直流PWM脈寬調(diào)速系統(tǒng)觸發(fā)電路設(shè)計(jì)

1、目錄1緒論11.1直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方法11.2選擇PWM控制系統(tǒng)的理由21.3采用轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)的理由21.4設(shè)計(jì)技術(shù)指標(biāo)要求32 PWM直流調(diào)速系統(tǒng)主電路設(shè)計(jì)42.1主電路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)42.2主電路逆變工作原理52.3 PWM變換器介紹62.4 參數(shù)設(shè)計(jì)93直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)觸發(fā)電路設(shè)計(jì)113.1觸發(fā)控制電路設(shè)計(jì)113.2 PWM信號(hào)發(fā)生器113.3 SG3525芯片的主要特點(diǎn)124轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)設(shè)計(jì)164.1電流調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)164.2轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)165參數(shù)測定175.1測定晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)主電路電阻值R、電感值L175.2測定晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)主電路電磁時(shí)間常數(shù)Td185.3測定直流電動(dòng)機(jī)電

2、勢常數(shù)Ce和轉(zhuǎn)矩常數(shù)Cm195.4測定晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)機(jī)電時(shí)間常數(shù)Tm196系統(tǒng)調(diào)試206.1單元部件調(diào)試206.2閉環(huán)系統(tǒng)特性測試216.3系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性觀察227結(jié)束語248參考文獻(xiàn)251緒論1.1直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方法直流調(diào)速技術(shù)的研究和應(yīng)用已達(dá)到比較成熟的地步，尤其是隨著全數(shù)字直流調(diào)速的出現(xiàn)，更提高了直流調(diào)速系統(tǒng)的精度及可靠性。目前國內(nèi)各大專院校，科研單位和廠家也都在開發(fā)直流調(diào)速裝置，但大多數(shù)調(diào)速技術(shù)都是結(jié)合工業(yè)生產(chǎn)中，而在民用中應(yīng)用相對較少，所以應(yīng)用已有的成熟技術(shù)開發(fā)性能價(jià)格比高的，具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的直流調(diào)速單元，將有廣闊的應(yīng)用前景。本系統(tǒng)采用轉(zhuǎn)速環(huán)和電流環(huán)雙閉環(huán)結(jié)構(gòu),因此需要實(shí)時(shí)檢測

3、電機(jī)的電樞電流并把它作為電流調(diào)節(jié)器的反饋信號(hào)。由電動(dòng)機(jī)理論知，直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性方程為式中 直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速（r/min）電動(dòng)機(jī)的額定電壓(v)：R電動(dòng)機(jī)電樞電路總電阻()電動(dòng)勢常數(shù)(vminr)；轉(zhuǎn)矩常數(shù)，9.55;T電動(dòng)機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩(Nm)；電動(dòng)機(jī)磁通(wb)。由上式可以知道：直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方法有三種：（1）調(diào)節(jié)電樞供電電壓U。改變電樞電壓主要是從額定電壓往下降低電樞電壓，從電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速向下變速，屬恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方法。對于要求在一定范圍內(nèi)無級平滑調(diào)速的系統(tǒng)來說，這種方法最好。Ia變化遇到的時(shí)間常數(shù)較小，能快速響應(yīng)，但是需要大容量可調(diào)直流電源。（2）改變電動(dòng)機(jī)主磁通。改變磁通可以實(shí)現(xiàn)無級平滑

4、調(diào)速，但只能減弱磁通進(jìn)行調(diào)1速（簡稱弱磁調(diào)速），從電機(jī)額定轉(zhuǎn)速向上調(diào)速，屬恒功率調(diào)速方法。If 變化時(shí)間遇到的時(shí)間常數(shù)同Ia變化遇到的相比要大得多，響應(yīng)速度較慢，但所需電源容量小。（3）改變電樞回路電阻R。在電動(dòng)機(jī)電樞回路外串電阻進(jìn)行調(diào)速的方法，設(shè)備簡單，操作方便。但是只能進(jìn)行有級調(diào)速，調(diào)速平滑性差，機(jī)械特性較軟；空載時(shí)幾乎沒什么調(diào)速作用；還會(huì)在調(diào)速電阻上消耗大量電能。1.2選擇PWM控制系統(tǒng)的理由脈寬調(diào)制器UPW 采用美國硅通用公司（Silicon General）的第二代產(chǎn)品SG3525，這是一種性能優(yōu)良，功能全、通用性強(qiáng)的單片集成PWM 控制器。由于它簡單、可靠及使用方便靈活，大大簡化了

