基于MOSFET組成H橋驅(qū)動(dòng)電機(jī)的設(shè)計(jì)

1、鑒于MOSFET構(gòu)成H橋驅(qū)動(dòng)電機(jī)的設(shè)計(jì)鑒于MOSFET構(gòu)成H橋驅(qū)動(dòng)電機(jī)的設(shè)計(jì)鑒于MOSFET構(gòu)成H橋驅(qū)動(dòng)電機(jī)的設(shè)計(jì)指導(dǎo)教師評定成績：判斷成績：自動(dòng)化學(xué)院電力電子課程設(shè)計(jì)報(bào)告單位（二級學(xué)院）：自動(dòng)化學(xué)院學(xué)生姓名：xx專業(yè)：xx班級：xx學(xué)號：xx指導(dǎo)教師：xx老師設(shè)計(jì)時(shí)間：2012年6月Xxxx自動(dòng)化學(xué)院制12009級電力電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書一、課程設(shè)計(jì)的目的經(jīng)過電力電子計(jì)術(shù)的課程設(shè)計(jì)達(dá)到以下幾個(gè)目的：1、培育學(xué)生文件檢索的能力，特別是怎樣利用Internet檢索需要的文件資料。2、培育學(xué)生綜合剖析問題、發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的能力。3、培育學(xué)生運(yùn)用知識的能力和工程設(shè)計(jì)的能力。4、提升學(xué)生課程設(shè)計(jì)

2、報(bào)告撰寫水平。二、課程設(shè)計(jì)的要求自立題目題目方向1：單相可控整流技術(shù)的工程應(yīng)用題目方向2：三相可控整流技術(shù)的工程應(yīng)用題目方向3：降壓斬波變換技術(shù)的工程應(yīng)用題目方向4：升壓斬波變換技術(shù)的工程應(yīng)用題目方向5：溝通調(diào)壓或溝通調(diào)功技術(shù)的工程應(yīng)用題目方向6：變頻技術(shù)的工程應(yīng)用題目方向7：有源逆變技術(shù)的工程應(yīng)用題目方向8：無源逆變技術(shù)的工程應(yīng)用注意事項(xiàng)：所立題目必然是某一電力電子裝置或電路的設(shè)計(jì)，題目難度和工作量要適應(yīng)在一周半內(nèi)達(dá)成，題目要聯(lián)合工程實(shí)質(zhì)。學(xué)生也能夠選擇規(guī)定題目方向外的其余電力電子裝置設(shè)計(jì)，如開關(guān)電源、鎮(zhèn)流器、UPS電源等。經(jīng)過圖書室和Internet寬泛檢索和閱讀自己要設(shè)計(jì)的題目方向的文件

3、資料，確立適應(yīng)自己的課程設(shè)計(jì)題目。自立題目后，第一要明確自己課程設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)內(nèi)容。要給出所要設(shè)計(jì)裝置（或電路）的主要技術(shù)數(shù)據(jù)（如輸入要求，輸出要達(dá)到的目標(biāo)，裝置容量的大小以及裝置要擁有哪些功能）。如：直流電動(dòng)機(jī)調(diào)壓調(diào)速可控整流電源設(shè)計(jì)主要技術(shù)數(shù)據(jù)輸入溝通電源：三相380V10%f=50Hz0220V50220V范圍內(nèi)，直流輸出電流額定值100A2直流輸出電流連續(xù)的最小值為10A設(shè)計(jì)內(nèi)容：整流電路的選擇整流變壓器額定參數(shù)的計(jì)算晶閘管電流、電壓額定的選擇平波電抗器電感值的計(jì)算保護(hù)電路的設(shè)計(jì)觸發(fā)電路的設(shè)計(jì)畫出圓滿的主電路原理圖和控制電路原理圖列出主電路所用元器件的明細(xì)表在整個(gè)設(shè)計(jì)中要注意培育靈巧運(yùn)用所

4、學(xué)的電力電子技術(shù)知識和創(chuàng)辦性的思想方式以及創(chuàng)辦能力要求詳盡電路方案的選擇必然有論證說明，要說明其有哪些特色。主電路詳盡電路元器件的選擇應(yīng)有計(jì)算和說明。課程設(shè)計(jì)從確立方案到整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，必然在檢索、閱讀及剖析研究大批的有關(guān)文件的基礎(chǔ)上，經(jīng)過剖析、提煉，設(shè)計(jì)出所要求的電路（或裝置）。課程設(shè)計(jì)中要不停提出問題，并給出這些問題的解決方法和自己的研究意會(huì)。（注意：所確立的主電路方案假如沒有論證說明，成績不可以夠得優(yōu)；設(shè)計(jì)報(bào)告最后給出設(shè)計(jì)中所查閱的參照文件最少不可以夠少于5篇，且文中有引用說明，不然也不可以夠得優(yōu)）。在整個(gè)設(shè)計(jì)中要注意培育獨(dú)立剖析和獨(dú)立解決問題的能力要修業(yè)生在教師的指導(dǎo)下，獨(dú)力達(dá)成所設(shè)計(jì)

