基于PWM控制的稀土永磁发电机的稳压器设计

基于PWM控制的稀土永磁发电机的稳压器设计
【摘要】文章介绍了一种基于PWM控制的汽车用稀土永磁发电机的电子稳压电路，主电路采用了三相桥式整流电路加直流斩波电路的方式，控制部分采用了PWM控制方式，提高了稳压精度。

【关键词】永磁发电机；PWM；稳压器
随着MOSFET、IGBT等电力电子器件和控制技术的迅猛发展，大多数永磁发电机在应用中，可以不必进行磁场控制而只进行电枢控制，设计时把稀土永磁材料、电力电子器件和新的控制技术结合起来，使永磁发电机在崭新的工况下运行。

目前常见的电子稳压方案是三相半控桥式整流电路，在已有的整流稳压电路中，对三相半控整流桥的控制多采用电压比较控制式[1]。

由于整流电路中采用的晶闸管具有半控性，这带来了电压控制精度不高的问题。

本文介绍一种基于PWM稳压控制的三相整流稳压电路，该电路可以很好的解决上述问题。

1 PWM稳压控制电路设计
本文中的主电路采用了三相桥式整流电路加直流斩波电路的方式，对直流斩波电路的开关元件的控制采用了PWM控制方式，而对整流电路则不加控制。

图1 PWM稳压电路图
1.1 PWM稳压控制电路的组成
在图1中可以看到该稳压电路的控制部分以TL494芯片为核心，外围电路由电源电路、基准电压、检测电路、触发电路、振荡电路组成。

电源电路由稳压管VD、电阻R1和电容C1组成，提供给TL494芯片工作电源。

基准电路由电位器R2、电阻R3和电阻R4串联组成。

TL494芯片的14号管脚可以输出5 V的基准电压，该基准电压经R2、R3和R4分压生成基准电压提供给TL494芯片的1号管脚，即误差比较放大器的同相输入端。

由于元器件性能的分散性，不同的TL494芯片提供的基准电压会略有不同，因此需要调整电位器R2的阻值来改变基准电压的大小。

基准电压的大小可由下式求出：
检测电路由R9和R10串联组成。

该检测电路将分压后，作为采样电压提供给TL494芯片的2号管脚，即误差比较放大器的反相输入端。

采样电压的大小可由下式求出：
触发电路由R5和R7串联组成。

为了提高驱动能力，本设计中采用了并联输出方式，即TL494芯片的8脚和11脚并联输出。

该电路的工作原理是：当8
脚和9脚为高电平时，R5和R7串联支路不导通，经过R5直接驱动MOSFET 管VT，使之开通；当8脚和11脚为低电平时，R5和R7串联支路导通，为R5和R7选者适合的电阻值，使R7分得的电压低于MOSFET管的开启电压，则VT不导通。

振荡电路由电阻R8和电容C2组成。

TL494芯片的工作频率由电阻R8和电容C2的大小决定，频率大小为：
1.2 PWM稳压控制电路的工作原理
当采样电压低于基准电压时，即误差放大器的反相输入端2脚的电压低于误差放大器的同相输入端1脚的电压，PWM信号的脉冲较窄，则TL494芯片的末级输出晶体管1和末级输出晶体管2的导通时间较短，从而8脚和11脚为高电平的时间较长，触发电路的导通时间较短，所以MOSFET管VT的开通时间较长，导致升高。

当采样电压高于基准电压时，即误差放大器的反相输入端2脚的电压高于误差放大器的同相输入端1脚的电压，PWM信号的脉冲变宽，则TL494芯片的末级输出晶体管1和末级输出晶体管2的导通时间变长，从而8脚和11脚为低电平的时间变长，触发电路的导通时间就变长，所以MOSFET管VT的开通时间就变短，导致降低。

如此循环工作，使稳定在期望的14.25 0.25 V范围内[2]。

2 试验数据
根据PWM稳压电路图，设计并焊接好电路试验板。

将电路试验板与发电机连接进行试验。

在不同负载的情况下，得出如下数据。

2.1 空载时
表1 空载单位：V 表2 负载电流12A 单位：V
从以上数据可以得出：当输入电压在20V到50V范围内，PWM稳压电路的输出电压控制在14.00V到14.35V之间，完全可以满足汽车用发电机电压在14.250.25V范围内的要求。

2.2 结语
基于PWM控制的汽车用稀土永磁发电机的电子稳压器线路简单可靠，输出电压精度高，稳压范围大，特别是与三相半控桥式整流电路相比，由于采用了高频全控方式，解决了因晶闸管的半控性带来的低负载时电压控制精度不高的问题。

参考文献：
[1]杨勇.汽车用稀土永磁发电机与PWM稳压控制技术的研究[D].山东理工大学，2008.
[2]张学义，曾庆良，史立伟.等.车辆用42V可控整流稳压式稀土永磁发电机的设计[J].微电机，2011（5）.。