直流pwm驱动电源的设计---焊接调试说明书

电力电子课程设计焊接调试说明书序1、课程设计题目直流PWM驱动电源的设计2、已知技术参数和设计要求课程设计的主要任务是设计一个直流电动机的脉宽调速（直流PWM）驱动电源。DCDC变换器采用H桥形式，控制方式为双极性或是单极性（本任务书以双极性PWM控制为例）。被控直流永磁电动机参数额定电压20V，额定电流1A，额定转速2000RPM。驱动系统的调速范围大于1100，电机能够可逆运行。驱动系统应具有软启动功能，软启动时间约为2S。3、工作量1）主电路的设计，器件的选型。包括含整流变压器在内的整流电路设计和H桥可逆斩波电路的设计要求采用IPM作为DC/DC变换的主电路，型号为PS21564。2）PWM控制电路的设计（指以SG3525为核心的脉宽调制电路和用门电路实现的脉冲分配电路）。3）IPM接口电路设计（包括上下桥臂元件的开通延迟电路，及上桥臂驱动电源的自举电路）。4）DC15V控制电源的设计（采用LM2575ADJ系列开关稳压集成电路，直接从主电路的直流母线电压经稳压获得）。4、人员分配情况4人组成1个设计小组，共用一台电机，每人有一块面包板，每人独立焊接，完整的元件每人一份。小组设计的成果应包括用PROTEL99绘制的主电路和控制电路的原理图，SIMULINK软件仿真电路，电路设计过程的详细说明书及焊装和调试通过的控制电路板。（单极性直流PWM驱动电源的设计的任务书做为备选）双极性PWM驱动电源的SIMULINK软件仿真，与电力电子技术这门课程的实验二很类似，请参考实验二电力电子实验指导书实验二。1电路设计说明（本说明书以双极性为例）本设计目的在于构成H型双极性可逆直流PWM驱动电源，该电源由四部分构成主电路、15V稳压电源、H型双极性同频可逆PWM控制电路及IPM（智能功率模块）接口电路。该电源具有可逆调速及软启动功能，控制原理图如图1所示。脉宽调制电路脉冲分配电路器件驱动电路V1V3V2V4L123MUB21UB34UI功率转换电路图1双极性直流PWM驱动电源的控制原理图1、通过LM2575开关稳压集成电路产生15V稳定电压，作为SG3525脉冲发生电路及IPM全桥可逆斩波电路的供电电源；2、以SG3525为核心，产生频率为5KHZ、占空比从01可调、软启动时间为2S的脉宽调制信号；3、经由74LS04反相器构成的脉冲分配电路后，构成具有约5US死区时间的四路两相PWM驱动信号；4、通过IPM接口电路与主电路中IPMPS21564构成的斩波电路对应驱动端子相连后，根据脉冲占空比的不同，产生或正或负的直流电压用于驱动直流电机的可逆运行。2焊接调试说明21IPM自举电路调试将控制板的引脚接口与主电路板相连。断开S2开关，闭合S1开关，S2开关与S1开关如下图所示，给控制板上电。测量通过自举电路提供的上桥臂驱动电源是否正常。经测量，自举电容端电压为1393V；自举电路桥臂电压为1415V，驱动电源正常。图2主电路显示22DC15V稳压电源221LM2575T经典电路本设计采用LM2575TADJ系列开关稳压集成电路，输入主电路的直流母线电压UDC，通过调节外接的电位器，经稳压后获得15V的直流电源。电路原理图如图3所示。图315V直流稳压电源电路222输入输出电路的元件选择（1）电容选择。参考LM2575数据手册中的典型电路连接可知，输入电容应大于47F，这里我们选择100F电解电容；而输出电容推荐使用的电容量为100F470F，这里我们选择330F电解电容。（2）电感选择。此次实验中，输入电压为15V，而最大负载电流也在0609范围内，因此选择330H电感。3反馈电阻选择。在数据手册中明确说明，当我们使用LM2575ADJ型号芯片时，需要输出15V电压时，R11K，R2113K。但是，此处我们使用的是LM257512，此种稳定输出12伏的芯片，因此在此我们用20K电位计调节作为R2，调整R2的值，可以准确调出15V稳定电压。