5、的系統(tǒng)主電路、控制電路等詳盡的設(shè)計(jì)（包含計(jì)算和器件選型）。禁止剽竊，禁止兩篇設(shè)計(jì)報(bào)告基真同樣，甚至圓滿同樣。課題設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容是主電路確實(shí)定，主電路的剖析說明，主電路元器件的計(jì)算和選型，以及控制電路設(shè)計(jì)。報(bào)告最后給出所設(shè)計(jì)的主電路和控制電路標(biāo)準(zhǔn)電路圖（最好用電子CAD）。課程設(shè)計(jì)用紙和格式一致A4紙打?。撨吘啵荷舷伦笥腋髁簦┐髽?biāo)題：3號字小標(biāo)題：4號字正文：小4號字要求圖表規(guī)范，文字暢達(dá)，邏輯性強(qiáng)，報(bào)告字?jǐn)?shù)好多于6000字。3三、課程設(shè)計(jì)報(bào)告基本格式封面：嚴(yán)格依據(jù)重慶郵電大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院課程設(shè)計(jì)封面填寫（拜見自動(dòng)化學(xué)院網(wǎng)站）目錄內(nèi)容：設(shè)計(jì)的基本要求（給出所要設(shè)計(jì)的裝置的主要技術(shù)數(shù)據(jù)和設(shè)計(jì)裝置要

6、達(dá)到的要求（包含性能指標(biāo)）,最好簡述所設(shè)計(jì)裝置的主要用途）整體方案確實(shí)定原則：達(dá)到性能要求經(jīng)濟(jì)性好（一次投資和二次投資）追求高性能價(jià)錢比高靠譜性保護(hù)維修方便詳盡電路設(shè)計(jì)（主電路設(shè)計(jì)、控制電路設(shè)計(jì)等）附錄（電路圖和元器件明細(xì)表等）參照文件4目錄一、綱領(lǐng)：0重點(diǎn)詞01.矩形波信號產(chǎn)生器12.驅(qū)動(dòng)電路21.系統(tǒng)總電路圖分解圖882.元器件細(xì)表8593.實(shí)物圖99電路的原理圖電路圖均給出，在購置元器件后，就進(jìn)行了焊接工作，焊接時(shí)出現(xiàn)多處錯(cuò)誤，也弄壞了好多元器件。在調(diào)試過程中問題也多次出現(xiàn)，經(jīng)過多次調(diào)試，發(fā)現(xiàn)典型問題為何IR2111必要接上MOSFET管才能獲得波形？96鑒于MOSFET構(gòu)成H橋驅(qū)動(dòng)電機(jī)

7、的設(shè)計(jì)綱領(lǐng)：本設(shè)計(jì)是依據(jù)MOSFET的基本特色以及H橋的特色，利用TL494產(chǎn)生方波，再經(jīng)過IR2111芯片產(chǎn)生兩路反向的PWM波，驅(qū)動(dòng)4個(gè)MOSFET管，成立H橋電路進(jìn)行斬波控制，調(diào)理直流電機(jī)的速度和轉(zhuǎn)向控制。重點(diǎn)詞：MOSFETH橋斬波調(diào)控Abstract:thedesignisbasedonthebasiccharacteristicoftheMOSFETandHbridgecharacteristics,theuseofTL494producesquarewave,againthroughtheIR2111chipgeneratestworoadoppositePWMwaves,dri

8、ve4MOSFETtube,establishHbridgecircuitthechoppercontrol,adjustthespeedofdcmotorandsteeringcontrol.Keywords:MOSFETHbridgethechoppercontrol0一、整體概括設(shè)計(jì)內(nèi)容：1.要?jiǎng)?wù)實(shí)現(xiàn)對帶恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載電機(jī)的。2.象限調(diào)速。提示：恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載可用直流發(fā)電機(jī)做直流電動(dòng)機(jī)的負(fù)載，保持直流發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流恒定為50毫安或100毫安，在改變PWM占空比的過程中經(jīng)過調(diào)理發(fā)電機(jī)的負(fù)載電阻（接入2250歐）使其電樞電流保持為某個(gè)值不變，即為恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載。設(shè)計(jì)方案：主電路采納4個(gè)MOSFET管與

