PWM直流脈寬調(diào)速電氣工程和自動化專業(yè)設計說明

1、 . 1 / 38PWMPWM 直流脈寬調(diào)速直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)的設計系統(tǒng)的設計 . 1 / 38摘摘 要要以電力電子學和電機調(diào)速技術(shù)為基礎，本文設計了一種基于直流脈寬調(diào)速控制技術(shù)的直流電機調(diào)速系統(tǒng)。為了得到較好的動靜態(tài)性能，該控制系統(tǒng)采用了雙閉環(huán)控制，同時速度調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器都選用PI調(diào)節(jié)器。本調(diào)速系統(tǒng)采用半橋型電路作為主電路,它相當于降壓斬波電路和升壓斬波電路的串聯(lián)組合,選用全控型器件 IGBT 作開關器件?？刂齐娐芬约?PWM 控制器 SG3525 為核心,3525 輸出的脈寬調(diào)制信號經(jīng) LM1413 放大后作為 IGBT 的驅(qū)動信號。實驗證明本調(diào)試系統(tǒng)直流電壓大小調(diào)節(jié)和電機可逆運行的實

2、現(xiàn)非常方便，并具有較硬的靜特性和機械特性。關鍵詞關鍵詞: : 升/降壓斬波電路；SG3525；直流脈寬調(diào)速；MATLABAbstractAbstractOn the basis of Power Electronic and electric motor speed adjusting . technology, the calibrator designs a speed adjusting system in which Pulse Width Modulation (PWM) controlling technology is used to control D.C. motor. Du

3、al closed loop controlling technic is alse adopted so that the sysetem has satisfactory steady-state and dynamic characters. The system uses single chip micro computer as an auxiliary unit.Insulated Gate Bipolar Transistor (IGBT) is selected as power semiconductor on-off element in the system The th

4、esis explains the principle of PWM controlling. The special integrated PWM controller-SG3525 which can help us realize PWM control easily is elaborated , this chips internal structure and its peripheral circuit are analyzed, and its applying example in this system is given.KeyKey words:words: Boost/

5、Buck chopper；SG3525；DC Pulse Width speed control；MATLAB . 1 / 38目錄摘要 IIIABSTRACTIV第 1 章引言引言 11.1 直流拖動系統(tǒng) 112 調(diào)速系統(tǒng)的性能指標 11.3 課題來源 21.4 文獻綜述 31.5 直流電機參數(shù) 5第 2 章 PWM 直流調(diào)速系統(tǒng)總體介紹與主電路原理 62.1 電路組成與系統(tǒng)分析 62.2 主電路工作原理 62.3 主電路的組成 8第 3 章 PWM 控制電路 1031 PWM 基本原理 1032 PWM 的理論基礎 1133 PWM 實現(xiàn)方法 1234 直流電機的 PWM 控制技術(shù) 13第

6、 4 章轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器的設計 184.1 PID 調(diào)節(jié)器的基本原理 184.2 速度調(diào)節(jié)器 ASR194.3 電流調(diào)節(jié)器 ACR204.4 觸發(fā)輸入與保護裝置（CSR）214.5 PWM 波形發(fā)生器 244.6 電流檢測 244.7 給定單元 24第 5 章 MATLB 仿真5.1 MATLAB 簡介5.2 PWM 直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)仿真 5.3 仿真結(jié)果致 25參考文獻 26 . 第第1 1章章 引言引言在現(xiàn)代科學技術(shù)革命過程中，電氣自動化在 20 世紀的后四十年曾進行了兩次重大的技術(shù)更新。一次是元器件的更新，即以大功率半導體器件晶閘管取代傳統(tǒng)的變流機組，以線形組件運算放大器取代電磁放

7、大器件。后一次技術(shù)更新主要是把現(xiàn)代控制理論和計算機技術(shù)用于電氣工程，控制器由模擬式進入了數(shù)字式。在前一次技術(shù)更新中，電氣系統(tǒng)的動態(tài)設計仍采用經(jīng)典控制理論的方法。而后一次技術(shù)更新是設計思想和理論概念上的一個飛躍和質(zhì)變，電氣系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和性能亦隨之改觀。在整個電氣自動化系統(tǒng)中，電力拖動與調(diào)速系統(tǒng)是其中的核心部分?，F(xiàn)代的電力拖動控制系統(tǒng)都是由慣性很小的晶閘管、電力晶體管或其他電力電子器件以與集成電路調(diào)節(jié)器等組成的。經(jīng)過合理的簡化處理，整個系統(tǒng)一般都可以用低階近似。而以運算放大器為核心的有源校正網(wǎng)絡（調(diào)節(jié)器），和由 R、C 等元件構(gòu)成的無源校正網(wǎng)絡相比,又可以實現(xiàn)更為精確的比例、微分、積分控制規(guī)律,于是

8、就有可能將各種各樣的控制系統(tǒng)簡化和近似成少數(shù)典型的低階系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。如果事先對這些典型系統(tǒng)作比較深入的研究,把它們的開環(huán)對數(shù)頻率特性當作預期的特性,弄清楚它們的參數(shù)和系統(tǒng)性能指標的關系,寫成簡單的公式或制成簡明的圖表,則在設計實際系統(tǒng)時,只要能把它校正或簡化成典型系統(tǒng)的形式,就可以利用現(xiàn)成的公式和圖表來進行參數(shù)計算,這樣,就建立了工程設計方法的可能性。1.11.1 直流拖動系統(tǒng)直流拖動系統(tǒng)直流電動機轉(zhuǎn)速和其他參量之間的穩(wěn)態(tài)關系可表示為式中 n轉(zhuǎn)速（r/min）；U電樞電壓 （V）；I電樞電流 （A）；R電樞回路總電阻（）；勵磁磁通（wb）；Ke由電機結(jié)構(gòu)決定的電動勢常數(shù)。由上式可以看出，調(diào)節(jié)電動機

9、的轉(zhuǎn)速有三種方法： 1）調(diào)節(jié)電樞供電電壓 U:即保持 R 和 不變，通過調(diào)節(jié) U 來調(diào)節(jié) n，是一種大圍無級調(diào)速方式。2）減弱勵磁磁通:即保持 和 U 不變，通過減少 來升高 n，是一種小圍無級調(diào)速方式。3）改變電樞回路電阻 R:即保持 U 和 不變，通過調(diào)節(jié) R 來調(diào)節(jié) n，是一種大圍有級調(diào)速方式。對于要求在一定圍無級平滑調(diào)速的系統(tǒng)來說，以調(diào)節(jié)電樞供電電壓的方式為最好。改變電阻只能實現(xiàn)有級調(diào)速；減弱磁通雖然能夠平滑調(diào)速，但調(diào)速圍不大。1.21.2 調(diào)速系統(tǒng)的性能指標調(diào)速系統(tǒng)的性能指標1.穩(wěn)態(tài)性能指標 1)調(diào)速圍 生產(chǎn)機械要求電動機提供的最高轉(zhuǎn)速和最低轉(zhuǎn)速之比叫調(diào)速圍，用字母 D 表示 ，即

