【文章內(nèi)容簡介】 =16A *CNT =100C? kWPCM ? VU satCE )( ? 1 給定基準電源 此電路用于產(chǎn)生177。 15V電壓作為轉速給定電壓以及基準電壓，如圖 22所示： 8 圖 22 給定基準電源電路 2 雙閉環(huán)調(diào)節(jié)器電路設計 為了 實現(xiàn)閉環(huán)控制，必須對被控量進行采樣，然后與給定值比較，決定調(diào)節(jié)器的輸出，反饋的關鍵是對被控量進行采樣與測量。 （ 1） 電流調(diào)節(jié)器 由于電流檢測中常常含有交流分量，為使其不影響調(diào)節(jié)器的輸入，需加低通濾波。此濾波環(huán)節(jié)傳遞函數(shù)可用一階慣性環(huán)節(jié)表示，由初始條件知濾波時間常數(shù)sToi ? ，以濾平電流檢測信號為準。為了平衡反饋信號的延遲，在給定通道上加入同樣的給定濾波環(huán)節(jié)，使二者在時間上配合恰當。 圖 23 含給定濾波與反饋濾波的 PI型電流調(diào)節(jié)器 （ 2） 轉速調(diào)節(jié)器 轉速反饋電路如 圖 24 所示，由測速發(fā)電機得到的轉速反饋電壓含有換向紋波，因此也需要濾波，由初始條件知濾波時間常數(shù) sTon ? 。根據(jù)和電流環(huán)一樣的原理，在轉速給定通道上也加入相同時間常數(shù)的給定濾波環(huán)節(jié)。 9 圖 24 含給定濾波與反饋濾波的 PI型電轉速調(diào)節(jié)器 3 信號產(chǎn)生電路 本設計采用集成脈寬調(diào)制器 SG3524 作為脈沖信號發(fā)生的核心元件。根據(jù)主電路中 IGBT 的開關頻率，選擇適當?shù)?tR 、 tC 值即可確定振蕩頻 率。 電路中的 PWM 信號由集成芯片 SG3524 產(chǎn)生， SG3524 采用是定頻 PWM電路 ,DIP16 型封裝。 由 SG3524 構成的基本電路如圖 25所示，由 15 腳輸入 +15V 電壓，用于產(chǎn)生 +5V 基準電壓。在 7引腳之間接入外部阻容元件構成 PI 調(diào)節(jié)器，可提高穩(wěn)態(tài)精度。 1 13引腳通過電阻與 +15V 電壓源相連，供內(nèi)部晶體管工作，由電流調(diào)節(jié)器輸出的控制電壓作為 2引腳輸入，通過其電壓大小調(diào)節(jié) 1 13 引腳的輸出脈沖寬度，實現(xiàn)脈寬調(diào)制變換器的功能實現(xiàn)。 圖 25 SG3524管腳 圖 10 圖 26 SG3524引 腳接線圖 圖 27 SG3524內(nèi)部框圖 主要參數(shù)：輸入電壓 Uimax： 40V 輸出電流： 500mA 好散功率： 1W 11 4 IGBT 基極驅動電路原理 工作原理如圖 28所示 圖 28 EXB841內(nèi)部結構圖 EXB841 系列驅動器的各引腳功能如下： 腳 1 ：連接用于反向偏置電源的濾波電容器； 腳 2 ：電源（ ＋ 20V ）； 腳 3 ：驅動輸出； 腳 4 ：用于連接外部電容器，以防止過流保護電路誤動作（大多數(shù)場合不需要該電容器）； 腳 5 ：過流保護輸出； 腳 6 ：集電極電壓監(jiān)視； 腳 7 、 8 ：不 接； 腳 9 ：電源； 腳 10 、 11 ：不接； 腳 14 、 15 ：驅動信號輸入（ ，＋）； 5 基于 EXB841驅動電路設計 驅動電路中 V5起保護作用，避免 EXB841的 6腳承受過電壓，通過 VD1檢測是否過電流，接 VZ3的目的是為了改變 EXB模塊過流保護起控點，以降低過高的保護閥值從而解決過流保護閥值太高的問題。 R1和 C1及 VZ4接在 +20V電源上保證穩(wěn)定的電壓。 VZ1和 VZ2避免柵極和射極出現(xiàn)過電壓， Rge是防止 IGBT誤導通。 針對 EXB841存在保護盲區(qū)的問題，可如圖 12所示將 EXB841的 6腳的超快 速恢復二極管 VDI換為導通壓降大一點的超快速恢復二極管或反向串聯(lián)一個穩(wěn)壓二極管，也可采取對每個脈沖限制最小脈寬使其大于盲區(qū)時間，避免 IGBT過窄脈寬下 12 的低輸出大功耗狀態(tài)。針對 EXB841軟關斷保護不可靠的問題，可以在 EXB841的 5腳和 4腳間接一個可變電阻， 4腳和地之間接一個電容，都是用來調(diào)節(jié)關斷時間，保證軟關斷的可靠性。針對負偏壓不足的問題，可以考慮提高負偏壓。一般采用的負偏壓是 5V，可以采用 8V的負偏壓 (當然負偏壓的選擇受到 IGBT柵射極之間反向最大耐壓的限制 )，輸人信號被接到 15腳， EXB841正 常工作驅動 IGBT. 圖 29 EXB841驅動 IGBT設計圖 主要參數(shù)：電源電壓： 20V 最大輸出功率： 47mA 最高工作頻率： 10kHz 6 鋸齒波信號發(fā)生電路 鋸齒波信號發(fā)生器 SG的輸出信號 Us 與控制信號 *CU 在 PWM 轉換器（ SG3524）中進行比較， PWM 輸出幅度恒定、寬度變化的方波脈沖序列，即 PWM 波。 SG 電路可有 UJT 或者 PUT 構成。 