电力电子课程 设计

电力电子课程设计,-直流PWM 驱动电源的设计（双极性）,主要任务及技术指标：,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是单极性（本任务书以双极性PWM控制为例）。题目：直流PWM 驱动电源的设计1、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。2、驱动系统的调速范围：大于1：100。3、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电路，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）。小组设计的成果应包括：用Protel99绘制的主电路和控制电路的原理图，Simulink 软件仿真电路，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。,4人组成1个设计小组，共用一台电机，每人有一块面包板，每人独立焊接，完整的元件每人一份，材料清单如下。(元件个数仅供参考，以实发为准),一、直流PWM 驱动电源具体设计要求：,结合图1 所示直流PWM 驱动电源的控制原理框图，具体设计要求如下：,二、直流PWM 驱动电源设计指南：,该部分以“H 型双极模式可逆直流PWM 控制方式”为例来介绍直流PWM驱动电源的设计步骤，控制系统在结构上分为两部分：主回路和控制回路，如图2 所示。,采用IPM 作为DC/DC 变换的主电路，型号为PS21564-p,1）主电路的设计。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)。,4、控制电源的噪声滤波器设计：在控制电源输入管脚(VP1-VNC，VN1-VNC，VUFB-VUFS，VVFB-VVFS)之间加入0.222uF 的电容。eg:C2 0.1ufVP1-VNC，VN1-VNC-还要加上滤波电容c3,3、自举电路为了简化设计，桥臂器件的驱动电源采用单电源的自举式供电，,2、整流之后滤波c6:滤波电解电容选择耐压40V左右，容值450uF左右即可。c7:抑制浪涌电流的电容,1、IPM内容各驱动电路的供电、接地。,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）,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。采用LM2575T12，指的是输出电压从12V到输入电压值。LM2575T的封装形式为5脚TO-220形式。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。注：滤波电路中的二极管建议选用IN5819。,2）PWM 控制电路设计（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）。要求PWM频率为5KHz，占空比01可调，并实现约2s软起动。,2控制电路SG3525的管脚1（IN-）为误差放大器反相输入端，管脚2（IN+）误差放大器同相输入端，管脚9（COMP）为误差放大器补偿端/ 输出端，用于补偿反馈回路的频率响应。我们将管脚1与管脚9相连，构成负反馈，使误差放大器输出与管脚2输入电压一致。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。13号引脚要加上拉电阻的目的是74ls04的电流要小于5mA控制电路中的所有部分都需要进行设计、焊装和调试，因此控制电路是本课程设计中的核心内容。,3、控制电路部分的设计要求如下：,1）在设计SG3525 外围电路时，应采用该集成芯片的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。（注：指定SG3525 的5 脚CT 端外接振荡电容为0.02F）。由于SG3525 输出的两路脉冲是互补形式，在本设计中其输出应并联使用（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，如图3 所示。SG3525 的8 管脚接电容，以实现软启动功能。,该电路我们使用74LS04N 6非门集成电路来实现，其中芯片电源由SG3525管脚16提供。由于我们采用H型双极模式可逆直流PWM控制方式，因此V1与V4，V2与V3分别拥有相同的驱动波形，而上述两组驱动波形则理论上互补。我们设计两条支路，一条直接从SG3525管脚13（驱动输出级的电源端）引出，另一条则通过一个反向器引出。 为了防止H桥上下桥臂同时导通引起短路，两组脉冲需要设置死区时间-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。设计要求死区时间为5s，电容规定使用0.01F，二极管推荐使用IN41