10、. 3 / 38其中和 一般都指電動機額定負載時的轉(zhuǎn)速，對于少數(shù)負載很輕的機械，例如精密磨床，也可用實際負載時的轉(zhuǎn)速。在直流電機調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)中，常以電動機的額定轉(zhuǎn)速為最高轉(zhuǎn)速 。 2)靜差率 當系統(tǒng)在某一轉(zhuǎn)速下運行時負載由理想空載增加到額定值所對應的轉(zhuǎn)速降落n，與理想空載轉(zhuǎn)速 n 之比，稱作靜差率，即顯然，靜差率是用來衡量調(diào)速系統(tǒng)在負載變化下的穩(wěn)定度的。它和機械特性的硬度有關，特性越硬，靜差率越小，轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定度就越高。然而，靜差率和機械特性硬度又是有區(qū)別的。靜差率不僅與轉(zhuǎn)速降落有關，還與理想空載轉(zhuǎn)速的大小有關 。2.動態(tài)性能指標 調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)性能指標包括跟隨性能指標和抗擾性能指標兩類。 1)

11、 跟隨性能指標 在給定信號(或稱參考輸人信號)R (t)的作用下，系統(tǒng)輸出量 C(t)的變化可用跟隨性能指標來描述通常使用階躍響應性能指標，即以輸出量的初始值為零，給定信號階躍變化下的過渡過程為典型的跟隨過程。一般希望在階躍響應中輸出量 C(t)與其穩(wěn)態(tài)值 的偏差越小越好，達到 C 的時間越快越好。具體的指標有下列幾項:(1)上升時間 在典型的階躍響應跟隨過程中，輸出量從零起第一次上升到穩(wěn)態(tài)值 C 所經(jīng)過的時間稱為上升時間。它表示動態(tài)響應的快速性。 (2)超調(diào)量 在典型的階躍響應跟隨過程中，輸出量超出穩(wěn)態(tài)值的最大偏離量與穩(wěn)態(tài)值之比，用百分數(shù)表示，叫做超調(diào)量 :超調(diào)量反映系統(tǒng)的相對穩(wěn)定性。超調(diào)量

12、越小，則相對穩(wěn)定性越好，即動態(tài)響應比較平穩(wěn)。(3)調(diào)節(jié)時間 t, 調(diào)節(jié)時間又稱過渡過程時間，它衡量系統(tǒng)整個調(diào)節(jié)過程的快慢。定義為從加輸人量的時刻起，到輸出量進人其穩(wěn)態(tài)值的誤差帶(一般取 5%或 2%)，響應曲線達到且不再超出該誤差帶所需的最短時間。2) 抗擾性能指標 穩(wěn)定的調(diào)速系統(tǒng)在運行中，如果受到擾動，經(jīng)歷一段動態(tài)過程后，能達到新的穩(wěn)態(tài)，除了穩(wěn)態(tài)誤差以外，在動態(tài)過程中輸出量變化有多少?在多長的時間能恢復穩(wěn)定運行?這些問題標志著調(diào)速系統(tǒng)的抗擾能力。一般以系統(tǒng)穩(wěn)定運行中突加一個使輸出量降低的負擾動 N 以后的過渡過程作為典型的抗擾過程。1.31.3 課題來源課題來源目前，直流調(diào)速技術(shù)的研究和應用

13、已達到比較成熟的地步，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)的精度與可靠性。目前國各大院校，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)都已結(jié)合工業(yè)生產(chǎn)中，所以應用已有的成熟技術(shù)開發(fā)性能價格比高，具有自主知識產(chǎn)權(quán)的直流調(diào)速單元，將有廣闊的應用前景。直流斬波電路原理實驗和直流電機的 PWM 調(diào)速實驗都是電力電子技術(shù)課程要求必須開設的實驗。本課題是應生產(chǎn)教儀的廠家的需要,研制開發(fā)出一套控制平滑、穩(wěn) . 定、經(jīng)濟、實用、簡便、可靠性高、操作方便的直流調(diào)速控制掛箱以供大中專院校實驗教學之用,利用該掛箱設備可以進行的實驗項目有: 降壓斬波電路實驗升壓斬波電路實驗可逆直流 PWM

14、調(diào)速實驗，實現(xiàn)了斬波實驗電路與可逆 PWM 調(diào)速實驗電路的兼容。1.41.4 文獻綜述文獻綜述1.4.11.4.1 PWMPWM 直流調(diào)速系統(tǒng)研究直流調(diào)速系統(tǒng)研究直流電動機因其可以方便地通過改變電樞電壓和勵磁電流實現(xiàn)寬圍的調(diào)速而得到廣泛的應用調(diào)節(jié)電樞串聯(lián)電阻來改變電樞上的電壓，是最經(jīng)典的直流電機調(diào)速方法，有相當部分的電能消耗在所串聯(lián)電阻上，很不經(jīng)濟。80 年代，以晶閘管為功率開關器件的斬波調(diào)速器以其無級、高效、節(jié)能而得到大力推廣但晶閘管斬波調(diào)速器不足之處是晶閘管一旦被觸發(fā)，其關斷必須依賴換流電容和換流電感振蕩產(chǎn)生反壓來實現(xiàn)換流電容和電感增加了裝置的成本，也增加了換流損耗；電源電壓下降還會導致?lián)Q

15、流失敗，使系統(tǒng)的可靠性降低；此外，由于晶閘管的開、關時間比較長，加上存在換流環(huán)節(jié)，使得斬波器的工作頻率不能太高(一般在 300Hz 以下)，電機上的力矩脈動和電流脈動比較嚴重。因此直流斬波調(diào)速呼喚快速自關斷器件。于是 90 年代出現(xiàn)了以 IGBT為代表，具有自關斷能力并可在高速下工作的功率器件作為開關元件的 PWM 直流調(diào)速系統(tǒng)成為更為先進的直流調(diào)速方案2。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展和新型電力電子器件的不斷涌現(xiàn)，直流 PWM 驅(qū)動技術(shù)近年來發(fā)展更加迅速，由其構(gòu)成的調(diào)速系統(tǒng)也已成為現(xiàn)代調(diào)速系統(tǒng)的佼佼者，受到越來越多電氣控制技術(shù)人員的重視。傳統(tǒng)的 PWM 直流傳動系統(tǒng)常采用的主功率元件一般為功率晶體管

