【正文】 再經(jīng) Q4回到電源負(fù)極。本設(shè)計(jì)同樣采用選用雙極式 H 型 PWM 變換器。在經(jīng)過(guò)死區(qū)時(shí)間后， 2S 開(kāi)通 CCV 經(jīng)過(guò) 1DV 、 2S 給 1C 充電 [19]。 引腳 6（ BV ）及引腳 3（ ccV ）分別為上下通道互鎖輸出級(jí)電源輸入端。 故在設(shè)計(jì) PCB 時(shí)，應(yīng)采取下列方法以減小 VS 負(fù)過(guò)沖電壓： a、將功率管緊密放置，并在焊接功率器件時(shí)應(yīng)盡 量使引腳最短，以減少PCB 布線長(zhǎng)度和引腳間寄生電感的影響，引線應(yīng)采用絞線或同軸電纜屏蔽線； b、 IR2110 盡可能靠近功率 IGBT 模塊放置； c、在電源線與功率管之間應(yīng)增加去耦電容，一般應(yīng)選 容。由于 IGBT的柵 集極間存在的分布電容 GCC 和柵 射極間存在的分布電容 GEC 會(huì)產(chǎn)生過(guò)大的 utd/d ，故其開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換過(guò)程中易使 GU 突然升高而造成 CE間誤導(dǎo)通，從而損壞 IGBT[17]。 為改善 PWM 控制脈沖的前后沿陡度并防止振蕩，減小 IGBT 集電極的電 壓尖脈沖，一般應(yīng)在柵極串聯(lián)十幾歐到幾百歐的限流電阻 [15]。 IR2110 設(shè)計(jì)保護(hù)電路性能良好，安全性高，無(wú)控制信號(hào)時(shí)，電機(jī)處于剎車(chē)狀態(tài)，可用于很多工業(yè)領(lǐng)域。然而 MC51 產(chǎn)生的 PWM 只有一路，這時(shí)候就必須把 PWM 信號(hào)利用邏輯延時(shí)電路變成兩路互為反向的控制信號(hào)。當(dāng) CR 為高電平時(shí)，它對(duì)計(jì)數(shù)器進(jìn)行清零，由于在時(shí)鐘輸入端使用施密特觸發(fā)器，故對(duì)脈沖上升和下降時(shí)間沒(méi)有限制，所有的輸入和輸出均經(jīng)過(guò)緩沖。只要改變 P1 端口的輸出值，那么就可以使得 PWM 信號(hào)的占空比發(fā)生變化，從而進(jìn)行調(diào)速控制。也正因?yàn)槿绱耍?PWM 又被稱(chēng)為“開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)裝置”。 系統(tǒng)方案描述 本系統(tǒng)采用 MC51 為控制核心，配以 2*3 鍵盤(pán)，通過(guò) ADC0809 模數(shù)轉(zhuǎn)換器對(duì)主干驅(qū)動(dòng)電路進(jìn)行速度設(shè)定反饋，電流設(shè)定和過(guò)電流保護(hù)。 方案三： 采用 MC51 單片機(jī)、 IR2110 功率驅(qū)動(dòng)芯片構(gòu)成整個(gè)系統(tǒng)的核心實(shí)現(xiàn)對(duì)直流電機(jī)的調(diào)速。利用單片機(jī)的定時(shí)計(jì)數(shù)器外加軟件延時(shí)等方式來(lái)實(shí)現(xiàn)脈寬的自由調(diào)整，此種方式可簡(jiǎn)化硬件電路，操作性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。另一問(wèn)題是當(dāng)晶閘管導(dǎo)通角很小時(shí)，系統(tǒng)的功率因素很低，并產(chǎn)生較大的諧波電流，從而引起電網(wǎng)電壓波動(dòng)殃及同電網(wǎng)中的用電設(shè)備，造成 ―電力公害 ‖。隨著電力電子的發(fā)展，出現(xiàn)了許多新的電樞電壓控制方法。 直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速概述 直流電機(jī)調(diào)速原理 c r cn RU TC C C???? 內(nèi)直流電動(dòng)機(jī)根據(jù)勵(lì)磁方式不同，直流電動(dòng)機(jī)分為 自勵(lì)和他勵(lì)兩種類(lèi)型。