5、脈寬調(diào)制器的設(shè)計(jì)及調(diào)試，故獲得廣泛使用。PWM 系統(tǒng)在很多方面具有較大的優(yōu)越性：(1） PWM 調(diào)速系統(tǒng)主電路線路簡單，需用的功率器件少。(2） 開關(guān)頻率高，電流容易連續(xù)，諧波少，電機(jī)損耗及發(fā)熱都較小。(3） 低速性能好，穩(wěn)速精度高，調(diào)速范圍廣，可達(dá)到1：10000 左右。(4） 如果可以與快速響應(yīng)的電動(dòng)機(jī)配合，系統(tǒng)頻帶寬，動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，動(dòng)態(tài)抗擾能力強(qiáng)。(5） 功率開關(guān)器件工作在開關(guān)狀態(tài)，導(dǎo)通損耗小，當(dāng)開關(guān)頻率適當(dāng)時(shí)，開關(guān)損耗也不大，因而裝置效率較高。(6） 直流電源采用不可控整流時(shí)，電網(wǎng)功率因數(shù)比相控整流器高。1.3采用轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)的理由同開環(huán)控制系統(tǒng)相比，閉環(huán)控制具有一系列優(yōu)點(diǎn)。在反饋控制

6、系統(tǒng)中，不管出于什么原因（外部擾動(dòng)或系統(tǒng)內(nèi)部變化），只要被控制量偏離規(guī)定值，就會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的控制作用去消除偏差。因此，它具有抑制干擾的能力，對元件特性變化不敏感，并能改善系統(tǒng)的響應(yīng)特性。由于閉環(huán)系統(tǒng)的這些優(yōu)點(diǎn)因此選用閉環(huán)系統(tǒng)。單閉環(huán)速度反饋調(diào)速系統(tǒng)，采用PI 控制器時(shí)，可以保證系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)速度誤差為零。但是如果對系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能要求較高，如果要求快速起制動(dòng)，突加負(fù)載動(dòng)態(tài)速降小等，單閉環(huán)系統(tǒng)就難以滿足要求。這主要是因?yàn)樵趩伍]環(huán)系統(tǒng)中不能完全按照要求來控制動(dòng)態(tài)過程的電流或轉(zhuǎn)矩。另外，單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)抗干擾性較差，當(dāng)電網(wǎng)電壓波動(dòng)時(shí)，必須待轉(zhuǎn)速發(fā)生變化后，調(diào)節(jié)作用才能產(chǎn)生，因此動(dòng)態(tài)誤差較大。在要求較高的調(diào)

7、速系統(tǒng)中，一般有兩個(gè)基本要求：一是能夠快速啟動(dòng)制動(dòng)；二是能夠快速克服負(fù)載、電網(wǎng)等干擾。通過分析發(fā)現(xiàn)，如果要求快速起動(dòng)，必須使直流電動(dòng)機(jī)在起動(dòng)過程中輸出最大的恒定允許電磁轉(zhuǎn)矩，即最大的恒定允許電樞電流，當(dāng)電樞電流保持最大允許值時(shí)，電動(dòng)機(jī)以恒加速度升速至給定轉(zhuǎn)速，然后電樞電流立即降至負(fù)載電流值。如果要求快速克服電網(wǎng)的干擾，必須對電樞電流進(jìn)行調(diào)節(jié)。1.4設(shè)計(jì)技術(shù)指標(biāo)要求已知的設(shè)備參數(shù)：1、拖動(dòng)設(shè)備：直流電動(dòng)機(jī)： ，過載倍數(shù)。2、負(fù)載：直流發(fā)電機(jī)： 3、機(jī)組：轉(zhuǎn)動(dòng)慣量要求設(shè)計(jì)指標(biāo)：1、D，穩(wěn)態(tài)時(shí)無靜差。2、穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速n=1500r/min, 負(fù)載電流0.8A。3、電流超調(diào)量，空載起動(dòng)到穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速時(shí)的轉(zhuǎn)速超