16、(GTR)，隨著驅(qū)動對象的日益復雜和系統(tǒng)性能與可靠性的逐步提高，采用場控器件- - 絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)的逐漸增多，這里就是采用 IGBT 作為主電路的控制元件。1.4.21.4.2 PWMPWM 直流調(diào)速系統(tǒng)設計理論分析直流調(diào)速系統(tǒng)設計理論分析基于 80Cl96KC 控制的雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)電路。主要由電機轉(zhuǎn)速、電流檢測電路；轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)單片機 PI 數(shù)字調(diào)節(jié)器；功率調(diào)節(jié)電路；直流電機；保護電路等組成，系統(tǒng)硬件主要由 80C196KC 單片機、外部存儲器、驅(qū)動芯片 TC787、光電編碼器、8279鍵盤顯示電路等構(gòu)成。實現(xiàn)顯示、命令輸入、循環(huán)檢測、過壓過流保護與軟件 PI 調(diào)節(jié)功

17、能。80C196KC 單片機是 INTEL 公司新一代高性能、低功耗 l6 位單片機，具有豐富的軟硬件資源和較強的抗干擾能力，它是 MCS96 系列的芯片中第三類產(chǎn)品，含 AD轉(zhuǎn)換。具有四個高速輸入口和六個高輸出口。具有以下顯著特點：算術(shù)邏輯單元采用寄存器一寄存器結(jié)構(gòu)，消除了一般 CPU 中存在的累加器瓶頸效應，提高了操作速度和數(shù)據(jù)吞吐能力；采用垂直窗口技術(shù)，大大加速了程序運行速度和精簡了程序結(jié)構(gòu)。在中斷服務程序或子程序中，其優(yōu)點尤其顯得突出。增添了新的 256 字節(jié)寄存器，使得每個服務程序都可能擁有自已的寄存器組，而在服務程序的人口和出口處，可以用簡單的垂直窗口切換代替常用的人棧和出棧指令。

18、具有外設事務服務器，能有效地處理中斷事務。外設事務服務器 PTS(Peripheral TransactionServe)對中斷能提供一種類似直接存儲器訪問 DMA(Direct Memory Access)的響應，CPU 的開銷比一般的中斷響應少得多。本系統(tǒng)中，對轉(zhuǎn)速的測量、AD 轉(zhuǎn)換、閉環(huán)運算和發(fā)觸發(fā)脈沖，都對實時 . 5 / 38性要求很高，鑒于以上特點，80C196KC 能夠滿足系統(tǒng)的要求，并極提高了系統(tǒng)的運行可靠性與控制策略的靈活性，同時也將提高系統(tǒng)的控制精度。 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)引入80C196KC單片機控制后，整個系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)簡單、運算速度快、邏輯判斷能力強，靜動態(tài)特性良好，抗負

19、載與電網(wǎng)電壓擾動能力強，穩(wěn)速精度高，節(jié)省了設備的投資、提高了設備的利用率，在自動控制系統(tǒng)的實驗與科研以與工業(yè)電力拖動裝置的改造等方面具有較好的應用價值13。基于模擬電路仿真的雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)課程設計。介紹了一種基于模擬電路仿真實驗平臺實現(xiàn)雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)課程設計的方法，該方法利用計算機完成實驗數(shù)據(jù)的采集、存儲和計算處理，根據(jù)實驗結(jié)果可以準確直觀地分析轉(zhuǎn)速一電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的起動過程與動態(tài)抗擾性能，可方便地設計各種不同的調(diào)節(jié)器參數(shù)與控制策略并分析其對系統(tǒng)性能的影響，取得了很好的教學效果。該方法亦可用于對其他類型自控系統(tǒng)的分析設計。利用模擬電路仿真實驗平臺實現(xiàn)雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)課程設計，生動

20、直觀地再現(xiàn)了調(diào)速系統(tǒng)的起動過程與抗擾過程，說明了調(diào)節(jié)器的有關設計問題，將抽象的理論問題變得直觀易懂，取得了較好的教學效果，該方法同樣適用于學生學習設計其他各種自動控制系統(tǒng)。 基于MATLAB的雙閉環(huán)可逆直流調(diào)速系統(tǒng)的仿真研究。對雙閉環(huán)無環(huán)流可逆直流調(diào)速系統(tǒng)進行了計算機仿真研究。雙閉環(huán)可逆直流調(diào)速系統(tǒng)是一個復雜的自動控制系統(tǒng)，在設計和調(diào)試過程中有大量的參數(shù)需要計算和調(diào)整。運用傳統(tǒng)的設計方法工作量大，系統(tǒng)調(diào)試困難。隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，在軟件和硬件方面提供了良好的設計平臺。該文運用MATLAB軟件建立了調(diào)速系統(tǒng)的仿真模型。在建立系統(tǒng)計算機仿真模型時，由于系統(tǒng)復雜，首先利用MATLAB的子系統(tǒng)模塊將

21、主電路和觸發(fā)電路封裝成一個子系統(tǒng)；然后將子系統(tǒng)與其他模塊一起組成整個調(diào)速系統(tǒng)的仿真模型。利用SLMULINK中仿真功能對系統(tǒng)進行了仿真，仿真的結(jié)果證明了該方法的可行性、合理性。利用仿真技術(shù)可以很大程度地減少雙閉環(huán)可逆直流調(diào)速系統(tǒng)設計和調(diào)試強度。 此外還有由單片微機控制的IGBT-PWM直流調(diào)速系統(tǒng)11。單片微機由于體積小，重量輕，功能全，價格便宜，在電氣傳動實時控制系統(tǒng)中越來越受到重視和普遍應用。利用單片微機邏輯功能強和軟件靈活的優(yōu)點，不僅可使很多控制硬件軟件化，且便于參數(shù)的設定和調(diào)整，同時可以對系統(tǒng)工作中的各種信息數(shù)據(jù)作診斷，檢洲并與時處理，加強實時維護和提高控制系統(tǒng)的可靠性。由單片微機控制

22、的IGBT-PWM調(diào)速系統(tǒng)是一種新型的控制系統(tǒng)，由于IGBT是一種高頻壘控型器件，可方便地控制其通斷，因此由它組成的控制系統(tǒng)除結(jié)構(gòu)簡單外，更具有開關頻率高、主回路脈動成分系統(tǒng)采用單閉環(huán)結(jié)構(gòu)，省去了電流環(huán)，而電流環(huán)的作用則由反電勢跟蹤控制來取代。使系統(tǒng)在動態(tài)過程中輸出最大電流，以加快過渡過程。由于用單片微機實現(xiàn)了全數(shù)字控制。它不僅簡化了系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，而且使系統(tǒng)具有良好的動靜態(tài)特性。由于調(diào)速系統(tǒng)采用了徽機控制，使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)得以簡化，且系統(tǒng)參數(shù)可調(diào)，使系統(tǒng)得動靜態(tài)特性得以優(yōu)化。1.4.31.4.3 如何設計好如何設計好 PWMPWM 直流調(diào)速系統(tǒng)直流調(diào)速系統(tǒng) 在轉(zhuǎn)速的比例控制系統(tǒng)中，提高放大器的電壓放大

