【正文】 器件。由于IGBT的柵集極間存在的分布電容和柵射極間存在的分布電容會產(chǎn)生過大的，故其開關(guān)轉(zhuǎn)換過程中易使突然升高而造成CE間誤導通，從而損壞IGBT[17]。綜合上述因素在設(shè)計柵極串聯(lián)電阻RR2R2R26時選取1K電阻為柵極串聯(lián)電阻。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過小造成IGBT誤開通[16]。但在開通過程中，因存在續(xù)流二極管DDD1D16的反向恢復電流和吸收電容的放電電流，當IGBT的開通的時間越短，IGBT所承受的峰值電流也就越大，導致IGBT或續(xù)流二極管損耗。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]。由于密勒效應(yīng)的作用，在開通與關(guān)斷時，集電極與柵極間電容上的充放電電流很容易在柵極上產(chǎn)生干擾[14]。電路中為了防止3導通時高電壓串入端損壞芯片，在設(shè)計采用快恢復二極管FR107，其快速恢復時間為500ns[13] 可有效地隔斷高壓信號串入IR2110。在頻率為20 kHz左右的工作狀態(tài)下。IR2110設(shè)計保護電路性能良好，安全性高，無控制信號時，電機處于剎車狀態(tài)，可用于很多工業(yè)領(lǐng)域。如下圖32： 圖32 驅(qū)動主電路原理圖IR2110驅(qū)動IGBT構(gòu)成的H橋電路的特點顯著，具有調(diào)速性能好，調(diào)速頻帶寬，可以工作在1~100 kHz范圍內(nèi)工作[12]。圖31中二極管、能使低電平或者可以說是PWM負信號通過，電阻、和電容、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，可以避免其同時導通。如果一個的功率開關(guān)管的控制信號剛消失的同時給同一橋臂的另一功率開關(guān)管加控制信號很可能造成同一橋臂的兩管子同時導通形成對電源短路[11]。然而MC51產(chǎn)生的PWM只有一路，這時候就必須把PWM信號利用邏輯延時電路變成兩路互為反向的控制信號。一、因為控制IGBT所需的控制信號要求對角上的兩個IGBT管的控制信號要相同，而同一個橋臂上的控制信號要相反。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，信號串擾。本系統(tǒng)采用MC51為控制核心，配以2*3鍵盤和四位數(shù)碼管顯示，通過ADC0832模數(shù)轉(zhuǎn)換器對主干驅(qū)動電路進行電壓采集和速度采集實現(xiàn)過壓保護、速度顯示。IR2110是專門的MOSFET管和IGBT的驅(qū)動芯片，帶有自舉電路和隔離作用，有利于和單片機聯(lián)機工作，且IGBT的工作電流可達50A，電壓可達1200V[10]，適合工業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用。通過控制定時器初值T0和T1，從而可以實現(xiàn)從任意端口輸出不同占空比的脈沖波形。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。其驅(qū)動電壓為46V，直流電流總和為4A。方案二：采用MC51單片機、功率集成電路芯片L298構(gòu)成直流調(diào)速裝置。這些芯片除了有PWM信號發(fā)生功能外，還有“死區(qū)”調(diào)節(jié)功能、過流過壓保護功能等。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。（圖1）C、定頻調(diào)寬法：保持周期T(或頻率)不變，同時改變和t[7]。改變占空比D的值有三種方法：A、定寬調(diào)頻法：保持不變，只改變t，這樣使周期(或頻率)也隨之改變[7]。NE55SG3525構(gòu)成的控制電路較為復雜，且智能化、自動化水平較低，在工業(yè)生產(chǎn)中不利于推廣和應(yīng)用?；贜E555，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。 Ⅱ、基于PWM為主控電路的調(diào)速系統(tǒng) 與傳統(tǒng)的直流調(diào)速技術(shù)相比較，PWM(脈寬調(diào)制技術(shù))直流調(diào)速系統(tǒng)具有較大的優(yōu)越性：主電路線路簡單，需要的功率元件少；開關(guān)頻率高，電流容易連續(xù)，諧波少，電機損耗和發(fā)熱都較??；低速性能好，穩(wěn)速精度高，因而調(diào)速范圍寬；系統(tǒng)頻帶寬，快速響應(yīng)性能好，動態(tài)抗干擾能力強；主電路元件工作在開關(guān)狀態(tài)，導通損耗小，裝置效率高。晶閘管的單向?qū)щ娦?