8、調(diào)量。2 PWM直流調(diào)速系統(tǒng)主電路設(shè)計(jì)圖2.1 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)原理圖2.1主電路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)直流脈寬調(diào)速電路原理圖如圖2.1 所示, 其中直流斬波電路可看成降壓型變換器和升壓型變換器的串聯(lián)組合,采用IGBT作為自關(guān)斷器件,利用集成脈寬調(diào)制控制SG3525 產(chǎn)生的脈寬調(diào)制信號(hào)作為驅(qū)動(dòng)信號(hào),由兩個(gè)IGBT 及其反并聯(lián)的續(xù)流二極管組成。工作工程如下：單相220V交流電經(jīng)橋式整流電路，濾波電路變成直流電壓加在P、N兩點(diǎn)間，直流斬波電路上端接P點(diǎn)，下端接N點(diǎn)，中點(diǎn)公共端(COM)。若使COM端與電機(jī)電樞繞組A端相接，B端接N，可使電機(jī)正轉(zhuǎn)。若T2截止，T1周期性地通斷，在T1導(dǎo)通的T。時(shí)間內(nèi)，形成電流回路PT1一

9、AB-N，此時(shí)UAB0， AB0；在T1截止時(shí)由于電感電流不能突變，電流AB經(jīng)D2續(xù)流形成回路為A-B-D2-A，仍有UAB0，IAB0，電機(jī)工作在正轉(zhuǎn)電動(dòng)狀態(tài)(第一象限)，T1，D2構(gòu)成一個(gè)Buck變換器。若T1截止，T2周期性地通斷，在T2導(dǎo)通的T。時(shí)間內(nèi)，形成電流回路AT2一B_A；在T2截止時(shí)，由于電感電流不能突變，電流AB經(jīng)D1續(xù)流形成回路為AD1一PN A，此時(shí)UAB0，lAB0，電機(jī)工作在正轉(zhuǎn)制動(dòng)狀態(tài)(第二象限)，T2，D1構(gòu)成一個(gè)Boost變換器。只要改變T1，T2導(dǎo)通時(shí)間的大小，即改變給T1，T2所加門極驅(qū)動(dòng)信號(hào)脈沖的寬度，即可改變UAB和IAB的大小調(diào)控直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)

10、矩。若使COM端與電機(jī)電樞繞組A端相接，B端接N，可使電機(jī)工作在正轉(zhuǎn)電動(dòng)或制動(dòng)狀態(tài)(I，象限)，若使COM端與B相接而A端接N，可使電機(jī)工作在反轉(zhuǎn)電動(dòng)或制動(dòng)狀態(tài)(II，IV象限)。正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)狀態(tài)電機(jī)電樞繞組的連接通過狀態(tài)開關(guān)進(jìn)行切換。這樣僅用兩個(gè)開關(guān)器件就可實(shí)現(xiàn)電機(jī)的四象限運(yùn)行。電機(jī)的轉(zhuǎn)速經(jīng)測速發(fā)電機(jī)以及FBS(轉(zhuǎn)速變換器)輸出到ASR(轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器)，作為ASR的輸入并和給定電壓比較，組成系統(tǒng)的外環(huán)，ASR的輸出作為ACR(電流調(diào)節(jié)器)的輸入并和主電路電流反饋信號(hào)進(jìn)行比較作為系統(tǒng)的內(nèi)環(huán)。由于電流調(diào)節(jié)器的輸出接到SG3525的第2腳，R2為限流電阻，所以要求電流調(diào)節(jié)器再通過一個(gè)反號(hào)器的輸出電壓的

11、極性必須為正，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出作為電流調(diào)節(jié)器的給定則又要求其輸出電壓信號(hào)為正，最后轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的給定選擇了負(fù)極性的可調(diào)電壓。ASR和ACR均采用PI調(diào)節(jié)器，利用電流負(fù)反饋與速度調(diào)節(jié)器輸出限幅環(huán)節(jié)的作用，使系統(tǒng)能夠快速起制動(dòng)，突加負(fù)載動(dòng)態(tài)速降小，具有較好的加速特性。2.2主電路逆變工作原理H型橋式可逆直流PWM 調(diào)速電路圖來對降壓、升壓斬波電路如下：圖2.2 H型橋式逆變電路圖2-2中如果始終保持T4導(dǎo)通、T3關(guān)斷，并使T2截止、T1周期性地通斷，在T1導(dǎo)通的Ton 時(shí)間內(nèi)，UAB=UPN0,iAB0; 在T1截止的Toff時(shí)間內(nèi)，由于電感電流不能突變，iAB 經(jīng)D2 續(xù)流，UAB=0，A、B 兩

