直流脉宽调速系统驱动电源的设计.doc

生产实习说明书（论文）课程名称：生产实习 设计题目：直流脉宽调速系统驱动电源的设计院 系： 班 级： 设 计 者： 学 号：指导教师： 设计时间： 生产实习任务书 姓 名： 院 （系）：电气工程 专 业： 班 号： 任务起至日期： 年 月 日至 年 月 日 设计题目： 直流脉宽调速系统驱动电源的设计 已知技术参数和设计要求： 生产实习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。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1：1000 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为核心的脉宽调节电路）。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2周)l 第1周：周1，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。（详见附录1 设计指南）l 第2周周1，答疑，审查设计方案，发放器件和装焊工具。周25，每班1天时间到实验室调试已装焊好的电路板，并完成相关测试和记录。）其它时间，完成设计报告。 同组设计者及分工：王燕霞：查询资料，熟悉电路图中各芯片的功能和用法。张旷世：按照电路图，焊接电路中各元件。焦云飞：帮助焊接电路，并负责检查焊接的电路。 指导教师签字_ 年 月 日 教研室主任意见： 教研室主任签字_ 年 月 日1 直流脉宽调速实验报告1任务和意义： 生产实习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。纵观运动控制的发展历史，交、直流两大电气传动并存于各个应用领域。由于直流电机的调速性能和转矩控制性能好，20世纪30年代起就开始使用直流调速系统。直流调速系统由最早的旋转变流机组控制，发展为用静止的晶闸管变流装置和模拟控制器实现调速，到现在由大功率开关器件组成的PWM电路实现数字化的调速，系统的快速性、可靠性、经济性不断提高，应用领域不断扩展。尽管目前对交流系统的研究比较“热门”，但是其控制性能在某些方面还达不到直流PWM系统的水平。直流PWM控制技术作为一门新型的控制技术，其发展潜力还是相当大的。而且，直流PWM技术是电力电子领域广泛采用的各种PWM技术的典型应用和重要基础，掌握直流PWM技术对于学习和运用交流变频调速中SPWM技术有很大的帮助和借鉴作用。2设计内容：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为核心的脉宽调节电路）。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 主电路设计说明1简要概述二极管整流桥把输入的交流电变为直流电。四只功率器件构成H桥，根据脉冲占空比的不同，在直流电机上可得到或的直流电压。主电路原理图2设计说明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。（针对本设计的特点，即小功率直流PWM调速，在实际工程中，一般采用P. MOSFET构成H桥，本设计中为了让大家了解和掌握IPM的特点和使用方法，所以指定采用PS21564作为主电路）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。4）在本实习过程中，因为主电路是已经设计好的，所以我们只需要了解明白主电路中的各部分电路及芯片的功能，然后设计控制电路，并将其与主电路相连接。3 控制电路设计说明1. 简要概述SG3525的13脚输出占空比可调（通过改变2脚电压）的脉冲波形（占空比调节范围不小于0.10.9），同时频率可通过充放电时间的不同而改变。经过RC移相后，输出两组互为倒相，死区时间为5S左右的脉冲，经过光耦隔离后，分别驱动四只功率器件，其中V1、V4驱动信号相同，V2、V3驱动信号相同。控制电路中的所有部分都需要进行设计、焊装和调试，因此控制电路是本生产实习中的核心内容。2设计说明1）在设计SG3525外围电路时，我们采用该集成芯片的DIP封装形式。脉冲的频率定为5KHz（是根据IPM中IGBT的开关速度而确定的），设定频率的电阻可采用电位器，以便于调试。由于SG3525输出的两路脉冲是互补形式，在本设计中其输出并联使用（即11，14管脚短接，从13管脚通过外部上拉电阻输出V1、V4驱动脉冲，利用后续门电路反相后再驱动V2、V3），以达到01.0的占空比调整范围。3525典型应用电路2）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，我们设计了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5S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5S的延迟时间来计算，其中R可采用电位器，以便于调试。注：指定移相电路中C的取值为0.01F。3）IPM中集成了功率器件的驱动电路，因此在控制电路中不需要设计驱动电路；而且为了简化设计，隔离环节也取消。IPM模块控制部分的接口信号中除了H桥中4个器件的驱动信号外，还应提供集成在IPM内部的4个器件的驱动电路的供电电源，为了简化设计，上桥臂两个器件，即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。4）应设计一个DC 15V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LM2575TADJ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。控制电路示意图4 调试结果及讨论1. 调试步骤1全面检测电路板及元器件,确定无短路后,接通电源。2只将控制板的J3接口与主电路板相连，J6和J7均不连接。再将LM2575T插在电路板的对应插座上。在模拟盒上断开S2开关，闭合S1开关，控制板将通过J3接口获得直流母线电压。然后调节稳压电路中的电位器，使用示波器观察控制电路输出电压PWM OUT的变化情况，其正确波形应为一个矩形波。3接下来调试脉宽调制信号发生电路。首先将SG3525插在电路板的对应插座上。在模拟盒上断开S2开关，闭合S1开关，给控制板上电。然后调节相应电位器，获得频率为5KHz，占空比可在01之间调节的脉宽调制信号。4测试IPM中上桥臂驱动电源的自举电路。将控制板的J6和J7接口与主电路板相连。在模拟盒上断开S2开关，闭合S1开关，给控制板上电。测量通过自举电路提供的上桥臂驱动电源是否正常。5. 上述单元电路均调试通过后，在模拟盒上断开S2开关，闭合S1开关，给控制板上电。将驱动信号的占空比调整到50附近。闭合S2开关，接