。
D类功放的效率高达80 %至90 %以上，使用时基本不需要散热器，或者只需要一片很小的散热器，但是它的保真度和A类及AB类功放相比则大为逊色。
理想的功放是保真度高，同时效率也高。
目前多个音响论坛中很难找到数字功放（D类）的标准线路图，关于这类功放的文字介绍也非常少类音频功率放大器的研究摘要：D类音频功率放大器具有高效、节能、数字化、体积小、重量轻的特点，本文通过对D 类音频功率放大器的进一步研究和设计调试结果，表明不久D类音频功率放大器将取代模拟音频放大器的必然趋势。
脉冲宽度调制型功率放大器的原理
脉冲宽度调制型功率放大器（PWM Power Amplifier）是一种应用广泛的功率放大器，在许多领域都有着重要的作用。
它通过调节信号的脉冲宽度，来控制输出信号的功率。
在这篇文章中，我们将深入探讨脉冲宽度调制型功率放大器的原理，以及其在各个领域的应用。
1. 脉冲宽度调制型功率放大器的基本原理脉冲宽度调制型功率放大器是一种非线性功率放大器，其基本原理是通过控制输入信号的脉冲宽度，来控制输出信号的功率。
在PWM功率放大器中，输入信号通常是一个脉冲信号，其脉冲宽度的变化会直接影响输出信号的功率。
2. PWM功率放大器的工作过程在PWM功率放大器中，输入信号的脉冲宽度是通过开关管或其他调制器件来控制的。
当输入信号的脉冲宽度增大时，开关管的通态时间增加，输出信号的功率也随之增大。
反之，当输入信号的脉冲宽度减小时，输出信号的功率也减小。
通过控制脉冲宽度，可以灵活地调节输出信号的功率。
3. PWM功率放大器的优点和应用PWM功率放大器具有功率利用率高、输出波形质量好、成本低廉等优点，因此在工业控制、通信系统、音频放大器等领域都有着广泛的应用。
在工业控制中，PWM功率放大器常常用于驱动电机、控制照明等；在通信系统中，PWM功率放大器则常用于调制信号的功率放大；在音频放大器中，PWM功率放大器可以提供高保真度的音频输出。
4. 个人观点和结论在我看来，脉冲宽度调制型功率放大器作为一种非常重要的功率放大器类型，在现代技术应用中具有着不可替代的地位。
它不仅在工业控制、通信系统、音频放大器等领域发挥着重要作用，同时也通过其高功率利用率、优质的输出波形等特点，为现代技术的发展提供了强大的支持。
总结而言，脉冲宽度调制型功率放大器的原理是通过调节输入信号的脉冲宽度来控制输出信号的功率。
它在各个领域都有着广泛的应用，且具有诸多优点。
相信随着技术的不断进步，脉冲宽度调制型功率放大器将会在更多的领域发挥作用，为人类社会的进步做出更多的贡献。
开关电源功放电路原理
开关电源功放电路原理
开关电源功放电路是一种利用开关管（如MOSFET）进行开关控
制的功率放大器电路。
其原理是通过控制开关管的导通和截止来控
制电源的输出，从而实现对输入信号的放大。
下面我会从几个方面
来详细解释这个原理。
首先，开关电源功放电路的工作原理是利用开关管的开关特性
来控制电源的输出。
当输入信号进入电路时，控制电路会根据输入
信号的变化来控制开关管的导通和截止，使其以一定的频率进行开
关操作。
这样就能够控制电源的输出，实现对输入信号的放大。
其次，开关电源功放电路的工作原理还涉及到脉冲宽度调制（PWM）技术。
通过改变开关管导通的时间比例，即调节脉冲的宽度，可以实现对输出信号的控制。
这种方式可以高效地将电源能量转换
为输出信号，提高功率放大器的效率。
此外，开关电源功放电路还需要配合滤波电路来去除开关操作
产生的高频噪音，以及保护电路来防止过载和短路等情况。
这些辅
助电路的设计也是开关电源功放电路原理的重要组成部分。
总的来说，开关电源功放电路的原理是利用开关管的开关特性和PWM技术来控制电源的输出，实现对输入信号的放大。
配合滤波和保护电路，可以构成一个稳定可靠的功率放大器系统。