12、端電壓的平均值UAB=Ton UPN/(Ton+Toff)=UPN,為占空比。可見在上圖中當(dāng)T2 截止時(shí)由T1、D2 構(gòu)成了一個(gè)降壓斬波電路，iAB0，UAB0，電機(jī)工作在正向電動(dòng)狀態(tài)。圖2-2中若T1 截止、T2 周期性地通斷，在T2 導(dǎo)通的Ton 時(shí)間內(nèi)，UAB= 0, iAB0;在T2 截止的Toff 時(shí)間內(nèi)，由于電感電流不能突變，電流iAB 經(jīng)D1 續(xù)流，UAB=UPN，A、B 兩端電壓的平均值UAB= ToffUPN/(Ton+Toff)=（1）UPN,可見當(dāng)T1 截止時(shí)由T2、D1 構(gòu)成了一個(gè)升壓斬波電路，UAB0, iAB0，電機(jī)工作在正向制動(dòng)狀態(tài)，將電能回送給直流電源。由以上對

13、可逆H 橋電路的分析可知，電機(jī)的正反轉(zhuǎn)是通過兩個(gè)半橋電路即兩套升/降壓斬波電路交替工作來實(shí)現(xiàn)的，正轉(zhuǎn)時(shí)由T1、T4組成的半橋電路工作，反轉(zhuǎn)時(shí)由T2、T3 組成的半橋電路工作。2.3 PWM變換器介紹脈寬調(diào)速系統(tǒng)的主要電路采用脈寬調(diào)制式變換器，簡稱PWM變換器。PWM變換器有不可逆和可逆兩類，可逆變換器又有雙極式、單極式和受限單極式等多種電路。不可逆PWM 變換器分為無制動(dòng)作用和有制動(dòng)作用兩種。圖2-3所示為無制動(dòng)作用的簡單不可逆PWM 變換器主電路原理圖，其開關(guān)器件采用全控型的電力電子器件。電源電壓s U 一般由交流電網(wǎng)經(jīng)不可控整流電路提供。電容C的作用是濾波，二極管VD在電力晶體管VT關(guān)斷時(shí)

14、為電動(dòng)機(jī)電樞回路提供釋放電儲(chǔ)能的續(xù)流回路。圖2.3 不可逆PWM變換器電路及波形圖電力晶體管VT的基極由頻率為f，其脈沖寬度可調(diào)的脈沖電壓Ub驅(qū)動(dòng)。在一個(gè)開關(guān)周期T內(nèi)，當(dāng)0t ont 時(shí)， Ub為正，VT飽和導(dǎo)通，電源電壓通過VT加到電動(dòng)機(jī)電樞兩端；當(dāng)t tonT時(shí)，Ub為負(fù)，VT截止，電樞失去電源，經(jīng)二極管VD續(xù)流。這種簡單不可逆PWM 電路中電動(dòng)機(jī)的電樞電流Di不能反向，因此系統(tǒng)沒有制動(dòng)作用，只能做單向限運(yùn)行，這種電路又稱為“受限式”不可逆PWM 電路。這種PWM調(diào)速系統(tǒng)，空載或輕載下可能出現(xiàn)電流斷續(xù)現(xiàn)象，系統(tǒng)的靜、動(dòng)態(tài)性能均差。雙極式可逆PWM變換器的主電路如圖2-4所示。圖2.4 雙極

15、式可逆PWM變換器的主電路四個(gè)電力晶體管分為兩組，VT1和VT4為一組，VT2和VT3為一組。同一組中兩個(gè)電力晶體管的基極驅(qū)動(dòng)電壓波形相同，VT1 和VT4同時(shí)導(dǎo)通和關(guān)斷； VT2和VT3同時(shí)導(dǎo)通和關(guān)斷。而且b1 U ， b 4 U 和b 2 U ， b3 U 相位相反，在一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)VT1，VT4 和VT2，VT3 兩組晶體管交替地導(dǎo)通和關(guān)斷，變換器輸出電壓AB U 在一個(gè)周期內(nèi)有正負(fù)極性變化，這是雙極式PWM 變換器的特征，也是“雙極性”名稱的由來。由于電壓AB U 極性的變化，使得電樞回路電流的變化存在兩種情況，其電壓、電流波形如圖2-5 所示。圖2.5 雙極式PWM變換器電壓和電流波

