基于PWM大功率超声波电源的设计
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101 Automation & Measurement:
Design of Multimedia Visible Telemeter for Car Reversing Aid System This paper describes the research and development of a multimedia visible telemeter for car reversing aid system. Firstly, the paper introduces the advantage of integrating the telemeter and visible terminal. Then it describes the working principle of this telemeter. The system uses car TV as the display screen, and includes infrared telemeter module, character overlap module, and host controller module.
124
（２）
为了防止桥臂直通，设有死区
时间 ，其值由 Ｒ 和 Ｃ 决定。信号的
５
ｔ
占空比随 Ｕｇ变化 ，Ｕｇ越高 ， Ｎ１的输
出越大，Ｎ２输出脉冲的占空比也就
2006.12 电子设计应用
图 ５逆变电路栅极驱动电压波形图
POWER SUPPLY TECHNOLOGIES
电源技术
■ 内蒙古科技大学 机械工程学院 苏凤岐 汪建新 孙建平
基于 Ｐ Ｗ Ｍ 大功率超声波电源的设计
摘 要：本文详细介绍了为驱动磁滞伸缩换能器而设计的一种频率、功率可调式大功率超声波电源，该电源采 用由ＩＧＢＴ构成的全桥式逆变主电路，实现了逆变降压和输出电压调控。控制电路以脉宽调制电路为核 心，通过给定信号和反馈信号电压的比较，获得宽度可变的脉冲信号，调节电源的输出电压，并实现对电 源的闭环控制。
45 Nikkei Electronics Column:
Multicore Will Change Software Development
85 ICDesign:
Visibility Enhancement Technologies Optimize Late Stage Verification and Chip Debug Methodologies Visibility enhancement technology can mitigate the expense of obtaining enough signal value information to debug complex problems in silicon validation, emulation and full-chip simulation. By automatically analyzing a design to determine the essential signals, expanding the values for signals not captured, and correlating low-level signals back up to the RTL description, design comprehension is greatly enhanced and debug time is dramatically reduced, along with the cost of verification and validation.
越大，从而实现了脉宽调制。 驱动电路 驱动电路的作用是把脉宽调制
器输出两路信号进行功率放大，分别 驱动ＩＧＢＴ管Ｔｒ１， Ｔｒ２、Ｔｒ３和 Ｔｒ４，并且 实现主电路和控制电路的隔离。驱
电压在比较器中进行比较，从而在 动电路图如图４所示，脉宽调制芯片
比较器的输出端输出一个随误差放 大器输出电压的高低而改变脉宽的 方波脉冲。再将此方波脉冲送或非
2006.12 电子设计应用
POWER SUPPLY TECHNOLOGIES
电源技术
时间。
控制电路
控制电路主要由电子控制电路
和驱动电路构成，而电子控制电路
又包括时序控制电路和脉宽调制电
路。其中，脉宽调制电路是整个超
声电源控制系统的核心，它与控制
系统中的其它电路都有直接联系，
高。另外，功率开关管在正常运行
情况下，最大的反向电压不会超过
电源电压，４个能量恢复二极管能
消除一部分由漏感产生的瞬时电
压，无须设置能量恢复绕组，反激
Hale Waihona Puke 能量便得到恢复利用。在全桥式逆
变电路中，采用ＩＧＢＴ作为大功率开
关器件。ＩＧＢＴ管构成的逆变器的电
图 １ 超声波发生器原理框图
路原理图如图２所示。 交流电经桥式整流器而获得直
度随输出电压变化而变化的脉冲信
号Ｕａ和Ｕｂ ，但两者相位差为１８０°。 开关频率由外接定时电阻Ｒｔ和定时 电容 Ｃｔ决定 ，振荡频率如公式 ２所 示。
结语 综上所述，由于 ＰＷＭ技术的使 用，使其动态响应速度提高，实现了 输出电压、频率的可调性。设计师 可根据负载的不同要求，获得比较 完善的效果。■ 参考文献： １ 张占松．开关电源的原理及 设计 北京： 电子工业出版社，１９９９ ２ 李成章． 电源 北京： 电子工业 出版社，１９９０
110 Embedded Systems:
Design of Serial Bus of PowerPC860 Based on VxWorks This paper introduces the hardware and software design of serial bus system for PowerPC860 based on VxWorks. It discusses the character of PowerPC860's peripheral interface and the implementation of dual-serial bus and multi-serial bus.