23、倍數(shù)，只能減小靜差，而不能消除靜差。要想消除靜差，就必須在放大器中增加一個積分環(huán)節(jié)，使放大器變成比例積分(PI)控制器。PI 反饋網(wǎng)絡是由一些電阻和電容組成的線性網(wǎng)絡。其中有一個可變電阻器和一個可變電容器。可變電阻器用于 PI 控制器的比例度值的調(diào)節(jié)?？勺冸娙萜饔糜?P1 控制器的積分時間的調(diào)節(jié)。在轉(zhuǎn)速的 PI 控制系統(tǒng)中，只要有靜差的存在，積 . 分環(huán)節(jié)就要工作，一直到靜差為 0 時，積分環(huán)節(jié)才停止工作。積分環(huán)節(jié)能完全消除靜差。 在生產(chǎn)實際中會出現(xiàn)這樣的現(xiàn)象：雖然轉(zhuǎn)速的偏差的絕對值不大，但是它的變化速度卻很快。PI 控制對于這樣的偏差(動偏差)的控制力度很小。因此，這個快速變化的偏差很快就會

24、造成很大的偏差。等到大的偏差出現(xiàn)后，再來實施控制，已經(jīng)為時過晚，這樣必定會使控制精度大幅度地下降。為了與時消除這種快速變化的轉(zhuǎn)速偏差，必須在 PI 控制器中再引進一個微分(D)環(huán)節(jié)使 PI 控制器變成 PID 控制器。具體的作法是：在 PI 控制器的反饋網(wǎng)絡中再增加一個微分環(huán)節(jié)就可以了。在微分環(huán)節(jié)中設置一個可變電容器，用來調(diào)節(jié)微分時間值。將 PI 控制系統(tǒng)中的 PI 控制器換成 PID 控制器，就成了轉(zhuǎn)速的 PID 控制系統(tǒng)。當絕對值很小而變化速度很快的轉(zhuǎn)速偏差出現(xiàn)后，PID控制器中的微分環(huán)節(jié)就會輸出一個很大的控制電壓，來提前對轉(zhuǎn)速作相應的大幅度的調(diào)整，這樣就避免了今后大的速度偏差的出現(xiàn)，使控

25、制精度大幅度地提高。對于 PID控制器，可以用工程整定的方法確定出一組最佳的比例度、積分時間和微分時間的值，使轉(zhuǎn)速控制達到最佳的效果這時，轉(zhuǎn)速的最大超調(diào)量最小，調(diào)節(jié)時間最短?；蛘哒f，此時控制精度最高，控制速度最快1.51.5 直流電機參數(shù)直流電機參數(shù) 直流并勵電動機 型號：ZYDJ04 功率：PN=150W 電樞電壓：UN=220V 電樞電流：IN=1.06A 測速發(fā)電機： 48V/2400r/min第第 2 2 章章 PWMPWM 直流調(diào)速系統(tǒng)直流調(diào)速系統(tǒng)總體介紹與主電路原理總體介紹與主電路原理2.12.1 電路組成與系統(tǒng)分析電路組成與系統(tǒng)分析 . 7 / 38直流脈寬調(diào)速電路原理圖如圖 2

26、.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(800V/5A)作為自關斷器件,二極管（2ZCP12）續(xù)流，利用集成脈寬調(diào)制控制器 SG3525 產(chǎn)生的脈寬調(diào)制信號作為驅(qū)動信號,由兩個 IGBT與其反并聯(lián)的續(xù)流二極管組成。IGBT 為 GT25Q10 。直流并勵電動機型號 ZYDJ04 。圖中 PN =150W;UN=220V;IN=1.06A 。2.22.2 主電路工作原理主電路工作原理三相 127V 交流電經(jīng)橋式整流電路,所選用二極管型號為 2CP12 濾波電路變成直流電壓加在 P、N 兩點間，直流斬波電路上端接 P 點，下端接 N 點，中點公共端（

27、COM）（如圖 2.1 所示） 。若使 COM 端與電機電樞繞組 A 端相接,B 端接 N,可使電機正轉(zhuǎn)。若T2 截止，T1 周期性地通斷，在 T1 導通的 Ton 時間，形成電流回路 P-T1- A-B-N，此時 VAB0,IAB0;在 T1 截止時由于電感電流不能突變,電流 IAB經(jīng) D2 續(xù)流形成回路為A-B-D2-A,仍有 VAB0,IAB0，電機工作在正轉(zhuǎn)電動狀態(tài)（第一象限） ，T1,D2 構(gòu)成一個 Buck 變換器。若 T1 截止,T2 周期性地通斷,在 T2 導通的 Ton 時間，形成流回路 A-T2-B-A;在 T2 截止時,由于電感電流不能突變,電流 IAB經(jīng) D1 續(xù)流形成

28、回路為 A-D1-P-N-B-A,此時 VAB0,IAB0,電機工作在正轉(zhuǎn)制動狀態(tài)（第二象限）,T2，D1 構(gòu)成一個 Boost 變換器。只要改變 T1,T2 導通時間 Ton 的大小即改變給 T1,T2 所加門極驅(qū)動動信號脈沖的寬度即可改變 VAB和 IAB的大小調(diào)控直流電動機的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩。若使 COM 端與電機電樞繞組 A 端相接，B 端接 N,可使電機工作在正轉(zhuǎn)電動或制動狀態(tài)（,象限），若使 COM 端與 B 相接而 A 端接 N,可使電機工作在反轉(zhuǎn)電動或制動狀態(tài)（，象限）。 （正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)狀態(tài)電機電樞繞組的連接通過狀態(tài)開關進行切換） 。這樣僅用兩個開關器件就可實現(xiàn)電機的四象限運行。電機的

29、轉(zhuǎn)速經(jīng)測速發(fā)電機以與 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進行比較作為系統(tǒng)的環(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)器再通過一個反號器的輸出電壓的極性必須為正，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為正, 最后轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的給定選擇了負極性的可調(diào)電壓,如圖 2.1 所示。ASR 和 ACR 均采用 PI 調(diào)節(jié)器，利用電流負反饋與速度調(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,突加負載動態(tài)速降

30、小,具有較好的加速特性。 . 圖 2.1 電路總圖123456ABCD654321DCBATitleNumberRevisionSizeBDate:25-Jun-2007Sheet of File:C:Documents and SettingshpMy Documents200759.ddbDrawn By:ABCOMNBA2KST10KR26.8KR3230R410KR710KR80.01UC1100UC250R610UC410UC521VCC+15V100/3W63/3WR9VCC+15V100/3WVCC+15V5050750750+VCC+15VPCOMNNCOM+15V-15V20

