基于SG3525的PWM电机调速

0闽南师范大学《电力电子技术》课程设计设计题目：基于SG3525的直流电机调速电源PWM控制电路的设计与实现姓名：庄伟彬学号：1205000425系别：物理与信息工程学院专业电气工程及其自动化年级：12级指导教师：刘丽媗老师12014年12月20日目录一系统设计┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄21.设计目的┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄22.设计要求┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄2二电路设计原理┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄1．系统原理┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄32．方案比较及参数计算┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄3，4，5，6，73．芯片介绍┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄7，8，9三测试结果（波形，电压）┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄1．实物图┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄9，102．测试的波形┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄11，12，133．实验结果分析及与理论对比┄┄┄┄┄14四．实验总结┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄14五．附录┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄1.系统原理图┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄152.PCB图┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄1623.原件清单┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄16，174.参考文献┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄17摘要:本次课程设计采用SG3525的理想控制直流电动机精确控制电路，该电路可防止过载，短路，PWM(脉宽)调制范围可从0-100％的调整，PWM频率在100Hz-5KHZ调节。工作电压从+8V~35V之间，最低电流消耗约为35毫安。最大电流可以达到6.5A。效率优于90％满负荷。关键词：SG3525；PWM;直流电机。一系统设计1设计目的利用芯片SG3525产生PWM可调的电路，从而使直流电机实现调速。2设计要求（1）系统主要由集成芯片SG3525构成PWM电路，直流电机速度可调；（2）系统所需电源可由实验室现有学生电源提供；（3）完成相应的电路原理图设计、硬件电路设计和调试及相关结果测试；（4）完成课程设计报告撰写。3二电路设计原理1.系统原理系统采用+12V单电源供电，主体部分由SG3525构成PWM占空比可调，推挽式输出驱动功率管的电路，使电机两端电压变化，实现直流电机速度可调。2.PWM调速控制原理PWM调速控制的基本原理是按一个固定的频率来接通和断开电源，并根据需要改变一个周期内接通和关断时间比（占空比）来改变直流电机电枢上的“占空比”，从而改变平均电压，控制电机的转速。在脉宽调速的系统中，当电机通电是的速度增加，电机断电时的速度减低。只要按照一定的规律改变通断电的时间，即可控制地电机转速。本次课程设计采用PWM的控制。2方案比较42.1第一种设计方案：2.1.1方案一原理图R168C1103R210RW110KRW210KllR310+15VC3104INV1Non2SYNC3OSC4CT5RT6DISCHARGE7SOFT-START8COMPENSATION9SHUTDOWN10OUTPUTA11GROUND12VC13OUTB14+VCC15Vref16SG3525SG3525D14148D24148G1D2S3IRF840IRF840+15VD3FR30712X6SIP2-2.54D44148C5104C2100UF/25VR5100/2WR4200R6300L1L14C447UF/35VC610UF/50VC7100UF/16VC8104图二由于此方案用到电感，绕电感的技术会影响效果，且效率不是很高，所以不采用此方案。2.2第二种设计方案：2.2.1方案二原理图5DISC7+VIN15OUTA11CT5+2-1COMP9OSC4SSTART8OUTB14RT6REF16SYNC3SD10VC13GND12U1SG3525AC4103C3332C1103R42.2KR11KR3220KR80.1/2WR70.1/2WR210KR5220R10100KRW210KRW110KC210UFRW310KC610UFD21N4148D11N41481N4004D4FR107Q1IRF640+12VMG1MOTORACC5100UF/50VRD150C8104图三2.2.2参数选择及计算1.三只电位器的功能如下：RW1：确定最低输出电压RW3：设置最大输出电压RW2：设置输出频率。当调节RW1时，2脚的电压U2=RW1R2R1Vref*rw1)(R2;当调节RW3时，2脚的电压U2=RW3Vref*rw3,电压调节范围0v~4.9v;6当调节RW2时，震荡频率发生变化。选择CT=332pf,RT=2.2K~12.2K,RD=150。充电结束，上升时间t1=0.67RTCT,当RT=2,.2k时，t1=0.67*2.2k*3300pf=4.86us,当RT=2,.2k时，t1=0.67*12.2k*3300pf=26.97us,所以4.86us《t1《26.97us。