TL494的电压调整器技术分析

　　1 引言

　　电压调整器是内燃机车的重要部件之一，它的性能好坏对机车的正常运行影响很大。电压调整器的用途是用来控制起动发电机的励磁电流，使其输出电压保持恒定。即在柴油机的转速变化范围内使输出电压稳定在110V±2V之内，给机车的控制、照明及蓄电池充电等提供一恒定电源。目前国内内燃机车使用的电压调整器都比较落后，存在着体积大、故障多、可靠性差、通断频率低、反应速度慢等缺点。在调节方式上采用功率管开关频率调整，稳定性差，功率管易烧毁。针对以上情况，我们研究了基于TL494的新型高频脉宽调制的电压调整器，它具有控制精度高、反应灵敏、结构简单的优点。

　　2 TL494的基本结构

　　美国德克萨斯州仪器公司生产的TL494是一种性能优良的脉宽调制器芯片，工作频率为10～300kHz，输出电压可达40V。TL494的内部结构框图如图1所示。它由锯齿波振荡器、PWM比较器、脉冲控制触发器、脉冲输出控制门、两个误差放大器、一个+5V基准电源以及两个NPN输出晶体管构成。6脚和5脚外接RT和CT，确定了产生锯齿波的振荡频率fOSC.

　　3 脉冲调宽调压原理

　　振荡器产生的锯齿形振荡波送到PWM比较器的反相输入端，脉冲调宽电压送到PWM比较器的同相输入端，通过PWM比较器进行比较，输出一定宽度的脉冲波。当调宽电压变化时，TL494输出的脉冲宽度也随之改变，从而改变开关管的导通时间TON达到调节、稳定输出电压的目的。图2为脉冲调宽调压的波形图。

　　脉冲调宽电压可由3脚直接送入的电压来控制，也可分别从两个误差放大器的输入端送入，通过比较、放大，经隔离二极管输出到PWM比较器的正相输入端。两个放大器可独立使用，如分别用于反馈稳压和保护等，此时3脚应接RC网络，提高整个电路的稳定性。

　　4 电压调整器的结构

　　电压调整器的框图如图3所示。主要有发电机电压取样电路、限流取样电路、工作电源、PWM发生电路，IGBT等四部分组成。工作电源是TL494提供工作电压，它由蓄电池电压经模拟电路变换而来。电机电压取样和限流取样是为了实时监视电机输出电压和回路电流，并将它们送到PWM发生器与整定值进行比较，相应地改变出脉冲的占空比通过IGBT去调节电机励磁电流，从而以保证电机电压输出恒定和回路电流正常。

　　5 电压调整器的工作原理

　　在内燃机车上起动发电机是机车控制和对蓄电池充电的总电源。起动发电机的输出电压必须保持稳定，才能保证机车电器的正常工作。发电机端电压由式（1）确定。

　　由公式（1）知，发电机的端电压除了和发电机转速及励磁磁通有关系外，还和负载工作电流有关系，由于直流电机电枢的内阻很小，负载工作电流的影响较小，可以忽略不计。（1）式可简化为（2）式，当柴油机转不变时，发电机转速和柴油机转速一致也保持不变;当负载发生变化时，要使发电机发出的端电压保持不变，只有使励磁磁通的调整和负载变化同步。

　　结合所设计的电压调整器，其中电机电压取样电路是用来采集发电机的端电压的，其采集到的电压与电路中的整定值进行比较，通过PWM产生电路改变输出脉冲的占空比，从而达到改变电机励磁电流的目的。因为励磁回路的电阻可认为是恒定值，通过改变励磁回路的输入电压便可以改变励磁电流。励磁回路的输入电压ui=D・Us，其中Us为蓄电池的端电压，恒定为110V，D为占空比。所以，通过调节输出脉冲的占空比便可达到改变励磁电流的目的。

　　其调节的具体过程如下：当发电机输出电压高于110V时，即电机电压取样值大于电路中的整定值，这时取样值和整定值通过TL494中的误差放大器进行比较，使脉冲调宽输出电压减小使得输出脉冲的占空比减小，从而使输出电压降低保持为110V。当发电机输出电压低于110V时，即电机电压取样值小于电路中的整定值，这时取样值和整定值通过TL494中的误差放大器进行比较，使脉冲调宽输出电压增大使得输出脉冲的占空比加大，从而使输出电压提高保持为110V。

　　限流保护的调节是通过另一个误差放大器进行的，其具体调节过程同上述的电压调节过程

　　同时检测中心人员利用检测设备对机车相关部位进行检修，发现问题通过段局域网传递至有关部门。

　　状态修机车在动态检查完毕后，9点机车入库，各职能部门和专检员对状态修机车进行静态检查（如曲轴箱内部、气门间隙等），发现的问题按部位登记机统228。

　　每日9点30分由检修生产调度指挥中心组织召开当日状态修机车检修会，协调生产，安排检修及交验计划。

　　检修过程中，检测中心发现的问题及机统228提活，待专修组处理完毕后，专检员按分管部位进行复检。

　　机车全部检修完毕后，由专修组工长组织机车交验工作。

　　6 利用科技手段检测机车状态

　　在三项检测设备的基础上，充分利用现有的成

　　熟的检测设备和检测技术，扩大状态检测的范围，检测项目和内容如表1所列。

　　以上各项检测数据（三项检测数据在状态修前一周内检测），通过段局域网传递到检修调度中心，由检修调度员安排检修专修组人员按照分析结果进行修理。对春鉴、秋整及专项攻关，检测中心根据段定要求进行检测。

　　7 状态修机车的技术管理

　　机车状态修范围

　　①DF4、DF8B型机车进行状态修（不含DF4型客运机车）。

　　②由技术科组织制定状态修机车检查、检测更换、探伤、清洁保养等范围

　　③由技术科会同检测中心制定DF8B型机车三项检测数据标准。

       机车状态修修程

　　仍然采用两辅一小的方式进行状态修。

       机车检修周期

　　①辅修状态修机车2万km左右。

　　②小修状态修机车6万km左右。

       机车检修计划

　　状态修实行周计划，由运用工程师、小辅修技术员、技术科组织编制，并按要求呈报各有关部门。

　　我段从2000年1月开始在DF4、DF8B型机车上实行部分状态修，机车质量不仅未下滑，而且还创出了上内燃以后的历史最好记录。连续实现了两个无机破百日，9个无机破月，检修成本支出与往年相比有了明显的下降。所以，我们认为在机车上实行状态修是完全可行的。

　　8 结论

　　该电压调整器采用了性能优良的脉宽调制控制器TL494和大容量的IGBT，以及供电电源是从蓄电池输出电压变换而来，因而使得其具有控制精度高、反应灵敏、结构简单的优点。现场的实际使用确实证明了这些优点，避免了一些老式电压调整器存在的可靠性差、通断频率低、反应速度慢等缺点，使机车工作更安全、可靠