主电路工作原理部分

摘要

本文分别介绍了基于SG3525的双闭环直流电机调速系统的设计和基于DSP TMS320LF2407A 芯片的双极性可逆PWM直流调速系统数字控制的设计。选用H 型双极可逆PWM驱动系统对电机进行控制，在一个PWM周期内，电动机电枢的电压极性呈正负变化。SG3525是电流控制型PWM控制器，所谓电流控制型脉宽调制器是按照接反馈电流来调节脉宽的。在脉宽比较器的输入端直接用流过输出电感线圈的信号与误差放大器输出信号进行比较，从而调节占空比使输出的电感峰值电流跟随误差电压变化而变化。结合两片IR2110构成H全桥功率MOSFET管可逆PWM他励直流控制系统主控制回路。数字控制系统中，驱动电路采用M57215BL 芯片，通过DSP的PWM输出引脚PWM1-PWM4输出的控制信号进行控制。用霍尔电流传感器检测电流变化，并通过ADCIN00引脚输入给DSP，经A/D转换产生电流反馈信号。采用增量式光电编码器监测电动机的速度变化，经QEP1和QEP2脚输入给DSP,获得速度反馈信号。通过PDPINIA引脚对电动机提供过电压和过电流保护。调速系统采用转速、电流双闭环直流调节系统采用PI调节器可以获得无静差；构成的滞后校正，可以保证稳态精度；虽快速性的限制来换取系统稳定的，但是电路较简单。

1.主电路工作原理部分

在PWM-M系统中，用PWM调制的方法，把恒定的直流电源电压调制成频率一定、宽度可变的脉冲电压系列，从而可以改变平均输出电压的大小，以调节电机转速。可逆PWM变换器主电路有多种形式，最常用的是桥式（亦称H形）电路，电动机M两端电压的极性随开关器件栅极驱动电压极性的变化而改变，考虑到精密加工对性能要求很高，采用双极式控制的桥式可逆PWM变换器.双极式控制的桥式可逆PWM变换器具有电流一定连续；可使电机在四象限运行；电机停止时有微振电流，能消除静摩擦死区；低速平稳性好，系统的调速范围可达1:20000左右；低速时，每个开关器件的驱动脉冲仍较宽，有利于保证器件的可靠导通[1]

变压器左侧施加交流电，右侧输出电压U2（根号2U2=US直流电源电压）占空比取0.7输出电机额定电压UD54V，由UD=US（2肉-1）肉取0.7，从而确定MOS 管型号。直接选用二极管不控整流桥

1.1主电路拓扑

整流选择了脉宽调制变换器进行改变电枢电压的直流调速系统。

直流220V的电源可通过单相桥式整流电路产生，但是由于整流电路的输出电压具有较大的交流部分，不能适合大多数电子电路及设备的要求。因此，一般在整流后，还需要利用滤波电路将脉动的直流电压变为平滑的直流电压。

电源电路如图所示，与用于信号处理的滤波电路相比，直流电源中滤波电路的显著特点是：均采用无源电路；理想情况下，滤去所有交流成分，只保留直流成分；能够输出较大电流。

系统的保护包括过压，过流和短路保护。该模块用于电枢电流的检测与过流保护，至于电枢回路和直流母线侧。

限流电阻：为了避免大电容C在通电瞬间产生过大的充电电流，在整流器和滤波电容间的直流回路上串入限流电阻r0（图1-22）（或电抗），通上电源时，先限制充电电流，再延时用开关K将短路，以免长期接入时影响整流电路的正常工作，并产生附加损耗。

泵升限制电路：当脉宽调速系统的电动机转速由高变低时（减速或者停车），储存在电动机和负载转动部分的动能将会变成电能，并通过双极式可

逆PWM 变换器回送给直流电源。由于直流电源靠二极管整流器供电，不可能回送电能，电机制动时只好给滤波电容充电，从而使电容两端电压升高，称作“泵升电压”。过高的泵升电压会损坏元器件，所以必须采取预防措施，防止过高的泵升电压出现。可以采用由分流电阻R和开关元件（电力电子器件）VT 组成的泵升电压限制电路。当滤波电容器C两端的电压超过规定的泵升电压允许数值时，VT导通，将回馈能量的一部分消耗在分流电阻R上。

目前，可逆H桥PWM直流电机控制系统主要采用功率MOSFET、IGBT管作为开关管。H桥4片MOSFET管直流电机典型驱动电路如图所示。当VT1、VT4导通时电机正转；当VT2、VT3导通时，电机反转；当VT2、VT4导通时，电机两极与地短接，电机刹车能耗制动。使电动机M的电枢两端承受电压+US或-US，通过改变占空比，改变电压脉冲的宽度。功率场效应管IRFv460的栅—源极电压容限为+-20V，MOSFET漏极产生的浪涌电压会通过漏栅极之间的米勒电容耦合到栅极上击穿栅极的氧化层，所以在MOS管栅源极之间加分压电阻和稳压二极管来钳位栅源极电压，同时保护IR2110不被MOS管短路高压窜入损坏。

1.2 主电路工作过程

2.系统的控制原理

3.主电路参数设计

二极管不控整流、MOS上的吸收电路、过电流保护电路（张小明）

4.双闭环调速系统设计*电流环和转速环图*

4.1在电机最大允许电流和转矩的条件下，应该充分利用电机的过载能力，最好是在过渡过程中始终保持电流（转矩）为允许的最大值，使电力拖动系统以最大的加速度起动，到达稳态转速时，立即让电流降下来，时转矩马上与负载相平衡，

从而转入稳态运行。直流调速系统起动过程的电流和转速波形图2-1.为使在启动过程中只有电流负反馈，没有转速负反馈，达到稳态转速后又希望只要转速负反馈，不再让电流负反馈发挥作用。为实现转速和电流两种负反馈分别起作用，在系统中分别引入转速负反馈和电流负反馈，实行嵌套联接。如图2-2把转速调节器的输出当作电流调节器的输入，再由电流调节器的输出去控制电力电子变换器UPE（3525、2110）如图2-3 .按照电力电子变换器的控制电压UC为正电压标出两个调节器输入输出电压的实际极性。

为实现电流无静差，使转速调节器饱和。此时ASR输出达到限幅值UIM*，转速外环呈开环状态，转速的变化对系统不再产生影响。双闭环系统变成一个电流无静差的单电流闭环调节系统。稳态时式（2-2）最大电流取决于电动机的容许过载能力和拖动系统允许的最大加速度。对应图（2-5）AB段·········ASR 将退出饱和状态。按典型一型系统设计电流调节器。电流环控制对象是双惯性型的，采用PI型电流调节器。由于测量仪表不方便直接串入电路且电流检测电路与被测电路的直流工作点。反馈电压Ui由闭环霍尔传感器从电机侧引入。为使空载起动到额定转速时的转速超调量《=10%ASR采用PI调节器，设计成典型二型系统。转速给定电压UN*为正负给定电压由LM7915提供。

4.2双闭环调速系统的参数设计

4.3转速和电流两个调节器的作用P59 2.2.4

5.控制电路与驱动电路设计

5.1用SG352以控制N沟道频率MOSFET。SG3525是一种性能优良、功能齐全和通用性强的单片集成PWM控制芯片，内部含有欠电压锁定电路、软启动控制电路、PWM锁存器、有过流保护功能，频率可调，同时能限制最大占空比。性能特点如

下：

SG3525的结构框图