下降时间间t2为：t2=3RDCT=3*150*3300pf=1.48us,所以T=t1+t2，6.34us《T《28.45us.。震荡频率F=3RD)(0.7RT*2CT12直流电机转速控制电机本身是阻感性负载，在它两端并联一个瓷片电容104，起到RLC并联谐振和滤高频作用。直流电动机转速n=(U-IR)/KφU为电枢端电压，I为电枢电流，R为电枢电路总电阻，φ为每极磁通量，K为电动机结构参数。此电路是通过调节电压U来改变电机转速的。此电路电机额定电压为12V。2.2.3.不足之处与改进在栅极串入一只低值电阻（数十欧左右）可以减小寄生振荡，该电阻阻值应随被驱动器件电流额定值的增大而减小。设驱动电压为UP,驱动电流为i，则i=R10Vgs-UpR5220Q1IRF640R1010Up如果驱动走线很长，驱动电阻可以对走线电感和MOS结电容引起的震荡起阻尼作用7此方案效率高于90%，而且不要用到电感，除去了因绕电感工艺而引起的误差，效果较佳。2.4最终终方案选案通过对两种方案的比较可以看出，第二种方案是比较好的方案，按照第二种方案不仅可以达到课程设计所要达到的要求，而且效率高于90%，结果比较准确，受外界干扰较小。3芯片介绍3.1SG3525芯片简介（1）工作电压范围宽：8～35V。（2）5.1（11.0%）V微调基准电源。（3）振荡器工作频率范围宽：100Hz～400KHz.（4）具有振荡器外部同步功能。（5）死区时间可调。（6）内置软启动电路。（7）具有输入欠电压锁定功能。（8）具有PWM琐存功能，禁止多脉冲。（9）逐个脉冲关断。（10）双路输出（灌电流/拉电流）：每一通道的驱动电流最大值可达200mA，灌拉电流峰值可达500mA。可直接用于驱动MOS管，工作频率高达400KHZ81．振荡器输出时钟信号2振荡电路：由一个双门限电压均从基准电源取得，其高门限电压VH=3.9V，低门限电压VL=0.9,内部横流源向CT充电，其端压VC线性上升，构成锯齿波的上升沿，当VC=VH时比较器动作，充电过程结束，上升时间t1为：t1=0.67RTCT。比较器动作时使放电电路接通，CT放电，VC下降并形成锯齿波的下降沿，当VC=VL时比较器动作，放电过程结束，完成一个工作循环，下降时间间t2为：t2=3RDCT．T=t1+t23、分频：时钟信号前沿触发4、三角波和误差放大器输出比较，得到PWM信号。5、PWM锁存器（RS触发器，高电平有效）输出软启动：SG3525的软启动电容接入端(引脚⑧)上通常接一个5μF的软启动电容。充电过程中，由于电容两端的电压不能突变，因此，与软启动电容接入端相连的PWM比较器反相输入端处于低电平，PWM比较器输出为高电平。此时，PWM锁存器的输出也为高电平，该高电平通过两个或非门加到输出晶体管上，使之无法导通。只有9关断操作：通过引脚⑩(关断端)来关闭SG3525的输出。当引脚⑩上的信号为高电平时，可以实现两个功能：PWM锁存器立即动作，同时软启动电容开始放电。放电电流只有150μA，如果关断信号为短暂的高电平，PWM信号将被中止，但此时软启动电容没有明显的放电过程。三．测试的结果1实物图10112测试波形2.1当占空比等于5.555%时，驱动电路输出的PWM波形波形测试值频率(KHz)峰-峰值（V）矩形波f=46.30KHzVpp=15.4V122.2当占空比等于95.85%时，驱动电路输出的PWM波形波形测试值频率(KHz)峰-峰值（V）矩形波f=46.08KHzVpp=9.4V132.3测5脚所得的波形SG3525的5脚接震荡电容Cr，取值范围为0.001uf到0.1uf。正常工作时，在Cr两端可以得到一个从0.6V到3.5变化的锯齿波。波形测试值频率(KHz)峰-峰值（V）正弦波f=29.58HzVmin=0.76VVmax=3.44V143实验结果分析及与理论对比实验结果测得的PWM占空比为0~100%可调，而实际测得的占空比为5.55%~95.85%，由于普遍的滑动变阻器，使得占空比变化率快，换成精密电位器可以提高测量精度。四．总结分析在这次课程设计中，经过反反复复的设计电路图，在课本上找原理，运用仿真软件画图，仿真，验证电路是否正确，焊接实物电路，拆了重做，再验证再调试。我学会了怎样去根据课题的要求去设计电路和调试电路。动手能力得到很大的提高。在以后学习中我要加强对使用电路的设计和选用能力。通过这种综合训练，我可以掌握电路设计的基本方法，提高动手组织实验的基本技能，培养分析解决电路问题的实际本领，为以后毕业设计和从事电力电子实验实际工作打下基础。回顾此次课程设计，感慨颇多，自己也的确从中学到了很多。从得到课题时的一脸茫然到通过查资料、与同学探讨、经老师指导后，自己设计并写出这份报告，心中充满了成就感。通过课程设计还拓宽了知识面，学到了很多课本上没有的知识，报告只有自己去做能加深对知识的理解，任何困难只有自己通过努力去克服才能收获成功的喜悦。在设计的过程中我发现自己对课本知识的理解不够深刻，掌握的不牢靠，以后定会努力温习以前的知识。最后，感谢刘丽萱老师的敦敦教导！15五附录5.1系统原理图DISC7+VIN15OUTA11CT5+2-1COMP9OSC4SSTART8OUTB14RT6REF16SYNC3SD10VC13GND12U1SG3525AC4103C3332C1103R42.2KR11KR3220KR80.1/2WR70.1/2WR210KR5220R10100KRW210KRW110KC210UFRW310KC610UFD21N4148D11N41481N4004D4FR107Q1IRF640+12VMG1MOTORACC5100UF/50VRD150C81045.2PCB图165.3原件清单设备名称型号个数功率电阻0.1/2W2电阻2.2K2电阻10K1电阻100K1电阻1501电阻2201电阻220K1电解电容100uf/50v1电解电容10uf/25v2瓷片电容1032瓷片电容1041瓷片电容3321175.4参考文献[1]《电力电子技术》，机械工业出版社[2]《数字电子技术基础》[第五版]，阎石，北京：高等教育出版社功率管IRF6401二极管1N41482二极管1N40071续流二极管FR1071集成芯片SG35251电位器10k3直流电机+12V1