希望这些解释能够帮助你理解开关电源功放电路的工作原理。
脉宽调制型(PWM)功率放大器
• 负载是直流电动机时，PWM功放输出 电压 U D u U U ρ = u K u o= a v= D i= i U i m
• 负载是直流电动机时，PWM功率放大器 等效为比例环节。
思考题 • 若PWM功率放大器的负载是纯电阻， 输出量是电功率或电阻产生的热量， 它还能起到调节和放大器的作用吗？ 为什么？
d i U EU E D D a i () t= ( I ) e u = R i+ L + EU =D a 0 A B aa a R R d t a a
U -E ia(t) : I0 D场能增加。
电 动 机 状 态 ： 0 << t t 1
TT 、 截 止 ，减 i ( t )小 。 2）t1< t <T 1 4 a ia : AB • 只有D2和D3正常导通。
R - at L a
• 电源吸收电能， 电流减小，磁场能减小。
3 说明 (1) 0<t<t1 (T< t <T+ t1)，T1、T4 正 向基极偏压，但UCE=-0.7V ，故不导通。 (2) 若无D1、D4 ， T2、T3 截止时将被击穿。
0 ,( it , I 0 , U E 。 3.轻载状态 T e m a)0 a v a v • 电流有正有负，上述两个状态中的四种 情况，在一个周期内 交替出现。
• 开关式功放的晶体管主要工作在 饱和与截止状态，晶体管起开关作用。 • 开关式功放以断续供电代替连续供电。 一般说，电机连续运转，需要连续供电。 • 用断续供应的方式，能满足对电能的 连续性的需要? • 实际当中，用断续供应的方式， 来满足对物质和能量的连续性的需要， 司空见惯。…
• 用断续供应的方式，代替连续供应， • 关 键 ： 要有储存的仓库。 • 断续供电方式满足对电能的连续要求， 关健是要有贮存能量的仓库。电机？ • 电机电感贮存磁场能，Li2/2 。 • 供电时利用电机电感贮存磁场能， • 断电时利用电机电感的磁场提供电流。 • 对电机，可以采用断续供电方式。
功率放大器的分类及其参数
功率放大器的分类及其参数功率放大器（简称：功放）（Power Amplifier）功率放大器，顾名思义，是将功率放大的放大器。
进入微弱的信号，如话筒、VCD、微波等等送到前置放大电路，放大成足以推动功率放大器信号幅度，最后后级功率放大电路推动喇叭或其它设备，它最大的功用，是当成输出级（Output Stage）使用。
从另一个角度来看，它是在做大信号的电流放大，以达到功率放大的目的。
从广义上来说功率放大器不局限于音频放大，很多场合都会用到它，如射频、微波、激光等等。
功率放大器的分类：1、纯甲类功率放大器纯甲类功率放大器又称为A类功率放大器（Class A），它是一种完全的线性放大形式的放大器。
在纯甲类功率放大器工作时，晶体管的正负通道不论有或没有信号都处于常开状态，这就意味着更多的功率消耗为热量。
纯甲类功率放大器在汽车音响的应用中比较少见，像意大利的Sinfoni高品质系列才有这类功率放大器。
这是因为纯甲类功率放大器的效率非常低，通常只有20-30%，音响发烧友们对它的声音表现津津乐道。
2、乙类功率放大器乙类功率放大器，也称为B类功率放大器（Class B），它也被称为线性放大器，但是它的工作原理与纯甲类功率放大器完全不同。
B类功放在工作时，晶体管的正负通道通常是处于关闭的状态除非有信号输入，也就是说，在正相的信号过来时只有正相通道工作，而负相通道关闭，两个通道绝不会同时工作，因此在没有信号的部分，完全没有功率损失。
但是在正负通道开启关闭的时候，常常会产生跨越失真，特别是在低电平的情况下，所以B 类功率放大器不是真正意义上的高保真功率放大器。
在实际的应用中，其实早期许多的汽车音响功放都是B类功放，因为它的效率比较高。
