-z.---.--總結(jié)資料**師*大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計直流脈寬H橋控制電路設(shè)計學(xué)生**院系名稱工學(xué)院機(jī)電工程系專業(yè)名稱電氣工程及其自動化班級2008級2班學(xué)號指導(dǎo)教師完成時間2012年5月14日-z.直流脈寬H橋控制電路設(shè)計學(xué)生**：李波指導(dǎo)教師：湯勉剛內(nèi)容摘要：本文基于PWM的直流脈寬控制系統(tǒng)進(jìn)展了研究，并設(shè)計出應(yīng)用于直流電動機(jī)的直流脈寬H橋控制系統(tǒng)。旨在設(shè)計一個用于直流脈寬H橋的控制電路，能夠使直流電動機(jī)可以工作在四象限，即正轉(zhuǎn)電動運(yùn)行、正轉(zhuǎn)回饋制動、反轉(zhuǎn)電動運(yùn)行，反轉(zhuǎn)回饋制動四種工作模式，控制電路應(yīng)能根據(jù)四象限工作的具體要求，產(chǎn)生符合要求的控制波形。首先，本文確定整個系統(tǒng)框圖和方案，即采用SG3525控制H型PWM調(diào)速系統(tǒng)的IGBT。其次設(shè)計主電路的構(gòu)造形式和各部件參數(shù)。主電路的四個IGBT給與不同的脈沖寬度后，能使H橋電路構(gòu)成降壓斬波電流或升壓斬波電路，最終能夠得到使直流電機(jī)能工作在四象限的波形。然后，對控制電路進(jìn)展設(shè)計，使SG3525產(chǎn)生符合主電路需求的脈沖寬度。最后，用orCAD軟件繪制出總的電路圖，并進(jìn)展仿真，得到能夠使直流電機(jī)工作在四象限的波形。關(guān)鍵詞：直流調(diào)速直流電機(jī)PWMH橋TheDesignofDCPWMH_bridgeControlCircuitAbstract:ThispaperbasedonthePWMDCcontrolsystemisstudiedanddesignDCpulsewidthHbridgecontrolsystemforaDCmotor.ItaimsatthedesignofaDCPWMcontrolcircuitofHbridgewhichcanmaketheDCmotorworkinthefourquadrants,namelyforwardpower,positivefeedbackbrake,reversepowerandinversionfeedbackbrake.Accordingtothefourquadrantsworkspecificrequirements,itwillproduceanidealwaveform.Firstofall,thispaperdeterminesthesystemblockdiagramandprogram,whichusestheSG3525controlHPWMspeedcontrolsystemofIGBT.Secondly,designthemaincircuitstructureandeveryponent’sparameters.ThemaincircuitofthefourIGBTgivesdifferentpulsewidththatcanmakeHbridgecircuitofBuckchopperandboosterchopper,eventuallymakethewaveformofDCmotorwhichcanworkinfourquadrants.Then,designthecontrolcircuittogetademandedpulsewidthofthemaincircuitwhichproducedbySG3525.Finally,useorCADPSpicetodrawoutthecircuitdiagram,andcarryonthesimulationwhichcanmakemotorworkinthefourquadrantsofthewaveform.Keywords：DCspeedregulationDCmotorPWMHbridge目錄TOC\o"1-3"\h\u91471前言 1224832緒論 