9、電機(jī)連結(jié)成H橋電路，經(jīng)過控制MOSFET的開通與關(guān)斷來實(shí)現(xiàn)對電工作狀態(tài)的控制，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)調(diào)理電機(jī)轉(zhuǎn)速的功能。所以，主電路比較簡單。而設(shè)計(jì)的最重點(diǎn)環(huán)節(jié)應(yīng)當(dāng)是MOSFET的驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)，在這里，我們能夠采納TL494聯(lián)合IR2111來驅(qū)動(dòng)MOSFET管。二、H橋驅(qū)動(dòng)原理因?yàn)橹恍枰獙?shí)現(xiàn)電機(jī)的2象限（正轉(zhuǎn)及制動(dòng)）帶恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載的調(diào)速，所以主電路采納半橋電路即可實(shí)現(xiàn)這個(gè)功能。而TL494和IR2111，作為專用芯片，能夠使驅(qū)動(dòng)電路更簡單，簡單意味著靠譜，它還能夠夠使我們在電路元器件排布、電路焊接等方面更為方便，從而提升設(shè)計(jì)功能的靠譜性。所以我們選擇采納TL494聯(lián)合IR2111構(gòu)成的電路作為MOSFET管

10、的驅(qū)動(dòng)電路。三、電路設(shè)計(jì)矩形波信號產(chǎn)生器方波信號產(chǎn)生器采納專用芯片TL494構(gòu)成。如圖1所示是TL494的內(nèi)部構(gòu)造圖。依據(jù)這個(gè)內(nèi)部構(gòu)造圖，只需在12腳加上工作電壓，我們就能夠在14腳獲得5V的基準(zhǔn)電壓輸出。同時(shí)，我們能夠經(jīng)過改變5腳或許6腳的CT、RT得悉來改變振蕩器的頻次大小，從而改變在9腳輸出的矩形波的頻次大小，其頻次大小與CT、RT的關(guān)系以下：f=1圖1TL494內(nèi)部構(gòu)造圖同時(shí)，經(jīng)過控制1腳的輸入電壓的大小，就能夠方便控制輸出矩形波的占空比。進(jìn)而，能夠設(shè)計(jì)出如圖2所示的矩形波信號產(chǎn)生器。圖2TL494接線圖驅(qū)動(dòng)電路IR2111是功率MOSFET和IGBT專用柵極驅(qū)動(dòng)集成電路,可用來驅(qū)動(dòng)工

11、作在母線電壓高達(dá)600V的電路中的N溝道功率MOS器件。采納一片IR2111可達(dá)成兩個(gè)功率元件的驅(qū)動(dòng)任務(wù)，采納IR2111芯片能對前面送進(jìn)的PWM波分紅兩路反相的訊號，進(jìn)而進(jìn)行后2面元件的驅(qū)動(dòng)。IR2111內(nèi)部構(gòu)造圖如圖3，引腳圖見圖4圖3IR2111內(nèi)部構(gòu)造圖圖4IR2111引腳圖引腳介紹：1腳：Vcc是給IR2111供電的電源,一般為15V2腳：IN是控制信號的輸入端,輸入等效電阻很高,可直接連結(jié)來自前面觸發(fā)電路的PWM波腳:COM是接地端4,7腳：HO、LO分別是上、下管控制邏輯輸出端6腳：Vs是高壓側(cè)懸浮地8腳：Vb是為高壓側(cè)懸浮電源端鑒于IR2111的驅(qū)動(dòng)放大電路見圖53圖5鑒于IR

12、2111的驅(qū)動(dòng)放大電路該方案較為簡單，用一個(gè)集成驅(qū)動(dòng)芯片就能把一路PWM波分紅兩路相反的信號，簡單安全靠譜，應(yīng)采納該方案。主電路主電路如圖6所示：圖6主電路圖4主電路表示圖如圖7所示：圖7主電路表示圖圖7中所示為一個(gè)典型的直流電機(jī)控制電路。電路得名于“H橋驅(qū)動(dòng)電路”是因?yàn)樗男螤羁崴谱帜窰。4個(gè)三極管構(gòu)成H的4條垂直腿，而電機(jī)就是H中的橫杠，H橋式電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路包含4個(gè)MOSFET和一個(gè)電機(jī)。要使電機(jī)運(yùn)行，必然導(dǎo)通對角線上的一對MOSFET。依據(jù)不同樣MOSFET對的導(dǎo)通狀況，電流可能會(huì)從左至右或從右至左流過電機(jī)，進(jìn)而控制電機(jī)的轉(zhuǎn)向。要使電機(jī)運(yùn)行，必然使對角線上的一對MOSFET導(dǎo)通。比方，如圖

