可逆直流PWM驱动电源的设计.docx

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可逆直流PWM驱动电源的设计

HarbinInstituteofTechnology

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

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。

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，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1周，但考虑实验的安排，需分散在2周内完成）

●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。

●第2周

每人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。

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

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。

1.3H型逆变桥的设计

该部分电路集成于IPM内部，不需要进行设计。

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。

2控制电路设计说明

2.1H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，0～1.0的占空比可以通过调节震荡电路的电位器来得到。

SG3525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，

，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3SG3252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。

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V1—V4。

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5μS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5μS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

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

设计一个DC15V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。

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

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5us为止。

（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。

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一方面的知识，对于以后的学习和科技创新等方面都受益匪浅。

设计电路是用protel画电路图，让我捡起了好久不用的软件，对于软件的使用更加熟练。

焊接和调试分析错误也让我更加了解实际中会出现的预期外的问题，对于以后的设计积累了宝贵的经验。

附录

主电路图和控制电路原理图。

主电路

控制电路

15V电源

自举电路