240202.1直流調(diào)速系統(tǒng)概述 243532.2設(shè)計要求和內(nèi)容 2250832.3選擇PWM控制H橋型電路理由 3167332.4選擇IGBT的H橋型主電路理由 3310902.5設(shè)計框圖 399703主電路設(shè)計 5214803.1H橋主電路 5185793.2參數(shù)設(shè)計 5256264驅(qū)動控制電路及PCB設(shè)計 782864.1SG3525芯片特點(diǎn) 732594.2SG3525引腳 8151284.3SG3525控制電路 943064.4E*B841驅(qū)動芯片 10316494.5驅(qū)動控制電路原理及PCB設(shè)計 1130525系統(tǒng)仿真及結(jié)果分析 12273485.1電機(jī)正轉(zhuǎn)運(yùn)行 12227695.2電機(jī)正轉(zhuǎn)回饋制動 15326495.3電機(jī)反轉(zhuǎn)運(yùn)行 18175735.4電機(jī)反轉(zhuǎn)回饋制動 21265216總結(jié) 254370附錄 2625109參考文獻(xiàn) 2714710致謝-z.直流脈寬H橋控制電路設(shè)計1前言當(dāng)今社會，電動機(jī)在人們?nèi)粘Ｉ詈凸まr(nóng)業(yè)生產(chǎn)中起著十分重要的作用。直流電機(jī)是最常見的一種電機(jī)，它具有良好的起、制動性能和調(diào)速性能，易于在大范圍內(nèi)平滑調(diào)速，且調(diào)速后的效率很高，在各領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用。如在軋鋼機(jī)、礦井卷揚(yáng)機(jī)、挖掘機(jī)、海洋鉆機(jī)、金屬切削機(jī)床、造紙機(jī)、高層電梯等需要高性能可控電力拖動的領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。近年來，交流調(diào)速系統(tǒng)開展很快，然而直流拖動系統(tǒng)無論在理論上和實(shí)踐上都比擬成熟，并且從反應(yīng)閉環(huán)控制的角度來看，它又是交流拖動控制系統(tǒng)的根底，所以直流調(diào)速系統(tǒng)在生產(chǎn)生活中有著舉足輕重的作用。直流電動機(jī)有三種調(diào)速方法，分別是改變電樞供電電壓、勵磁磁通和電樞回路電阻來調(diào)速。對于要求在一定范圍內(nèi)無級平滑調(diào)速的系統(tǒng)來說，以調(diào)節(jié)電樞電壓方式為最好，調(diào)壓調(diào)速是調(diào)速系統(tǒng)的主要調(diào)速方式。直流調(diào)壓調(diào)速需要有專門的可控直流電源給直流電動機(jī)，隨著電力電子的迅速開展，直流調(diào)速系統(tǒng)中的可控變流裝置廣泛采用晶閘管，將晶閘管的單向?qū)щ娦耘c相位控制原理相結(jié)合,構(gòu)成可控直流電源,以實(shí)現(xiàn)電樞端電壓的平滑調(diào)節(jié)。直流電機(jī)調(diào)速運(yùn)用廣泛，但不同的領(lǐng)域?qū)﹄姍C(jī)的調(diào)速性能有不同的要求，因此，不同的調(diào)速方法應(yīng)用于不同的行業(yè)。本次設(shè)計的題目是直流脈寬H橋控制電路設(shè)計，采用G3525組成的控制電路，發(fā)出觸發(fā)脈寬控制H型PWM調(diào)速系統(tǒng)的IGBT，使H橋電路構(gòu)成降壓斬波電流或升壓斬波電路，最終能夠使直流電機(jī)工作于正轉(zhuǎn)電動運(yùn)行、正轉(zhuǎn)回饋制動、反轉(zhuǎn)電動運(yùn)行，反轉(zhuǎn)回饋制動四種工作模式。2緒論2.1直流調(diào)速系統(tǒng)概述調(diào)速系統(tǒng)是當(dāng)今電力拖動自動控制系統(tǒng)中應(yīng)用最廣泛的一中系統(tǒng)。目前對調(diào)速性能要求較高的各類生產(chǎn)機(jī)械大多采用直流傳動,簡稱為直流調(diào)速。