可逆直流PWM驱动电源的设计.docx

Harbin Institute of Technology课程设计说明书（论文）课程名称：电力电子技术 设计题目：可逆直流PWM驱动电源的设计院系：电气工程系 班级：1006111，1006151，1006112设计者：甘磊，李栋，任留阳学号：1100610114，1100610125，1102800123指导教师：国海峰，吕瑞峰，赵克设计时间：2012年06月 哈尔滨工业大学教务处哈尔滨工业大学课程设计任务书姓名：院（系）：电气工程专业：班号：任务起至日期：2012年06月25日至2011年07月10日课程设计题目：可逆直流PWM驱动电源的设计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。DC-DC变换器采用H桥形式，控制方式为双极性（或单极性，根据具体题目而定）。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1：100，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。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，及上桥臂驱动电源的自举电路）。4）DC15V 控制电源的设计（采用LM2575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）。2人组成1个设计小组，通过合理的分工和协作共同完成上述设计任务。设计的成果应包括：用PROTEL绘制的主电路和控制电路的原理图，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。工作计划安排：(学时安排为1周，但考虑实验的安排，需分散在2周内完成)第1周：全体开会，布置任务，组成设计小组（每组2人），会后设计工作开始。答疑，审查设计方案，发放器件和装焊工具。完成焊装工作。第2周每人12学时到实验室调试已装焊好的电路板，并完成相关测试和记录。撰写设计报告。同组设计者及分工：指导教师签字2012年07月10日教研室主任意见：教研室主任签字___________________年月日*注：此任务书由课程设计指导教师填写1 主电路设计说明1.0 主电路设计二极管整流桥把输入的交流电变为直流电。四只功率器件构成H桥，根据脉冲占空比的不同，在直流电机上可得到正或负的直流电压。主电路作为电能变换的功率平台已事先已经由学校做好做好，因此主电路部分只需要进行理论设计，而不用实际制作。1.1 整流电路设计整流电路采用二极管整流电路，如图1所示。它将输入的24V交流电变为直流电。其中，24V交流电由220V市电经过工频变压器变换而来，保证了主电路各处的电压均在人体安全电压范围内。滤波电路则采用电容器滤波，能得到相对平滑的直流电。根据电容滤波的单相不可控整流电路相关理论知识可以计算出整流输出电压：实际数值要视负载大小以及电容参数而定。整流电路采用4个二极管集成在一起的整流桥模块。二极管承受反向最大电压,考虑3倍裕量，则有反向重复峰值电压为：滤波电容的选取一般根据放电的时间常数计算，负载越大，要求纹波系数越小，一般不做严格计算。因该系统负载不大，故取470uF/100V即可。关于24V交流电的由来，可以由IGBT通态压降、直流电机的额定电压确定，即考虑到实验测试用防直通限流电阻压降和整流二极管通态压降，取电机的额定电流为1A，因此变压器副端电流约为式中取变压器副端电流约为由此作为设计变压器的依据。图1 主电路原理设计图1.2 H桥可逆斩波电路设计可逆斩波电路中的H桥不采用分立元件，而是选用IPM（智能功率模块）PS21564来实现。由图2可以看出，该模块含有六只三对IGBT，主电路为三相逆变桥，在本设计中只采用其中U、V两相即可驱动直流电机。图2IPM模块内部结构图2 控制电路设计说明2.0控制电路设计SG3525的13脚输出占空比可调（通过改变2脚电压）的脉冲波形（占空比调节范围不小于0.1~0.9），同时频率可通过充放电时间的不同而改变。经过RC移相后，输出两组互为倒相，死区时间为5μS左右的脉冲，经过光耦隔离后，分别驱动四只功率器件，其中V1、V4驱动信号相同，V2、V3驱动信号相同。2.1脉宽调制电路设计采用以SG3525为核心的脉宽调制电路，其中集成芯片SG3525选择DIP封装形式。脉冲的频率定为5KHz（是根据IPM中IGBT的开关速度而确定的），设定频率的电阻可采用电位器，以便于调试。根据芯片数据手册和使用明可以知