直流脉宽调速系统驱动电源的设计(1)

2．设计内容：

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为核心的脉宽调节电路）。

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 主电路设计说明

1．简要概述

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＋或－的直流电压。

主电路原理图

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。

AC 220V

3 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）应设计一个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作为输入，通过电位器的调节，经稳压后获得15V 的直流电源。

控制电路示意图

4调试结果及讨论

1.调试步骤

1．全面检测电路板及元器件,确定无短路后,接通电源。

2．只将控制板的J3接口与主电路板相连，J6和J7均不连接。再将LM2575T插在电路板的对应插座上。在模拟盒上断开S2开关，闭合S1开关，控制板将通过J3接口获得直流母线电压。然后调节稳压电路中的电位器，使用示波器观察控制电路输出电压PWM OUT的变化情况，其正确波形应为一个矩形波。

3．接下来调试脉宽调制信号发生电路。首先将SG3525插在电路板的对应插座上。在模拟盒上断开S2开关，闭合S1开关，给控制板上电。然后调节相应电位器，获得频率为5KHz，占空比可在0～1之间调节的脉宽调制信号。

4．测试IPM中上桥臂驱动电源的自举电路。将控制板的J6和J7接口与主电路板相连。在模拟盒上断开S2开关，闭合S1开关，给控制板上电。测量通过自举电路提供的上桥臂驱动电源是否正常。

5.上述单元电路均调试通过后，在模拟盒上断开S2开关，闭合S1开关，给控制板上电。将驱动信号的占空比调整到50％附近。闭合S2开关，接通H桥的直流电源，测试电机的端电压，判断是否与设想的情况复合。若一切正常，则调节占空比，使电机运转起来，并能够调速和反转。

AC 220V

调试系统的组成

2.调试感想及讨论

我们在调试过程中，曾遇到各种各样的问题，并烧坏了一个保险丝，一个芯片和一导线插头。调试的过程很复杂，也容易让人烦躁，总之是一

个非常需要细心和耐心的工作。