文档介绍：摘要
随着电力电子器件、计算机技术和控制理论的迅速发展,电气自动化技术也在日新月异的变化,电气传动自动化技术己广泛应用于各个工程领域。目前,功率集成电路己将主电路器件、控制驱动、保护等集成一体,为电气传动自动控制系统机电一体化开辟了广阔的前景,数字PWM技术、微机控制及各种新型控制技术,如滑模变结构控制、自适应控制、鲁棒控制模糊控制等。己日益渗入各类电气传动控制系统中。
而直流电动机是人类最早发明和应用的一种电机。与交流电机相比,直流电机因结构复杂、维护困难、价格较贵等缺点制约了它的发展,应用不如交流电机广泛。但由于直流电动机具有优良的起动、调速和制动性能,因此,在工业领域仍占有一席之地。随着电力电子技术的发展,直流发电机虽有被可控速流电源取代的趋势,但从供电的的质量和可靠性来年看,直流民电机仍有一定的优势,困此在某些场合,例如化学工业中的电镀、电解等设备,直流电焊机和某些大型同步电机的励磁电源仍然使用直流发电机作为供电电源。直流电动机、发电机目前还没有其它的电气设备能取代。所以,还有一定的用武之地。此设计为直流单闭环不可逆调速系统的设计。直流单闭环不可逆调速系统
直流电动机脉宽调制(PWM)控制器UC3637用于控制开环或闭环直流电动机速度或位置,其内部产生1路模拟误差电压信号,并输出2路PWM脉冲信号,这2路PWM脉冲信号与误差电压信号的幅值成正比,并与其极性相关,因此构成双向调速系统,实现PWM双输出,驱动电流能力为100 mA,该器件还具有限流保护、欠电压封锁及温度补偿等特点。而驱动集成电路IR2110对PWM信号具有自举功能。有2路完全独立的高保真输入输出通道,且这2路通道具有开通慢、关断快的防桥臂直通的互锁功能,可使电路可靠工作。这里采用UC3637和IR2110设计一种直流电动机PWM开环控制电路,并与计算机控制系统相结合,实现对某种舵系统直流电动机的控制,进而验证该电路的正确性。
PWM开环控制电路
该电路设计控制系统的目标是在计算机不同的给定信号下,电动机可快速达到指定位置,以满足系统性能要求。控制原理框图如图1所示。被控直流电动机M的转速由测速发电机G测得,测速发电机所测得的转速信号经A/D转换后的数字信号在计算机中与给定信号相比较,再经计算后输出数字控制信号,经D/A转换变为模拟信号送至UC3637的脉宽信号产生电路,从而实现对直流电动机的速度控制。
图2为基于UC3637的直流电动机PWM控制电路,该电路分为4部分:脉宽信号产生电路、自举驱动电路、主电路、保护电路。
该电路产生5~10 V的阈值电压,分别将U2=10 V接引脚1,U1=5 V接引脚3,这样三角波就在5~10 V内变化,即电容CT连接的引脚2电压在5~10 V内变化。UK是从计算机输出经数模转换得到的电压,其范围为-10~+lO V,而UC3637需要5~10 V的控制电压接引脚9和11,控制输出端的占空比。利用R2~R5对控制电压UK进行电平转换,令R2=10 k
Ω、R3=18 kΩ、R5=20 kΩ,当UK=-10 V时,应有UR=5 V,由电路分流可以获得:
代入数据解得,R4=2 kΩ。
为避免工作过程中发生直通短路现象,应在UC3637的输出端引脚4和引脚7后各接一个RC延时电路,设需延时时间r=5μs,延时电路中所用电阻R6取5 Ω,由公式可得:
这样双路互补PWM脉冲信号在上升沿有几个微秒的延时,在下降沿无延时,与IR2110内部上下路信号设置的延时相结合,可确保“H”桥中同一桥臂的上下两个MOS管存在一个死区时间,从而保证电路工作安全稳定。由于15 V直流供电电源含有一定的交流杂波,故分别在引脚1、引脚3和15 ,以滤除交流杂波的干扰。
自举驱动电路
该电路使用2个IR2110,这两个IR2110由4个MOS管组成的“H”桥电路相连接。 IR2110的供电电压为15 V的电源电压UVD,其输出工作电源为悬浮电源,通过自举技术由固定电源得出。自举技术利用升压二极管、自举升压电容,使电容放电电压和电源电压叠加,从而使电压升高。该技术可将电源电压值升高数倍,所以充电二极管VD的耐压能力必须大于高压母线的峰值电压。为防止自举电容两端电压放电,则采用一个高频快恢复二极管。自举电容C3的电容值对于5 。为向开关的容性负载提供瞬态电流,、VDD与VSS之间连接两只旁路电容,VCC上旁路用一只 ,,即电容C4、C5分别为1μF、。在具体布线时,IR2110是逻辑部分和功率变换部分的接口,逻辑信