13、7所示，當(dāng)VD1管和VD3管導(dǎo)通時(shí)，電流就從電源正極經(jīng)VD1從左至右穿過電機(jī)，此后再經(jīng)VD3回到電源負(fù)極。進(jìn)而驅(qū)動(dòng)電機(jī)按特定方向轉(zhuǎn)動(dòng)（電機(jī)四周的箭頭指示為順時(shí)針方向）。當(dāng)另一對MOSFETVD2和VD4導(dǎo)通的狀況，電流將從右至左流過電機(jī)，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)電機(jī)沿另一方向轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng)總電路經(jīng)過匯總獲得的總電路圖如圖8所示：5圖8系統(tǒng)總圖四、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)調(diào)試數(shù)據(jù)：占空比（%）102030405060708090轉(zhuǎn)速n（rpm）7621635549663777490010401183由表中能夠畫出占空比和轉(zhuǎn)速的關(guān)系圖以下：調(diào)試波形給TL494接上工作電壓，調(diào)理6腳可調(diào)電阻獲得適合的方波頻次，在實(shí)質(zhì)調(diào)試中我們把頻次調(diào)理

14、在5kHz。今后調(diào)理1腳可調(diào)電阻就能夠察看到方波占空比的變化，調(diào)試波形如圖9所示。6圖9TL494輸出波形把TL494輸出的方波接到IR2111的2腳，并給IR2111接上工作電壓，在4腳與7腳就能夠獲得兩路相反的PWM波，調(diào)試波形如圖10所示。圖10IR2111輸出波形調(diào)理示波器的時(shí)間軸，能夠看到由IR2111輸出地兩路PWM波之間是有死區(qū)時(shí)間的，但死區(qū)時(shí)間由芯片固定不可以調(diào)，調(diào)試波形如圖11所示。圖11IR2111兩路信號死區(qū)時(shí)間7五、實(shí)驗(yàn)結(jié)果剖析在第一次調(diào)試時(shí)我們設(shè)計(jì)的電路是利用TL494輸出兩路PWM波，再經(jīng)過三極管均分立元件構(gòu)成驅(qū)動(dòng)放大電路來驅(qū)動(dòng)MOSFET管。但是在調(diào)試的過程中我們

15、發(fā)現(xiàn)由TL494直接輸?shù)膬陕稰WM波不符合我們的設(shè)計(jì)要求。由TL494直接輸出的兩路PWM波只有0%-50%的占空比可調(diào)，同時(shí)兩路波形但是相位上相差180度，波形上沒有形成互補(bǔ)，不符合設(shè)計(jì)要求。在第二次調(diào)試時(shí)，我們改變了電路圖：把TL494的13腳由接14腳改為接地。在把TL494的輸出波形接到IR2111上，用IR2111直接驅(qū)動(dòng)MOSFET管，放棄使用分立元件。在此次調(diào)試過程中，我們第一測試IR2111的輸出波形，但I(xiàn)R2111的只有一路輸出波形，另一路沒有波形。今后我們發(fā)現(xiàn)要把MOSFET管接到IR2111上，才能輸出正確的波形。六、附錄系統(tǒng)總電路圖分解圖元器件細(xì)表8制也很靈巧。實(shí)考證明本設(shè)計(jì)電路能夠?qū)崿F(xiàn)電機(jī)可逆運(yùn)行以及電動(dòng)和制動(dòng)的變換。常方便，并擁有較強(qiáng)的可操作性。件就實(shí)現(xiàn)了電機(jī)的兩象限運(yùn)行。方波信號由專用芯片實(shí)物圖七、結(jié)束語本文所述的鑒于MOSFET構(gòu)成H橋來驅(qū)動(dòng)電機(jī)的設(shè)計(jì)方案，此設(shè)計(jì)方案采納全控型器件MOSFET，電機(jī)正反轉(zhuǎn)時(shí)電樞繞組的連結(jié)采納H橋的特色進(jìn)行切換，這樣只用四個(gè)MOSFET器TL494產(chǎn)生，調(diào)試特別方便，電路控實(shí)現(xiàn)非電路的原理圖電路圖均給出，在購置元器件后，就進(jìn)行了焊接工作，焊接時(shí)出現(xiàn)多處錯(cuò)誤，也弄壞了好多元器件。在調(diào)試