，它不允許電流反向，給系統(tǒng)的可逆運行造成困難，性能較差，自動化控制程度差，調(diào)速過程較為復雜，不利于工業(yè)生產(chǎn)和小功率電路中采用。 圖12電樞電壓占空比和平均電壓的關(guān)系圖根據(jù)圖1，如果電機始終接通電源時，電機轉(zhuǎn)速最大為，占空比為D=/T，則電機的平均速度為：，可見只要改變占空比D，就可以得到不同的電機速度，從而達到調(diào)速的目的[7]。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。如：由交流電源供電，使用晶閘管整流器進行相控調(diào)壓；脈寬調(diào)制(PWM)調(diào)壓等等。傳統(tǒng)的改變電壓方法是在電樞回路中串聯(lián)一個電阻，通過調(diào)節(jié)電阻改變電樞電壓，達到調(diào)速的目的，這種方法效率低、平滑度差，由于串聯(lián)電阻上要消耗電功率，因而經(jīng)濟效益低，而且轉(zhuǎn)速越慢，能耗越大[6]。所以在工業(yè)生產(chǎn)過程中常用的方法是電樞控制法。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。不同勵磁方式的直流電動機機械特性曲線有所不同。在先進的數(shù)控機床等數(shù)控位置伺服系統(tǒng)，已經(jīng)采用了如DSP等的高速微處理器，其執(zhí)行速度可達數(shù)百萬兆以上每秒，且具有適合的矩陣運算[2]。目前相比直流電機和交流電機他們各有所長，如直流電機調(diào)速性能好，但帶有機械換向器，有機械磨損及換向火花等問題；交流電機，不論是異步電機還是同步電機，結(jié)構(gòu)都比直流電機簡單，工作也比直流電機可靠，但在頻率恒定的電網(wǎng)上運行時，它們的速度不能方便而經(jīng)濟地調(diào)節(jié)[2]。對于復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。對于簡單的微處理器控制電機，只需利用用微處理器控制繼電器、電子開關(guān)元器件，使電路開通或關(guān)斷就可實現(xiàn)對電機的控制。此外，由于電力電子技術(shù)的發(fā)展，制作工藝的提升，使得大功率電子器件的性能迅速提高。所以，直流傳動控制采用微處理器實現(xiàn)全數(shù)字化，使直流調(diào)速系統(tǒng)進入一個嶄新的階段。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。 早期直流傳動的控制系統(tǒng)采用模擬分離器件構(gòu)成，由于模擬器件有其固有的缺點，如存在溫漂、零漂電壓，構(gòu)成系統(tǒng)的器件較多，使得模擬直流傳動系統(tǒng)的控制精度及可靠性較低[2]。使直流調(diào)速系統(tǒng)的性能指標大幅提高，應(yīng)用范圍不斷擴大。整流器的更新?lián)Q代，以晶閘管整流裝置取代了習用已久的直流發(fā)電機電動機組及水銀整流裝置使直流電氣傳動完成了一次大的躍進[1]?，F(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。由于微處理器具有較佳的性價比，所以微處理器在工業(yè)過程及設(shè)備控制中得到日益廣泛的應(yīng)用。全數(shù)字化直流調(diào)速系統(tǒng)不斷升級換代，為工程應(yīng)用和工業(yè)生產(chǎn)提供了優(yōu)越的條件。特別是采用了微處理器及其他先進電力電子技術(shù)，使數(shù)字式直流調(diào)速裝置在精度的準確性、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，在國內(nèi)外得到廣泛的應(yīng)用。關(guān)鍵字 MC51，PWM，光耦隔離，IR2110，IGBT The PWM speed regulating system of DC motor based on MC51AbstractThe thesis introduces a PWM speed regulating system of motor based on MC51 microcontroller. The system is designed on the affordable MC51 mircocontroller for the . motor. From the systematic prespective, the thesis describes the circuit design and its prehensive evaluation,which determines how to do with the functional linkage and interface between functional modules in the electric circuit. Besides, the