南京工程学院课程设计说明书成绩题目直流电动机脉宽调速系统设计课程名称电力电子技术院（系、部、中心）电力工程学院专业建筑电气与智能化班级建筑电气091学生姓名陈曦学号206091034设计时间2011.12.12~12.24设计地点电力工程实践中心8-319 指导教师陈刚廖德利2011 年12 月南京1．课程设计应达到的目的电源和驱)驱动电源及控制用小功率开关电源。

其目的是通过对实际电力电子装置的设计、制作和调试，深化和拓展课程所学知识，提高工程实践能力。

动是电力电子技术的两大主要应用领域。

课程设计的主要任务是设训一和实现一个直流电动机的脉宽调速(直流PWM)2．课程设计题目及要求设计题目：直流PWM驱动电源的设计设计要求：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，控制方式为单极性。

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。

主要设计要求如下：1.阅读相关资料，设计主电路和控制电路，用PROTEL绘制的主电路和控制电路的原理图。

2.采购器件，装焊控制电路板。

3.在实验室进行装置调试。

4.设计成果验收。

5.整理设计文件，撰写设计说明书。

6.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完毕的控制电路板。

3．课程设计任务及工作量的要求〔包括课程设计计算说明书、图纸、实物样品等要求〕课程设计任务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。

4．主要参考文献1）秦继荣编著，现代直流伺服控制技术及其系统设计。

2）电力电子实验台（直流脉宽调速部分）使用说明书。

3）IPM 模块PS21564 使用说明书及参考资料。

4）SG3525 使用说明书及参考资料。

5）LM2575 使用说明书及参考资料。

6）74LS04，74LS00 说明书。

7）二极管IN4148，IN5819 说明书8）主电路原理图。

9）DIP- IPM 内部功能图10）SG3525 内部功能图11）LM2575 内部功能图12）74LS04，74LS00 内部功能图5．课程设计进度安排起止日期工作内容2011年12月14 日－12月15日12月16日－12 月17日12月18日－12月19 日12月21日－12月22日12月23日－12月25 日课题选择查找资料设计并绘制电路图焊接主电路和控制电路调试电路并测量波形撰写报告并答辩6．成绩考核办法1、考核方法：平时表现，设计成果，答辩表现。

2、成绩评定：平时表现30%，设计成果40%，答辩表现30%。

教研室审查意见：教研室主任签字：年月日院（系、部、中心）意见：主管领导签字：年月日电力电子技术课程设计1、课设目的电源和驱动是电力电子技术的两大主要应用领域。

课程设计的主要任务是设训一和实现一个直流电动机的脉宽调速(直流PWM)驱动电源及控制用小功率开关电源。

其目的是通过对实际电力电子装置的设计、制作和调试，深化和拓展课程所学知识，提高工程实践能力。

2、控制对象题目1:直流PWM驱动电源的设计技术指标: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:大十1: 100。

驱动系统应具有软启动功能，软启动时间约为2s。

3、课程设计任务7.阅读相关资料，设计主电路和控制电路，用PROTEL绘制的主电路和控制电路的原理图。

8.采购器件，装焊控制电路板。

9.在实验室进行装置调试。

10.设计成果验收。

11.整理设计文件，撰写设计说明书。

12.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完毕的控制电路板。

4、主电路设计说明1设计计算系统方案论证,绘制电路原理图2．设计说明1）整流部分采用4个二极管集成在一起的整流桥模块。

2）斩波部分H 桥不采用分立元件，而是选用IPM （智能功率模块）PS21564来实现。

该模块的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。

（针对本设计的特点，即小功率直流PWM 调速，在实际工程中，一般采用P.MOSFET 构成H 桥，本设计中为了让大家了解和掌握IPM 的特点和使用方法，所以指定采用PS21564作为主电路）3）在主电路设计中，应根据负载的要求，计算出整流部分的交流侧输入电压和电流，作为设计整流变压器、选择整流桥和滤波电容的依据。

该电路的整流输出电压较低，所以在计算变压器副边电压时应考虑在电流到达负载之前，整流桥和逆变桥中功率器件的通态压降。

4）在本实习过程中，因为主电路是已经设计好的，所以我们只需要了解明白主电路中的各部分电路及芯片的功能，然后设计控制电路，并将其与主电路相连接。

整流部分采用4个二极管集成在一起的整流桥模块。

5）电动机的额定电压为20V ，通过查阅该型号IPM 的数据手册可知开关器件的通态导通压降为2V 左右，故可知dc V 电压为24V ，由全桥整流电路可知，20.9dc V V考虑整流桥中二极管压降为1V ，故可知变压器副边电压，从而可知变压器的变比。

