直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)驅(qū)動電源的設(shè)計

1、生產(chǎn)實習(xí)說明書（論文）課程名稱：生產(chǎn)實習(xí) 設(shè)計題目：直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)驅(qū)動電源的設(shè)計院 系： 班 級： 設(shè) 計 者： 學(xué) 號：指導(dǎo)教師： 設(shè)計時間： 生產(chǎn)實習(xí)任務(wù)書 姓 名： 院 （系）：電氣工程 專 業(yè)： 班 號： 任務(wù)起至日期： 年 月 日至 年 月 日 設(shè)計題目： 直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)驅(qū)動電源的設(shè)計 已知技術(shù)參數(shù)和設(shè)計要求： 生產(chǎn)實習(xí)的主要任務(wù)是設(shè)計一個直流電動機的脈寬調(diào)速（直流PWM）驅(qū)動電源。被控直流永磁電動機參數(shù)：額定電壓20V，額定電流1A，額定轉(zhuǎn)速2000rpm。驅(qū)動系統(tǒng)的調(diào)速范圍：大于1：1000 工作量：1）主電路的設(shè)計，器件的選型。包括含整流變壓器在內(nèi)的整流電路設(shè)計和H橋可逆斬

2、波電路的設(shè)計(要求采用IPM作為DC/DC變換的主電路，型號為PS21564)。2）PWM控制電路的設(shè)計（指以SG3525為核心的脈寬調(diào)節(jié)電路）。3）IPM接口電路設(shè)計（包括上下橋臂元件的開通延遲，及上橋臂驅(qū)動電源的自舉電路）。4）DC15V 控制電源的設(shè)計（采用LM2575系列開關(guān)穩(wěn)壓集成電路，直接從主電路的直流母線電壓經(jīng)穩(wěn)壓獲得）。2人組成1個設(shè)計小組，通過合理的分工和協(xié)作共同完成上述設(shè)計任務(wù)。設(shè)計的成果應(yīng)包括：用PROTEL繪制的主電路和控制電路的原理圖，電路設(shè)計過程的詳細說明書及焊裝和調(diào)試通過的控制電路板。 工作計劃安排： (學(xué)時安排為2周)l 第1周：周1，全體開會，布置任務(wù)，組成設(shè)

3、計小組（每組2人），會后設(shè)計工作開始。（詳見附錄1 設(shè)計指南）l 第2周周1，答疑，審查設(shè)計方案，發(fā)放器件和裝焊工具。周25，每班1天時間到實驗室調(diào)試已裝焊好的電路板，并完成相關(guān)測試和記錄。）其它時間，完成設(shè)計報告。 同組設(shè)計者及分工：王燕霞：查詢資料，熟悉電路圖中各芯片的功能和用法。張曠世：按照電路圖，焊接電路中各元件。焦云飛：幫助焊接電路，并負責檢查焊接的電路。 指導(dǎo)教師簽字_ 年 月 日 教研室主任意見： 教研室主任簽字_ 年 月 日1 直流脈寬調(diào)速實驗報告1任務(wù)和意義： 生產(chǎn)實習(xí)的主要任務(wù)是設(shè)計一個直流電動機的脈寬調(diào)速（直流PWM）驅(qū)動電源。縱觀運動控制的發(fā)展歷史，交、直流兩大電氣傳動

4、并存于各個應(yīng)用領(lǐng)域。由于直流電機的調(diào)速性能和轉(zhuǎn)矩控制性能好，20世紀30年代起就開始使用直流調(diào)速系統(tǒng)。直流調(diào)速系統(tǒng)由最早的旋轉(zhuǎn)變流機組控制，發(fā)展為用靜止的晶閘管變流裝置和模擬控制器實現(xiàn)調(diào)速，到現(xiàn)在由大功率開關(guān)器件組成的PWM電路實現(xiàn)數(shù)字化的調(diào)速，系統(tǒng)的快速性、可靠性、經(jīng)濟性不斷提高，應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴展。盡管目前對交流系統(tǒng)的研究比較“熱門”，但是其控制性能在某些方面還達不到直流PWM系統(tǒng)的水平。直流PWM控制技術(shù)作為一門新型的控制技術(shù)，其發(fā)展?jié)摿€是相當大的。而且，直流PWM技術(shù)是電力電子領(lǐng)域廣泛采用的各種PWM技術(shù)的典型應(yīng)用和重要基礎(chǔ)，掌握直流PWM技術(shù)對于學(xué)習(xí)和運用交流變頻調(diào)速中SPWM技術(shù)有

5、很大的幫助和借鑒作用。2設(shè)計內(nèi)容：1）主電路的設(shè)計，器件的選型。包括含整流變壓器在內(nèi)的整流電路設(shè)計和H橋可逆斬波電路的設(shè)計(要求采用IPM作為DC/DC變換的主電路，型號為PS21564)。2）PWM控制電路的設(shè)計（指以SG3525為核心的脈寬調(diào)節(jié)電路）。3）IPM接口電路設(shè)計（包括上下橋臂元件的開通延遲，及上橋臂驅(qū)動電源的自舉電路）。4）DC15V 控制電源的設(shè)計（采用LM2575系列開關(guān)穩(wěn)壓集成電路，直接從主電路的直流母線電壓經(jīng)穩(wěn)壓獲得）。2 主電路設(shè)計說明1簡要概述二極管整流橋把輸入的交流電變?yōu)橹绷麟?。四只功率器件?gòu)成H橋，根據(jù)脈沖占空比的不同，在直流電機上可得到或的直流電壓。主電路原理