（4）注意事项LM2575非常容易烧坏，可以在其1脚与电源间串一个10欧的可调电阻，防止电流过大；补充控制电源噪声滤波器电路。223调试注意事项LM2575为5脚TO220封装形式，将主电路母线电源（UDCP和UDCN）接入LM2575模块，并将LM2575输出接入示波器。断开S2开关，闭合S1开关，LM2575模块将通过接口获得直流母线电压。然后调节稳压电路中的电位器R2，观察示波器直到输出为15V左右。23脉宽调制电路231设计要求本设计使用电压型PWM控制器SG3525芯片构建脉宽调制电路，电路原理图如图7所示。要求PWM频率为，占空比01可调，并实现约5KHZ软起动。在此使用LM2575输出的电压给SG3525供电，SG3525的2S1V16管脚可输出一个的基准电压，这个基准电压可以用来给门电路芯51V片74LS04供电。232引脚连接设计中使用SG3525产生需要的脉冲信号。已知5脚CT接一个002UF的电容，6脚接滑动变阻器，两者组成RC振荡电路，可以通过调节滑动变阻器的阻值使脉冲的频率为设计要求的5KHZ。根据芯片手册公式计算可得RT，为使调节方便选用阻值为20K的滑动变阻器。通过改变2脚输入电压的大小调节输出脉冲的占空比。为使电机具有软启动功能，在8脚需要接电容。根据芯片手册软启动时间和电容大小的关系60MS/UF。要使电机软启动为2S，则所选的电容为33UF。在输出端，13需要上拉电阻与5V参考电平相连。将11、14脚短接，脉冲由13脚引出。233脉宽调制电路调试。（记录不同占空比分别为01、02、05、08、09时的波形图）首先将SG3525插在电路板的对应插座上，断开S2开关，闭合S1开关，给控制板上电。将LM2575输出的15V电源与SG3525管脚15之间的开关闭合，给SG3525供电，将管脚13输出端接入示波器，管脚13输出端与下一模块间拨码开关断开。先调节与管脚6相连的电位计R8使输出脉冲频率达到5KHZ，并保持不变。然后调节与管脚2相连的电位计并观察输出脉冲的占空比是否可在01之间变化。SG3525脉冲发生电路模块可以输出频率为5KHZ、占空比在01之间可调的脉冲信号，脉冲电压幅值为5V。脉冲发生电路模块工作正常，符合要求。24脉冲分配电路241脉冲分配电路设计需求设计要求死区时间为5S，电容规定使用001F，二极管推荐使用IN4148，至于电阻，此处我们使用1K的电阻。242脉冲分配电路设计调试该电路我们使用74LS04N6非门集成电路来实现，其中芯片电源由SG3525管脚16提供。由于我们采用H型双极模式可逆直流PWM控制方式，因此V1与V4，V2与V3分别拥有相同的驱动波形，而上述两组驱动波形则理论上互补。我们设计两条支路，一条直接从SG3525管脚13（驱动输出级的电源端）引出，另一条则通过一个反向器引出。为了防止H桥上下桥臂同时导通引起短路，两组脉冲需要设置死区时间。首先将74LS04插在电路板的对应插座上。断开S2开关，闭合S1开关，给控制板上电。将SG3525管脚13输出端与脉冲分配模块间拨码开关接通，然后调节相应电位器，用示波器观察脉冲分配电路的两条支路的输出脉冲，使两路驱动信号之间有5S的开通延时，或者说存在5S的死区时间。同时可观察到H桥两组IGBT的驱动信号的死区时间为50000S，脉冲分配及死区控制电路工作正常，符合设计要求。同时可以观察到H桥中各个IGBT驱动控制信号的波形，其中VT1与VT4波形相同，VT2与VT3波形相同，且两组波形互为反相且具有5US的死区延时时间，避免同时导通时环流现象的产生以对系统造成破坏。25整体调试（记录电机正、反转和不转时的电机端电压波形图）上述单元电路均调试通过后，在模拟盒上断开S2开关，闭合S1开关，给控制板上电。将驱动信号的占空比调整到50附近。闭合S2开关，接通H桥的直流电源，测试电机的端电压，判断是否与设计的情况复合。若一切正常，则调节占空比，使电机运转起来，并能够调速和反