31、0SB300V SG352512.99KHZ 880mV-3.36V 1 154uS 6.494KHZ 2 155uS 6.452KHZ 13uS MB1MB2LM1413 +15V -15V-+LT+-+LM141312345678910111213141516LM141312345678910111216151413SG352535254.7U0.1UIGBT1IGBT2+10kCSRR?RES2R?RES2TGRC1G1E1G2C2E2116AB . 9 / 382.32.3 主電路的組成主電路的組成本實驗電路中主電路部分由直流電源、兩個 IGBT 管組成，可看成降壓型變換器和升壓型變換

32、器的串聯(lián)組合，下面結(jié)合 H 型橋式可逆直流 PWM 調(diào)速電路圖來對降壓、升壓斬波電路進行介紹。2.3.1 降壓斬波電路與電機的電動狀態(tài)圖 2.2 中如果始終保持 T4 導通、T3 關斷（則如圖 2.3 所示） ，并使 T2 截止、T1周期性地通斷，在 T1 導通的 Ton 時間，vAB=vPN0,iAB0; 在 T1 截止的 Toff 時間，由于電感電流不能突變，iAB經(jīng) D2 續(xù)流，vAB=0，A、B 兩端電壓的平均值 VAB=Ton VPN/(Ton+Toff)=VPN, 為占空比。可見在圖 2.3 中當 T2 截止時由 T1、D2 構(gòu)成了一個降壓斬波電路，iAB0，vAB0，電機工作在正

33、向電動狀態(tài)。2.3.2 升壓斬波電路與電機的制動狀態(tài)圖 2.3 中若 T1 截止、T2 周期性地通斷，在 T2 導通的 Ton 時間，vAB= 0, iAB0;在 T2 截止的 Toff 時間，由于電感電流不能突變，電流 iAB經(jīng) D1 續(xù)流，vAB=vPN，A、B兩端電壓的平均值 VAB= ToffVPN/(Ton+Toff)=（1）VPN,可見當 T1 截止時由T2、D1 構(gòu)成了一個升壓斬波電路，vAB0, iAB0，電機工作在正向制動狀態(tài)，將電能回送給直流電源。2.3.3 半橋電路與電機的電動和制動運行狀態(tài)由上述分析可知，在圖 2.3 所示的半橋電路中，若 T2 截止、T1 通斷轉(zhuǎn)換時由

34、T1、D2 構(gòu)成了降壓斬波電路，電機工作在正向電動狀態(tài)；若 T1 截止、T2 通斷轉(zhuǎn)換時由 T2、D1 構(gòu)成了升壓斬波電路，電機工作在正向制動狀態(tài)。在圖 2.2 中如果始終讓 T2 導通、T1 斷開則類似地，當 T4 截止時，由 T3、D4 構(gòu)成了降壓斬波電路，電機工作在反向電動狀態(tài)；當 T3 截止時，由 T4、D3 構(gòu)成了升壓斬波電路，電機工作在反向制動狀態(tài)。2.3.4 電機可逆運行的實現(xiàn)由以上對可逆 H 橋電路的分析可知，電機的正反轉(zhuǎn)是通過兩個半橋電路即兩套升/降壓斬波電路交替工作來實現(xiàn)的， （正轉(zhuǎn)時由 T1、T2 組成的半橋電路工作，反轉(zhuǎn)時由圖 2.2 H 型橋式變換電路圖 2.3 半橋

35、變換電路 . T3、T4 組成的半橋電路工作） 。因此設計出一種半橋型可逆 PWM 調(diào)速電路，即用一套升/降壓斬波電路通過一個轉(zhuǎn)換開關的切換既可用于電機的正轉(zhuǎn)也可用于電機的反轉(zhuǎn),它與 H 橋電路相比節(jié)省了兩個開關器件，而且大大簡化了電路，狀態(tài)開關的連接如圖2.4 所示，當 A 接 COM,B 接 N 時，電機正轉(zhuǎn)（工作在、象限） ，當 A 接 N，B 接 COM時，電機反轉(zhuǎn)（工作在、象限） 。圖 2.4 轉(zhuǎn)換開關連接圖 . 11 / 38第第 3 3 章章 PWMPWM 控制電路控制電路PWM（Pulse Width Modulation）控制脈沖寬度調(diào)制技術(shù)，通過對一系列脈沖的寬度進行調(diào)制，

36、來等效地獲得所需要波形（含形狀和幅值）。在直流電機系統(tǒng)中，開關放大器提供驅(qū)動電機所需要的電壓和電流，通過改變加在電動機上的電壓的平均值來控制電機的運轉(zhuǎn)。在開關放大器中，常采用晶體管作為開關器件，晶體管如同開關一樣，總是處在接通和斷開的狀態(tài)。在晶體管處在接通時，其上的壓降可以略去；當晶體管處在斷開時，其上壓降很大，但是電流為零，所以不論晶體管接通還是斷開，輸出晶體管中的功耗都是很小的。一種比較簡單的開關放大器是按照一個固定的頻率去接通和斷開放大器，并根據(jù)需要改變一個周期“接通”和“斷開”的相位寬窄，這樣的放大器被稱為脈沖調(diào)制放大器。PWM(Pulse Width Modulation)脈沖寬度調(diào)

37、制技術(shù)就是通過對一系列脈沖的寬度進行調(diào)制，來等效地獲得所需要波形(含形狀和幅值)的技術(shù)。根據(jù) PWM 控制技術(shù)的特點，到目前為止主要有八類方法：相電壓控制 PWM、線電壓控制 PWM、電流控制 PWM、空間電壓矢量控制 PWM、矢量控制 PWM、直接轉(zhuǎn)矩控制 PWM、非線性控制 PWM、諧振軟開關PWM。PWM 控制技術(shù)在逆變電路中應用最廣，應用的逆變電路絕大部分是 PWM 型，PWM控制技術(shù)正是有賴于在逆變電路中的應用，才確定了它在電力電子技術(shù)中的重要地位。 3.13.1 PWMPWM 基本原理基本原理PWM 是通過控制固定電壓的直流電源開關頻率，從而改變負載兩端的電壓，進而達到控制要求的一

38、種電壓調(diào)整方法。PWM 可以應用在許多方面，如電機調(diào)速、溫度控制、壓力控制等。在 PWM 驅(qū)動控制的調(diào)整系統(tǒng)中，按一個固定的頻率來接通和斷開電源，并根據(jù)需要改變一個周期“接通”和“斷開”時間的長短。通過改變直流電機電樞上電壓的“占空比”來改變平均電壓的大小，從而控制電動機的轉(zhuǎn)速。因此，PWM 又被稱為“開關驅(qū)動裝置” 。如圖 3.1 所示，在脈沖作用下，當電機通電時，速度增加；電機斷電時，速度逐漸減少。只要按一定規(guī)律，改變通、斷電的時間，即可讓電機轉(zhuǎn)速得到控制。設電機始終接通電源時，電機轉(zhuǎn)速最大為 Vmax，設占空比為 D=t1/T，則電機的平均速度為式中Vd電機的平均速度Vmax電機全通電時