UJT 鋸齒波信號發(fā)生器基本電路如圖 210所示 圖 210 鋸齒波信號發(fā)生電路 13 7 轉速及電流檢測電路 （ 1） 轉速檢測電路 轉速檢測電路如圖 211 所示。與電動機同軸安裝一臺測速發(fā)電機，從而引出與被調(diào)量轉速成正比的負反饋電壓 nU ，與給定電壓 *nU 相比較后，得到轉速偏差電壓 nU? 輸送給轉速調(diào)節(jié)器。測速發(fā)電機的輸出電壓不僅表示轉速的大小，還包含轉速的方向，測速電路如圖 15 所示，通過調(diào)節(jié)電位器即可改變轉速反饋系數(shù)。 圖 211 轉速檢測電路 （ 2） 電流檢測電路 通過霍爾傳感器測量電流的 電流檢測 電路 原理如圖 212 所示 。 圖 212 閉環(huán)霍爾電流傳感器的工作原理 霍爾電流傳感器的結構如圖 13所示。用一環(huán)形導磁材料作成磁芯，套在被測電流流過的導線上，將導線中電流感生的磁場聚集起來，在磁芯上開一氣隙，內(nèi)置一個霍爾線性器件，器件通電后，便可由它的霍爾輸出電壓得到導線中流通的電流。 閉環(huán)霍爾電流傳感器主要有以下特點： 1）可以 同時測量任意波形電流，如：直流、交流、脈沖電流； 14 2）副邊測量電流與原邊被測電流之間完全電氣隔離，絕緣電壓一般為 2kV～12kV； 3）電流測量范圍寬，可測量額定 1mA～ 50kA電流； 4）跟蹤速度 di/dt50A/μs ； 5）線性度優(yōu)于 ％ IN； 6）響應時間 1μs ； 7）頻率響應 0～ 100kHz。 第三章、 參數(shù)整定 (1)CT,RT， RD 的 選取 SG1525 集成控制器可輸出 0． 1～ 400kHz 的脈沖頻率 ，對應 CT= 0． 001～ F， RT=2 ～ 150k? 取值 。一般對于 BJT 和 GTo 器件可取 f=1kHz 以下，IGBT 器件取 f= 10kHz 左右 。 f 與 CT,RT， RD 的關系用下式確定 f=l／ (t1+ t2 )=1／ (0． 67R1CTR1+ ) 例如 f= lkHz， T= 0． 001s，取 定 t1= 0． 02s， t2=0． 16s，可算得Ce= min/r 時的 RT 與 RD 分別為 RT = t1／ 0． 67Ct— ／ 0． 67 0． 01 1061 = 134k? RD= t2／ 1． 3CT= 0． 0001／ 1． 3 0． 01 610? =7． 7k? t2 一般應取遠小于 t1 的值 ,否則影響脈沖占空比 (t1／ (t1 + t2))和斬 波效率 。此處的占空比最大值為 0． 0009／ (0． 0001+0． 0009)=。 (2)R2 和 RP1 的選取 VREF(16 腳 )輸出的最大電流為 50mA， 一 般在 40mA 以下取值 。若取定IREF=1～ 5mA 變化 ， RP1 設為零值時可算得 R2 為 R2= VREF／ IREF=5． 1V／ 5mA=lk? RP1 設置為最大值時 可算 得 RP1+ R2= VREF／ IREF= 5． 1V／ lmA =? RP1 = 4． 1k? (3)其它引腳器件的確定 15 R5 電阻的選取要用調(diào)試方法確定，一般選取一個可調(diào)電位器 Rw 和一個固定的 R串聯(lián)組成 Rs=Rw+R 的結構。當 Rw 調(diào) 為零時， R的大小要足以限制功率驅動電路的輸入電流不超過允許值 。例如 ，功率驅動電路要求 Vo1 +Vo2=3V．驅動輸入電流最大允許值為 50mA，忽略圖 2 中 Tt 或 T2 導通壓降最小值 (sat)，可算得 R5? 電阻應為 R5? =(Vcc1Vo)／ Io= (1 5— 3)V／ 50mA = 0． 24k? . 可選取 R5? =300? ,略大于計算值的電阻。由于 R5? 上有較大的電流，還要注意其瓦 數(shù) 的選擇 此處可選 PR5? ≥ (Vcc1Vo)／ Io = 。 16 第四章、 電路圖總體設計 17 結束語 本畢業(yè)設計為 PWM 直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)，是以控制電路為核心，采用恒頻脈寬調(diào)制控制方案，由 以及兩個脈沖變壓器構成了 PWM信號的產(chǎn)生和驅動。其中 SG3524產(chǎn)生的脈寬調(diào)制信號作為 IGBT 的驅動信號， 主電路中采用兩個 IGBT 構成的 半橋型結構，可看成一個降壓變換器和一個升壓變換器電路的組合；使其實現(xiàn)無靜差的轉速閉環(huán)控制。 本閉環(huán)控制的 PWM 直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)應用于教學實驗和制作實驗掛件，在教學和研究領域發(fā)揮作用，方便同學及老師研究，提高安全性和效益性。 通過本次設計，使我們能夠沖分的把握理論語 實踐的相結合。用我們所學過的 理論知識同構通過完成本設計充分發(fā)揮出來。在本設計中我們不但要運用電機理論知識，還要充分運用單片機 .電路 .電力電子 .交流調(diào)速等方面的知識，使我 們所學過的知識進行綜合的應用。增強我們對所學知識進行綜合的應用及綜合應用能力，從而達到學至所用的目的，使我們明白把所學的知識能充