可逆直流PWM驱动电源的设计.docx
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可逆直流PWM驱动电源的设计
HarbinInstituteofTechnology
课程设计说明书(论文)
课程名称:
电力电子技术
设计题目:
可逆直流PWM驱动电源的设计
院系:
电气工程系
班级:
0906151
设计者:
康代涛
学号:
1090610106
指导教师:
设计时间:
2012年06月24日
哈尔滨工业大学教务处
哈尔滨工业大学课程设计任务书
姓名:
康代涛院(系):
电气工程
专业:
电气工程及其自动化班号:
0906151
任务起至日期:
2012年06月25日至2011年07月10日
课程设计题目:
可逆直流PWM驱动电源的设计
已知技术参数和设计要求:
课程设计的主要任务是设计一个直流电动机的脉宽调速(直流PWM)驱动电源。
DC-DC变换器采用H桥形式,控制方式为双极性(或单极性,根据具体题目而定)。
被控直流永磁电动机参数:
额定电压20V,额定电流1A,额定转速2000rpm。
驱动系统的调速范围:
大于1:
100,电机能够可逆运行。
驱动系统应具有软启动功能,软启动时间约为2s。
工作量:
1)主电路的设计,器件的选型。
包括含整流变压器在内的整流电路设计和H桥可逆斩波电路的设计(要求采用IPM作为DC/DC变换的主电路,型号为PS21564)。
2)PWM控制电路的设计(指以SG3525为核心的脉宽调制电路和用门电路实现的脉冲分配电路)。
3)IPM接口电路设计(包括上下桥臂元件的开通延迟,及上桥臂驱动电源的自举电路)。
4)DC15V控制电源的设计(采用LM2575系列开关稳压集成电路,直接从主电路的直流母线电压经稳压获得)。
2人组成1个设计小组,通过合理的分工和协作共同完成上述设计任务。
设计的成果应包括:
用PROTEL绘制的主电路和控制电路的原理图,电路设计过程的详细说明书及焊装和调试通过的控制电路板。
工作计划安排:
(学时安排为1周,但考虑实验的安排,需分散在2周内完成)
●第1周:
全体开会,布置任务,组成设计小组(每组2人),会后设计工作开始。
答疑,审查设计方案,发放器件和装焊工具。
完成焊装工作。
●第2周
每人12学时到实验室调试已装焊好的电路板,并完成相关测试和记录。
撰写设计报告。
同组设计者及分工:
康代涛主要负责电路原理的分析与设计,张超主要负责硬件电路的焊接与搭建工作。
调试由两人共同完成。
指导教师签字
2012年07月10日
教研室主任意见:
教研室主任签字___________________
年月日
*注:
此任务书由课程设计指导教师填写
1主电路设计说明
1.1主电路设计要求
1)整流部分采用4个二极管集成在一起的整流桥模块。
2)斩波部分H桥不采用分立元件,而是选用IPM(智能功率模块)PS21564来实现。
该模块的主电路为三相逆变桥,在本设计中只采用其中U、V两相即可。
3)在主电路设计中,应根据负载的要求,计算出整流部分的交流侧输入电压和电流,作为设计整流变压器、选择整流桥和滤波电容的依据。
该电路的整流输出电压较低,所以在计算变压器副边电压时应考虑在电流到达负载之前,整流桥和逆变桥中功率器件的通态压降。
1.2整流电路的设计
整流电路采用由4个二极管所组成的桥式整流电路。
整流电机额定电压为20V,而通过查阅PS21564-p_e芯片手册可以知道,该款IPM的开关器件的通态压降约为2V,则可以得到整流后的直流电压
约为24V。
根据全桥整流的电压变比
可知,副边线圈电压
。
于是可以得到变压器变比为
。
滤波电容可以选择耐压40V,容量470uF左右。
1.3H型逆变桥的设计
该部分电路集成于IPM内部,不需要进行设计。
但需要注意的是IPM内部集成的是三相逆变桥电路,本次设计中只需要用到其中的两相,我们选择U、V两相用于主电路的设计。
2控制电路设计说明
2.1H型单极同频可逆直流PWM控制原理
如图所示,正转时,V1闭合,V2,V4交替导通。
反转时,V2闭合,V1,V3交替导通。
无论电机处于何种工作状态,电机两端的电压极性在一个周期内是不变的。
图1单极同频调制驱动信号工作原理
2.2脉宽调制电路
本次设计以SG3525芯片为主,搭建脉冲调制电路。
在SG3525的5、6、7脚连接RC震荡电路,则可以在13脚输出占空比可调的脉冲,0~1.0的占空比可以通过调节震荡电路的电位器来得到。