Ｄｅｃｅｍｂｅｒ， ２００６
电子设计应用
Electronic Design & Application World-Nikkei Electronics China
Guide
2 0 Industry Analysis:
Mixing it up - Addressing the Mixed-Signal Semiconductor Challenge
的两路输出信号 Ｕａ 和 Ｕｂ 经过 ４ 个 ＭＯＳ 管 Ｔ１￣Ｔ４ 组成的桥式电路进行 功率放大。当脉宽调制芯片没有脉
门的一个输入端，或非门另三个输 入端分别为触发器、振荡锯齿波、 欠压锁定。最后，在输出晶体管 Ａ
冲输出时，Ｔ１和Ｔ３处于导通状态，Ｔ２ 和 Ｔ４处于截止状态。当Ｕａ输出脉冲
和输出晶体管Ｂ上分别得到脉冲宽
为热点研究领域之一。本文介绍的 原理框图如图１所示。
而逆变器则是其核心部件。
高频换能器驱动电源，采用全桥移
主电路是将电能从电网传递给
逆变器
相式串联电路拓扑，以单片脉宽调 负载的电路，其主要作用是减小变
本设计采用的逆变电路为全桥
制电路为核心、ＩＧＢＴ功率管为功率 压器体积和改善电源的动态品质。 式逆变电路，其优点是：适用于大
流变交流的过程。Ｔｒ１， Ｔｒ２、Ｔｒ３， Ｔ ｒ４的 通断受控于电子控制电路，其每秒
钟驱动 ＩＧＢＴ的次数决定了电源的
工作频率。
中频变压器
在逆变器部分， 中频变压器的
作用是实现电压变换，功率传递以
及输入、输出之间的隔离。由于中 频变压器的工作频率较高，随着频
图３ 脉宽调制电路图
Electronic Design & Application World-Nikkei Electronics China 123
率的增大，铁芯的铁损将成倍增加。 为了减少其铁损需选用厚度极薄的 硅钢片，这显然是很不经济的，因而 选用高导磁合金材料的铁氧体磁 芯。铁氧体磁芯的规格可根据输出 功率及其效率来确定，则磁芯有效 截面积 Ａｅ、总磁感应强度增量△ Ｂ 也就确定。根据公式１，可计算出中 频变压器的原边绕组匝数。
（１）
关键词： ＩＧＢＴ；波形发生器；超声换能器；脉宽调制
122
引言
超声波电源的设计
实现对逆变器的闭环控制。
近年来，随着全控制型电子器
超声波电源的组成及原理框图
逆变主电路
件和 ＰＷＭ技术的迅速发展，功率超
逆变式超声波电源主要由主电
逆变主电路包括输入整流滤波、
声的应用及其驱动电源的开发已成 路和控制电路两部分组成，其基本 逆变器和输出滤波三个主要部分，
其主要作用是将电压给定信号和电
压反馈信号进行比较放大，根据给
图 ２ 桥式变换电路图
定值与反馈值的差值，输出相应宽 度的脉冲信号，以调整电源输出电
压的大小。通常采用定频率调脉宽
流电压，并经Ｃ０滤波，变成平滑的直 流电压 Ｖ＋。该电压加在 ＩＧＢＴ 功率 管Ｔｒ１、Ｔｒ２、Ｔｒ３、 Ｔｒ４组成的逆变桥上。 当 Ｔｒ１、Ｔｒ２、Ｔｒ３、Ｔｒ４都截止时 ，中频 变压器Ｔ原边线圈绕组Ｔ１ｐ两端的电 压 Ｕ１＝０。给 Ｔｒ１、Ｔｒ３触发脉冲 ，这两 个功率管导通， Ｔｒ２、Ｔｒ４截止时， 此 时中频变压器Ｔ原边线圈绕组Ｔ１ｐ两 端的电压Ｕ１＝Ｖ＋，流经变压器原边线 圈绕组Ｔ１ｐ的电流方向由下至上。当 Ｔｒ１、Ｔｒ３截止 ， Ｔｒ２、Ｔｒ４导通时， 此时 中频变压器Ｔ原边线圈绕组Ｔ１ｐ两端 的电压 Ｕ１＝－Ｖ＋，变压器原边线圈绕 组Ｔ１ｐ电流的方向为由上至下。由此 可见 ，通过 Ｔｒ１、Ｔｒ３和 Ｔｒ２、Ｔｒ４的交替 导通和关断，也就是交替驱动Ｔｒ１、Ｔｒ３ 和 Ｔｒ２、Ｔｒ４， 中频变压器 Ｔ的二次侧 即得到矩形波交流输出，实现了直
92 Communications & Computer:
