直流脈寬h橋控制電路設(shè)計(編輯修改稿)
2024-08-03 15:48 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 路與控制電路之間的接口，是電力電子裝置的重要環(huán)節(jié)，對整個裝置的性能有很大的影響。采用性能良好的驅(qū)動電路，可使是電力電子器件工作在較理想的開關(guān)狀態(tài)，縮短開關(guān)時間，減小開關(guān)損耗，對裝置的運(yùn)行效率、可靠性和安全性都有重要的意義。驅(qū)動電路的基本任務(wù)，就是就將信息電子電路穿來的信號按照其控制目標(biāo)的要求，轉(zhuǎn)換為加在電力電子器件控制端和公共端之間，可以使其開通或關(guān)斷的信號。本設(shè)計使用的是IGBT。驅(qū)動電路采用EXB841，控制電路為SG3525，對IGBT提供開通控制信號。 3 主電路設(shè)計 H橋主電路脈寬調(diào)速系統(tǒng)的主要電路采用脈寬調(diào)制式變換器，簡稱PWM變換器。圖2為直流脈寬H橋電路圖。圖2 H橋整流電路本次設(shè)計需要電機(jī)達(dá)到正轉(zhuǎn)電動運(yùn)行、正轉(zhuǎn)回饋制動、反轉(zhuǎn)電動運(yùn)行，反轉(zhuǎn)回饋制動四種工作模式。 1）、被置于斷態(tài)，被置于通態(tài)，周期性的通斷轉(zhuǎn)換，成為一個降壓斬波變換器，能使電機(jī)正轉(zhuǎn)運(yùn)行。 2）、被置于斷態(tài)，被置于通態(tài)，周期性的通斷轉(zhuǎn)換，成為一個升壓壓斬波變換器，能使電機(jī)正轉(zhuǎn)回饋制動。 3）、被置于斷態(tài)，被置于通態(tài)，周期性的通斷轉(zhuǎn)換，成為一個降壓斬波變換器，能使電機(jī)反轉(zhuǎn)運(yùn)行。 4）、被置于斷態(tài)，被置于通態(tài)，周期性的通斷轉(zhuǎn)換，成為一個升壓壓斬波變換器，能使電機(jī)反轉(zhuǎn)回饋制動。 參數(shù)設(shè)計由設(shè)計要求可取直流輸入電壓E=220V，選取受控制的直流電機(jī)型號為Z242，其額定工作電壓為220V,額定電流為6A，R=10Ω，L=10mH，額定轉(zhuǎn)速為1200r/min,則:1） 二極管承受反向最大電壓：=220V?？紤]2～3倍裕量，則可取600V，故可選取1N5918高頻整流管。 2）電感L要盡量大一些否則會出現(xiàn)負(fù)載電流斷續(xù)的情況，由ωLR，ω=2f，脈寬周期選取T=10us，故L。取L=10mH。 3）IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor）叫做絕緣柵極雙極晶體管。這種器件具有MOS門極的高速開關(guān)性能和雙極動作的高耐壓、大電流容量的兩種特點(diǎn)。其電壓驅(qū)動，自身損耗小。設(shè)計中IGBT承受反向最大電壓：=220V，=6A考慮3～4倍裕量，可選用GT15Q101，其能承受最大反向電壓為1200V，最大反向電流為25A。 4 驅(qū)動控制電路及PCB設(shè)計 SG3525芯片特點(diǎn) PWM信號發(fā)生器以集成可調(diào)脈寬調(diào)制器SG3525為核心構(gòu)成，他把產(chǎn)生的電壓信號送給H橋中的四個IGBT。通過改變電力晶體管基極控制電壓的占空比，而達(dá)到調(diào)速的目的。 SG3525為美國Silicon General公司生產(chǎn)的專用PWM控制集成電路，如圖3所示。 圖3 SG3525內(nèi)部結(jié)構(gòu)它采用恒頻脈寬調(diào)制控制方案，其內(nèi)部包含有精密基準(zhǔn)源、鋸齒波振蕩器、誤差放大器、比較器、分頻器和保護(hù)電路等。