3、甲乙类功率放大器。
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电力电子技术
课程设计报告
题目PWMf关型功率放大器的设计
专业电气工程及其自动化
班级电气
学号
学生姓名
指导教师
2008年春季学期
起止时间：2008年6月23日至2008年6月27日
一、总体设计
1 •主电路的选型（方案设计）
经过对设计任务要求的总体分析，明确应该使用电力电子组合变流中的间接交流变流的思想进行设计，因为任务要求频率是可变的，故选择交直交变频电路（即VVVF 电源）。
交直交变频电路有两种电路：电压型和电流型。
在逆变电路中均选用双极性调制方式。
方案一：采用电压型间接交流变流电路。
其中整流部分采用单相桥式全控整流电路，逆变部分采用单相桥式PWM e变电路，滤波部分为LC滤波，负载为阻感性。
电路原理图如下所示：
方案二：采用电压型间接交流变流电路。
其中整流部分采用单相全桥整流电路，逆变部分采用单相桥式PWM K变电路，滤波部分为LC滤波，负载为阻感性。
电路原理图如下所示：
方案三：采用电压型间接交流变流电路。
其中整流部分采用单相桥式PWM 整流电路，逆变部分采用单相桥式PWM e变电路，滤波部分为LC滤波，负载为阻感
性。
电路原理图如下所示：
分析：
方案一中整流电路与逆变电路都采用全控型可以通过控制a角的大小来控制Ud 的大小。
方案二中的整流电路是单相全桥整流电路，属于不可控型。
Ud大小不可变。
方案三采用双PWM&路。
整流电路和逆变电路的构成可以完全相同，交流电源通过交流电抗器和整流电路联接，通过对整流电路进行PWMI制，可以使输入电流为正弦波并且与电源电压同相位，因而输入功率因数为1,并且中间
直流电路的电压可以调整。
但由于控制较复杂，成本也较高，实际应用还不多，故此处没有选用。
经过分析我选用了方案一。
其中控制部分采用双极性PWM波控制触发，从而控制负载电流和电压。
由于逆变部分采用电压型逆变电路，所以当选用电阻性负载时其电流大致呈正弦波，电压呈矩形波。
0.9Ud
、主要参数及电路设计
1. 主电路参数设计
■
由已知条件可得负载端的电流I
P _
500 U
一
100
R = U = = 20
电阻R i 5 20
Q 。
电压计算：对电压波形进行定量分析, 把幅值为Ud 的矩形波U o 展开成傅立叶级数得
4U
U o
(sin t sin3 t sin5 t )
其中基波的幅值U o1 m 和基波有效值U ol 分别为
4U
o1m
-1.27U
2 2U
o1
二
0.9U
所以
0.9
100 0.9 111.1V
因为U =0.9U cos
所以U
0.9 cos a
二
142 .56V
2•总体实现框架
由此确定变压器的变比为1.54 2. 滤波时电感L=10mH 电容C=1mF 3. 并联的电容C=10mF
三、仿真验证（设计、存在的问题及解决方法） 1. 测试方案
交流电压经过变比为3： 1变压器输出适合本题大小要求的电 压，通过单相桥式全控整流以后，再接 PWM 逆变电路，PWM F 关型 交流信号功率放大器控制IGBT 的导通与关断。
通过对输入信号幅值 的调节来控制占空比，从而控制输出电压、电流的大小。
2. 仿真验证
a ） 主电路输入为单相交流电源，额定电压 220V ；
b ） 要求放大器额定输出功率 500VA ，额定输出电压IOOV AC ，放大 倍数为20；
Ini . so . ^^AAAr-
■ ■ X o ■
c）输入信号：0~5V AC，信号频率范围：40~500Hz;
3. 仿真波形
1. 信号波和载波的图形
2. 产生的PWM波
0114 0.K
Tins 倒0.10
Timg (s) Ur
D.OD 0X2
4.
