可逆直流PWM驱动电源的设计

1、.harbin institute of technology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 精品.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

2、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。精品. 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、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。 精品. 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)l 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。l 第2周每人

4、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。精品. 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精品.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

5、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。1.3 h型逆变桥的设计该部分电路集成于ipm内部，不

6、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。精品.2 控制电路设计说明2.1 h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，01.0的占空比可以通过调节震荡电路的电位器来得到。sg352

7、5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，精品.，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3 sg3252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。精品. 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v1v4。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

8、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。原理图如图6所示。图6 脉冲分配电路精品.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

9、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。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 稳压电源精品.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

10、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

11、5us为止。精品.(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。精品.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