SG3525的8脚接电容以实现软启动。
(1)6脚电阻RT的选择
由于震荡电容规定为0.02uF,当震荡频率为5KHz时,通过查阅芯片手册可知,
,所以选取
的电位器。
(2)软启动电容的选择
查阅芯片手册可知,电容值与软启动的时间关系为
。
根据软启动时间为2s可知电容值为
。
图3SG3252原理图
2.3脉冲分配电路
单极性的情况下V1、V2始终是一个为“1”,一个为“0”,而交替导通的V3、V4的波形始终是互补的。
图5(a)电机正转驱动信号图5(b)电机反转驱动信号
利用门电路将SG3525输出的一路信号转换为四路信号,分别控制V1—V4。
正反转的选择可以用一个开关达成。
为防止同一桥臂,上下两管在驱动信号翻转时出现瞬时直通现象,应设计两路驱动信号的开通延时电路。
即利用RC移相电路后,为每路驱动信号产生5μS左右的开通延时。
这部分电路中的门电路采用6反向器74LS04;移相环节中的R和C的取值,应根据5μS的延迟时间来计算,其中R可采用电位器,以便于调试。
原理图如图6所示。
图6脉冲分配电路
2.4自举电路的设计
V1和V3的驱动电源采用单电源的自举式供电,详细设计可参考IPM的设计手册。
这样整个模块的控制部分只采用1个15V电源供电即可,而不必采用3路独立的电源,简化了设计。
自举电路中的二极管选用IN5819,电容值选用
,电阻值为
。
如图7所示。
图7自举电路
2.5稳压电源的设计
设计一个DC15V的控制电源,为SG3525及IPM模块的驱动电路供电。
为了减小损耗,采用LM2575T-ADJ系列开关稳压集成电路,将主电路的直流母线电压作为输入,通过电位器的调节,经稳压后获得15V的直流电源。
另外TTL电路的5V工作电源可直接取自SG3525的内部参考电源管脚。
滤波电路中的二极管选用IN5819。
如图8所示。
图8稳压电源
查阅芯片手册可知,
,
,
为
到
之间。
这里取
,计算得:
。
因此
选取为
的电位器,便于调试。
3调试过程及结果分析
3.1调试过程
(1)稳压电源的调试
将整流后的直流电压加在LM2575芯片的1、3管脚之间,调整反馈到4脚的电位器,得到输出电压。
由于焊接电路时已经在15V、5V输出端接上限流电阻和发光二极管指示电压输出,因此可以从发光二极管判断是否工作正常。
发光二极管正常发亮,调整电位器后,亮度发生变化。
用万用表测量输出端电压为15V。
稳压电源工作正常。
(2)脉宽调制电路的调试
15V电压介入3525的15脚,使其上电工作,用示波器测量5脚波形,测得波形为锯齿波。
测量4脚波形,为脉冲。
调整5脚7脚间的电位器改变死区时间为5us。
调整2脚电位器,使Vref的值在5脚锯齿波的幅值3V以下。
测量13脚的输出波形为矩形波,调整6脚电位器,使震荡频率为5KHz。
(3)驱动信号延时电路的调试
调整延时电路的两个电位器,用示波器的两路测量输出波形,直到开通延时为5us为止。
(4)自举电路的调试
(5)整体调试
将控制电路连接到实验箱上的主电路,首先接电阻性负载,确认连接无误后接通电源。
示波器测得电阻负载两端波形为矩形波,与理论结果一致。
再将负载变为直流电动机,开关断开时电机正向旋转,开关闭合时电机反向旋转,调整Vref改变占空比,电机转速改变。
3.2调试结果及分析
电阻性负载两端波形正常,电机正常工作,各个部分波形与理论相符,各部分工作正常。
4收获和体会
本次电力电子课程设计,我们组两个人通过合作完成了可逆直流PWM驱动电源的设计。
开始时我们对于设计的题目要求还是有一点困惑,但是通过我们的共同讨论与分析,最终解决了这些疑惑,选择了采用单极性同频可逆直流PWM的控制方式。
整个分析与讨论的过程都加深了我们对于PWM电路的理解,用这样一种理论结合实际的方式复习了这一方面的知识,对于以后的学习和科技创新等方面都受益匪浅。
设计电路是用protel画电路图,让我捡起了好久不用的软件,对于软件的使用更加熟练。
焊接和调试分析错误也让我更加了解实际中会出现的预期外的问题,对于以后的设计积累了宝贵的经验。
附录
主电路图和控制电路原理图。
主电路
控制电路
15V电源
自举电路
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- 关 键 词:
- 可逆 直流 PWM 驱动 电源 设计