早在20世紀(jì)40年代采用的是發(fā)電機(jī)－電動機(jī)系統(tǒng),又稱放大機(jī)控制的發(fā)電機(jī)－電動機(jī)組系統(tǒng)。這種系統(tǒng)在40年代廣泛應(yīng)用，但是它的缺點(diǎn)是占地大,效率低,運(yùn)行費(fèi)用昂貴,維護(hù)不方便等,特別是至少要包含兩臺與被調(diào)速電機(jī)容量一樣的電機(jī)。為了克制這些缺點(diǎn),50年代開場使用水銀整流器作為可控變流裝置。這種系統(tǒng)缺點(diǎn)也很明顯,只要是污染環(huán)境,危害人體安康。50年代末晶閘管出現(xiàn),晶閘管變流技術(shù)日益成熟,使直流調(diào)速系統(tǒng)更加完善。晶閘管－電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)已經(jīng)成為當(dāng)今主要的支流調(diào)速系統(tǒng),廣泛應(yīng)用于世界各國。直流電動機(jī)具有良好的起、制動性能，宜于在廣泛范圍內(nèi)平滑調(diào)速，在軋鋼機(jī)、礦井卷揚(yáng)機(jī)、挖掘機(jī)、海洋鉆機(jī)、金屬切削機(jī)床、造紙機(jī)、高層電梯等需要高性能可控電力拖動的領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。近年來，交流調(diào)速系統(tǒng)開展很快，然而直流拖動系統(tǒng)無論在理論上和實(shí)踐上都比擬成熟，并且從反應(yīng)閉環(huán)控制的角度來看，它又是交流拖動控制系統(tǒng)的根底，所以直流調(diào)速系統(tǒng)在生產(chǎn)生活中有著舉足輕重的作用。2.2設(shè)計要求和內(nèi)容設(shè)計要求：直流脈寬H橋，是用于控制直流電機(jī)四象限運(yùn)行的電力電子DC/DC復(fù)合變換器，其工作模式受控制電路控制，現(xiàn)要求設(shè)計一個用于直流脈寬H橋控制的控制電路。要求如下：1〕直流H橋可以工作在四象限，即正轉(zhuǎn)電動運(yùn)行、正轉(zhuǎn)回饋制動、反轉(zhuǎn)電動運(yùn)行，反轉(zhuǎn)回饋制動四種工作模式，控制電路應(yīng)能根據(jù)四象限工作的具體要求，產(chǎn)生符合要求的控制波形；2〕仿真分析直流H橋工作在四象限時的具體控制波形，以弄清H橋控制的具體要求。3〕完成整個控制器的原理圖設(shè)計和PCB設(shè)計設(shè)計內(nèi)容：1〕根據(jù)題目的技術(shù)要求，分析論證并確定主電路的構(gòu)造形式和控制電路SG3525的組成，畫出系統(tǒng)組成的原理框圖。2〕調(diào)速系統(tǒng)主電路電路元器件確實(shí)定及其參數(shù)計算〔其中包括電力電子器件，保護(hù)電路等〕。3〕控制電路型號選擇以及參數(shù)的計算。4〕繪制直流脈寬H橋控制電路原理圖，并進(jìn)展軟件仿真。2.3選擇PWM控制H橋型電路理由脈寬調(diào)制器UPW采用美國硅通用公司〔SiliconGeneral〕的第二代產(chǎn)品SG3525,這是一種性能優(yōu)良，功能全、通用性強(qiáng)的單片集成PWM控制器。由于它簡單、可靠及使用方便靈活，大大簡化了脈寬調(diào)制器的設(shè)計及調(diào)試，故獲得廣泛使用。PWM系統(tǒng)在很多方面具有較大的優(yōu)越性：1〕PWM調(diào)速系統(tǒng)主電路線路簡單，需用的功率器件少。2〕開關(guān)頻率高，電流容易連續(xù)，諧波少，電機(jī)損耗及發(fā)熱都較小。3〕低速性能好，穩(wěn)速精度高，調(diào)速范圍廣，可到達(dá)1：10000左右。4〕如果可以與快速響應(yīng)的電機(jī)配合，則系統(tǒng)頻帶寬，動態(tài)響應(yīng)快，動態(tài)抗擾能力強(qiáng)。5〕功率開關(guān)器件工作在開關(guān)狀態(tài)，導(dǎo)通損耗小，當(dāng)開關(guān)頻率適當(dāng)時，開關(guān)損耗也不大，因而裝置效率較高。6〕直流電源采用不可控整流時，電網(wǎng)功率因數(shù)比相控整流器高。