逆变后电压波形
Do1
120.0
口
1M.OO
30.00
50.00
40.00
20.00
0 00
5. 滤波后电压、电流波形
3.
整流后电压波形
Ud
120.00
0.00
0.00
口.04
口.0
&
OJO
20.00
0.00
0.04
0 06
Time ⑤
0.10
100.00
80.00
60.00
40.00
20.00
0.02
0.08
4. 存在的问题及解决方法
(1)在用晶闸管做整流电路时使用的方波发生装置来触发，由于对其脉冲和相角没能正确的设置，导致输出的波形并非设计的目的波形，通过仔细分析和检查，终于懂了问题的所在，应在每个周期触
发一次通过改正使脉冲频率为50HZ从而正确得出结果。
(2)由于本题要用PW控制，所以在做逆变电路时，对于IGBT 的触发电路没能正确的掌握，仅仅通过套用资料上的一些例子来希望得到正确的结果，进入了误区，使电路不能良好运行。
通过查资料和老师的指导，仅使用一个放大器，对载波和信号波进行比较，再利用开关和反相器，从而实现了PW控制IGBT的触发的要求。
(3)对与实验结果，刚开始时负载端电流类似正弦波，电压为矩形波，以为这就是最后结果，经过老师指导才明白，应为存在谐波的影响才这样，所以输出要加滤波，从而得到正确的结果。
(4)在把整流电路和逆变电路连在一起的时候还要注意同步的问题。
四、小结
紧张的一周电力电子课程设计终于结束了，这次我做的课题是PWM 开关型功率放大器的设计与分析，刚拿到课题看，基本上知道是属于单相交直交变频电路的问题，但是要求课本上讲的都是比较基础的一些关于调压电路的知识，面对复杂而具体的任务要求，不得不求助于图书馆，拿到题目当天就去找了课题相关的科目阅读大量相关内容后开始构思设计，其中遇到了不少的难题，但也学到了很多东西。
经过本次的课程设计，更多的掌握了电力电子器件的工作方
式以及他们在工作时需要注意的问题。
就好比说PWM勺控制原理和应用，整流电路和逆便电路在具体应用中个子应该主义的那些问题，以及逆变出来的波形含有大量的谐波，应该对其输出进行滤波，才能得到正确的结果。
以前上课听老师讲过这些知识，可是当自己真正去实践证实之后明白理论需要实践来充实，类似这样的例子还有很多。
能够运用自己所学的知识，做成真正意义上的实物去实现某种功能，自己感觉很欣
慰，也算是学以致用把，在这其中指导老师给了我不少的帮助，功不可没。
很感谢有这次实践机会，通过这次实践使我对以后电力电子的学习有了更深厚的基础。
希望以后会有更多这样多机会。
附件：参考文献
郑琼林，耿文学，《电力电子电路精选：常用元器件实用电路设计实例》，电子工业出版社；
苏文平，《新型电子电路应用实例精选》，北京航空航天大学出版社；
徐德鸿沈旭杨成林周邓燕译，《开关电源设计指南》，机械工业出版社
付家才，《应用电子工程实践技术》，化学工业出版社
朱兆优等，《电子电路设计技术》，国防工业出版社
王兆安，《电力电子技术》，机械工业出版社；
陈国呈译，《电力电子电路》，日本电气学会编，科学出版社；
岳庆来，《变频器、可编程序控制器及触摸屏综合应用技术》，机械工业出版社；。