【正文】 ontt?? ） dSd diU Ri L Edt? ? ? ? （ont t T?? ） 電樞兩端在一個周期內的平均電壓都是： dsUU?? 。 0n —— 理想空載轉速，與電壓系數成 ? 正比， 0 seUn C??。因為系統(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 驅動芯片 TLP TLP250 驅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。 選用 TLP250 光耦既保證了功率驅動電路與 PWM 脈寬調制電路的可靠隔離，又具備了直接驅動 MOSFET 的能力，驅動電路簡單。具體電路設計如圖 39： 21 圖 39 TLP250 光耦隔離電路 PC817 數據采集隔離 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。 圖 310 PC817 內部結構圖 當輸入端加電信號時，半導體二極管發(fā)出光線，照射在半導體光敏晶體管上，光敏晶體管接受光線后導通，產生光電流從輸出端輸出，從而實現了“電 光 電”的轉換。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生互相對應的光信號，從而使光敏晶體管的導通程度發(fā)生不同的變化，輸出的電壓或電流也隨之產生不同變化。 22 圖 311 PC817 集電極發(fā)射極電壓 V 與發(fā)光二極管正向電流 If 關系圖 、過壓反饋保護 數據采集、過壓反饋方案設計 為了實現系統(tǒng)的的過壓保護，本設計采用三端穩(wěn)壓 TL431 和 PC817 線性光耦構成的過壓保護裝置。其工作原理：當輸出電壓發(fā)生波動時，經分壓電阻 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 AD0832 模數轉換后給 MC51 處理，當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。其穩(wěn)壓原理為：當 UO 上升時，取樣電壓 REFU 也隨之升高，使 REFU refU ，比較器輸出高電平，使 VT 導通， UO 開始下降。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 。 在設計時首先考慮到使用三端可調穩(wěn)壓集成芯片 LM31和 LM337。穩(wěn)壓器內部含有過流、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。再利用 LM780 LM7905 三端穩(wěn)壓芯片即可形成一個 ~18V可調和 5V固定輸出的穩(wěn)壓電源。 圖 314 穩(wěn)壓可調電源電路原理圖 25 4 軟件設計 PWM 實現方式方案論證 方案一：軟件延時 基本思想：首先預設占空比值 D，再根據周期 T 分別給輸出端口置高電平 M 個單位時間0t ，即 10M=t /t 。通過改變 M和 M— 的值，就可實現改變占空比，從而實現對單片機調速。 方案二：定時計數 基本思想：利用單片機定時器 0中斷方式產生 PWM 脈沖，當定時器計數到設定時間后輸出端口實現高低電平轉換，實現 PWM 輸出。 綜合兩個方案，本設計采用方案二。按照任務的定義，每個功能模塊都能完成某一明確的任務，實現具體的某個功能，如測量、計算、顯示、鍵盤掃描、輸出控制等。如圖 41 系統(tǒng)總體流程圖，如圖 42 PWM 輸出子程序流程圖，圖 43 A/D0832 數據采集流程。 Pro_Count++。 if (Pro_Count=Pro_High) 輸出高電平 Pwm_Out=0。 TH0=Th0。 TR0=1。 case 1: if(Pro_High=900) Pro_High=Pro_High+100。 case 2: if(Pro_High=990) Pro_High=Pro_High+10。 case 3:if(Pro_High=999) Pro_High++。 case 4:if(Pro_High=100) Pro_High=Pro_High100。 case 5:if(Pro_High=10) Pro_High=Pro_High10。 case 6:if(Pro_High0) Pro_High。 } } 5 調試結果描述 調試過程 ,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 電機轉動情況 反轉 反轉 反轉 反轉 停轉 正轉 正轉 正轉 正轉 從上表可知：當占空比為 50%電機停轉，隨著占空比的增加或減少電機轉速也越來越快。 6 經濟分析 無刷直流調速系統(tǒng)廣泛應用于社會生活的各個領域， 如家電、汽車、材料、電力。 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。