變頻調(diào)速很快為廣闊電動機(jī)用戶所承受，成為了一種最受歡送的調(diào)速方法，在一些中小容量的動態(tài)高性能系統(tǒng)中更是已經(jīng)完全取代了其他調(diào)速方式。由此可見變頻調(diào)速是非常值得自動化工作者去研究的。在變頻調(diào)速方式中，PWM調(diào)速方式尤大家所重視，這是我們選取它作為研究對象的重要原因。2.4選擇IGBT的H橋型主電路理由IGBT的優(yōu)點(diǎn)：1〕IGBT的開關(guān)速度高，開關(guān)損耗小。2〕在一樣電壓和電流定額的情況下，IGBT的平安工作區(qū)比GTR大，而且具有耐脈沖電流沖擊的能力。3〕IGBT的通態(tài)壓降比VDMOSFET低，特別是在電流較大的區(qū)域。4〕IGBT的輸入阻抗高，其輸入特性與電力MOSFET類似。5〕與電力MOSFET和GTR相比，IGBT的耐壓和通流能力還可以進(jìn)一步提高，同時可保持開關(guān)頻率高的特點(diǎn)。在眾多PWM變換器實(shí)現(xiàn)方法中，又以H型PWM變換器更為多見。這種電路具備電流連續(xù)、電動機(jī)四象限運(yùn)行、無摩擦死區(qū)、低速平穩(wěn)性好等優(yōu)點(diǎn)。本次設(shè)計以H型PWM直流控制器為主要研究對象。2.5設(shè)計框圖電力電子器件在實(shí)際應(yīng)用中，一般是由控制電路，驅(qū)動電路和以電力電子器件為核心的主電路組成一個系統(tǒng)。有信息電子電路組成的控制電路按照系統(tǒng)的工作要求形成控制信號，通過驅(qū)動電路去控制主電路中電力電子器件的導(dǎo)通或者關(guān)斷，來完成整個系統(tǒng)的功能。因此，一個完整的直流脈寬H橋電路也應(yīng)該包括主電路，控制電路和驅(qū)動電路這些環(huán)節(jié)。直流脈寬H橋電路由電源，主電路，控制和驅(qū)動電路組成。如圖1所示：直流電源H直流電源H橋復(fù)合斬波電路直流電機(jī)驅(qū)動電路直流電機(jī)驅(qū)動電路1控制電路圖1直流脈寬H橋電路框圖H橋式電路中晶閘管中電路保護(hù)有電壓、電流保護(hù)。驅(qū)動電路是電力電子主電路與控制電路之間的接口，是電力電子裝置的重要環(huán)節(jié)，對整個裝置的性能有很大的影響。采用性能良好的驅(qū)動電路，可使是電力電子器件工作在較理想的開關(guān)狀態(tài)，縮短開關(guān)時間，減小開關(guān)損耗，對裝置的運(yùn)行效率、可靠性和平安性都有重要的意義。驅(qū)動電路的根本任務(wù)，就是就將信息電子電路穿來的信號按照其控制目標(biāo)的要求，轉(zhuǎn)換為加在電力電子器件控制端和公共端之間，可以使其開通或關(guān)斷的信號。本設(shè)計使用的是IGBT。驅(qū)動電路采用E*B841，控制電路為SG3525，對IGBT提供開通控制信號。3主電路設(shè)計3.1H橋主電路脈寬調(diào)速系統(tǒng)的主要電路采用脈寬調(diào)制式變換器，簡稱PWM變換器。圖2為直流脈寬H橋電路圖。圖2H橋整流電路本次設(shè)計需要電機(jī)到達(dá)正轉(zhuǎn)電動運(yùn)行、正轉(zhuǎn)回饋制動、反轉(zhuǎn)電動運(yùn)行，反轉(zhuǎn)回饋制動四種工作模式。1〕、被置于斷態(tài)，被置于通態(tài)，周期性的通斷轉(zhuǎn)換，成為一個降壓斬波變換器，能使電機(jī)正轉(zhuǎn)運(yùn)行。2〕、被置于斷態(tài)，被置于通態(tài)，周期性的通斷轉(zhuǎn)換，成為一個升壓壓斬波變換器，能使電機(jī)正轉(zhuǎn)回饋制動。3〕、被置于斷態(tài)，被置于通態(tài)，周期性的通斷轉(zhuǎn)換，成為一個降壓斬波變換器，能使電機(jī)反轉(zhuǎn)運(yùn)行。4〕、被置于斷態(tài)，被置于通態(tài)，周期性的通斷轉(zhuǎn)換，成為一個升壓壓斬波變換器，能使電機(jī)反轉(zhuǎn)回饋制動。