电力电子课设报告

H a r b i n I n s t i t u t e o f T e c h n o l o g y

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：0706111

设计者：王勃

学号：1070610602

指导教师：李久胜

设计时间：2010年11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

H型单极性同频可逆直流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：大于1：100。驱动系统应具有软启动功能，软启动时间约为2s。详细设计要求见附录2.

1.整体方案设计

本文设计的H型单极性同频可逆直流PWM驱动电源由四部分组成：主电路，H 型单极模式同频可逆PWM控制电路，IPM接口电路及稳压电源。同时具有软启动功能，软启动时间为2s左右。控制原理如图1所示：

功率转换电路

图1 直流PWM驱动电源的控制原理框图

脉宽调制电路以SG3525为核心，产生频率为5KHz的方波控制信号，占空比可调。经用门电路实现的脉冲分配电路，转换成两列对称互补的驱动信号，同时具有5us的死区时间，该信号驱动Ｈ型功率转换电路中的开关器件，控制直流永磁电动机。稳压电源采用LM2575-ADJ系列开关稳压集成电路，通过调整电位器，使其稳定输出15V直流电源。

2.主电路设计

2.1主电路设计要求

直流PWM驱动电源的主电路图如图2所示。此部分电路的设计包括整流电路和H桥可逆斩波电路。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不同的直流电压。

主电路部分的设计要求如下：

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。

图2 主电路图

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。

2.2 整流电路设计

整流部分采用4个二极管集成在一起的整流桥模块。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。

2.3 H 型逆变桥设计

IPM 内部集成该部分电路，参数可参考手册。该模块为三相逆变桥，只使用其中的U 、V 两相即可。

3. 控制电路设计

3.1 H 型单极模式同频可逆直流PWM 控制原理

所谓单极性，即在控制指令的作用下，在一个开关周期之内，电动机电枢两端的调制脉冲电压是单一极性的。同频，是指PWM 功率转换电路输出的调制脉冲电压频率与频率发生器给定的基准频率相同。如图3所示，同一侧的1V 、3V 工作在交替的开关状态，另一侧两个晶体管中，2V 基极施加截止关断电压，4V 基极施加饱和驱动电压，当电机反向时，将两侧晶体管的驱动信号互换即可。

图3 单极性同频PWM控制

3.2脉冲调制电路

以SG3525为核心，采用该集成芯片的DIP封装形式。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，通过调节6脚的变阻器，将脉冲频率设定为5KHz。由于SG3525 输出的两路脉冲是互补形式，在本设计中其输出应并联使用（即11，14 管脚短接，从13 管脚通过外部上拉电阻输出驱动脉冲），以达到0～1.0 的占空比调整范围。SG3525 的8 管脚接电容，以实现软启动功能。SG3525的外围电路设计如图4所示。

(1)6脚电阻RT选择

指定5脚的外接震荡电容为0.02uF，通过查阅芯片手册可知，当输出频率设定为5KHz时，6脚所接电阻约为15K，实际电路中采用20K的变阻器，便于调试。

(2)8脚电容选择

通过查阅芯片手册可知，8脚电容值与软启动时间的关系为：60ms/μF，设计要求软启动时间为2s，则8脚电容值为33uF。

图4 SG3525原理图

3.3脉冲分配电路

规定电机正转时驱动信号波形如图5(a)所示，则电机反转时驱动信号如图(b)

所示。

图5(a) 电机正转时驱动信号图5(b) 电机反转时驱动信号

利用DIP开关设定方向控制信号，以决定电机的方向，利用门电路实现驱动信号的转换。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，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0.01uF，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。电路原理图如图6所示。

图6 脉冲分配电路

3.4自举电路设计

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10uF，电阻值为5欧左右。电路图如图7所示。