Design of Receiving Card Based on PCI IP Core DVB receiver system based on Altera PCI IP is designed in this paper. The hardware design of the system is introduced. By using PCI IP core, Altera EP1C12 and high-speed serial receiver, the receiving card can receive the DVB-ASI signal.
POWER SUPPLY TECHNOLOGIES
电源技术
图４ 驱动电路图
时，Ｔ１和Ｔ２的栅极是高电平，因此，Ｔ１
截止，Ｔ２导通，＋２０Ｖ电源电压通过Ｔ３、
Ｂ 、Ｔ 和 Ｒ 接地 ，Ｂ 原边电压上正
２
２
１２
２
下负；同理 ，当 Ｕ 输出脉冲时，Ｔ 截
ｂ
３
止 ，Ｔ 导通 ，＋２０Ｖ电源电压通过 Ｔ 、
４
１
Ｂ２、Ｔ４ 和 Ｒ１２ 接地 ，Ｂ２原边电压下正
上负。脉冲变压器电压经二次耦合
输出驱动脉冲信号，驱动脉冲信号
分四路，分别经门极电阻直接驱动
ＩＧＢＴ 管，驱动电压波形图如图 ５所
示。控制电路以脉宽调制芯片为核
心，辅以驱动电路和控制电路来达到
对电源输出特性的控制，实现所要
求的电气性能和参数。
给定电压Ｕｇ和反馈电压Ｕｆ分别 接至误差放大器Ｎ１的同相端和反相 端，Ｎ１ 端的输出电压ＵＮ１接至比较器 Ｎ２的反相输入端，同时，振荡器产生 的三角波信号ＵＮ２，接至Ｎ２的同相输 入端。误差放大器的输出与锯齿波
开关器件，实现了大功率输出。它 控制电路则主要为逆变主电路提供 功率输出，主变压器只需一个原边
具有效率高、性能稳定、体积小、质 开关脉冲信号，驱动逆变主电路工 绕组，通过正、反向的电压得到正、
量轻和调节方便等优点。
作，并借助反馈电路和给定电路来 反向的磁通。因此，变压器铁芯和
绕组得到最佳利用，使效率得到提
其中，Ｎｐ为变压器原边绕组匝 数，Ｕ１为变压器绕组电压，△ Ｂ为 总磁感应强度增量，Ｔｏｎ为最大导通
的 ＰＷＭ 方式来达到换能器所需的 各种特性控制。脉宽调制电路还有 欠压、过压、过流等保护功能，封锁 输出脉冲，使电源停止输出。另外， 脉宽调制电路还具有软启动、死区 设定等功能。
脉宽调制电路 本设计采用 ＳＧ３５２５Ａ 作为电 源的 ＰＷＭ 芯片。该芯片使用简单 ， 只需要外接少量电阻电容，即可构 成所需的脉宽调制电路。如图３所 示，芯片内部主要由误差放大器Ｎ１、 比较器Ｎ２、 振荡器、分相器和触发 器等组成。
Design of Multimedia Visible Telemeter for Car Reversing Aid System This paper describes the research and development of a multimedia visible telemeter for car reversing aid system. Firstly, the paper introduces the advantage of integrating the telemeter and visible terminal. Then it describes the working principle of this telemeter. The system uses car TV as the display screen, and includes infrared telemeter module, character overlap module, and host controller module.