3.2參數(shù)設(shè)計由設(shè)計要求可取直流輸入電壓E=220V，選取受控制的直流電機(jī)型號為Z2-42，其額定工作電壓為220V,額定電流為6A，R=10Ω，L=10mH，額定轉(zhuǎn)速為1200r/min,則:二極管承受反向最大電壓：=220V?？紤]2～3倍裕量，則可取600V，故可選取1N5918高頻整流管。2〕電感L要盡量大一些否則會出現(xiàn)負(fù)載電流斷續(xù)的情況，由ωL>>R，ω=2f，脈寬周期選取T=10us，故L>>0.016mH。取L=10mH。3〕IGBT〔InsulatedGateBipolarTransistor〕叫做絕緣柵極雙極晶體管。這種器件具有MOS門極的高速開關(guān)性能和雙極動作的高耐壓、大電流容量的兩種特點(diǎn)。其電壓驅(qū)動，自身損耗小。設(shè)計中IGBT承受反向最大電壓：=220V，=6A考慮3～4倍裕量，可選用GT15Q101，其能承受最大反向電壓為1200V，最大反向電流為25A。4驅(qū)動控制電路及PCB設(shè)計4.1SG3525芯片特點(diǎn)PWM信號發(fā)生器以集成可調(diào)脈寬調(diào)制器SG3525為核心構(gòu)成，他把產(chǎn)生的電壓信號送給H橋中的四個IGBT。通過改變電力晶體管基極控制電壓的占空比，而到達(dá)調(diào)速的目的。SG3525為美國SiliconGeneral公司生產(chǎn)的專用PWM控制集成電路，如圖3所示。圖3SG3525內(nèi)部構(gòu)造它采用恒頻脈寬調(diào)制控制方案，其內(nèi)部包含有精細(xì)基準(zhǔn)源、鋸齒波振蕩器、誤差放大器、比擬器、分頻器和保護(hù)電路等。調(diào)節(jié)Ur的大小，在A、B兩端可輸出兩個幅度相等、頻率相等、相位相互錯開180度、占空比可調(diào)的矩形波〔即PWM信號〕。它適用于各開關(guān)電源、斬波器的控制。輸出級采用推挽輸出，雙通道輸出，占空比可調(diào).每一通道的驅(qū)動電流最大值可達(dá)200mA,灌拉電流峰值可達(dá)500mA?？芍苯域?qū)動功率MOS管，工作頻率高達(dá)400KHz，具有欠壓鎖定、過壓保護(hù)和軟啟動振蕩器外部同步、死區(qū)時間可調(diào)、PWM瑣存、制止多脈沖、逐個脈沖關(guān)斷等功能。該電路由基準(zhǔn)電壓源、震蕩器、誤差放大器、PWM比擬器與鎖存器、分相器、欠壓鎖定輸出驅(qū)動級，軟啟動及關(guān)斷電路等組成，可正常工作的溫度范圍是0-700C?；鶞?zhǔn)電壓為5.1V士1%，工作電壓范圍很寬，為8V到35V。4.2SG3525引腳圖4SG3525的引腳直流電源Vs從腳15接入后分兩路，一路加到或非門；另一路送到基準(zhǔn)電壓穩(wěn)壓器的輸入端，產(chǎn)生穩(wěn)定的元器件作為電源。振蕩器腳5須外接電容CT，腳6須外接電阻RT。振蕩器頻率由外接電阻RT和電容CT決定，，振蕩器的輸出分為兩路，一路以時鐘脈沖形式送至雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器及兩個或非門；另一路以鋸齒波形式送至比擬器的同相輸入端，比擬器的反向輸入端接誤差放大器的輸出，誤差放大器的輸出與鋸齒波電壓在比擬器中進(jìn)展比擬，輸出一個隨誤差放大器輸出電壓上下而改變寬度的方波脈沖，再將此方波脈沖送到或非門的一個輸入端。或非門的另兩個輸入端分別為雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和振蕩器鋸齒波。雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的兩個輸出互補(bǔ)，交替輸出上下電平，將PWM脈沖送至三極管VT1及VT2的基極，鋸齒波的作用是參加死區(qū)時間，保證VT1及VT2不同時導(dǎo)通。最后，VT1及VT2分別輸出相位相差為180°的PWM波。4.3SG3525控制電路圖5SG3525控制電路1〕振蕩器振蕩頻率確實(shí)定振蕩器頻率主要取決于6腳外接的定時電阻，5腳外接的定時電容和放電電阻〔連接于5腳與7腳之間的電阻〕的大小。