【正文】 后加載到以 IR2110 為驅(qū)動核心， IGBT 構(gòu)成的 H橋主干電路上實現(xiàn)對直流電機的控制和調(diào)速。為了避免這種現(xiàn)象在系統(tǒng)中出現(xiàn)，本設(shè)計采用了在 MC51 產(chǎn)生 PWM 信號后設(shè)置邏輯延時電路。并聯(lián)高頻小電容可吸收高頻毛刺干擾電壓。為了防止 IGBT 或二極管的損壞，就必須有目的地降低柵極驅(qū)動脈沖的上升速率，即增加?xùn)艠O串聯(lián)電阻的阻值，控制該電流的峰值。若在“理想的自舉”電路中， CCV 由一個零阻抗電源供電，并通過一個理想的二極管給 bV 供電。 16 圖 35 IR2110 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 圖 35中引腳 10（ INH ）及引腳 12 （ INL ）雙列直插式封裝，分別驅(qū)動逆變橋中同橋臂上下兩個功率 MOS 器件的輸入驅(qū)動信號輸入端，當(dāng)輸入脈沖形成部分的兩路輸出，范圍為（ ssU ） ~（ ccU +），圖 6 中 ssU 和 ccU 分別為引腳 13（ ssV ）及引腳 9（ ccV ）的電壓值。 IR2110 的自舉電路 在驅(qū)動電路設(shè)計中， IR2110 的自舉電路可以有效的保護 IGBT。在選擇自舉電容 1C 最好選擇非電解電容，電容應(yīng)盡可能的靠近芯片。在一個開關(guān)周期內(nèi)， 0 ontt?? 時 b1U 和 b4U 為正，晶體管 1VT 和 4VT 飽和導(dǎo)通；而 b2U 和 b3U 為負值， 2VT 和3VT 截止。調(diào) 速時 ? 的可調(diào)范圍為 0~1，相應(yīng)的? = 1~1。 TLP250 驅(qū)動主要具備以下特征： 輸入閾值電流 IF=5mA(max)； 電源電流 ICC=11mA(max)； 電源電壓 (VCC)=10～ 35V； 輸出電流 IO=177。而 PC817 是一種新型 的光電隔離器件，能夠傳輸連續(xù)變化的模擬電壓或電流信號，隨著輸入信號的強弱變化會產(chǎn)生互相對應(yīng)的光信號，從而使光敏晶體管的導(dǎo)通程度發(fā)生不同的變化，輸出的電壓或電流也隨之產(chǎn)生不同變化。這樣的循環(huán)下去，從動態(tài)平衡的角度來看，就迫使 UO趨于穩(wěn)定，從而達到了穩(wěn)定的目的，并且 REFU = refU 。 圖 314 穩(wěn)壓可調(diào)電源電路原理圖 25 4 軟件設(shè)計 PWM 實現(xiàn)方式方案論證 方案一：軟件延時 基本思想：首先預(yù)設(shè)占空比值 D，再根據(jù)周期 T 分別給輸出端口置高電平 M 個單位時間0t ，即 10M=t /t 。按照任務(wù)的定義，每個功能模塊都能完成某一明確的任務(wù)，實現(xiàn)具體的某個功能，如測量、計算、顯示、鍵盤掃描、輸出控制等。 TH0=Th0。 case 3:if(Pro_High=999) Pro_High++。 } } 5 調(diào)試結(jié)果描述 調(diào)試過程 ,接 5V 直流電機，在不同占空比負載電壓 U負 、 IGBT柵極和集電極電壓 GEU 輸 29 出情況和電機的轉(zhuǎn)動方向如下表 51： 表 51 5V 直流電機的測試情況 占空比 GEU 0% 10% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 100% UGE1 0V UGE2 UGE3 UGE4 V 0V U負 V V V 電機轉(zhuǎn)動情況 反轉(zhuǎn) 反轉(zhuǎn) 反轉(zhuǎn) 反轉(zhuǎn) 停轉(zhuǎn) 正轉(zhuǎn) 正轉(zhuǎn) 正轉(zhuǎn) 正轉(zhuǎn) 從上表可知：當(dāng)占空比為 50%電機停轉(zhuǎn)，隨著占空比的增加或減少電機轉(zhuǎn)速也越來越快。 