TL494的電壓調(diào)整器技術(shù)分析 - 全文

　　1 引言

　　電壓調(diào)整器是內(nèi)燃機(jī)車(chē)的重要部件之一，它的性能好壞對(duì)機(jī)車(chē)的正常運(yùn)行影響很大。電壓調(diào)整器的用途是用來(lái)控制起動(dòng)發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流，使其輸出電壓保持恒定。即在柴油機(jī)的轉(zhuǎn)速變化范圍內(nèi)使輸出電壓穩(wěn)定在110V±2V之內(nèi)，給機(jī)車(chē)的控制、照明及蓄電池充電等提供一恒定電源。目前國(guó)內(nèi)內(nèi)燃機(jī)車(chē)使用的電壓調(diào)整器都比較落后，存在著體積大、故障多、可靠性差、通斷頻率低、反應(yīng)速度慢等缺點(diǎn)。在調(diào)節(jié)方式上采用功率管開(kāi)關(guān)頻率調(diào)整，穩(wěn)定性差，功率管易燒毀。針對(duì)以上情況，我們研究了基于TL494的新型高頻脈寬調(diào)制的電壓調(diào)整器，它具有控制精度高、反應(yīng)靈敏、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)。

　　2 TL494的基本結(jié)構(gòu)

　　美國(guó)德克薩斯州儀器公司生產(chǎn)的TL494是一種性能優(yōu)良的脈寬調(diào)制器芯片，工作頻率為10～300kHz，輸出電壓可達(dá)40V。TL494的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。它由鋸齒波振蕩器、PWM比較器、脈沖控制觸發(fā)器、脈沖輸出控制門(mén)、兩個(gè)誤差放大器、一個(gè)+5V基準(zhǔn)電源以及兩個(gè)NPN輸出晶體管構(gòu)成。6腳和5腳外接RT和CT，確定了產(chǎn)生鋸齒波的振蕩頻率fOSC.

　　3 脈沖調(diào)寬調(diào)壓原理

　　振蕩器產(chǎn)生的鋸齒形振蕩波送到PWM比較器的反相輸入端，脈沖調(diào)寬電壓送到PWM比較器的同相輸入端，通過(guò)PWM比較器進(jìn)行比較，輸出一定寬度的脈沖波。當(dāng)調(diào)寬電壓變化時(shí)，TL494輸出的脈沖寬度也隨之改變，從而改變開(kāi)關(guān)管的導(dǎo)通時(shí)間TON達(dá)到調(diào)節(jié)、穩(wěn)定輸出電壓的目的。圖2為脈沖調(diào)寬調(diào)壓的波形圖。

　　脈沖調(diào)寬電壓可由3腳直接送入的電壓來(lái)控制，也可分別從兩個(gè)誤差放大器的輸入端送入，通過(guò)比較、放大，經(jīng)隔離二極管輸出到PWM比較器的正相輸入端。兩個(gè)放大器可獨(dú)立使用，如分別用于反饋穩(wěn)壓和保護(hù)等，此時(shí)3腳應(yīng)接RC網(wǎng)絡(luò)，提高整個(gè)電路的穩(wěn)定性。

　　4 電壓調(diào)整器的結(jié)構(gòu)

　　電壓調(diào)整器的框圖如圖3所示。主要有發(fā)電機(jī)電壓取樣電路、限流取樣電路、工作電源、PWM發(fā)生電路，IGBT等四部分組成。工作電源是TL494提供工作電壓，它由蓄電池電壓經(jīng)模擬電路變換而來(lái)。電機(jī)電壓取樣和限流取樣是為了實(shí)時(shí)監(jiān)視電機(jī)輸出電壓和回路電流，并將它們送到PWM發(fā)生器與整定值進(jìn)行比較，相應(yīng)地改變出脈沖的占空比通過(guò)IGBT去調(diào)節(jié)電機(jī)勵(lì)磁電流，從而以保證電機(jī)電壓輸出恒定和回路電流正常。