6、圖2設(shè)計說明1）整流部分采用4個二極管集成在一起的整流橋模塊。2）斬波部分H橋不采用分立元件，而是選用IPM（智能功率模塊）PS21564來實現(xiàn)。該模塊的主電路為三相逆變橋，在本設(shè)計中只采用其中U、V兩相即可。（針對本設(shè)計的特點，即小功率直流PWM調(diào)速，在實際工程中，一般采用P. MOSFET構(gòu)成H橋，本設(shè)計中為了讓大家了解和掌握IPM的特點和使用方法，所以指定采用PS21564作為主電路）3）在主電路設(shè)計中，應(yīng)根據(jù)負載的要求，計算出整流部分的交流側(cè)輸入電壓和電流，作為設(shè)計整流變壓器、選擇整流橋和濾波電容的依據(jù)。該電路的整流輸出電壓較低，所以在計算變壓器副邊電壓時應(yīng)考慮在電流到達負載之前，整流

7、橋和逆變橋中功率器件的通態(tài)壓降。4）在本實習(xí)過程中，因為主電路是已經(jīng)設(shè)計好的，所以我們只需要了解明白主電路中的各部分電路及芯片的功能，然后設(shè)計控制電路，并將其與主電路相連接。3 控制電路設(shè)計說明1. 簡要概述SG3525的13腳輸出占空比可調(diào)（通過改變2腳電壓）的脈沖波形（占空比調(diào)節(jié)范圍不小于0.10.9），同時頻率可通過充放電時間的不同而改變。經(jīng)過RC移相后，輸出兩組互為倒相，死區(qū)時間為5S左右的脈沖，經(jīng)過光耦隔離后，分別驅(qū)動四只功率器件，其中V1、V4驅(qū)動信號相同，V2、V3驅(qū)動信號相同。控制電路中的所有部分都需要進行設(shè)計、焊裝和調(diào)試，因此控制電路是本生產(chǎn)實習(xí)中的核心內(nèi)容。2設(shè)計說明1）在

8、設(shè)計SG3525外圍電路時，我們采用該集成芯片的DIP封裝形式。脈沖的頻率定為5KHz（是根據(jù)IPM中IGBT的開關(guān)速度而確定的），設(shè)定頻率的電阻可采用電位器，以便于調(diào)試。由于SG3525輸出的兩路脈沖是互補形式，在本設(shè)計中其輸出并聯(lián)使用（即11，14管腳短接，從13管腳通過外部上拉電阻輸出V1、V4驅(qū)動脈沖，利用后續(xù)門電路反相后再驅(qū)動V2、V3），以達到01.0的占空比調(diào)整范圍。3525典型應(yīng)用電路2）為防止同一橋臂，上下兩管在驅(qū)動信號翻轉(zhuǎn)時出現(xiàn)瞬時直通現(xiàn)象，我們設(shè)計了兩路驅(qū)動信號的開通延時電路。即利用RC移相電路后，為每路驅(qū)動信號產(chǎn)生5S左右的開通延時。這部分電路中的門電路采用6反向器74

9、LS04；移相環(huán)節(jié)中的R和C的取值，應(yīng)根據(jù)5S的延遲時間來計算，其中R可采用電位器，以便于調(diào)試。注：指定移相電路中C的取值為0.01F。3）IPM中集成了功率器件的驅(qū)動電路，因此在控制電路中不需要設(shè)計驅(qū)動電路；而且為了簡化設(shè)計，隔離環(huán)節(jié)也取消。IPM模塊控制部分的接口信號中除了H橋中4個器件的驅(qū)動信號外，還應(yīng)提供集成在IPM內(nèi)部的4個器件的驅(qū)動電路的供電電源，為了簡化設(shè)計，上橋臂兩個器件，即V1和V3的驅(qū)動電源采用單電源的自舉式供電，詳細設(shè)計可參考IPM的設(shè)計手冊。這樣整個模塊的控制部分只采用1個15V電源供電即可，而不必采用3路獨立的電源，簡化了設(shè)計。4）應(yīng)設(shè)計一個DC 15V的控制電源，為

10、SG3525及IPM模塊的驅(qū)動電路供電。為了減小損耗，采用LM2575TADJ系列開關(guān)穩(wěn)壓集成電路，將主電路的直流母線電壓作為輸入，通過電位器的調(diào)節(jié)，經(jīng)穩(wěn)壓后獲得15V的直流電源。控制電路示意圖4 調(diào)試結(jié)果及討論1. 調(diào)試步驟1全面檢測電路板及元器件,確定無短路后,接通電源。2只將控制板的J3接口與主電路板相連，J6和J7均不連接。再將LM2575T插在電路板的對應(yīng)插座上。在模擬盒上斷開S2開關(guān)，閉合S1開關(guān)，控制板將通過J3接口獲得直流母線電壓。然后調(diào)節(jié)穩(wěn)壓電路中的電位器，使用示波器觀察控制電路輸出電壓PWM OUT的變化情況，其正確波形應(yīng)為一個矩形波。3接下來調(diào)試脈寬調(diào)制信號發(fā)生電路。首先將SG3525插在電路板的對應(yīng)插座上。在模擬盒上斷開S2開關(guān)，閉合S1開關(guān)，給控制板上電。然后調(diào)節(jié)相應(yīng)電位器，獲得頻率為5KHz，占空比可在01之間調(diào)節(jié)的脈寬調(diào)制信號。4測試IPM中上橋臂驅(qū)動電源的自舉電路。將控制板的J6和J7接口與主電路板相連。在模擬盒上斷開S2開關(guān)，閉合S1開關(guān)，給控制板上電。測量通過自舉電路提供的上橋臂驅(qū)動電源是否正常。5. 上述單元電路均調(diào)試通過后，在模擬盒上斷開S2開關(guān)，閉合S1開關(guān)，給控制板上電。將驅(qū)動信號的占空比調(diào)整到50附近。閉合S2開關(guān)，