系統(tǒng)給定轉(zhuǎn)速由鍵盤輸入，并能實時顯示轉(zhuǎn)速，可實現(xiàn)電機的高頻快速起動，設(shè)置了電流采樣電路，與速度反饋電路組成雙閉環(huán)系統(tǒng)，要求利用硬件電路和軟件控制來 31 實現(xiàn)上述功能。 QA9wkxFyeQ^! djsXuyUP2kNXpRWXm Aamp。gTXRm 6X4NGpP$vSTTamp。 gTXRm 6X4NGpP$vSTTamp。 gTXRm6X4NGpP$vSTTamp。gTXRm 6X4NGpP$vSTTamp。 ks v*3t nGK8!z89Am YWpazadNuKNamp。 gTXRm 6X4NGpP$vSTTamp。 gTXRm 6X4NGpP$vSTTamp。 ksv*3t nGK8! z89Am YWpazadNuKNamp。 ksv*3t nGK8!z89Am YWpazadNuKNamp。ksv*3t nGK8!z89Am YWpazadNuKNamp。 UE9aQGn8xp$Ramp。 gTXRm 6X4NGpP$vSTTamp。 gTXRm6X4NGpP$vSTTamp。 UE9aQGn8xp$Ramp。 gTXRm6X4NGpP$vSTTamp。 gTXRm 6X4NGpP$vSTTamp。gTXRm 6X4NGpP$vSTTamp。 gTXRm 6X4NGpP$vSTTamp。使用高性能的微機解決電機控制器不斷增加的計算量和速度要求，使其功能強大、維修方便、適用范圍廣又非常經(jīng)濟。 系統(tǒng)以 廉價的 MC51 單片機為控制核心，以直流電機為控制對象。 case 5:if(Pro_High=10) Pro_High=Pro_High10。 case 1: if(Pro_High=900) Pro_High=Pro_High+100。 Pro_Count++。 方案二：定時計數(shù) 基本思想：利用單片機定時器 0中斷方式產(chǎn)生 PWM 脈沖，當(dāng)定時器計數(shù)到設(shè)定時間后輸出端口實現(xiàn)高低電平轉(zhuǎn)換，實現(xiàn) PWM 輸出。穩(wěn)壓器內(nèi)部含有過流、過熱保護電路，具有安全可靠，性能優(yōu)良、不易損壞、使用方便等優(yōu)點。其工作原理：當(dāng)輸出電壓發(fā)生波動時，經(jīng)分壓電阻 R35得到的取樣電壓就與 TL431 中的基準電壓進行比較，在陰極上形成誤差電壓，使光耦電流發(fā)生 變化，這時候通過 PC817 隔離后經(jīng) AD0832 模數(shù)轉(zhuǎn)換后給 MC51 處理，當(dāng)主電路的電壓過大時， MC51 就停止 PWM 輸出或改變 PWM 占空比從而達到過壓保護。具體電路設(shè)計如圖 39： 21 圖 39 TLP250 光耦隔離電路 PC817 數(shù)據(jù)采集隔離 在進行電流電壓采集和過壓保護時必須進行隔離，防止強電流干擾控制模塊。 0n —— 理想空載轉(zhuǎn)速，與電壓系數(shù)成 ? 正比， 0 seUn C??。當(dāng)正脈沖較寬時， 2on Tt ? ，則電樞兩端的平均電壓為正，在電動運行時電機正轉(zhuǎn)。 H型變換器在控制方式上分為雙極式、單極式和受限式三種。在 1MV 關(guān)斷， 2MV 開通期間， 1S 柵電荷經(jīng) g1R 和 2MV 快速釋放。用于故障（過電壓、過電流）保護電路。實際上，該電壓是不能低于 4V，超出該極限電壓就會引起高端通道工作的不穩(wěn)定。 