16、形如果電動(dòng)機(jī)的負(fù)載較重，平均負(fù)載電流較大，在0tont時(shí)，U b1和Ub4為正，VT1和VT4飽和導(dǎo)通；而Ub2和Ub3為負(fù)，VT2和VT3截止。這時(shí)U5加在電樞AB兩端，UAB = U5 ，電樞電流沿id回路流通，電動(dòng)機(jī)處于電動(dòng)狀態(tài)。在tt onT時(shí)， b1 U 和b 4 U 為負(fù)，VT1 和VT4 截止；U b 2和U b3為正，在電樞電感釋放儲(chǔ)能的作用下，電樞電流經(jīng)二極管VD2和VD3 續(xù)流，在VD2和VD3上的正向壓降使VT2和VT3的c-e 極承受反壓而不能導(dǎo)通，電樞電流id 沿回路2 流通，電動(dòng)機(jī)仍處于電動(dòng)狀態(tài)。如果電動(dòng)機(jī)負(fù)載較輕，平均電流小，在續(xù)流階段電流很快衰減到零，即當(dāng)t2

17、= t 時(shí)，i d= 0 。于是在t2 t T 時(shí)，VT2 和VT3 的c-e 極兩端失去反壓，并在負(fù)的電源電壓（U5 ）和電動(dòng)機(jī)反電動(dòng)勢E 的共同作用下導(dǎo)通，電樞電流id 反向，沿回路3流通，電動(dòng)機(jī)處于反接制動(dòng)狀態(tài)。在T t t1 （ 0 t t1 ）時(shí)， U b 2 和U b3變負(fù)，VT2和VT3截止，因電樞電感的作用，電流經(jīng)VD1 和VD4 續(xù)流，使VT1和VT4的c-e極承受反壓，雖然U b1 和U b2 為正，VT1 和VT4 也不能導(dǎo)通，電流沿回路4流通，電動(dòng)機(jī)工作在制動(dòng)狀態(tài)。當(dāng)ttonT時(shí)，VT1 和VT4才導(dǎo)通，電流又沿回路1流通。這樣看來，雙極式可逆PWM變換器與具有制動(dòng)作用

18、的不可逆PWM變換器的電流波形差不多，主要區(qū)別在于電壓波形；前者，無論負(fù)載是輕還是重，加在電動(dòng)機(jī)電樞兩端的電壓都在+U5和U5 之間變換；后者的電壓只在+U5 和0之間變換。這里并未反映出“可逆”的作用。實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)制可逆運(yùn)行，由正負(fù)驅(qū)動(dòng)電壓的脈沖寬窄而定。當(dāng)正脈沖較寬時(shí)，ton T / 2 ，電樞兩端的平均電壓為正，在電動(dòng)運(yùn)行時(shí)電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)；當(dāng)正脈沖較窄時(shí)，ton T / 2 ，平均電壓為負(fù)，電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)。如果正、負(fù)脈沖寬度相等，ton =T / 2 ，平均電壓為零，電動(dòng)機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)。這個(gè)交變電流的平均值為零，不產(chǎn)生平均轉(zhuǎn)矩，徒然增加了電動(dòng)機(jī)的損耗，當(dāng)然是不利的。但是這個(gè)交變電流使電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生高頻微振

19、，可以消除電動(dòng)機(jī)正、反向切換時(shí)的靜摩擦死區(qū)，起著所謂“動(dòng)力潤滑”的作用，利于快速切換。2.4 參數(shù)設(shè)計(jì)（1） IGBT參數(shù)IGBT（Insulated Gate Bipolor Transistor）絕緣柵極雙極晶體管。這種器件具有MOS門極的高速開關(guān)性能和雙極動(dòng)作的高耐壓、大電流容量的兩種特點(diǎn)。其開關(guān)速度可達(dá)1mS，額定電流密度100A/cm2，電壓驅(qū)動(dòng)，自身損耗小。其符號(hào)和波形圖如圖2-6所示。設(shè)計(jì)中選的IGBT 管的型號(hào)是IRGPC50U,它的參數(shù)如下：管子類型：NMOS 場效應(yīng)管極限電壓Vm：600V極限電流Im：27 A耗散功率P：200 W額定電壓U：220V額定電流I：1.2A圖

