电力电子课设报告刘福旭复制.doc

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：0706111设 计 者：王勃学 号：1070610602指导久胜设计时间：20XX11月 工业大学教务处工业大学课程设计任务书姓 名： 王勃院〔系〕：电气工程专业：电机与电器班号：0706112任务起至日期：20XX11月15日至20XX12月1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,控制方式为单极性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：同组设计者：迟广晟分工：王勃：负责主电路及IPM接口电路的设计；迟广晟：负责SG3525及稳压电源部分的设计； 焊接以及调试工作俩人共同完成指导教师签字久胜2010 年11 月15日教研室主任意见：教研室主任签字___________________年月日 / H型单极性同频可逆直流PWM驱动电源的设计技术指标：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。

驱动系统的调速围：大于1：100驱动系统应具有软启动功能,软启动时间约为2s详细设计要求见附录2.1. 整体方案设计本文设计的H型单极性同频可逆直流PWM驱动电源由四部分组成：主电路,H型单极模式同频可逆PWM控制电路,IPM接口电路及稳压电源同时具有软启动功能,软启动时间为2s左右控制原理如图1所示：图1 直流PWM驱动电源的控制原理框图脉宽调制电路以SG3525为核心,产生频率为5KHz的方波控制信号,占空比可调经用门电路实现的脉冲分配电路,转换成两列对称互补的驱动信号,同时具有5us的死区时间,该信号驱动Ｈ型功率转换电路中的开关器件,控制直流永磁电动机稳压电源采用LM2575-ADJ系列开关稳压集成电路,通过调整电位器,使其稳定输出15V直流电源2. 主电路设计2.1 主电路设计要求直流PWM驱动电源的主电路图如图2所示此部分电路的设计包括整流电路和H桥可逆斩波电路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不同的直流电压主电路部分的设计要求如下：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 两相即可图2 主电路图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2.2 整流电路设计整流部分采用4个二极管集成在一起的整流桥模块电动机的额定电压为20V,通过查阅该型号IPM的数据手册可知开关器件的通态导通压降为2V左右,故可知电压为24V,由全桥整流电路可知,考虑整流桥中二极管压降为1V,故可知变压器副边电压,从而可知变压器的变比滤波电容选择耐压40V左右,容值450uF左右即可2.3 H型逆变桥设计IPM部集成该部分电路,参数可参考手册该模块为三相逆变桥,只使用其中的U、V两相即可3. 控制电路设计3.1 H型单极模式同频可逆直流PWM控制原理所谓单极性,即在控制指令的作用下,在一个开关周期之,电动机电枢两端的调制脉冲电压是单一极性的同频,是指PWM功率转换电路输出的调制脉冲电压频率与频率发生器给定的基准频率相同如图3所示,同一侧的、工作在交替的开关状态,另一侧两个晶体管中,基极施加截止关断电压,基极施加饱和驱动电压,当电机反向时,将两侧晶体管的驱动信号互换即可。

图3 单极性同频PWM控制3.2 脉冲调制电路以SG3525为核心,采用该集成芯片的DIP封装形式SG3525的13脚输出占空比可调〔通过改变2 脚电压〕的脉冲波形〔占空比调节围不小于0.1~0.9〕,同时频率可通过充放电时间的不同而改变,通过调节6脚的变阻器,将脉冲频率设定为5KHz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驱动脉冲〕,以达到0～1.0 的占空比调整围SG3525 的8 管脚接电容,以实现软启动功能SG3525的外围电路设计如图4所示1) 6脚电阻RT选择指定5脚的外接震荡电容为0.02uF,通过查阅芯片手册可知,当输出频率设定为5KHz时,6脚所接电阻约为15K,实际电路中采用20K的变阻器,便于调试2) 8脚电容选择通过查阅芯片手册可知,8脚电容值与软启动时间的关系为：60ms/μF,设计要求软启动时间为2s,则8脚电容值为33uF图4 SG3525原理图3.3 脉冲分配电路规定电机正转时驱动信号波形如图5所示,则电机反转时驱动信号如图所示图5 电机正转时驱动信号图5 电机反转时驱动信号利用DIP开关设定方向控制信号,以决定电机的方向,利用门电路实现驱动信号的转换。