IGBT 的快速開通和關(guān)斷提高工作頻率，減小開關(guān)損耗，但由于開關(guān)過程中主回路電流的突變，其引線電感將產(chǎn)生很高的尖峰電壓，該電壓是 IGBT 過壓損壞的主要原因。針對這種現(xiàn)象，本設(shè)計在輸出驅(qū)動電路中的功率管柵極限流電阻R R2 R2 R26 上反向并聯(lián)了二極管 D D D1 D16。所要求的控制信號簡單，只需要加入 PWM信號即可。這就要求主電路上有兩路互為反向的控制信號。 MC51 控制簡單，價格廉價，且利用 MC51 構(gòu)成單片機最小應(yīng)用系統(tǒng)，可縮小系統(tǒng)體積，提高系統(tǒng)可靠性，降低系統(tǒng)成本。這種專用 PWM 集成芯片可以減輕單片機的負擔(dān)，工作更可靠，但其價格相對較高，難于控制工業(yè) 9 成本不宜采用。 基于單片機類由軟件來實現(xiàn) PWM：在 PWM 調(diào)速系統(tǒng)中占空比 D 是一個重要參數(shù)在電源電壓 dU 不變的情況下，電樞端電壓的平均值取決于占空比 D 的大小，改變 D 的值可以改變電樞端電壓的平均值從而達到調(diào)速的目的。 直流調(diào)速系統(tǒng)實現(xiàn)方式 基于晶閘管作為主電路的調(diào)速系統(tǒng) 晶閘管的調(diào)速系統(tǒng)是采用分離元件設(shè)計的調(diào)速系統(tǒng)占用的空間大，控制角難于調(diào)整，且模擬器件的固有缺陷如：溫漂、零漂電壓等，導(dǎo)致電機的調(diào)速無法達到滿意的結(jié)果。 圖 11 直流電機的工作原理圖 電樞控制是在勵磁電壓不變的情況下，把控制電壓信號加到電機的電樞上，以控制電機的轉(zhuǎn)速。 高性能的微處理器如 DSP (DIGITAL SIGNAL PROCESSOR 即數(shù)字信號處理器 )的出現(xiàn)，為采用新的控制理 論和控制策略提供了良好的物質(zhì)基礎(chǔ)，使電機傳動的自動化程度大為提 6 c r cn RU TC C C???? 內(nèi)高。 微處理器控制直流電機發(fā)展現(xiàn)狀 微處理器誕生于上個世紀七十年代，隨著集成電路大規(guī)模及超大規(guī)模集成電路制造工藝的迅速發(fā)展，微處理器的性價比越來越高。同時，高集成化、小型化、高可靠性及低成本成為控制的電路的發(fā)展方向。數(shù)字 化直流調(diào)速裝置作為目前最新控制水平的傳動方式顯示了強大優(yōu)勢。從系統(tǒng)的角度出發(fā)，對電路進行總體方案論證設(shè)計，確定電路各個的功能模塊之間的功能銜接和接口設(shè)置，詳細分析了各個模塊的方案論證和參數(shù)設(shè)置。 6 經(jīng)濟分析 ................................................................ 30 7 結(jié)論 .................................................................... 30 參考文獻 .................................................................. 31 附錄 1 整個系統(tǒng)電路原理圖 附錄 2穩(wěn)壓電源原理圖 附錄 3元器件清單 4 1 前言 現(xiàn)在電氣傳動的主要方向之一是電機調(diào)速系統(tǒng)采用微處理器實現(xiàn)數(shù)字化控制。 現(xiàn)階段，我國還沒有自主的全數(shù)字化直流調(diào)速控制裝置生產(chǎn)商，而國外先進的控制器價格昂貴，且技術(shù)轉(zhuǎn)讓受限，為此研究及更好的使用國外先進的控制器，吸收國外先進的數(shù)字化直流電機調(diào)速裝置的優(yōu)點，具有重要的實際意義和重大的經(jīng)濟價值。