39、的速度（最大）D=t1/T占空比由公式（2）可見，當我們改變占空比 D=t1/T 時，就可以得到不同的電機平均速度Vd，從而達到調(diào)速的目的。嚴格地講，平均速度 Vd 與占空比 D 并不是嚴格的線性關系，在一般的應用中，可以將其近似地看成線性關系。 . 圖 3.1 電樞電壓“占空比”與平均電壓關系圖 Vd=Vmax D3 3.2.2 PWMPWM 的理論基礎的理論基礎沖量相等而形狀不同的窄脈沖加在具有慣性的環(huán)節(jié)上時，其效果基本一樣。沖量指窄脈沖的面積。效果基本一樣，是指環(huán)節(jié)的輸出響應波形基本一樣。低頻段非常接近，僅在高頻段略有差異。 圖 3.2形狀不同而沖量一樣的各種窄脈沖 面積等效原理： 分別

40、將如圖 3.1 所示的電壓窄脈沖加在一階慣性環(huán)節(jié)（R-L 電路）上，如圖 3.2a所示。其輸出電流 i(t)對不同窄脈沖時的響應波形如圖 3.2b 所示。從波形可以看出，在 i(t)的上升段，i(t)的形狀也略有不同，但其下降段則幾乎完全一樣。脈沖越窄，各 i(t)響應波形的差異也越小。如果周期性地施加上述脈沖，則響應 i(t)也是周期性的。用傅里葉級數(shù)分解后將可看出，各 i(t)在低頻段的特性將非常接近，僅在高頻段有所不同。 . 13 / 38圖 3.3 沖量一樣的各種窄脈沖的響應波形 用一系列等幅不等寬的脈沖來代替一個正弦半波，正弦半波 N 等分，看成 N 個相連的脈沖序列，寬度相等，但幅

41、值不等；用矩形脈沖代替，等幅，不等寬，中點重合，面積（沖量）相等，寬度按正弦規(guī)律變化。 SPWM 波形脈沖寬度按正弦規(guī)律變化而和正弦波等效的 PWM 波形。 圖 3.4 用 PWM 波代替正弦半波 要改變等效輸出正弦波幅值，按同一比例改變各脈沖寬度即可。PWM 電流波；電流型逆變電路進行 PWM 控制，得到的就是 PWM 電流波。PWM 波形可等效的各種波形：直流斬波電路：等效直流波形，SPWM 波：等效正弦波形，還可以等效成其他所需波形，如等效所需非正弦交流波形等，其基本原理和 SPWM 控制一樣，也基于等效面積原理。 . 3.33.3 PWMPWM 實現(xiàn)方法實現(xiàn)方法PWM 信號的產(chǎn)生通常有

42、兩種方法：一種是軟件的方法；另一種是硬件的方法。硬件方法的實現(xiàn)已有很多文章介紹，這里不做贅述。本文主要介紹利用單片機對 PWM 信號的軟件實現(xiàn)方法。MCS-51 系列典型產(chǎn)品 8051 具有兩個定時器 T0 和 T1。通過控制定時器初值 T0 和T1，從而可以實現(xiàn)從 8051 的任意輸出口輸出不同占空比的脈沖波形。由于 PWM 信號軟件實現(xiàn)的核心是單片機部的定時器，而不同單片機的定時器具有不同的特點，即使是同一臺單片機由于選用的晶振不同，選擇的定時器工作方式不同，其定時器的定時初值與定時時間的關系也不同。因此，首先必須明確定時器的定時初值與定時時間的關系。如果單片機的時鐘頻率為 f，定時器計數(shù)

43、器為 N 位，則定時器初值與定時時間的關系為:式中，TW定時器定時初值；N一個機器周期的時鐘數(shù)。N 隨著機型的不同而不同。在應用中，應根據(jù)具體的機型給出相應的值。這樣，我們可以通過設定不同的定時初值 TW，從而改變占空比 D，進而達到控制電機轉(zhuǎn)速的目的。3.43.4 直流電機的直流電機的 PWMPWM 控制技術(shù)控制技術(shù) 由于控制的對象是直流電機，本系統(tǒng)選擇了等脈寬 PWM 法對電機的電壓進控制。這樣一來，對電機轉(zhuǎn)速的控制就變成了對電樞電壓的控制，PWM 控制任務就簡單的變成了調(diào)壓，省去了調(diào)頻的容。圖 3.5 給出了直流電機 PWM 控制原理的電路與輸出電壓波形圖。在圖中，控制程序設計假定晶體管

44、 V 先導通 T1 秒，這個期間電壓 Ud全部加到電樞上(如果忽略 V 上的管壓降)，然后關斷 T2 秒，這個期間電樞兩端電壓為零。如此反復，則電樞端的電壓波形如圖中(b)所示 。電樞兩端電壓的平均值為: 圖 3.5直流電機 PWM 控制原理的電路（a）電樞端的電壓波形（b） a 為一個周期 T 中，晶體管 V 導通時間時間的比率，稱為負載率或占空比。變 a即可改變電樞兩端的電壓。使用下面三種方法中的任何一種，即可改變達到調(diào)壓的目的:(1) T1 保持一定，T2 變化。(2) T2 保持一定，T1 變化。 (3) T 保持一定，T1 變化。 . 15 / 383.4.13.4.1直流電機調(diào)速原

45、理直流電機調(diào)速原理直流電動機根據(jù)勵磁方式不同,分為自勵和他勵 2 種類型。不同勵磁方式的直流電動機,其機械特性曲線有所不同。但是對于直流電動機的轉(zhuǎn)速,總滿足下式:rneeRUTCC C內(nèi) 式中：U-電壓，R-勵磁繞組的阻，Ce-電勢常數(shù)，Cr-轉(zhuǎn)矩常量由上式可知，直流電機的速度控制既可采用電樞控制法，也可采用磁場控制法。磁場控制法控制磁通，其控制功率雖然較小，但低速時受到磁極飽和的限制，高速時受到換向火花和換向器結(jié)構(gòu)強度的限制，而且由于勵磁線圈電感較大，動態(tài)響應較差，所以在工業(yè)生產(chǎn)過程中常用的方法是電樞控制法。電樞控制是在勵磁電壓不變的情況下，把控制電壓信號加到電機的電樞上來控制電機的轉(zhuǎn)速。傳

