電力電子課程 設(shè)計(jì)一次課ppt課件

1、電力電子課程設(shè)計(jì)-直流PWM 驅(qū)動(dòng)電源的設(shè)計(jì)（雙極性）Page 2主要任務(wù)及技術(shù)指標(biāo)：n課程設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是設(shè)計(jì)一個(gè)直流電動(dòng)機(jī)的脈寬調(diào)速直流PWM驅(qū)動(dòng)電源。DC-DC變換器采用H橋形式，控制方式為雙極性或是單極性本任務(wù)書以雙極性PWM控制為例）。n題目：直流PWM 驅(qū)動(dòng)電源的設(shè)計(jì)1、被控直流永磁電動(dòng)機(jī)參數(shù)：額定電壓20V，額定電流1A，額定轉(zhuǎn)速2000rpm。2、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的調(diào)速范圍：大于1：100。3、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)應(yīng)具有軟啟動(dòng)功能，軟啟動(dòng)時(shí)間約為2s。Page 3Page 4 工作量：n 1主電路的設(shè)計(jì)，器件的選型。包括含整流變壓器在內(nèi)的整流電路設(shè)計(jì)和H橋可逆斬波電路的設(shè)計(jì)(要求采用IPM作為DC

2、/DC變換的主電路，型號(hào)為PS21564)。n 2PWM控制電路的設(shè)計(jì)指以SG3525為核心的脈寬調(diào)制電路和用門電路實(shí)現(xiàn)的脈沖分配電路）。n 3IPM接口電路設(shè)計(jì)包括上下橋臂元件的開通延遲電路，及上橋臂驅(qū)動(dòng)電源的自舉電路）。n 4DC15V 控制電源的設(shè)計(jì)采用LM2575系列開關(guān)穩(wěn)壓集成電路，直接從主電路的直流母線電壓經(jīng)穩(wěn)壓獲得）。n 小組設(shè)計(jì)的成果應(yīng)包括：用Protel99繪制的主電路和控制電路的原理圖，Simulink 軟件仿真電路，電路設(shè)計(jì)過程的詳細(xì)說明書及焊裝和調(diào)試通過的控制電路板。Page 54 4人組成人組成1 1個(gè)設(shè)計(jì)小組，共用一臺(tái)電機(jī)，每人有一塊面包板，每人獨(dú)個(gè)設(shè)計(jì)小組，共用一

3、臺(tái)電機(jī)，每人有一塊面包板，每人獨(dú)立焊接，完整的元件每人一份，材料清單如下。立焊接，完整的元件每人一份，材料清單如下。Page 6Page 7一、直流PWM 驅(qū)動(dòng)電源具體設(shè)計(jì)要求：n 結(jié)合圖1 所示直流PWM 驅(qū)動(dòng)電源的控制原理框圖，具體設(shè)計(jì)要求如下：Page 8n 1主電路的設(shè)計(jì)。包括含整流變壓器在內(nèi)的整流電路設(shè)計(jì)和H 橋可逆斬波電路的設(shè)計(jì)(要求采用IPM 作為DC/DC 變換的主電路，型號(hào)為PS21564)。Page 9n 2PWM 控制電路設(shè)計(jì)指以SG3525 為核心的脈寬調(diào)制電路和用門電路實(shí)現(xiàn)的脈沖分配電路）。Page 103IPM 接口電路設(shè)計(jì)包括上下橋臂元件的開通延遲，及上橋臂驅(qū)動(dòng)電

4、源的自舉電路）。4DC15V 控制電源的設(shè)計(jì)采用LM2575 系列開關(guān)穩(wěn)壓集成電路，直接從主電路的直流母線電壓經(jīng)穩(wěn)壓獲得）Page 11二、直流PWM 驅(qū)動(dòng)電源設(shè)計(jì)指南：n 該部分以“H 型雙極模式可逆直流PWM 控制方式為例來介紹直流PWM驅(qū)動(dòng)電源的設(shè)計(jì)步驟，控制系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上分為兩部分：主回路和控制回路，如圖2 所示。Page 12n 1主電路n 二極管整流橋把輸入的交流電變?yōu)橹绷麟?。四只功率器件?gòu)成H 橋，根據(jù)n 脈沖占空比的不同，在直流電機(jī)上可得到或的直流電壓。n 主電路部分的設(shè)計(jì)要求如下：n 1整流部分采用4 個(gè)二極管集成在一起的整流橋模塊。n 2斬波部分H 橋不采用分立元件，而是選用

