可逆直流PWM驅(qū)動電源的設(shè)計

1、.Harbin Institute of Technology課程設(shè)計說明書（論文）課程名稱： 電力電子技術(shù) 設(shè)計題目：可逆直流PWM驅(qū)動電源的設(shè)計院 系： 電氣工程系 班 級： 0906151 設(shè) 計 者： 康代濤 學(xué) 號： 1090610106 指導(dǎo)教師： 設(shè)計時間： 2012年06月24日 哈爾濱工業(yè)大學(xué)教務(wù)處哈爾濱工業(yè)大學(xué)課程設(shè)計任務(wù)書 姓 名： 康代濤 院 （系）：電氣工程 專 業(yè)： 電氣工程及其自動化 班 號：0906151 任務(wù)起至日期： 2012 年 06 月 25 日至 2011 年 07 月 10 日 課程設(shè)計題目： 可逆直流PWM驅(qū)動電源的設(shè)計 已知技術(shù)參數(shù)和設(shè)計要求：

2、課程設(shè)計的主要任務(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。DC-DC變換器采用H橋形式，控制方式為雙極性（或單極性，根據(jù)具體題目而定）。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1：100，電機能夠可逆運行。驅(qū)動系統(tǒng)應(yīng)具有軟啟動功能，軟啟動時間約為2s。 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)制電路和用門電路實現(xiàn)的脈沖分配電路）。3）IPM接

3、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(xì)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1周，但考慮實驗的安排，需分散在2周內(nèi)完成)l 第1周：全體開會，布置任務(wù)，組成設(shè)計小組（每組2人），會后設(shè)計工作開始。答疑，審查設(shè)計方案，發(fā)放器件和裝焊工具。完成焊裝工作。l 第2周每人12學(xué)時到實驗室調(diào)試

4、已裝焊好的電路板，并完成相關(guān)測試和記錄。撰寫設(shè)計報告。 同組設(shè)計者及分工：康代濤主要負(fù)責(zé)電路原理的分析與設(shè)計，張超主要負(fù)責(zé)硬件電路的焊接與搭建工作。調(diào)試由兩人共同完成。 指導(dǎo)教師簽字 2012 年 07 月 10 日 教研室主任意見： 教研室主任簽字_ 年 月 日*注：此任務(wù)書由課程設(shè)計指導(dǎo)教師填寫.;1 主電路設(shè)計說明1.1 主電路設(shè)計要求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。3）在主電路設(shè)計中，應(yīng)根據(jù)負(fù)載的要求，計算出整流部分的交流

5、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(dá)負(fù)載之前，整流橋和逆變橋中功率器件的通態(tài)壓降。1.2 整流電路的設(shè)計整流電路采用由4個二極管所組成的橋式整流電路。整流電機額定電壓為20V，而通過查閱PS21564-p_e芯片手冊可以知道，該款I(lǐng)PM的開關(guān)器件的通態(tài)壓降約為2V，則可以得到整流后的直流電壓約為24V。根據(jù)全橋整流的電壓變比可知，副邊線圈電壓。于是可以得到變壓器變比為。濾波電容可以選擇耐壓40V，容量470uF左右。1.3 H型逆變橋的設(shè)計該部分電路集成于IPM內(nèi)部，不需要進(jìn)行設(shè)計。但需要注意的是

6、IPM內(nèi)部集成的是三相逆變橋電路，本次設(shè)計中只需要用到其中的兩相，我們選擇U、V兩相用于主電路的設(shè)計。2 控制電路設(shè)計說明2.1 H型單極同頻可逆直流PWM控制原理如圖 所示，正轉(zhuǎn)時，V1閉合，V2，V4交替導(dǎo)通。反轉(zhuǎn)時，V2閉合，V1，V3交替導(dǎo)通。無論電機處于何種工作狀態(tài)，電機兩端的電壓極性在一個周期內(nèi)是不變的。圖1 單極同頻調(diào)制驅(qū)動信號工作原理2.2 脈寬調(diào)制電路本次設(shè)計以SG3525芯片為主，搭建脈沖調(diào)制電路。在SG3525的5、6、7腳連接RC震蕩電路，則可以在13腳輸出占空比可調(diào)的脈沖，01.0的占空比可以通過調(diào)節(jié)震蕩電路的電位器來得到。SG3525的8腳接電容以實現(xiàn)軟啟動。 （1