為微處理器普遍用于控制電機(jī)提供了可能，利用微處理器控制電機(jī)完成各種新穎的、高性能的控制策略，使電機(jī)的各種潛在能力得到充分的發(fā)揮，使電機(jī)的性能更符合工業(yè)生產(chǎn)使用要求 [2]，還促進(jìn)了電機(jī)生產(chǎn)商研發(fā)出各種如步進(jìn)電機(jī)、無(wú)刷直流電機(jī)、開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)等便于控制且實(shí)用的新型電機(jī)，使電機(jī)的發(fā)展出現(xiàn)了新的變化。直流調(diào)速技術(shù)不斷發(fā)展，走向成熟化、完善化、系列化、標(biāo)準(zhǔn)化，在可逆脈寬調(diào)速、高精度的電氣傳動(dòng)領(lǐng)域中仍然難以替代 [1]。 采用微處理器控制，使整個(gè)調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)字化程度，智能化程度有很大改觀；采用微處理器控制，使調(diào)速系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上簡(jiǎn)單化，可靠性提高，操作維護(hù)變得簡(jiǎn)捷，電機(jī)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)速精度等方面達(dá)到較高水平。系統(tǒng)以廉價(jià)的 MC51 單片機(jī)為控制核心，以直流電機(jī)為控制對(duì)象。特別是采用了微處理器及其他先進(jìn)電力電子技術(shù)，使數(shù)字式直流調(diào)速裝置在精度的準(zhǔn)確性、控制性能的優(yōu)良性和抗干擾的性能有很大的提高和發(fā)展，在國(guó)內(nèi)外得到廣泛的應(yīng)用。整流器的更新?lián)Q代，以晶閘管整流裝置取代了習(xí)用已久的直流發(fā)電機(jī)電動(dòng)機(jī)組及水銀整流裝置使直流電氣傳動(dòng)完成了一次大的躍進(jìn) [1]。所以，直流傳動(dòng)控制采用微處理器實(shí)現(xiàn)全數(shù)字化，使直流調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)入一個(gè)嶄新的階段。目前相比直流電機(jī)和交流電機(jī)他們各有所長(zhǎng)，如直流電機(jī)調(diào)速性能好，但帶有機(jī)械換向器，有機(jī)械磨損及換向火花等問(wèn)題；交流電機(jī)，不論是異步電機(jī)還是同步電機(jī)，結(jié)構(gòu)都比直流電機(jī)簡(jiǎn)單 ，工作也比直流電機(jī)可靠，但在頻率恒定的電網(wǎng)上運(yùn)行時(shí)，它們的速度不能方便而經(jīng)濟(jì)地調(diào)節(jié) [2]。所以在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中常用的方法是電樞控制法。 圖 12 電樞電壓占空比和平均電壓的關(guān)系圖 根據(jù)圖 1，如果電機(jī)始終接通電源時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)速最大為 maxV ，占空比為 D= 1t /T，則電機(jī)的平均速度為： D maxV =V *D ，可見(jiàn)只要改變占空比 D，就可以得到不同的電機(jī)速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的 [7]。（ 圖 1） B、調(diào)寬調(diào)頻法：保持 t 不變，只改變 1t ，這樣使周期 (或頻率 )也隨之改變[7]。 L298 是雙 H 高電壓大電流功率集成電路，直接采用 TTL邏輯電平控制，可用來(lái)驅(qū)動(dòng)繼電器、線圈、直流電動(dòng)機(jī)、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)等電感性負(fù)載。 