他們的關(guān)系滿足：由于本課題設(shè)計驅(qū)動全橋的IGBT開關(guān)管頻率為100KHz，則PWM控制器振蕩頻率為100KHz，現(xiàn)取=1K，=100Ω,==10nF2〕占空比計算，當(dāng)調(diào)制最大10K時，占空比=〔10+10〕/40100%=50%；當(dāng)調(diào)制最小0Ω時，占空比=10/40100%=25%。故占空比為25%~50%,本次設(shè)計用占空比為40%和48%，能到達(dá)要求。3〕8腳外接軟啟動電容，該端到地所連接的電容可以決定該芯片的軟啟動時間，一般為1~10uF，現(xiàn)取=5uF。4〕2腳為誤差放大器同向輸入端，2腳接給定基準(zhǔn)電壓，在圖中，接由5.1V引出的分壓基準(zhǔn)。1腳為誤差放大器反向輸入端，與2腳誤差放大器同向輸入端相比擬，從而控制輸出PWM脈沖寬度，1腳與9腳接在一起。5〕10腳為外部控制端，該端輸入的控制信號為低電平時，PWM脈沖信號正常輸出；為高電平時，芯片內(nèi)部工作被關(guān)斷，輸出的PWM信號為零。在仿真時，需要接地，因此，10腳串聯(lián)一個后再接地。6〕11腳和14腳為兩路相位相差180度的輸出PWM驅(qū)動信號。4.4E*B841驅(qū)動芯片根據(jù)IGBT的特性，對其驅(qū)動電路要求如下：觸發(fā)脈沖要具有足夠快的上升和下降速度即脈沖前后沿要陡峭；2〕柵極串連電阻Rg要恰當(dāng)。Rg過小，關(guān)斷時間過短，關(guān)斷時產(chǎn)生的集電極尖峰電壓過高；Rg過大，器件的開關(guān)速度降低，開關(guān)損耗增大；3〕刪射電壓要適當(dāng)。增大刪射正偏壓對減小開通損耗和導(dǎo)通損耗有利，但也會使管子承受短路電流的時間變短，續(xù)流二極管反向恢復(fù)過電壓增大。因此，正偏壓要適當(dāng)，通常為+15V。為了保證在C-E間出現(xiàn)dv/dt噪聲時可靠關(guān)斷，關(guān)斷時必須在柵極施加負(fù)片電壓，以防受到干擾時誤開通和加快關(guān)斷速度，減小關(guān)斷損耗，幅值一般為-〔5-10)V；4〕當(dāng)IGBT處于負(fù)載短路或過流狀態(tài)時，能在IGBT允許時間內(nèi)通過逐漸降低刪壓自動抑制故障電流，實(shí)現(xiàn)IGBT的軟關(guān)斷。驅(qū)動電路的軟關(guān)斷過程不應(yīng)隨輸入信號的消失而受到影響。IGBT常用驅(qū)動方法有：直接驅(qū)動法，隔離驅(qū)動法和集成模塊驅(qū)動電路。本次設(shè)計采用的是E*B系列集成模塊E*B841來驅(qū)動H橋整流電路中的IGBT。集成模塊驅(qū)動電路與分立元件的驅(qū)動電路相比，有體積小，效率高，可靠性高的優(yōu)點(diǎn)。E*B841內(nèi)部構(gòu)造如圖圖6E*B內(nèi)部原理圖E*B841驅(qū)動主要有三個工作過程：正常開通過程，正常關(guān)斷過程和過流保護(hù)過程。14和15兩腳間外加PWM控制信號，當(dāng)觸發(fā)脈沖信號施加于14和15引腳時，在GE兩端產(chǎn)生約16V的IGBT開通電壓；當(dāng)觸發(fā)控制脈沖撤銷時，在GE兩端產(chǎn)生-5.1B的IGBT關(guān)斷電壓。過流保護(hù)動作過程是根據(jù)IGBT的CE極間電壓的大學(xué)判定是否過流而進(jìn)展保護(hù)的，由二極管VD7檢測。當(dāng)IGBT開通時，假設(shè)發(fā)生負(fù)載短路等發(fā)生大電流的故障，會上升很多，使得VD7截止，E*B841的6腳“懸空〞，B點(diǎn)和C點(diǎn)電位開場由約6V上升，當(dāng)上升至13V時，BZ1被擊穿，V3導(dǎo)通，C4通過R7和V3放電，E點(diǎn)的電壓逐漸下降，B6導(dǎo)通，從而使IGBT的GE間電壓下降，實(shí)現(xiàn)軟關(guān)斷，完成E*B841對IGBT的保護(hù)。射極電位為-5.1V，由E*B841內(nèi)部的穩(wěn)壓二極管VZ2決定。