7、）6腳電阻RT的選擇由于震蕩電容規(guī)定為0.02uF，當(dāng)震蕩頻率為5KHz時，通過查閱芯片手冊可知，所以選取的電位器。 （2）軟啟動電容的選擇 查閱芯片手冊可知，電容值與軟啟動的時間關(guān)系為。根據(jù)軟啟動時間為2s可知電容值為。圖3 SG3252原理圖2.3 脈沖分配電路單極性的情況下V1、V2始終是一個為“1”，一個為“0”，而交替導(dǎo)通的V3、V4的波形始終是互補的。 圖5(a) 電機正轉(zhuǎn)驅(qū)動信號 圖5(b) 電機反轉(zhuǎn)驅(qū)動信號利用門電路將SG3525輸出的一路信號轉(zhuǎn)換為四路信號，分別控制V1V4。正反轉(zhuǎn)的選擇可以用一個開關(guān)達(dá)成。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，應(yīng)設(shè)計兩路驅(qū)

8、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74LS04；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。原理圖如圖6所示。圖6 脈沖分配電路2.4 自舉電路的設(shè)計V1和V3的驅(qū)動電源采用單電源的自舉式供電，詳細(xì)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。自舉電路中的二極管選用IN5819，電容值選用，電阻值為。如圖7所示。圖7 自舉電路2.5 穩(wěn)壓電源的設(shè)計設(shè)計一個DC 15V的控制電源，為SG3525及IPM模

9、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。另外TTL電路的5V工作電源可直接取自SG3525的內(nèi)部參考電源管腳。濾波電路中的二極管選用IN5819。如圖8所示。圖8 穩(wěn)壓電源查閱芯片手冊可知，為到之間。這里取，計算得：。因此選取為的電位器，便于調(diào)試。3 調(diào)試過程及結(jié)果分析3.1 調(diào)試過程(1) 穩(wěn)壓電源的調(diào)試 將整流后的直流電壓加在LM2575芯片的1、3管腳之間，調(diào)整反饋到4腳的電位器，得到輸出電壓。由于焊接電路時已經(jīng)在15V、5V輸出端接上限流電阻和發(fā)光二極管指示電壓輸出，因

10、此可以從發(fā)光二極管判斷是否工作正常。發(fā)光二極管正常發(fā)亮，調(diào)整電位器后，亮度發(fā)生變化。用萬用表測量輸出端電壓為15V。穩(wěn)壓電源工作正常。(2) 脈寬調(diào)制電路的調(diào)試 15V電壓介入3525的15腳，使其上電工作，用示波器測量5腳波形，測得波形為鋸齒波。測量4腳波形，為脈沖。調(diào)整5腳7腳間的電位器改變死區(qū)時間為5us。調(diào)整2腳電位器，使Vref的值在5腳鋸齒波的幅值3V以下。測量13腳的輸出波形為矩形波，調(diào)整6腳電位器，使震蕩頻率為5KHz。(3) 驅(qū)動信號延時電路的調(diào)試 調(diào)整延時電路的兩個電位器，用示波器的兩路測量輸出波形，直到開通延時為5us為止。(4) 自舉電路的調(diào)試 (5) 整體調(diào)試將控制電

11、路連接到實驗箱上的主電路，首先接電阻性負(fù)載，確認(rèn)連接無誤后接通電源。示波器測得電阻負(fù)載兩端波形為矩形波，與理論結(jié)果一致。再將負(fù)載變?yōu)橹绷麟妱訖C，開關(guān)斷開時電機正向旋轉(zhuǎn)，開關(guān)閉合時電機反向旋轉(zhuǎn)，調(diào)整Vref改變占空比，電機轉(zhuǎn)速改變。3.2 調(diào)試結(jié)果及分析電阻性負(fù)載兩端波形正常，電機正常工作，各個部分波形與理論相符，各部分工作正常。4 收獲和體會本次電力電子課程設(shè)計，我們組兩個人通過合作完成了可逆直流PWM驅(qū)動電源的設(shè)計。開始時我們對于設(shè)計的題目要求還是有一點困惑，但是通過我們的共同討論與分析，最終解決了這些疑惑，選擇了采用單極性同頻可逆直流PWM的控制方式。整個分析與討論的過程都加深了我們對于PW