【2019年整理】直流脉宽调速系统驱动电源的设计(1)

1、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

2、得到+或一的直流电压。 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勾成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

3、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 5卩S左右的脉冲，经过 光耦隔离后，分别驱动四只功率器件，其中VI、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

4、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。 QNH* 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

5、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5卩S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5卩S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0.01 卩F。 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

6、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。 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

7、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PWMOUT勺变化情况，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， 接通H桥的直流电源，测试电机的端电压，判断是否与设想的情况复合。 若一切正常，则调节占空比，使电机运转起来，并能够调速和反转。 调试系统的组成 2. 调试感想及讨论 我们在调试过程中，曾遇到各种各样的问题，并烧坏了一个保险丝, 一个芯片和一导线插头。调试的过程很复杂，也容易让人烦躁，总之是- 个非常需要细心和耐心的工作 up nDKilveR room UN Azko w vu N Bluo 8 Aoluo 6 euluQsre WQ