20、2.6 IGBT信號(hào)及波形圖(2)緩沖電路參數(shù)H橋電路中采用了緩沖電路，由電阻和電容組成。IGBT的緩沖電路功能側(cè)重于開關(guān)過程中過電壓的吸收與抑制，這是由于IGBT的工作頻率可以高達(dá)30-50kHz；因此很小的電路電感就可能引起頗大的di/dtLc ，從而產(chǎn)生過電壓，危及IGBT的安全。逆變器中IGBT開通時(shí)出現(xiàn)尖峰電流，其原因是由于在剛導(dǎo)通的IGBT負(fù)載電流上疊加了橋臂中互補(bǔ)管上反并聯(lián)的續(xù)流二極管的反向恢復(fù)電流，所以在此二極管恢復(fù)阻斷前，剛導(dǎo)通的IGBT上形成逆變橋臂的瞬時(shí)貫穿短路，使ic出現(xiàn)尖峰，為此需要串入抑流電感，即串聯(lián)緩沖電路，或放大IGBT的容量。緩沖電路參數(shù)：經(jīng)實(shí)驗(yàn)得出緩沖電路電

21、阻R=10K；電容C=0.75F。(3)泵升電路參數(shù)泵升電路由一個(gè)電容量大的電解電容、一個(gè)電阻和一個(gè)VT組成。泵升電路中電解電容選取C=2000F ；電壓U=450V；VT選取IRGPC50U型號(hào)的IGBT管；電阻選取R=20 。3直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)觸發(fā)電路設(shè)計(jì)3.1觸發(fā)控制電路設(shè)計(jì)集成脈寬調(diào)制控制器SG3525是控制電路的核心，它采用恒頻脈寬調(diào)制控制方案，適合于各種開關(guān)電源、斬波器的控制。本實(shí)驗(yàn)電路中用SG3525 產(chǎn)生的脈寬調(diào)制信號(hào)作為IGBT 的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，其原理框圖見圖3-1。圖2-6 雙閉環(huán)不可逆直流調(diào)速系統(tǒng)原理圖其中：G：給定器；DZS：零速封鎖器；ASR：速度調(diào)節(jié)器；ACR電流調(diào)節(jié)器

22、：GT：觸發(fā)裝置；FBS：速度變換器；FA：過流保護(hù)器；FBC：電流變換；AP1：I組脈沖放大器；圖3.1 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的原理框圖3.2 PWM信號(hào)發(fā)生器PWM信號(hào)發(fā)生器以集成可調(diào)脈寬調(diào)制器SG3525為核心構(gòu)成，他把產(chǎn)生的電壓信號(hào)送給H橋中的四個(gè)IGBT。通過改變電力晶體管基極控制電壓的占空比，而達(dá)到調(diào)速的目的。其控制電路如圖3-1所示.圖3-2 PWM控制電路圖3-3占空比3.3 SG3525芯片的主要特點(diǎn)SG3525是電流控制型PWM控制器，所謂電流控制型脈寬調(diào)制器是按照接反饋電流來調(diào)節(jié)脈寬的。在脈寬比較器的輸入端直接用流過輸出電感線圈的信號(hào)與誤差放大器輸出信號(hào)進(jìn)行比較，從而調(diào)節(jié)占空比

23、使輸出的電感峰值電流跟隨誤差電壓變化而變化。由于結(jié)構(gòu)上有電壓環(huán)和電流環(huán)雙環(huán)系統(tǒng)，因此，無論開關(guān)電源的電壓調(diào)整率、負(fù)載調(diào)整率和瞬態(tài)響應(yīng)特性都有提高，是目前比較理想的新型控制器。它采用恒頻脈寬調(diào)制控制方案，其內(nèi)部包含有精密基準(zhǔn)源、鋸齒波振蕩器、誤差放大器、比較器、分頻器和保護(hù)電路等。調(diào)節(jié)Ur的大小，在A、B兩端可輸出兩個(gè)幅度相等、頻率相等、相位相互錯(cuò)開180度、占空比可調(diào)的矩形波（即PWM信號(hào)）。它適用于各開關(guān)電源、斬波器的控制。輸出級采用推挽輸出，雙通道輸出，占空比0-50%可調(diào).每一通道的驅(qū)動(dòng)電流最大值可達(dá)200mA,灌拉電流峰值可達(dá)500mA?？芍苯域?qū)動(dòng)功率MOS管，工作頻率高達(dá)400KHz