滤波电容选择耐压40V 左右，容值450uF 左右即可。

主电路元部件参数的选择元部件型号 独石电容 多圈电位器 电解电容 电阻 电感 肖特基二极管IN5819 二极管IN4148 发光二级管 PS21564-P(IPM 直流芯片)熔断器5、控制电路设计说明1．接口设计：如图详细设计提供了主电路所需要的所有控制信号和工作电压2.自举电路设计原理图为了简化设计，上桥臂两个器件，即V1 和V3 的驱动电源采用单电源的自举式供电，详细设计可参考IPM 的设计手册。

这样整个模块的控制部分只采用1 个15V 电源供电即可，而不必采用3 路独立的电源，简化了设计。

本设计中，自举电路中的二极管建议选用IN5819，电容值为1uF，电阻值为20欧左右3.脉冲调制芯片SG3525的外围电路设计图4.脉冲信号逻辑分配电路：包括移相电路和与非门组成的逻辑变换电路及开关控制电机转向电路。

防止同一桥臂上下两管在驱动信号翻转时出现瞬时直通现象，应设计两路驱动信号的开通延时电路。

即利用RC移相后，为每路驱动信号产生5us的开通延时。

这部分电路中的门电路采用6反相器74LS04和74LS00，移相电路中C的取值为0.1uF，分析电路，利用三要素公式可计算电阻R的取值，实际电路中采用变阻器，以便于调试。

2 控制电路设计说明1.简要概述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。

控制电路中的所有部分都需要进行设计、焊装和调试，因此控制电路是本生产实习中的核心内容。

2．设计说明1）在设计SG3525外围电路时，我们采用该集成芯片的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。

由于SG3525输出的两路脉冲是互补形式，在本设计中其输出并联使用（即11，14管脚短接，从13管脚通过外部上拉电阻输出V1、V4驱动脉冲，利用后续门电路反相后再驱动V2、V3），以达到0～1.0的占空比调整范围。

3525典型应用电路2）为防止同一桥臂，上下两管在驱动信号翻转时出现瞬时直通现象，我们设计了两路驱动信号的开通延时电路。

即利用RC移相电路后，为每路驱动信号产生5μS左右的开通延时。

这部分电路中的门电路采用6反向器74LS04；移相环节中的R和C的取值，应根据5μS的延迟时间来计算，其中R可采用电位器，以便于调试。

注：指定移相电路中C的取值为0.01μF。

3）IPM中集成了功率器件的驱动电路，因此在控制电路中不需要设计驱动电路；而且为了简化设计，隔离环节也取消。

IPM模块控制部分的接口信号中除了H桥中4个器件的驱动信号外，还应提供集成在IPM内部的4个器件的驱动电路的供电电源，为了简化设计，上桥臂两个器件，即V1和V3的驱动电源采用单电源的自举式供电，详细设计可参考IPM的设计手册。

这样整个模块的控制部分只采用1个15V电源供电即可，而不必采用3路独立的电源，简化了设计。

4）设计一个DC 15V的控制电源，为SG3525及IPM模块的驱动电路供电。

为了减小损耗，采用LM2575T－ADJ系列开关稳压集成电路，将主电路的直流母线电压33V作为输入，通过电位器的调节，经稳压后获得15V的直流电源。

LM2575T 的封装形式为5脚TO-220形式。

另外TTL电路的5V工作电源可直接取自SG3525的内部参考电源管脚。

滤波电路中的二极管建议选用IN5819。

电路图如图8所示。

图8 15V 稳压电源电路通过查阅芯片手册知：211OUT REF R V V R ⎛⎫=+ ⎪⎝⎭本设计中，115, 1.23,1OUT REF V V V V R K ===,计算得：211.3R K =。

实际电路中，采用变阻器代替1R ，2R ，便于调试。

控制电路示意图3 触发电路元部件和保护装置元部件参数的选择元部件型号 独石电容 多圈电位器 电解电容 电阻 电感 肖特基二极管IN5819二极管IN4148 DIP 开关 LM2575 74LS00 74LS04 SG35256、调试过程的详细记录(1)调试15V稳压电源电路只将控制板的J3接口与主电路板相连，J6和J7都不连接。

再将LM2575插在电路板的对应插座上。

模拟盒上断开S2开关，闭合S1开关。

调节电位器，直至稳压电路输出为所需的15V为止。

(2)调试脉宽调制信号发生电路接好电路，首先调节SG3525的6脚变阻器，使13脚输出脉冲的频率为5KHz，之后调节2脚变阻器，确定输出脉冲的占空比可在0~1之间可调。