調(diào)節(jié)Ur的大小，在A、B兩端可輸出兩個幅度相等、頻率相等、相位相互錯開180度、占空比可調(diào)的矩形波（即PWM信號）。它適用于各開關(guān)電源、斬波器的控制。 輸出級采用推挽輸出，雙通道輸出，,灌拉電流峰值可達(dá)500mA?？芍苯域?qū)動功率MOS管，工作頻率高達(dá)400KHz，具有欠壓鎖定、過壓保護(hù)和軟啟動振蕩器外部同步、死區(qū)時間可調(diào)、PWM瑣存、禁止多脈沖、逐個脈沖關(guān)斷等功能。該電路由基準(zhǔn)電壓源、震蕩器、誤差放大器、PWM比較器與鎖存器、分相器、欠壓鎖定輸出驅(qū)動級，軟啟動及關(guān)斷電路等組成，可正常工作的溫度范圍是0700C。 V士1%，工作電壓范圍很寬，為8V到35V。 SG3525引腳圖4 SG3525的引腳直流電源Vs從腳15接入后分兩路，一路加到或非門；另一路送到基準(zhǔn)電壓穩(wěn)壓器的輸入端，產(chǎn)生穩(wěn)定的元器件作為電源。振蕩器腳5須外接電容CT，腳6須外接電阻RT。振蕩器頻率由外接電阻RT和電容CT決定，振蕩器的輸出分為兩路，一路以時鐘脈沖形式送至雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器及兩個或非門；另一路以鋸齒波形式送至比較器的同相輸入端，比較器的反向輸入端接誤差放大器的輸出，誤差放大器的輸出與鋸齒波電壓在比較器中進(jìn)行比較，輸出一個隨誤差放大器輸出電壓高低而改變寬度的方波脈沖，再將此方波脈沖送到或非門的一個輸入端?；蚍情T的另兩個輸入端分別為雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和振蕩器鋸齒波。雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的兩個輸出互補(bǔ)，交替輸出高低電平，將PWM脈沖送至三極管VT1及VT2的基極，鋸齒波的作用是加入死區(qū)時間，保證VT1及VT2不同時導(dǎo)通。最后，VT1及VT2分別輸出相位相差為180176。的PWM波。 SG3525控制電路 圖5 SG3525控制電路 1）振蕩器振蕩頻率的確定振蕩器頻率主要取決于6腳外接的定時電阻，5腳外接的定時電容和放電電阻（連接于5腳與7腳之間的電阻）的大小。他們的關(guān)系滿足：由于本課題設(shè)計驅(qū)動全橋的IGBT開關(guān)管頻率為100KHz，則PWM控制器振蕩頻率為100KHz，現(xiàn)取=1K，=100Ω,==10nF2）占空比計算，當(dāng)調(diào)制最大10K時，占空比=（10+10）/40100%=50%；當(dāng)調(diào)制最小0Ω時，占空比=10/40100%=25%。故占空比為25%~50%,本次設(shè)計用占空比為40%和48%，能達(dá)到要求。 3）8腳外接軟啟動電容，該端到地所連接的電容可以決定該芯片的軟啟動時間，一般為1~10uF，現(xiàn)取=5uF。 4）2腳為誤差放大器同向輸入端，2腳接給定基準(zhǔn)電壓，在圖中。1腳為誤差放大器反向輸入端，與2腳誤差放大器同向輸入端相比較，從而控制輸出PWM脈沖寬度，1腳與9腳接在一起。 5）10腳為外部控制端，該端輸入的控制信號為低電平時，PWM脈沖信號正常輸出；為高電平時，芯片內(nèi)部工作被關(guān)斷，輸出的PWM信號為零。在仿真時，需要接地，因此，10腳串聯(lián)一個后再接地。 6）11腳和14腳為兩路相位相差180度的輸出PWM驅(qū)動信號。 EXB841驅(qū)動芯片根據(jù)IGBT的特性，對其驅(qū)動電
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