4.5驅(qū)動控制電路原理及PCB設(shè)計圖7驅(qū)動控制電路原理圖圖8驅(qū)動控制電路PCB板5系統(tǒng)仿真及結(jié)果分析5.1電機(jī)正轉(zhuǎn)運(yùn)行在IGBT上設(shè)定不同的脈沖寬度，即能實(shí)現(xiàn)電機(jī)四象限運(yùn)行，圖6是其給定不同脈沖寬度的電路圖。圖9給定脈沖寬度的電路圖由圖9可以得出，當(dāng)和完全截止，一直導(dǎo)通，周期性通、斷轉(zhuǎn)換，形成降壓斬波電路。為了實(shí)現(xiàn)上述、、和的通斷情況，、、和的參數(shù)設(shè)定如圖10?！瞐〕參數(shù)設(shè)定〔b〕參數(shù)設(shè)定〔c〕參數(shù)設(shè)定〔d〕參數(shù)設(shè)定圖10IGBT脈沖參數(shù)圖11電機(jī)正轉(zhuǎn)運(yùn)行電路如圖11，在t=0時刻產(chǎn)生正向脈沖驅(qū)動導(dǎo)通，電源向負(fù)載供電，負(fù)載電壓=E，負(fù)載電流上升。當(dāng)t=時，即t=4u，關(guān)斷，負(fù)載電流經(jīng)二極管續(xù)流，負(fù)載電壓近似為零，負(fù)載電流下降。至一個周期T=10u完畢，再驅(qū)動產(chǎn)生正向脈沖使導(dǎo)通，重復(fù)上一周期的過程。當(dāng)工作處于穩(wěn)態(tài)時，負(fù)載電流在一個周期的初值和終值相等。負(fù)載電壓平均值為上式中，ton為V處于通態(tài)的時間；toff為V處于斷態(tài)的時間；T為開關(guān)周期；為導(dǎo)通占空比。輸出到負(fù)載的電壓平均值最大為E，減小占空比，隨之減小。因此將該電路稱為降壓斬波電路。也稱buck變換器。負(fù)載電流平均值為根據(jù)設(shè)計，=4us，T=10us，R=10Ω，=220V，=30V。故占空比=40%=0.4220V=88V=A=5.8A觸發(fā)脈沖如圖12，其仿真波形圖如圖13和圖14圖12占空比=40%時觸發(fā)脈沖波形圖13波形圖14波形由以上波形及計算知：=5.8A=88V電機(jī)轉(zhuǎn)速：=電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩：=>0>0N>0>0故電機(jī)此時正向運(yùn)行5.2電機(jī)正轉(zhuǎn)回饋制動由圖7得出，當(dāng)和完全截止，一直導(dǎo)通，周期性通、斷轉(zhuǎn)換，形成一個升壓斬波電路。為了實(shí)現(xiàn)上述、、和的通斷情況，、、和的參數(shù)定如圖15。〔a〕參數(shù)設(shè)定〔b〕參數(shù)設(shè)定〔c〕參數(shù)設(shè)定〔d〕參數(shù)設(shè)定圖15IGBT脈沖參數(shù)根據(jù)、、和的參數(shù)設(shè)定，知和完全截止，一直導(dǎo)通，周期性的通、斷轉(zhuǎn)換，則形成一個升壓斬波電路。其降壓斬波電路如圖14。圖16電機(jī)正轉(zhuǎn)回饋制動電路觸發(fā)脈沖如圖17.，其仿真波形圖如圖18和圖19圖17占空比=80%時觸發(fā)脈沖波形圖18波形圖19波形如圖16，在t=0時刻產(chǎn)生正向脈沖驅(qū)動導(dǎo)通，=0，方向?yàn)閺牧魅階點(diǎn)，其絕對值上升。當(dāng)t=時，即t=8u，關(guān)斷，經(jīng)向電源回流，=，下降。至一個周期T=10u完畢，再驅(qū)動產(chǎn)生正向脈沖使導(dǎo)通，重復(fù)上一周期的過程。當(dāng)工作處于穩(wěn)態(tài)時，負(fù)載電流在一個周期的初值和終值相等。根據(jù)設(shè)計，=4.8us，T=10us，R=10Ω，=220V，=170V。故占空比=48%負(fù)載電壓平均值為=0.52220V=114.4V負(fù)載電流平均值為=-5.56A電機(jī)轉(zhuǎn)速：=電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩：=<0>0N>0<0故電機(jī)正轉(zhuǎn)回饋制動5.3電機(jī)反轉(zhuǎn)運(yùn)行圖9可以得出，當(dāng)和完全截止，一直導(dǎo)通，周期性的通、斷轉(zhuǎn)換，則形成一個降壓斬波電路。