　　5 電壓調(diào)整器的工作原理

　　在內(nèi)燃機(jī)車(chē)上起動(dòng)發(fā)電機(jī)是機(jī)車(chē)控制和對(duì)蓄電池充電的總電源。起動(dòng)發(fā)電機(jī)的輸出電壓必須保持穩(wěn)定，才能保證機(jī)車(chē)電器的正常工作。發(fā)電機(jī)端電壓由式（1）確定。

　　由公式（1）知，發(fā)電機(jī)的端電壓除了和發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速及勵(lì)磁磁通有關(guān)系外，還和負(fù)載工作電流有關(guān)系，由于直流電機(jī)電樞的內(nèi)阻很小，負(fù)載工作電流的影響較小，可以忽略不計(jì)。（1）式可簡(jiǎn)化為（2）式，當(dāng)柴油機(jī)轉(zhuǎn)不變時(shí)，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速和柴油機(jī)轉(zhuǎn)速一致也保持不變;當(dāng)負(fù)載發(fā)生變化時(shí)，要使發(fā)電機(jī)發(fā)出的端電壓保持不變，只有使勵(lì)磁磁通的調(diào)整和負(fù)載變化同步。

　　結(jié)合所設(shè)計(jì)的電壓調(diào)整器，其中電機(jī)電壓取樣電路是用來(lái)采集發(fā)電機(jī)的端電壓的，其采集到的電壓與電路中的整定值進(jìn)行比較，通過(guò)PWM產(chǎn)生電路改變輸出脈沖的占空比，從而達(dá)到改變電機(jī)勵(lì)磁電流的目的。因?yàn)閯?lì)磁回路的電阻可認(rèn)為是恒定值，通過(guò)改變勵(lì)磁回路的輸入電壓便可以改變勵(lì)磁電流。勵(lì)磁回路的輸入電壓ui=D?Us，其中Us為蓄電池的端電壓，恒定為110V，D為占空比。所以，通過(guò)調(diào)節(jié)輸出脈沖的占空比便可達(dá)到改變勵(lì)磁電流的目的。

　　其調(diào)節(jié)的具體過(guò)程如下：當(dāng)發(fā)電機(jī)輸出電壓高于110V時(shí)，即電機(jī)電壓取樣值大于電路中的整定值，這時(shí)取樣值和整定值通過(guò)TL494中的誤差放大器進(jìn)行比較，使脈沖調(diào)寬輸出電壓減小使得輸出脈沖的占空比減小，從而使輸出電壓降低保持為110V。當(dāng)發(fā)電機(jī)輸出電壓低于110V時(shí)，即電機(jī)電壓取樣值小于電路中的整定值，這時(shí)取樣值和整定值通過(guò)TL494中的誤差放大器進(jìn)行比較，使脈沖調(diào)寬輸出電壓增大使得輸出脈沖的占空比加大，從而使輸出電壓提高保持為110V。

　　限流保護(hù)的調(diào)節(jié)是通過(guò)另一個(gè)誤差放大器進(jìn)行的，其具體調(diào)節(jié)過(guò)程同上述的電壓調(diào)節(jié)過(guò)程

　　同時(shí)檢測(cè)中心人員利用檢測(cè)設(shè)備對(duì)機(jī)車(chē)相關(guān)部位進(jìn)行檢修，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題通過(guò)段局域網(wǎng)傳遞至有關(guān)部門(mén)。

　　狀態(tài)修機(jī)車(chē)在動(dòng)態(tài)檢查完畢后，9點(diǎn)機(jī)車(chē)入庫(kù)，各職能部門(mén)和專(zhuān)檢員對(duì)狀態(tài)修機(jī)車(chē)進(jìn)行靜態(tài)檢查（如曲軸箱內(nèi)部、氣門(mén)間隙等），發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題按部位登記機(jī)統(tǒng)228。

　　每日9點(diǎn)30分由檢修生產(chǎn)調(diào)度指揮中心組織召開(kāi)當(dāng)日狀態(tài)修機(jī)車(chē)檢修會(huì)，協(xié)調(diào)生產(chǎn)，安排檢修及交驗(yàn)計(jì)劃。