由于微處理器以數(shù)字信號工作，控制手段靈活方便，抗干擾能力強。 對于復(fù)雜的微處理器控制 電機 ,則要利用微處理器控制電機的電壓、電流、轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)角等，使電機按給定的指令準確工作。由上式可知，直流電機的速度控制既可采用電樞控制法，也可采用磁場控制法。在工業(yè)生產(chǎn)中廣泛使用其中脈寬調(diào)制 (PWM)應(yīng)用更為廣泛。基于NE555， SG3525 等一系列的脈寬調(diào)速系統(tǒng)：此種方式采用 NE555 作為控制電路的核心，用于產(chǎn)生控制信號。利用單片機的定時計數(shù)器外加軟件延時等方式來實現(xiàn)脈寬的自由調(diào)整，此種方式可簡化硬件電路，操作性強等優(yōu)點。 方案三：采用 MC51 單片機、 IR2110 功率驅(qū)動芯片構(gòu)成整個系統(tǒng)的核心實現(xiàn)對直流電機的調(diào)速。本系統(tǒng)的控制部分為 5V的弱電而驅(qū)動電路和負載電路為 110V 以上的直流電壓因此 在強弱電之間、數(shù)據(jù)采集之間分別利用了帶有驅(qū)動功能的光耦 TLP250 和線性光耦 PC817 實現(xiàn)強弱電隔離，信號串?dāng)_。 圖 31中二極管 23D 、 24D 能使低電平或者可以說是 PWM 負信號通過，電阻 16R 、 17R 和電容 3C 、 4C 延遲了高電平信號向后傳送的時間，這樣就可以保證功率開關(guān)管可靠關(guān)斷后再給與其同一橋臂上的功率開關(guān)管加高電平信號，可以避免其同時導(dǎo)通。電路中為了防止 Q Q3 導(dǎo)通時高電壓串入 CCV 端損壞芯片， 13 在設(shè)計采用快恢復(fù)二極管 FR107，其快速恢復(fù)時間為 500ns 可有效地隔斷高壓信號串入IR2110。雖然柵極串聯(lián)電阻小，有利于加快關(guān)斷速度和減小關(guān)斷損耗，也有利于避免關(guān)斷時集射極間電壓的 vtd/d 過小造成IGBT 誤開通。負過沖電壓將引起自舉電容過充電。 引腳 11（ SD）端為保護電路信號輸入端。 IR2110 自舉電路的結(jié)果原理圖如圖 36 所示： 17 圖 36 IR2110 自舉電路原理圖 圖 36中 1C 及 1DV 分別為自舉電容和快速恢復(fù)二極管， 2C 為 CCV 的濾波電容。一般情況下為保證自舉電容將柵源電壓持續(xù)一段時間 ,選電容為其最小值的 15 倍左右。這時， + sU 加在電樞 AB 兩端， AB SUU? ，電樞電流 di 沿回路 1流通；當(dāng) ont t T?? 18 時， b1U 和 b4U 變?yōu)樨撝担?1VT 和 4VT 截止； b2U 和 b3U 變成正值，但是 2VT 和 3VT 并不能立即導(dǎo)通，因為在電樞電感釋放儲能的作用下， di 沿回路 2經(jīng)二極管 2VD 、 3VD 續(xù)流，在 2VD 和3VD 上的壓降使 2VT 、 3VT 集電極和發(fā)射極承受反壓，這時 AB SUU?? ， ABU 在一個周期內(nèi)正負相間，這是雙極式 PWM 變換器的特征。當(dāng) 12?? 時， ? 為正，電動機正轉(zhuǎn)；當(dāng) 12?? 時， ? 為負，電動機負轉(zhuǎn)；當(dāng) 12??時， ? =0，電動機停止。 (min)； 開關(guān)時間 tpLH/tpHL= s(max)。 PC817 光電耦合器在電路中不但可以起到反饋作用還可以起到強弱電隔離作用。 因為系統(tǒng)需要的不同電壓值較多，且由于電機在正常工作時對電源的干擾很大，如 24 果只用一組電源難以防止干擾，為此