46、統(tǒng)的改變電壓方法是在電樞回路中串聯(lián)一個電阻，通過調(diào)節(jié)電阻改變電樞電壓，達到調(diào)速的日的，這種方法效率低平滑度差，由于串聯(lián)電阻上要消耗電功率，因而經(jīng)濟效益低，而且轉(zhuǎn)速越慢，能耗越大。隨著電力電子的發(fā)展，出現(xiàn)了許多新的電樞電壓控制方法。3.4.23.4.2直流電機電樞的直流電機電樞的 PWMPWM 調(diào)壓調(diào)速原理調(diào)壓調(diào)速原理隨著計算機進入控制領域，以與新型的電力電子功率元器件的不斷出現(xiàn)，采用全控型的開關功率元件進行脈寬調(diào)制的 PWM 控制方式已成為主流。這種控制方式很容易在單片機控制中實現(xiàn)，從而為直流電動機控制數(shù)字化提供了契機。直流電動機轉(zhuǎn)速 n的表達式為：rneeRUTCC C內(nèi) 式中：U-電壓，R

47、-勵磁繞組的阻，Ce-電勢常數(shù)，Cr-轉(zhuǎn)矩常量直流電機的轉(zhuǎn)速控制大多數(shù)應用場合都使用電樞控制法。本設計介紹的方法就是在勵磁恒定不變的情況下，通過調(diào)節(jié)電樞電壓來實現(xiàn)直流電機調(diào)速。大多數(shù)直流電機的驅(qū)動采用開關驅(qū)動方式。開關驅(qū)動方式是使半導體功率器件工作在開關狀態(tài)，通過脈寬調(diào)制 PWM 來控制電動機電樞電壓，實現(xiàn)調(diào)速。當開關管 D1 的柵極輸入高電平時，開關管導通，直流電動機電樞繞組兩端有電壓 US。t1 秒后，柵極輸入變?yōu)榈碗娖?，開關管截止，電動機電樞兩端電壓為 0。t2 秒后，柵極輸入重新變?yōu)楦唠娖?，開關管的動作重復前面的過程。這樣，對應著輸入的電平高低，直流電動機電樞繞組兩端的電壓波形如圖 1

48、-1 所示。 . 圖 1-1 輸入輸出電壓波形圖電動機的電樞繞組兩端的電壓平均值 Uo 為：式 中， 稱為占空比，=t1/T占空比 表示了在一個周期 T 里開關管導通的時間與周期的比值。 的變化圍為 0 1。由式(3-2)可知，當電源電壓 US 不變的情況下，電樞的端電壓的平均值Uo 取決于占空比 的大小，改變 值就可以改變端電壓的平均值，從而達到調(diào)速的目的，這就是 PWM 調(diào)速原理。在 PWM 調(diào)速中，占空比 是一個重要參數(shù)。在直流電機控制中，改變 來實現(xiàn)調(diào)速主要方法是定頻調(diào)寬法：使周期 T(或頻率)保持不變，而同時改變 t1 和 t2。3.4.33.4.3 SG3525SG3525 的結(jié)構(gòu)

49、的結(jié)構(gòu) 控制電路以 SG3525 為核心構(gòu)成，它采用 恒頻脈寬調(diào)制控制方案,適合于各種開關電源，斬波器的控制。其部包含精密基準源、鋸齒波振蕩器、誤差放大器、比較器、分頻器等，并含有欠壓鎖定電路,閉鎖控制電路和軟起動電路。SG3525 采用 16 引腳標準 DIP 封裝。其各引腳功能如圖 3.6 所示，部框圖如圖 3.7 所示。 . 17 / 38圖 3.6 SG3525 的引腳3.43.4.4.4 工作原理工作原理 SG3525 為頻率固定脈寬可調(diào)的集成 PWM 控制器，其部原理由基準電壓 Uref、振蕩器 G 、誤差放大器比較器 DC 、PWM 鎖相器、分相器、欠電壓鎖定器、輸出極、軟啟動與

50、關閉電路等組成 其中：輸入電壓 Uccl 、 基準電壓 Uref 與輸出電壓 Uccl 可在 8 35V 圍變化通?？捎?+ l5 V. Uref 是一 AE 個標準三端穩(wěn)壓器，有溫度補償，精度可達 I51 +1)V。它即是部電路的供電電源，也可為芯片外圍電路提供標準電源，輸出電流可達 40 mA ，有電流保護功能；振蕩器 G 由一個雙門限比較器、一個恒流電源與電容充放電電路構(gòu)成 。Cr 恒流充電，產(chǎn)生一鋸齒波電壓，鋸齒波的峰點電平為 3. 3 V ，谷點電平為 0.9 V ，鋸齒波的上升邊對應 Cr 充電，充電時間 t1(參見圖 3) 決定于 RtCr ；鋸齒波下降邊對應 Cr 放電，放電時

51、間 t2 決定于RdCr。鋸齒波頻率由下式?jīng)Q定 f= 1(t1+t 2) = 1Cr0.67 Rt+ 13RRd 由于雙門限比較器門限電平由基準電壓分壓取得，并且給 Cr 充電的恒流源對電壓與溫度變化的穩(wěn)定性很好，故 Uccl 在 8 35 V 圍變化時，鋸齒波的頻率穩(wěn)定度可達 1；當溫度在一 55 125 qc 圍變化時，其頻率穩(wěn)定度為 3。振蕩器 G 對應于鋸齒波下降進輸出一時鐘信號(CP 脈沖)，其寬度為 t2故調(diào)節(jié) Rd 即可調(diào)節(jié) CP 脈沖寬度，由后面的敘述可知，這個 CP 脈寬決定了兩輸出口 I、II 輸出脈沖之問最小的時間間隔，即死區(qū) td所以調(diào)節(jié) Rd 就可調(diào)節(jié)死區(qū) td，Ro

52、 越大，死區(qū)越大。振蕩器還設有外同步輸入端 3 腳，在 3 腳加直流或高于振蕩器頻率的脈沖信號，可實現(xiàn)對振蕩器的外同步；誤差放大器 AE 其直流開環(huán)增量為 70dB。同相輸入端接基準電壓或其分壓值，反饋電壓信號接反相輸入端。根據(jù)系統(tǒng)動態(tài)、靜態(tài)特性的要求，可在 9 腳和 1 腳之間 圖 3.7 SG3525 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 . 接入適當?shù)姆答侂娐肪W(wǎng)絡，如比例積分電路等；比較器 DC 與 PWM 鎖存器誤差放大器輸出電壓 U 加至比較器 DC 反相端，振蕩器輸出的鋸齒波電壓 U + 加于同相端，比較器 DC 輸出一 PW M 信號，該 PW M 信號經(jīng)鎖存器鎖存，以保證在鋸齒被的一個周期只輸出一個