24、，具有欠壓鎖定、過壓保護(hù)和軟啟動(dòng)振蕩器外部同步、死區(qū)時(shí)間可調(diào)、PWM瑣存、禁止多脈沖、逐個(gè)脈沖關(guān)斷等功能。該電路由基準(zhǔn)電壓源、震蕩器、誤差放大器、PWM比較器與鎖存器、分相器、欠壓鎖定輸出驅(qū)動(dòng)級，軟啟動(dòng)及關(guān)斷電路等組成，可正常工作的溫度范圍是0-700C?；鶞?zhǔn)電壓為5.1V士1%，工作電壓范圍很寬，為8V到35V.圖3.2 SG3525內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖SG3525 采用16 端雙列直插DIP 封裝，各端子功能介紹如下:1 腳:INV. INPUT(反相輸入端):誤差放大器的反相輸入端，該誤差放大器的增益標(biāo)稱值為80db，其大小由反饋或輸出負(fù)載來決定，輸出負(fù)載可以是純電阻，也可以是電阻性元件和電容元件

25、的組合。該誤差放大器共模輸入電壓范圍是1. 5V-5. 2V。此端通常接到與電源輸出電壓相連接的電阻分壓器上。負(fù)反饋控制時(shí)，將電源輸出電壓分壓后與基準(zhǔn)電壓相比較。2 腳:NI. INPUT (同相輸入端):此端通常接到基準(zhǔn)電壓16 腳的分壓電阻上，取得2.5V 的基準(zhǔn)比較電壓與INV. INPUT 端的取樣電壓相比較。3 腳:SYNC(同步端):為外同步用。需要多個(gè)芯片同步工作時(shí)，每個(gè)芯片有各自的震蕩頻率，可以分別他們的4 腳和3 腳相連，這時(shí)所有芯片的工作頻率以最快的芯片工作頻率同步。也可以使單個(gè)芯片以外部時(shí)鐘頻率工作。4 腳:OSC. OUTPUT(同步輸出端):同步脈沖輸出。作為多個(gè)芯片

26、同步工作時(shí)使用。但幾個(gè)芯片的工作頻率不能相差太大，同步脈沖頻率應(yīng)比震蕩頻率低一些。如不需多個(gè)芯片同步工作時(shí)，3腳和4腳懸空。4腳輸出頻率為輸出脈沖頻率的2倍。輸出鋸齒波電壓范圍為0.6V到3.5V.5 腳:Cr(震蕩電容端):震蕩電容一端接至5腳，另一端直接接至地端。其取值范圍為0.001,uF到0.1uF。正常工作時(shí)，在Cr兩端可以得到一個(gè)從0.6V到3.5V變化的鋸齒波。6 腳:Rr(震蕩電阻端):震蕩電阻一端接至6腳，另一端直接接至地端。Rr的阻值決定了內(nèi)部恒流值對Cr充電。其取值范圍為2K到150K，Rr和Cr越大充電時(shí)間越長，反之則充電時(shí)間短。7 腳:DISCHATGE RD(放電端

27、):Cr的放電由5，7兩端的死區(qū)電阻決定。把充電和放電回路分開，有利與通過死區(qū)電阻來調(diào)節(jié)死區(qū)時(shí)間，使死區(qū)時(shí)間調(diào)節(jié)范圍更寬。其取值范圍為0歐到500歐。放電電阻RD 和CT 越大放電時(shí)間越長，反之則放電時(shí)間短。8 腳:SOFTSTATR(軟啟動(dòng)):比較器的反相端即軟啟動(dòng)器控制端8,端8可外接軟啟動(dòng)電容，該電容由內(nèi)部Vf的50uA恒流源充電。9 腳:COMPENSATION(補(bǔ)償端):在誤差放大器輸出端9腳與誤差放大器反相輸入端1腳間接電阻與電容，構(gòu)成PI調(diào)節(jié)器，補(bǔ)償系統(tǒng)的幅頻、相頻響應(yīng)特性。補(bǔ)償端工作電壓范圍為1.5V 到5.2V.10 腳:SHUTDOWN(關(guān)斷端):10端為PWM 鎖存器的一