5、IPM智能功率模塊PS21564n 來實(shí)現(xiàn)。該模塊的主電路為三相逆變橋，在本設(shè)計(jì)中只采用其中U、V 兩相即可。（針對本設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，即小功率直流PWM 調(diào)速，在實(shí)際工程中，一般采用P. MOSFET 構(gòu)成H 橋，本設(shè)計(jì)中為了讓大家了解和掌握IPM 的特點(diǎn)和使用方法，所以指定采用PS21564 作為主電路）n 3在主電路設(shè)計(jì)中，應(yīng)根據(jù)負(fù)載的要求，計(jì)算出整流部分的交流側(cè)輸入電壓和電流，作為設(shè)計(jì)整流變壓器、選擇整流橋和濾波電容的依據(jù)。該電路的整n 流輸出電壓較低，所以在計(jì)算變壓器副邊電壓時(shí)應(yīng)考慮在電流到達(dá)負(fù)載之前，n 整流橋和逆變橋中功率器件的通態(tài)壓降。n 主電路作為電能變換的功率平臺(tái)已事先做好，因此

6、主電路部分只需要進(jìn)行理論設(shè)計(jì)，而不用實(shí)際制作。Page 13n 2控制電路n SG3525 的13 腳輸出占空比可調(diào)通過改變2 腳電壓的脈沖波形占空比調(diào)節(jié)范圍不小于0.10.9），同時(shí)頻率可通過充放電時(shí)間的不同而改變。經(jīng)過RC 移相后，輸出兩組互為倒相，死區(qū)時(shí)間為5S 左右的脈沖，經(jīng)過光耦隔離后，分別驅(qū)動(dòng)四只功率器件，其中V1、V4 驅(qū)動(dòng)信號(hào)相同，V2、V3 驅(qū)動(dòng)信號(hào)相同。n 控制電路中的所有部分都需要進(jìn)行設(shè)計(jì)、焊裝和調(diào)試，因此控制電路是本課程設(shè)計(jì)中的核心內(nèi)容。Page 14三、控制電路部分的設(shè)計(jì)要求如下：n 1在設(shè)計(jì)SG3525 外圍電路時(shí)，應(yīng)采用該集成芯片的DIP 封裝形式。脈沖的頻率定為

7、5KHz是根據(jù)IPM 中IGBT 的開關(guān)速度而確定的），設(shè)定頻率的電阻可采用電位器，以便于調(diào)試。（注：指定SG3525 的5 腳CT 端外接振蕩電容為0.02F）。由于SG3525 輸出的兩路脈沖是互補(bǔ)形式，在本設(shè)計(jì)中其輸出應(yīng)并聯(lián)使用即11，14 管腳短接，從13 管腳通過外部上拉電阻輸出V1、V4 驅(qū)動(dòng)脈沖，利用后續(xù)門電路反相后再驅(qū)動(dòng)V2、V3），以達(dá)到01.0 的占空比調(diào)整范圍，如圖3 所示。SG3525 的8 管腳接電容，以實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)功能。Page 15n 2為防止同一橋臂，上下兩管在驅(qū)動(dòng)信號(hào)翻轉(zhuǎn)時(shí)出現(xiàn)瞬時(shí)直通現(xiàn)象，應(yīng)設(shè)計(jì)兩路驅(qū)動(dòng)信號(hào)的開通延時(shí)電路。即利用RC 移相電路后，為每路驅(qū)動(dòng)信號(hào)

8、產(chǎn)生5S 左右的開通延時(shí)。這部分電路中的門電路采用6 反向器74LS04；移相環(huán)節(jié)中的R 和C 的取值，應(yīng)根據(jù)5S 的延遲時(shí)間來計(jì)算，其中R 可采用電位器，以便于調(diào)試。n 注：指定移相電路中C 的取值為0.01F，二極管建議選用IN4148。Page 16n 3IPM 中集成了功率器件的驅(qū)動(dòng)電路，因此在控制電路中不需要設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)電路；而且為了簡化設(shè)計(jì)，隔離環(huán)節(jié)也取消。IPM 模塊控制部分的接口信號(hào)中除了H 橋中4 個(gè)器件的驅(qū)動(dòng)信號(hào)外，還應(yīng)提供集成在IPM 內(nèi)部的4 個(gè)器件的驅(qū)動(dòng)電路的供電電源，為了簡化設(shè)計(jì)，上橋臂兩個(gè)器件，即V1 和V3 的驅(qū)動(dòng)電源采用單電源的自舉式供電，詳細(xì)設(shè)計(jì)可參考IPM 的設(shè)計(jì)手冊。這樣整個(gè)模塊的控制部分只采用1 個(gè)15V 電源供電即可，而不必采用3 路獨(dú)立的電源，簡化了設(shè)計(jì)。n 注：自舉電路中的二極管建議選用IN5819。Page 17n 4應(yīng)設(shè)計(jì)一個(gè)DC 15V的控制電源，為SG3525及IPM模塊的驅(qū)動(dòng)電路供電。為了減小損耗，采用LM2575TADJ系列開關(guān)穩(wěn)壓集成電