整個系統(tǒng)利用 51 單片機的定時器產生10K 左右的 PWM 脈沖，通過帶有功率驅動作用的 TLP250 光耦實現控制單元與驅動單元的強弱電隔離，采用 2 片 IGBT 和 MOSFET 等一類電壓型功率開關管專用驅動芯片 IR2110，驅動IGBT— FGA25N120 構成的 H 橋電路實現對直流電機的調速，利用 TL43線性光耦 PC817和 AD0832構成的電壓采集單元實現系統(tǒng)的閉環(huán)控制，提高整個系統(tǒng)的智能化、自動化水平，為工業(yè)生產應用提供可能。 系統(tǒng)給定轉速由鍵盤輸入，并能實時顯示轉速，可實現電機的高頻快速起動，設置了電流采樣電路，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 實現上述功能。 現代電機控制的發(fā)展，一方面要求提高性能、降低損耗、減少成本，另一方面又不斷地有技術指標及其苛刻 特殊應用系統(tǒng)要求。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濟。 參考文獻 [1] 姚洪江 .基于全數字直流調速系統(tǒng)地研究 .： //， 200006/202006. [2] 劉剛力 .全數字化雙閉環(huán)可逆直流 PWM 調速系統(tǒng)研究 .: 32 //， 200006/202006. [3] 張方 .電機及拖動基礎 .北京 :中國電力出版社， 2020 年 4 月 . [4] 楊紅玉，趙冬梅 .利用 PCI1780 實現直流電動機 PWM 調速 .機電產品開發(fā)與創(chuàng)新， 2020，02. [5] 王志良 .電力電子新器件及其應用技術 .北京：國防工業(yè)出版社， 1995 年 . [6] 吳守箴，戚英杰 .電氣傳的脈寬調制控制技術 .北京：機械工業(yè)出版社 . [7] 賈玉瑛，王臣 .基于單片機控制的 PWM 直流調速系統(tǒng) .包頭鋼鐵學院學報， 2020 年 . [8] 康華光，鄒壽彬 .電子技術基礎 (數字部分第四版 ).北京：高等教育出版社， 2020 年 . [9] 三恒星科技 .MCS 51 單片機原理與應用實例 .北京：電子工業(yè)出版社， 2020 年 1月 . [10] International Rectifier. FGA25N120 Data Sheet. : //. .. [11] 張波 .SG3525A 控制的直流電機脈寬調速裝置 .電氣制造， 2020 年第七期 . [13] International Rectifier. FR107 Data Sheet. : //. .. [14] Boudreaux R R， Nelms R M， Hung John Y. Simulation and Modeling of a DC – DC converter controlled by an 8 – bit microcontroller. ， 1997. [15] 楊岳峰，張奕黃 .IGBT 的瞬態(tài)保護和緩沖電路 [J] .電機電器技術， 2020， (3). [16] 李先祥，冼凱儀 .基于 PWM 控制的直流電機控制系統(tǒng)的設計 .佛山科學技術學院學報，(3). [17] 何鳳有，等 .IGBT 模塊的驅動和保護技術 [J].電器開關， 2020， (4). [18] International Rectifier. IR2110 /IR2113 Data Sheet. : //. . [21] International Rectifier TLP250 Data Sheet. : //. cm.. [22] International Rectifier PC817 Data Sheet. : //. Cm. 33 12345678AB CD87654321DCBATitleNumberRevisionSizeA3Date:6Jun2009 Sheet of File:D:\畢業(yè)設計\mc51直流調速修正版.DDBDrawn By:R201kR211k~+220V~220V8VDD9HIN10SD11LIN12VSS1314LO1COM2VCC3 4VS5VB6HO7IR2110U3IR2110E41u/50vR2310kE61u/50vR2410kR261k~+220V~220V8VDD9HIN10SD11LIN12VSS1314LO1COM2VCC3 4VS5VB6HO7IR2110U4IR2110E121u/50vR2710kE101u/50vR2810k7u/50v7u/50vD19FR307D20FR307D12FR307D11FR307D16IN4007D15IN4007D8IN4007D5FR107D1010vD13FR107D7IN4007D1710vD910vD1810v1J1220v1J4+220v1J311J2PULS01PULS0212345 6 7 8U01tlp25012345 6 7 8U02tlp250C6104 C5104+15v0v0v+15vD22VD21Vpwm+pwmPULS01PULS01PULS02PULS020V 0VosVosVR251kE17470uF/25VE16470uF/25V2uFC82uFVin1G N D2+12V3U021MC78151 2 3I3123UOT1+