28、個(gè)輸入端，一般在10端接入過流檢測信號(hào)。過流檢測信號(hào)維持時(shí)間長時(shí)，軟起動(dòng)端8 接的電容C:將被放電。電路正常工作時(shí)，該端呈高電平，其電位高于鋸齒波的峰值電位。在電路異常時(shí)，只要腳10電壓大于0. 7V，三極管導(dǎo)通，反相端的電壓將低于鋸齒波的谷底電壓(0.9V)，使得輸出PWM信號(hào)關(guān)閉，起到保護(hù)作用.11 腳:OUTPUT A,14 腳: OUTPUT B(脈沖輸出端):輸出末級采用推挽輸出電路，驅(qū)動(dòng)場效應(yīng)功率管時(shí)關(guān)斷速度更快.11腳和14腳相位相差1800，拉電流和灌電流峰值達(dá)200mA。由于存在開閉滯后，使輸出和吸收之間出現(xiàn)重迭導(dǎo)通。在重迭處有一個(gè)電流尖脈沖，起持續(xù)時(shí)間約為l00ns。可以在

29、V處接一個(gè)約0.luf 的電容濾去電壓尖峰。12 腳:GROUND(接地端):該芯片上的所有電壓都是相對于GROUND 而言，即是功率地也是信號(hào)地。在實(shí)驗(yàn)電路中，由于接入誤差放大器反向輸入端的反饋電壓也是相對與12腳而言，所以主回路和控制回路的接地端應(yīng)相連。13 腳:VC(推挽輸出電路電壓輸入端):作為推挽輸出級的電壓源，提高輸出級輸出功率?？梢院?5 腳共用一個(gè)電源，也可用更高電壓的電源。電壓范圍是1.8V-3.4V.15 腳:+VIN(芯片電源端):直流電源從15 腳引入分為兩路:一路作為內(nèi)部邏輯和模擬電路的工作電壓;另一路送到基準(zhǔn)電壓穩(wěn)壓器的輸入端，產(chǎn)生5.1 士1%V 的內(nèi)部基準(zhǔn)電壓。

30、如果該腳電壓低于門限電壓(Turn-off: 8V)，該芯片內(nèi)部電路鎖定，停止工作基準(zhǔn)源及必要電路除外)使之消耗的電流降至很小(約2mA).另外，該腳電壓最大不能超過35V.使用中應(yīng)該用電容直接旁路到GROUND 端。16 腳:VREF(基準(zhǔn)電壓端):基準(zhǔn)電壓端16腳的電壓由內(nèi)部控制在5.1 V 土1%?？梢苑謮汉笞鳛檎`差放大器的參考電壓。3.4 SG3525的工作原理及應(yīng)用SG3525內(nèi)置了5.1V精密基準(zhǔn)電源，微調(diào)至1.0%，在誤差放大器共模輸入電壓范圍內(nèi)，無須外接分壓電組。SG3525還增加了同步功能，可以工作在主從模式，也可以與外部系統(tǒng)時(shí)鐘信號(hào)同步，為設(shè)計(jì)提供了極大的靈活性。在CT引腳

31、和Discharge引腳之間加入一個(gè)電阻就可以實(shí)現(xiàn)對死區(qū)時(shí)間的調(diào)節(jié)功能。由于SG3525內(nèi)部集成了軟啟動(dòng)電路，因此只需要一個(gè)外接定時(shí)電容。SG3525的軟啟動(dòng)接入端（引腳8）上通常接一個(gè)5的軟啟動(dòng)電容。上電過程中，由于電容兩端的電壓不能突變，因此與軟啟動(dòng)電容接入端相連的PWM 比較器反向輸入端處于低電平，PWM 比較器輸出高電平。此時(shí)，PWM瑣存器的輸出也為高電平，該高電平通過兩個(gè)或非門加到輸出晶體管上，使之無法導(dǎo)通。只有軟啟動(dòng)電容充電至其上的電壓使引腳8處于高電平時(shí)，SG3525才開始工作。由于實(shí)際中，基準(zhǔn)電壓通常是接在誤差放大器的同相輸入端上，而輸出電壓的采樣電壓則加在誤差放大器的反相輸入端上。當(dāng)輸出電壓因輸入電壓的升高或負(fù)載的變化而升高時(shí)，誤差放大器的輸出將減小，這將導(dǎo)致PWM比較器輸出為正的時(shí)間變長，PWM瑣存器輸出高電平的時(shí)間也變長，因此輸出晶體管的導(dǎo)通時(shí)間將最終變短，從而使輸出電壓回落到額定值，實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)態(tài)。反