电气控制实验平台的设计.ppt

电气控制实验平台设计 DESIGN OF TEST BENCH 主电路 MAIN CIRCUIT 15V和5V电源 15V OR 5V POWER SUPPLY 软启动 SOFT START 电压、电流采样模块LEM SAMPLING CIRCUIT FOR VOLTAGE AND CURRENT 电压、电流的采样 SAMPLING CIRCUIT FOR CURRENT AND VOLTAGE 过流保护 OVER-CURRENT PROTECTION 设置过流信号大小 SET OVER-CURRENT VALUE 提升电源 钳位电源 参考电源 POWER SUPPLY 74LS逻辑电平 3.3V和5V电平电压转换 CONVERSION BETWEEN LEVEL 3.3V AND 5V 74HC逻辑电平 74LS-74HC接口逻辑电平关系 74LS和74HC接口电路 INTERFACE CIRCUIT BETWEEN 74LS AND 74HC 或者用74HCT代替74HC v 用74HC驱动74LS时，由于在电压电平上不成 问题，因此决定扇出数的是74HC引入74LS的输入 为低电平时流出的电流IOL的能力。 74HC和74LS接口电路 INTERFACE CIRCUIT BETWEEN 74HC AND 74LS 一般74HC能驱动10路74LS，而74LS驱动74LS 也只有10路,因此用74HC驱动74LS在实际中不成 问题。 3.3V到5V电平电压转换 CONVERSION FROM LEVEL 3.3V TO 5V DA转换 DIGITAL TO ANALOG CONVERSION 通讯 COMMUNICATION 编码器信号5V到3.3V转换 CONVERSION FROM LEVEL 5V TO 3.3V IPM驱动 IPM DRIVER IPM故障保护 IPM PROTECTION v IPM自带有控制电源欠压保护、过热保 护、过流保护、短路保护等故障保护功能， 但是其故障保护不是一致动作的，也就是说 当某个管子保护之后其它管子并不会同时保 护，而且输出的报警信号具有非保持性，即 ，仅仅依靠IPM自身的保护功能来实现系统 的保护可能会导致系统出现过流振荡现象， 直至模块损坏。因此需加外围保护电路。 IPM故障信号组合 COMBINATION OF IPM DEFAULT SIGNALS 故障信号的处理 DEALING WITH DEFAULT SIGNAL 系统停止运行 STOP RUNNING 外部中断设置在XINT1 引脚信号的下降沿产生 中断，但信号必须被拉 低6个CLKOUT周期才 能被CPU认可 主电路稳压电容的选择 SELECTION OF BUS MANOSTAT CAPACITOR v相电压的有效值： v相电压的峰值： v三相输入电压的最小峰值： v最大电压脉动值： （按经验算法取最小峰电压 的 ） v三相输入直流电压为： v交流电机额定情况下，需要的输入功率： v为了保证直流电压最小值 符合要求，则每个周 期 需提供的能量为： v每个半周期稳压电容所提供的能量为： v因此所需的稳压电容的容量为： v电容所需的最大承受电压为312V，可知其需要的最 大电1092uF , 选用 二阶巴特沃斯无限增益多路反馈电路 BUTTERWORTH MFB FILTER 即滤掉200Hz以上的频率 PCB设计的一些规范 RULES FOR PCB DESIGN 1、布局 首先，要考虑PCB尺寸大小。PCB尺寸 过大时，印制线条长，阻抗增加，抗噪 声能力下降，成本也增加；过小，则散 热不好，且邻近线条易受干扰。在确定 PCB尺寸后，再确定特殊元件的位置。 其次，根据电路的功能单元，对电路的 全部元器件进行布局。 v2、布线 布线的原则如下： （1）输入输出端用的导线应尽量避免相邻平行。最好加线间地 线，以免发生反馈藕合。 （2）印制板导线的最小宽度主要由导线与绝缘基板间的粘附强 度和流过它们的电流值决定。当铜箔厚度为0.5mm、宽度为1mm 时，可以走1A的电流。但是只要允许，还是应尽可能用宽线，尤 其是电源线和地线。导线的最小间距主要由最坏情况下的线间绝 缘电阻和击穿电压决定。对于集成电路，尤其是数字电路，只要 工艺允许，可使间距小于58mil。 （3）印制导线拐弯处一般取圆弧形，而直角或夹角在高频电路 中会影响电气性能。此外，尽量避免使用大面积铜箔，否则，长 时间受热时，易发生铜箔膨胀和脱落现象。必须用大面积铜箔时 ，最好用栅格状。这样有利于排除铜箔与基板间粘合剂受热产生 的挥发性气体。 PCB电路抗干扰措施 ANTI-DISTURBANCE MEASURE FOR PCB 电源线设计 根据印制线路板电流的大小，尽量加粗 电源线宽度，减少环路电阻。同时，使电源 线、地线的走向和数据传递的方向一致，这 样有助于增强抗噪声能力。 v地线的设计 v 数字地与模拟地分开。 电路板上既有高速逻辑电路，又有线性电路，应使它们尽量分开，而两者的 地线不要相混，分别与电源端地线相连。低频电路的地应尽量采用单点并联接地 ，实际布线有困难时可部分串联后再并联接地。高频电路宜采用多点串联接地， 地线应短而粗，高频元件周围尽量用栅格状大面积地箔。要尽量加大线性电路的 接地面积。 v 接地线构成闭环路。 设计只由数字电路组成的印制电路板的地线系统时，将接地线做成闭路可以 明显地提高抗噪声能力。其原因在于：印制电路板上有很多集成电路元件，尤其 遇有耗电多的元件时，因受接地线粗细的限制，会在地线上产生较大的电位差， 引起抗噪能力下降，若将接地线构成环路，则会缩小电位差值，提高电子设备的 抗噪声能力。 v 接地线应尽量加粗 若接地线用很细的线条，则接地电位则随电流的变化而变化，致使电子产品 的定时信号电平不稳，抗噪声性能降低。因此应将接地线尽量加粗，使它能通过 三倍于印制电路板的允许电流。如有可能，接地线的宽度应大于3mm。 数字电路与模拟电路的共地 CONNECTING DIGITAL GROUND WITH ANALOG GROUND v 数字电路的频率高，模拟电路的敏感度 强，对信号线来说，高频的信号线尽可能远 离敏感的模拟电路器件，对地线来说，整人 PCB对外界只有一个结点，所以必须在PCB 内部进行处理数、模共地的问题，而在板内 部数字地和模拟地实际上是分开的它们之间 互不相连，只是在PCB与外界连接的接口处 （如插头等）。 退藕电容配置 SELECTION OF DECOUPLING CAPACITOR vPCB设计的常规做法之一是在印制板的各个关键部位配置适 当的退藕电容。退藕电容的一般配置原则是： （1）电源输入端跨接10100uf的电解电容器。如有可 能，接100uF以上的更好。 （2）原则上每个集成电路芯片都应布置一个0.01pF的瓷 片电容，如遇印制板空隙不够，可每48个芯片布置一个1 10pF的钽电容。 （3）对于抗噪能力弱、关断时电源变化大的器件，如 RAM、ROM存储器件，应在芯片的电源线和地线之间直接接入 退藕电容。 （4）电容引线不能太长，尤其是高频旁路电容不能有引 线。 （5）要选高频信号好的独石电容式瓷片电容作退耦电 容。退耦电容焊在印制电路板上时，引脚要尽量短。从高噪 声区来的信号要加滤波。 参考文献 REFERENCES v康光华.电子技术基础.高等教育出版社,1979.3 v谢自美.电子线路设计实验测试M.武汉