綜合上述三種方 案，本設(shè)計(jì)采用方案三作為整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路。 PWM 可以應(yīng)用在許多方面，比如：電機(jī)調(diào)速、溫度控制、壓力控制等等。當(dāng) PWM 波的頻率太高時(shí)，它對(duì)直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)的功率管要求太高，而當(dāng)它的頻率太低時(shí)，其產(chǎn)生的電磁噪聲就比較大，在實(shí)際應(yīng)用中，當(dāng) PWM波的頻率在 18KHz 左右時(shí)，效果最好。由于單片機(jī)上電復(fù)位時(shí) P1 端口輸出全為“ 1”，使用數(shù)值比較器 4585 的 B 組與 P1端口相連，升速時(shí) P0 端口輸出 X 按一定規(guī)律減少，而降速時(shí)按一定規(guī)律增大。 C ② 芯片 4040 引出端功能符號(hào)： CP: 時(shí)鐘輸入端 CR：清除端 Q0— Q11：計(jì)數(shù)脈沖輸出端 VDD: 正電源 VSS: 地端 ③ 芯片 4040 功能表： 輸入 輸出 CP CR ↑ ↓ * L L H 保持 計(jì)數(shù) 所有輸出端均為 L 圖 35芯片 4040 功能表 ④ 芯片 4040 的引腳圖： 圖 36 芯片 4040 的引腳圖 邏輯延時(shí)電路方案論證設(shè)計(jì) 邏輯延時(shí)電路是主電路 IGBT 開(kāi)關(guān)管的控制所需。 圖 37 邏輯延時(shí)電路原理圖 驅(qū)動(dòng)電路方案論證設(shè)計(jì) 驅(qū)動(dòng)電路方案、參數(shù)描述 整個(gè)系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)電路采用兩片的 IR2110 驅(qū)動(dòng)四片的 IGBT 管（ FGA25N120）構(gòu)成的 H 橋電路。由于 VB 高于 VS 電壓的最大值為 20 V，為了避免 VB 過(guò)電壓，電路中增加了 10V穩(wěn)壓二極管 D D17 控制 VB 端電壓在 10V左右防止 VB 過(guò)壓。但是如果柵極串聯(lián)電阻過(guò)小，會(huì)由于集電極電流下降的 itd/d 過(guò)大，產(chǎn)生較大的集電極電壓峰值 [2]。 圖 39 IR2110 部分寄生二極管示意圖 IGBT（ Insulated GateBipolar Transistor） 是電壓驅(qū)動(dòng)型器件，由于是容性輸入阻抗，故要求驅(qū)動(dòng)電路提供一條小阻抗通路，將柵極電壓限制在一定安全數(shù)字內(nèi) [17]。當(dāng)該引腳為高電平時(shí)， IR2110的輸出被封鎖，輸出端 HO（ 7 腳）、 LO（ 1 腳）恒為低電平。當(dāng) 1S 在關(guān)斷期間， 1C 已經(jīng)充滿(mǎn)電，即 CCV = 1CV 。綜合考慮在設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)電路時(shí)采用1uf 的電容為 IR2110 的自舉電容。 圖 312 IGBT H 橋驅(qū)動(dòng)電路 要使電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，必須導(dǎo)通對(duì)角線上的一對(duì)三極管。 圖 314 H 橋驅(qū)動(dòng)電機(jī)逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng) 使能控制和方向邏輯 驅(qū)動(dòng)電機(jī)時(shí)，保證 H 橋上兩個(gè)同側(cè)的三極管不會(huì)同時(shí)導(dǎo)通非常重要。） 圖 315 具有使能控制和方向邏輯的 H橋電路 用以上方法，電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)就只需要用三個(gè)信號(hào)控制：兩個(gè)方向信號(hào)和一個(gè)使能信號(hào)。如果正負(fù)脈沖相等時(shí)電樞電壓為零，電機(jī)停轉(zhuǎn)。