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（２）
为了防止桥臂直通，设有死区
时间 ，其值由 Ｒ 和 Ｃ 决定。信号的
５
ｔ
占空比随 Ｕｇ变化 ，Ｕｇ越高 ， Ｎ１的输
出越大，Ｎ２输出脉冲的占空比也就
2006.12 电子设计应用
图 ５逆变电路栅极驱动电压波形图
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电源技术
■ 内蒙古科技大学 机械工程学院 苏凤岐 汪建新 孙建平
基于 Ｐ Ｗ Ｍ 大功率超声波电源的设计
摘 要：本文详细介绍了为驱动磁滞伸缩换能器而设计的一种频率、功率可调式大功率超声波电源，该电源采 用由ＩＧＢＴ构成的全桥式逆变主电路，实现了逆变降压和输出电压调控。控制电路以脉宽调制电路为核 心，通过给定信号和反馈信号电压的比较，获得宽度可变的脉冲信号，调节电源的输出电压，并实现对电 源的闭环控制。
45 Nikkei Electronics Column:
Multicore Will Change Software Development
85 ICDesign:
Visibility Enhancement Technologies Optimize Late Stage Verification and Chip Debug Methodologies Visibility enhancement technology can mitigate the expense of obtaining enough signal value information to debug complex problems in silicon validation, emulation and full-chip simulation. By automatically analyzing a design to determine the essential signals, expanding the values for signals not captured, and correlating low-level signals back up to the RTL description, design comprehension is greatly enhanced and debug time is dramatically reduced, along with the cost of verification and validation.
越大，从而实现了脉宽调制。 驱动电路 驱动电路的作用是把脉宽调制
器输出两路信号进行功率放大，分别 驱动ＩＧＢＴ管Ｔｒ１， Ｔｒ２、Ｔｒ３和 Ｔｒ４，并且 实现主电路和控制电路的隔离。驱
电压在比较器中进行比较，从而在 动电路图如图４所示，脉宽调制芯片
比较器的输出端输出一个随误差放 大器输出电压的高低而改变脉宽的 方波脉冲。再将此方波脉冲送或非
2006.12 电子设计应用
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电源技术
时间。
控制电路
控制电路主要由电子控制电路
和驱动电路构成，而电子控制电路
又包括时序控制电路和脉宽调制电
路。其中，脉宽调制电路是整个超
声电源控制系统的核心，它与控制
系统中的其它电路都有直接联系，
高。另外，功率开关管在正常运行
情况下，最大的反向电压不会超过
电源电压，４个能量恢复二极管能
消除一部分由漏感产生的瞬时电
压，无须设置能量恢复绕组，反激
Hale Waihona Puke 能量便得到恢复利用。在全桥式逆
变电路中，采用ＩＧＢＴ作为大功率开
关器件。ＩＧＢＴ管构成的逆变器的电
图 １ 超声波发生器原理框图
路原理图如图２所示。 交流电经桥式整流器而获得直
度随输出电压变化而变化的脉冲信
号Ｕａ和Ｕｂ ，但两者相位差为１８０°。 开关频率由外接定时电阻Ｒｔ和定时 电容 Ｃｔ决定 ，振荡频率如公式 ２所 示。
结语 综上所述，由于 ＰＷＭ技术的使 用，使其动态响应速度提高，实现了 输出电压、频率的可调性。设计师 可根据负载的不同要求，获得比较 完善的效果。■ 参考文献： １ 张占松．开关电源的原理及 设计 北京： 电子工业出版社，１９９９ ２ 李成章． 电源 北京： 电子工业 出版社，１９９０
110 Embedded Systems:
Design of Serial Bus of PowerPC860 Based on VxWorks This paper introduces the hardware and software design of serial bus system for PowerPC860 based on VxWorks. It discusses the character of PowerPC860's peripheral interface and the implementation of dual-serial bus and multi-serial bus.