為了實(shí)現(xiàn)上述、、和的通斷情況，、、和的參數(shù)設(shè)定如圖20?！瞐〕參數(shù)設(shè)定〔b〕參數(shù)設(shè)定〔c〕參數(shù)設(shè)定〔d〕參數(shù)設(shè)定圖20IGBT脈沖參數(shù)根據(jù)、、和的參數(shù)設(shè)定，知和完全截止，一直導(dǎo)通，周期性的通、斷轉(zhuǎn)換，則形成一個降壓斬波電路。其降壓斬波電路如圖19。圖21電機(jī)反轉(zhuǎn)運(yùn)行如圖19，在t=0時刻產(chǎn)生正向脈沖驅(qū)動導(dǎo)通，電源向負(fù)載供電，負(fù)載電壓=E，負(fù)載電流上升。當(dāng)t=時，即t=4u，關(guān)斷，負(fù)載電流經(jīng)二極管續(xù)流，負(fù)載電壓近似為零，負(fù)載電流下降。至一個周期T=10u完畢，再驅(qū)動產(chǎn)生正向脈沖使導(dǎo)通，重復(fù)上一周期的過程。當(dāng)工作處于穩(wěn)態(tài)時，負(fù)載電流在一個周期的初值和終值相等。圖22占空比=40%時觸發(fā)脈沖波形圖23波形圖24波形根據(jù)設(shè)計，=4us，T=10us，R=10Ω，=220V，=30V。故占空比=40%=-0.4220V=-88V=A=-5.8A電機(jī)轉(zhuǎn)速：=-電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩：==-5.8<0<0N<0<0故電機(jī)此時反向向運(yùn)行5.4電機(jī)反轉(zhuǎn)回饋制動圖9可以得出，當(dāng)和完全截止，一直導(dǎo)通，周期性的通、斷轉(zhuǎn)換，則形成一個升壓斬波電路。為了實(shí)現(xiàn)上述、、和的通斷情況，、、和的參數(shù)設(shè)定如圖23?！瞐〕參數(shù)設(shè)定〔b〕參數(shù)設(shè)定〔c〕參數(shù)設(shè)定〔d〕參數(shù)設(shè)定圖25IGBT脈沖參數(shù)圖26電機(jī)反轉(zhuǎn)回饋制動電路如圖26，在t=0時刻產(chǎn)生正向脈沖驅(qū)動導(dǎo)通，=0，方向?yàn)閺腁流入點(diǎn)，其值上升。當(dāng)t=時，即t=8u，關(guān)斷，經(jīng)向電源回流，=，下降。至一個周期T=10u完畢，再驅(qū)動產(chǎn)生正向脈沖使導(dǎo)通，重復(fù)上一周期的過程。當(dāng)工作處于穩(wěn)態(tài)時，負(fù)載電流在一個周期的初值和終值相等。觸發(fā)脈沖如圖27，其仿真波形圖如圖28,和29圖27占空比=80%時觸發(fā)脈沖波形圖28波形圖29波形根據(jù)設(shè)計，=4.8us，T=10us，R=10Ω，=220V，=170V。故占空比=48%負(fù)載電壓平均值為=-5.2220V=-114.4V負(fù)載電流平均值為=-5.56A電機(jī)轉(zhuǎn)速：=電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩：=>0<0N<0>0故電機(jī)反轉(zhuǎn)回饋制動6總結(jié)本畢業(yè)設(shè)計為直流脈寬H橋控制電路設(shè)計，采用PWM脈寬調(diào)速系統(tǒng)，以SG3525控制電路為核心，產(chǎn)生脈沖信號控制四個IGBT的導(dǎo)通與關(guān)斷。最終能使直流電動機(jī)可以工作在四象限，即正轉(zhuǎn)電動運(yùn)行、正轉(zhuǎn)回饋制動、反轉(zhuǎn)電動運(yùn)行，反轉(zhuǎn)回饋制動四種工作模式，控制電路應(yīng)能根據(jù)四象限工作的具體要求，產(chǎn)生符合要求的控制波形。最后完成控制電路PCB的設(shè)計。通過本次設(shè)計，使我能充分的把握理論與實(shí)踐的相結(jié)合。我們學(xué)過的理論知識此次設(shè)計中充分發(fā)揮出來。這次設(shè)計不僅用到電力電子理論知識，還要充分運(yùn)用電路，電機(jī)理論，ORCAD等方面的知識。同時，也閱了許多關(guān)于