因?yàn)橄到y(tǒng)的主電路電壓均為高電壓、大電流，而控制單元為弱電壓，弱電流，所以它們之間必須采取光電隔離措施，以提高系統(tǒng)抗干擾措施，綜合考慮決定采用帶光電隔離的 MOSFET 驅(qū)動(dòng)芯片 TLP250[21]。LM317 系列穩(wěn)壓器輸出連續(xù)可調(diào)的正電壓， LM337 系列穩(wěn)壓器輸出連可調(diào)的負(fù)電壓，可調(diào)范圍為 ~37V，最大輸出電流 為 。I 如下圖示為測(cè)速原理圖 圖 320 霍爾元件 測(cè)速原理圖 脈沖信號(hào)的獲得 霍爾傳感器是對(duì)磁敏感的傳感元件，常用于開(kāi)關(guān)信號(hào)采集的有CS30 CS3040 等，這種傳感器是一個(gè) 3 端器件，外形與三極管相似，只要接上電源、地，即可工作，輸出通常是集電極開(kāi)路（ OC）門(mén)輸出，工作電壓范圍寬，使用非常方便。所謂計(jì)數(shù)法，就是給定一個(gè)閘門(mén)時(shí)間，在閘門(mén)時(shí)間內(nèi)計(jì)數(shù)輸入的脈沖個(gè)數(shù)；測(cè)脈寬法是利用待測(cè)信號(hào)的脈寬來(lái)控制計(jì)數(shù)門(mén)，對(duì)一個(gè)高精度的高頻計(jì)數(shù)信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)。 LED 便于觀察，當(dāng)比較器輸出高電平時(shí)不亮，低電平時(shí)亮。B/dK 稱(chēng)為霍爾系數(shù) ,與半導(dǎo)體材料有關(guān) ,d 為半導(dǎo)體材料的厚度。 AN3503 由電壓調(diào)整器、霍爾電壓發(fā)生器、線性放大器和射極跟隨器組成 ,其輸入是磁感應(yīng)強(qiáng)度 ,輸出是和輸入量成正比的電壓。 我們選用價(jià)廉物美的 74LS164 串入并出移位寄存器芯片來(lái)擴(kuò)展這個(gè)電路 ,分別與鍵盤(pán)和 6 個(gè)七段數(shù)碼管顯示器連接 ,74LS164(1)的串行輸入端與單片機(jī)相連 ,時(shí)鐘端分別與另一 I/O 口連接 ,單片機(jī)通過(guò)輸入端向74LS164發(fā)送字段碼 ,經(jīng)移位轉(zhuǎn)換后驅(qū)動(dòng) LED的字段 ,同時(shí) ,單片機(jī)通過(guò)串行輸入端向 74LS164(2)發(fā)送鍵盤(pán)掃描代碼和 LED 的位選代碼 ,鍵盤(pán)的列掃描代碼由 74LS164(2)的數(shù)據(jù)輸出端提供 ,位選信號(hào)經(jīng)過(guò)驅(qū)動(dòng)器(三極管或驅(qū)動(dòng)門(mén)電路 )驅(qū)動(dòng)各位 LED,鍵盤(pán)的的三條行線直接由單片機(jī)的 I/O 口提供 ,向鍵盤(pán)掃描線分時(shí)提供掃描代碼 . 圖 338 鍵盤(pán)控制電路圖 鍵盤(pán)共有 21個(gè)按鍵 ,我們可以定義為 09十進(jìn)制的數(shù)字鍵 ,還有 11個(gè)按鍵我 們?cè)O(shè)置為功能鍵 ,其中前四個(gè)鍵分別為四個(gè) LED 的控制工作鍵，后面七個(gè)鍵分別實(shí)現(xiàn)了電機(jī)的各項(xiàng)功能， “加速”，“減速”，“停止”，“正轉(zhuǎn)”，“反轉(zhuǎn)”。 輪轉(zhuǎn)次數(shù)加 1 if (Pro_CountCycle) Pro_Count=1。 占空比加 100 break。 占空比減 10 break。 經(jīng)過(guò)兩個(gè)多月對(duì)畢業(yè)設(shè)計(jì)課題的學(xué)習(xí)研究、設(shè)計(jì)調(diào)試和論文撰寫(xiě)，本次畢業(yè)設(shè)計(jì)已經(jīng)圓滿(mǎn)結(jié)束。 [1] 姚洪江 .基于全數(shù)字直流調(diào)速系統(tǒng)地研究 .： //，202106/202106. 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