　　檢修過(guò)程中，檢測(cè)中心發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題及機(jī)統(tǒng)228提活，待專(zhuān)修組處理完畢后，專(zhuān)檢員按分管部位進(jìn)行復(fù)檢。

　　機(jī)車(chē)全部檢修完畢后，由專(zhuān)修組工長(zhǎng)組織機(jī)車(chē)交驗(yàn)工作。

　　6 利用科技手段檢測(cè)機(jī)車(chē)狀態(tài)

　　在三項(xiàng)檢測(cè)設(shè)備的基礎(chǔ)上，充分利用現(xiàn)有的成

　　熟的檢測(cè)設(shè)備和檢測(cè)技術(shù)，擴(kuò)大狀態(tài)檢測(cè)的范圍，檢測(cè)項(xiàng)目和內(nèi)容如表1所列。

　　以上各項(xiàng)檢測(cè)數(shù)據(jù)（三項(xiàng)檢測(cè)數(shù)據(jù)在狀態(tài)修前一周內(nèi)檢測(cè)），通過(guò)段局域網(wǎng)傳遞到檢修調(diào)度中心，由檢修調(diào)度員安排檢修專(zhuān)修組人員按照分析結(jié)果進(jìn)行修理。對(duì)春鑒、秋整及專(zhuān)項(xiàng)攻關(guān)，檢測(cè)中心根據(jù)段定要求進(jìn)行檢測(cè)。

　　7 狀態(tài)修機(jī)車(chē)的技術(shù)管理

　　機(jī)車(chē)狀態(tài)修范圍

　?、貲F4、DF8B型機(jī)車(chē)進(jìn)行狀態(tài)修（不含DF4型客運(yùn)機(jī)車(chē)）。

　?、谟杉夹g(shù)科組織制定狀態(tài)修機(jī)車(chē)檢查、檢測(cè)更換、探傷、清潔保養(yǎng)等范圍

　?、塾杉夹g(shù)科會(huì)同檢測(cè)中心制定DF8B型機(jī)車(chē)三項(xiàng)檢測(cè)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)。

? ? ? ?機(jī)車(chē)狀態(tài)修修程

　　仍然采用兩輔一小的方式進(jìn)行狀態(tài)修。

? ?? ? 機(jī)車(chē)檢修周期

　　①輔修狀態(tài)修機(jī)車(chē)2萬(wàn)km左右。

　?、谛⌒逘顟B(tài)修機(jī)車(chē)6萬(wàn)km左右。

? ?? ? 機(jī)車(chē)檢修計(jì)劃

　　狀態(tài)修實(shí)行周計(jì)劃，由運(yùn)用工程師、小輔修技術(shù)員、技術(shù)科組織編制，并按要求呈報(bào)各有關(guān)部門(mén)。

　　我段從2000年1月開(kāi)始在DF4、DF8B型機(jī)車(chē)上實(shí)行部分狀態(tài)修，機(jī)車(chē)質(zhì)量不僅未下滑，而且還創(chuàng)出了上內(nèi)燃以后的歷史最好記錄。連續(xù)實(shí)現(xiàn)了兩個(gè)無(wú)機(jī)破百日，9個(gè)無(wú)機(jī)破月，檢修成本支出與往年相比有了明顯的下降。所以，我們認(rèn)為在機(jī)車(chē)上實(shí)行狀態(tài)修是完全可行的。

　　8 結(jié)論

　　該電壓調(diào)整器采用了性能優(yōu)良的脈寬調(diào)制控制器TL494和大容量的IGBT，以及供電電源是從蓄電池輸出電壓變換而來(lái)，因而使得其具有控制精度高、反應(yīng)靈敏、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)?，F(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際使用確實(shí)證明了這些優(yōu)點(diǎn)，避免了一些老式電壓調(diào)整器存在的可靠性差、通斷頻率低、反應(yīng)速度慢等缺點(diǎn)，使機(jī)車(chē)工作更安全、可靠