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1、 . 变频器课程设计 题 目：基于UC3637的直流PWM控制电路姓 名： 孙 雷 周超奇 邓 龙学 号： 103522012 103522024 103522051专 业： 电气工程及其自动化指导老师：邓 方 雄设计时间：2013 年 6月 电子与信息工程学院 目 录 1.引 言1 2.变频器工作电路分析与设计2 2.1 电路工作原理3 2.2 模块电路原理介绍3 2.2.1 主电路3 2.2.2 PWM开环控制电路4 2.2.3 自举驱动电路6 2.2.4 保护电路72.2.5 实验验证73驱动芯片IR2110介绍8 3.1 IR2110性能和结构93.2 IR2110特点及其工作原理93
2、.3 IR2110的功能简介104控制芯片UC3637概述104.1 UC3637特点114.2 UC3637使用注意事项 11 5调试与运行126设计总结13 7附录148. 参考文献16基于UC3637的直流PWM控制电路 1.引 言随着电力电子技术、计算机技术以及自动控制技术的迅速发展，电气传动技术正面临一场历史性的革命。变频器的快速发展得益于电力电子技术、计算机技术和自动控制技术及电机控制理论的发展。变频器的发展水平是由电力电子技术、电机控制方式以及自动化控制水平三个方面决定的。近年来，交流调速在国内外发展十分迅速，打破了过去直流拖动在调速领域中的统治地位，交流调速拖动已进入了与直流拖
3、动相媲美、相竞争、相抗衡的时代，并有取代的趋势。变频器已应用于各行各业的多种设备,并成为当今节电,改造传统工业,改善工艺流程,提高生产过程自动化水平,提高产品质量,改善环境的主要技术之一。变频器技术是一种绿色技术,是国民经济和日常生活中普遍需要的新技术,也是国际上技术更新换代最快的领域之一。开关器件是变频器的核心器件,绝缘栅双极型晶体管(ICBT)投入市场以后,很快成为中小功率电力电子设备的主导器件,而且其电压、容量及开关频率性能还在提高。智能功率模块(IPM)集成了多个常规IGBT,为用户降低设计和生产成本提供了便利条件,并使系统的性能和可靠性得到了有效提高。IPM内部集成的驱动和保护电路可
4、简化系统设计,其自我保护功能可使功率模块在测试及现场应用中损坏的可能性大大降低。采用IPM后系统的综合性能极大提高,其性价比已经超过IGBT,有很好的经济性。本课程设计是采用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，实现对某种直流电动机的控制。 2.变频器工作电路原理及原图理分析与设计 2.1.电路工作原理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
5、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。2.2 各模块电路原理介绍2.21 主电路直流电动机的转速通过测速发电机测得，当被控直流电动机的转速小于给定转速时，计算机经DA转换器输出控制电压UK，再经R2R5电平转换成UR输入 至引脚9和
6、引脚11，使引脚4导通。引脚4的导通信号经RC延时电路传输至IR2110(1)的引脚10和IR2110(2)的引脚12，分别使上通道引 脚10和下通道引脚12导通。这时2片IR2110间的“H”桥电路中的VF1、VF2被触发导通，电路给电动机提供正向的电流，电动机升速。当被控直流 电动机的转速大于给定转速时，UR使UC3637中的引脚7导通，引脚7的导通信号经RC延时电路传输至IR2110(1)的引脚12和 IR2110(2)的引脚10，分别使下通道引脚12和上通道引脚1O导通。这时“H”桥电路中的VF4、VF3 被触发导通，流过电动机的电流反向，电动机降速。在控制电路输出的上、下通道输入信号
7、的作用下，VF1、VF2和VF4、VF3交替轮流导通，实现直流电 动机的调速。由于IR2110内部的驱动阻抗很小，直接用其驱动“H”桥中的MOSFET器件会引起快速开关，可能造成MOSFET漏源间电压振荡，从而 损坏MOS管。所有，应在IR211O的输出端和MOS管之间串接1个约20 的无感电阻。 2.2.2 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AD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
8、DA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510 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510 V内变化，即电容CT连接的引脚2电压在510 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510 V的控制电压接引脚9和11，控制输出端的占空比。利用R2R5对控制电压UK进行电平转换，令R2=10 k、R3=18 k、R5=20 k
9、，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 k。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=5s，延时电路中所用电阻R6取5 ，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 V电源前并联1只01F的电容，以滤除交流杂波的干扰。22.3 自举驱动电
10、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 kHz以上的开关频率取O1F即可。为向开关的容性负载提供瞬态电流，应在VCC与COM、VDD与VSS之间连接两只旁路电容，VCC上旁路用一只 01F
11、的陶瓷电容和一只1F的钽电容并联，而逻辑电源VDD上用一只01斗F的陶瓷电容即可，即电容C4、C5分别为1F、01F。在具体 布线时，IR2110是逻辑部分和功率变换部分的接口，逻辑信号地线和主功率电源的地线应合理布局，使负载回路的引线尽可能短，以减少回路电感，同时还要 避免因布线而引起的负载电流在信号回路中流动产生的共模干扰。22.4 保护电路在该电路中需限制流经直流电动机的电流，以保护电路的各元件。TA为电流取样环节，由此构成对IR2110的过流保护。电流传感器从电动机的旁路中对电流 取样，将取样电流输入至IR2110的引脚11。当电流过大时，SD为高电平，施密特触发器的S端被触发，Q为低电平，IR2110停止工作。Vf为电压 反馈信号，构成闭环调压网络。该网络中，RS为电动机电流检测电阻，RS取值由允许的电动机最大电流决定。检测信号从引脚12和引脚13输入。设比较器 CL有200 mV的阈值，则有 取Imax=8 A，则：RS=0025.当电动机电流增大而使RS上的电压达到该阈值时，C/L输出高电平，令SRA和SRB复位至低电平，进而AOUT和BOUT变为低电平，停止输出。22.5 实验验证在某种舵系统实验中，选用额定工作电压为27 V，3W211111567