Ｄｅｃｅｍｂｅｒ， ２００６
电子设计应用
Electronic Design & Application World-Nikkei Electronics China
Guide
2 0 Industry Analysis:
Mixing it up - Addressing the Mixed-Signal Semiconductor Challenge
的两路输出信号 Ｕａ 和 Ｕｂ 经过 ４ 个 ＭＯＳ 管 Ｔ１￣Ｔ４ 组成的桥式电路进行 功率放大。当脉宽调制芯片没有脉
门的一个输入端，或非门另三个输 入端分别为触发器、振荡锯齿波、 欠压锁定。最后，在输出晶体管 Ａ
冲输出时，Ｔ１和Ｔ３处于导通状态，Ｔ２ 和 Ｔ４处于截止状态。当Ｕａ输出脉冲
和输出晶体管Ｂ上分别得到脉冲宽
为热点研究领域之一。本文介绍的 原理框图如图１所示。
而逆变器则是其核心部件。
高频换能器驱动电源，采用全桥移
主电路是将电能从电网传递给
逆变器
相式串联电路拓扑，以单片脉宽调 负载的电路，其主要作用是减小变
本设计采用的逆变电路为全桥
制电路为核心、ＩＧＢＴ功率管为功率 压器体积和改善电源的动态品质。 式逆变电路，其优点是：适用于大
流变交流的过程。Ｔｒ１， Ｔｒ２、Ｔｒ３， Ｔ ｒ４的 通断受控于电子控制电路，其每秒
钟驱动 ＩＧＢＴ的次数决定了电源的
工作频率。
中频变压器
在逆变器部分， 中频变压器的
作用是实现电压变换，功率传递以
及输入、输出之间的隔离。由于中 频变压器的工作频率较高，随着频
图３ 脉宽调制电路图
Electronic Design & Application World-Nikkei Electronics China 123
率的增大，铁芯的铁损将成倍增加。 为了减少其铁损需选用厚度极薄的 硅钢片，这显然是很不经济的，因而 选用高导磁合金材料的铁氧体磁 芯。铁氧体磁芯的规格可根据输出 功率及其效率来确定，则磁芯有效 截面积 Ａｅ、总磁感应强度增量△ Ｂ 也就确定。根据公式１，可计算出中 频变压器的原边绕组匝数。
（１）
关键词： ＩＧＢＴ；波形发生器；超声换能器；脉宽调制
122
引言
超声波电源的设计
实现对逆变器的闭环控制。
近年来，随着全控制型电子器
超声波电源的组成及原理框图
逆变主电路
件和 ＰＷＭ技术的迅速发展，功率超
逆变式超声波电源主要由主电
逆变主电路包括输入整流滤波、
声的应用及其驱动电源的开发已成 路和控制电路两部分组成，其基本 逆变器和输出滤波三个主要部分，
其主要作用是将电压给定信号和电
压反馈信号进行比较放大，根据给
图 ２ 桥式变换电路图
定值与反馈值的差值，输出相应宽 度的脉冲信号，以调整电源输出电
压的大小。通常采用定频率调脉宽
流电压，并经Ｃ０滤波，变成平滑的直 流电压 Ｖ＋。该电压加在 ＩＧＢＴ 功率 管Ｔｒ１、Ｔｒ２、Ｔｒ３、 Ｔｒ４组成的逆变桥上。 当 Ｔｒ１、Ｔｒ２、Ｔｒ３、Ｔｒ４都截止时 ，中频 变压器Ｔ原边线圈绕组Ｔ１ｐ两端的电 压 Ｕ１＝０。给 Ｔｒ１、Ｔｒ３触发脉冲 ，这两 个功率管导通， Ｔｒ２、Ｔｒ４截止时， 此 时中频变压器Ｔ原边线圈绕组Ｔ１ｐ两 端的电压Ｕ１＝Ｖ＋，流经变压器原边线 圈绕组Ｔ１ｐ的电流方向由下至上。当 Ｔｒ１、Ｔｒ３截止 ， Ｔｒ２、Ｔｒ４导通时， 此时 中频变压器Ｔ原边线圈绕组Ｔ１ｐ两端 的电压 Ｕ１＝－Ｖ＋，变压器原边线圈绕 组Ｔ１ｐ电流的方向为由上至下。由此 可见 ，通过 Ｔｒ１、Ｔｒ３和 Ｔｒ２、Ｔｒ４的交替 导通和关断，也就是交替驱动Ｔｒ１、Ｔｒ３ 和 Ｔｒ２、Ｔｒ４， 中频变压器 Ｔ的二次侧 即得到矩形波交流输出，实现了直