53、PW M 脈沖信號；分相器是一個 T 觸發(fā)器，每輸入一個 cP 脈沖，則 Q 翻轉(zhuǎn)一次 。所以分相器的輸出是一個方波信號，其頻率為鋸齒波頻率的 12。此方波信號加至輸出級兩組門電路的輸入端 B ；當電源電壓 t 7 V 時，欠電壓鎖定器輸出一高電平，加至輸出級門電路的輸入端 A ，同時也加到關閉電路的輸入端，以封鎖輸出；輸出級兩組輸出級結(jié)構(gòu)一樣，每一組的上側(cè)為“或非”門，下側(cè)為“或”門，有 A.B.C.D 四個輸入端，D 端輸入 PWM 脈沖信號。端輸入分相器輸出的 Q (或 Q ) 信號，C 端輸入 CP 脈沖信號，A 端輸入欠電壓鎖定信號。設輸出信號為 P 和 P，則 P =a+b+c+d

54、 ,P=A +B+ C + D。P 和 P分別驅(qū)動輸出級上、下個晶體管。兩個晶體管組成圖騰柱結(jié)構(gòu)，使輸出級既可向負載提供電流 又可吸收負載電流 。 設計 IGBT 工作頻率為 10 kHZ 左右，開關頻率高，濾波電感、電容值可以減小，甚至可不用。據(jù)此選擇、CT 在 5 腳與 7 腳之間跨接電阻 Rd，以形成死區(qū)時間。Cr 上形成鋸齒波電壓 u +的頻率為 10 kHZ，此鋸齒波電壓 u +加于 PWM 比較器 DC 的同相輸入端?；鶞孰妷?5 V 經(jīng) 船、RP 分壓后加于誤差放大器 AE 的同相輸入端,而由輸出電壓采樣電路引來的電壓反饋信號加于 AE 的反相輸入端。設這時 AE 的輸出電壓為

55、U_ ，它加于比較器 DC 的反相輸入端在 U _、 U+、的共同作用下，比較器 DC 和PWM 鎖存器輸出 PWM 信號，加于“或非” 或 j 門的輸入端 D。振蕩器輸出的 cP 脈沖加于“或非”(“或”)門的輸入端 C。分相器輸出的 q 、Q 脈沖分別加于兩組輸出級“或非”(“或”)門的輸入端口。設這時 SG3525 電源電壓正常，欠電壓鎖定器輸出低電平；加于主電路輸入端 A，于是，對于輸出口 I，根據(jù) P=a+b+c+d 與 P= A+B+C+D 的邏輯關系，獲得如圖 3.4 所示的脈沖列，而對于輸出口獲得圖 3.4 所示的脈沖列。現(xiàn)在，I 口(11 腳)、II 口(14 腳)并聯(lián)使用。

56、以此脈沖經(jīng)光隔離、放大后驅(qū)動開關器件 IGBT ，則電動機 M 獲得同樣波形的端電壓。3.4.53.4.5 SG3524SG3524 與與 SG3525SG3525 的功能特點與軟起動功能的比較的功能特點與軟起動功能的比較對 PWM 控制芯片 SG3524 與 SG3525 的工作性能作了介紹和比較，通過實驗得出了SG3525 在軟起動功能上較 SG3524 有很大的改進。目前，開關電源越來越廣泛地應用于各行各業(yè)中，是各種用電設備的重要組成部分。在開關電源的設計過程中，常常使用各種 PWM 的 IC。因此，作為開關電源的設計者，有必要熟悉各種 PWM 的集成芯片的性能差別。 SG3525 在

57、SG3524 的基礎上，主要作了以下改進。 1）增設欠壓鎖定電路 電路主要作用是當 IC 輸入電壓小于 8V 時，集成塊部電路鎖定，停止工作（基準源與必要電路除外），使之消耗電流降至很?。s 2mA）。 2）有軟起動電路 比較器的反相端即軟起動控制端腳 8 可外接軟起動電容。該電容由部 5V 基準參考電壓的 50A 恒流源充電，使占空比由小到大（50）變化。 . 19 / 383）比較器有兩個反相輸入端 SG3524 的誤差放大器、電流控制器和關閉控制 3 個信號共用一個反相輸入端，現(xiàn)改為增加一個反相輸入端，誤差放大器與關閉電路各自送至比較器的反相端。這樣，便避免了彼此相互影響，有利于誤差放大

58、器和補償網(wǎng)絡工作精度的提高。 4）增加 PWM 鎖存器使關閉作用更可靠 比較器（脈沖寬度調(diào)制）輸出送到 PWM 鎖存器，鎖存器由關閉電路置位，由振蕩器輸出時間脈沖復位。這樣，當關閉電路動作，即使過電流信號立即消失，鎖存器也可維持一個周期的關閉控制，直到下一個周期時鐘信號使鎖存器復位為止。 5）振蕩器作了較大改進 SG3524 中的振蕩器只有 CT 與 RT 兩引腳，充電和放電回路是一樣的。SG3525 的振蕩器，除了 CT 與 RT 引腳外，增加了放電引腳 7、同步引腳3。RT 阻值決定對 CT 充電的部恒流值，CT 的放電則由腳 5 與腳 7 之間外接的電阻值RD 決定。把充電和放電回路分開

59、，有利于通過 RD 來調(diào)節(jié)死區(qū)的時間，這是重大的改進。在 SG3525 中增加了同步引腳 3 專為外同步用，為多個 SG3525 的聯(lián)用提供了方便。 6）輸出級作了結(jié)構(gòu)性改進 電路結(jié)構(gòu)改為確保其輸出電平處于高電平，或低電平狀態(tài)。另外，為了適應驅(qū)動 MOSFET 的需要，末級采用了推挽式電路，使關斷速度更快。 SG3525 增加的工作性能在實際應用中具有重要意義。例如，腳 8 增加的軟起動功能，避免了開關電源在開機瞬間的電流沖擊，可能造成的末級功率開關管的損壞。 . 3.43.4.6.6. LM1413LM1413 的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)圖 3.8 LM1413 的部接線圖3.4.73.4.7 LM141

60、3LM1413 的作用的作用LM1413 是一種復合晶體管（達林頓電路）陣列驅(qū)動器，增加和耗散功率大，可靠性高。由于 SG3525 的驅(qū)動能力有限，本電路中把 SG3525 第 11，14 腳的輸出信號經(jīng)LM1413 放大后再驅(qū)動 IGBT。給定電壓123456ABCD654321DCBATitleNumberRevisionSizeBDate:18-Jun-2007Sheet of File:H:上上上上上上上上2007上5上9上.ddbDrawn By:ABCOMNBA2KST10KR26.8KR3230R410KR710KR80.01UC1100UC250R610UC410UC5上上上上