92 Communications & Computer:
Design of Receiving Card Based on PCI IP Core DVB receiver system based on Altera PCI IP is designed in this paper. The hardware design of the system is introduced. By using PCI IP core, Altera EP1C12 and high-speed serial receiver, the receiving card can receive the DVB-ASI signal.
POWER SUPPLY TECHNOLOGIES
电源技术
图４ 驱动电路图
时，Ｔ１和Ｔ２的栅极是高电平，因此，Ｔ１
截止，Ｔ２导通，＋２０Ｖ电源电压通过Ｔ３、
Ｂ 、Ｔ 和 Ｒ 接地 ，Ｂ 原边电压上正
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下负；同理 ，当 Ｕ 输出脉冲时，Ｔ 截
ｂ
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止 ，Ｔ 导通 ，＋２０Ｖ电源电压通过 Ｔ 、
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Ｂ２、Ｔ４ 和 Ｒ１２ 接地 ，Ｂ２原边电压下正
上负。脉冲变压器电压经二次耦合
输出驱动脉冲信号，驱动脉冲信号
分四路，分别经门极电阻直接驱动
ＩＧＢＴ 管，驱动电压波形图如图 ５所
示。控制电路以脉宽调制芯片为核
心，辅以驱动电路和控制电路来达到
对电源输出特性的控制，实现所要
求的电气性能和参数。
给定电压Ｕｇ和反馈电压Ｕｆ分别 接至误差放大器Ｎ１的同相端和反相 端，Ｎ１ 端的输出电压ＵＮ１接至比较器 Ｎ２的反相输入端，同时，振荡器产生 的三角波信号ＵＮ２，接至Ｎ２的同相输 入端。误差放大器的输出与锯齿波
开关器件，实现了大功率输出。它 控制电路则主要为逆变主电路提供 功率输出，主变压器只需一个原边
具有效率高、性能稳定、体积小、质 开关脉冲信号，驱动逆变主电路工 绕组，通过正、反向的电压得到正、
量轻和调节方便等优点。
作，并借助反馈电路和给定电路来 反向的磁通。因此，变压器铁芯和
绕组得到最佳利用，使效率得到提
其中，Ｎｐ为变压器原边绕组匝 数，Ｕ１为变压器绕组电压，△ Ｂ为 总磁感应强度增量，Ｔｏｎ为最大导通
的 ＰＷＭ 方式来达到换能器所需的 各种特性控制。脉宽调制电路还有 欠压、过压、过流等保护功能，封锁 输出脉冲，使电源停止输出。另外， 脉宽调制电路还具有软启动、死区 设定等功能。
脉宽调制电路 本设计采用 ＳＧ３５２５Ａ 作为电 源的 ＰＷＭ 芯片。该芯片使用简单 ， 只需要外接少量电阻电容，即可构 成所需的脉宽调制电路。如图３所 示，芯片内部主要由误差放大器Ｎ１、 比较器Ｎ２、 振荡器、分相器和触发 器等组成。