畢業(yè)設(shè)計（論文）-基于單片機(jī)的無刷直流調(diào)速系統(tǒng)

1、<p><b>　　景德鎮(zhèn)陶瓷學(xué)院</b></p><p>　　本科生畢業(yè)設(shè)計（論文）</p><p>　　中文題目：基于單片機(jī)的無刷直流調(diào)速系統(tǒng) </p><p>　　英文題目：Brushless DC Speed Control System Based On Single Chip

2、 </p><p>　　院 系：機(jī)械電子工程學(xué)院 </p><p>　　專 業(yè)： 自動化 </p><p>　　姓 名： </p><p>　　學(xué) 號： 200910320217

3、 </p><p>　　指導(dǎo)教師： 老師 </p><p>　　完成時間： 2013年5月29日 </p><p><b>　　摘 要 </b></p><p>　　本文介紹一種基于MC51單片機(jī)控制的PWM直流電機(jī)脈寬調(diào)速系統(tǒng)。從系統(tǒng)的角度出發(fā)，對

4、電路進(jìn)行總體方案論證設(shè)計，確定電路各個的功能模塊之間的功能銜接和接口設(shè)置，詳細(xì)分析了各個模塊的方案論證和參數(shù)設(shè)置。整個系統(tǒng)利用51單片機(jī)的定時器產(chǎn)生10K左右的PWM脈沖，通過帶有功率驅(qū)動作用的TLP250光耦實(shí)現(xiàn)控制單元與驅(qū)動單元的強(qiáng)弱電隔離，采用2片IGBT和MOSFET等一類電壓型功率開關(guān)管專用驅(qū)動芯片IR2110，驅(qū)動IGBT—FGA25N120構(gòu)成的H橋電路實(shí)現(xiàn)對直流電機(jī)的調(diào)速，利用TL431、線性光耦PC817和AD0832

5、構(gòu)成的電壓采集單元實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的閉環(huán)控制，提高整個系統(tǒng)的智能化、自動化水平，為工業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用提供可能。</p><p>　　關(guān)鍵字 MC51，PWM，光耦隔離，IR2110，IGBT </p><p><b>　　Abstract </b></p><p>　　This paper describes a microprocessor control

6、led PWM based MC51 PWM DC motor speed control system.System cheap MC51 microcontroller core to DC motor as the control object。From a system point of view, the circuit design of the overall program feasibility studies to

7、determine the circuit between the various functional modules functional convergence and interface settings, a detailed analysis of each module demonstration program and parameter settings。The entire system using 51 singl

8、e-chip timer to</p><p>　　Key word MC51 PWM Optocoupler isolation IR2110，IGBT </p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘 要1</b></p><p><b>　　1前

9、言4</b></p><p>　　1.1數(shù)字直流調(diào)速的意義4</p><p>　　1.2研究現(xiàn)狀綜述4</p><p>　　1.3直流電動機(jī)調(diào)速概述6</p><p>　　2系統(tǒng)總體方案論證8</p><p>　　2.1系統(tǒng)方案比較與選擇8</p><p>　　2.2系統(tǒng)

10、方案描述9</p><p>　　3硬件電路的模塊設(shè)計11</p><p>　　3.1邏輯延時電路方案論證設(shè)計11</p><p>　　3.2驅(qū)動電路方案論證設(shè)計12</p><p>　　3.3隔離電路方案論證設(shè)計19</p><p>　　3.4數(shù)據(jù)采集、過壓反饋保護(hù)22</p><p&g

11、t;　　3.5穩(wěn)壓可調(diào)電源設(shè)計23</p><p><b>　　4軟件設(shè)計25</b></p><p>　　4.1 PWM實(shí)現(xiàn)方式方案論證25</p><p>　　4.2程序流圖27</p><p>　　4.3主要程序設(shè)計分析27</p><p>　　5調(diào)試結(jié)果描述錯誤!未定義書簽。&

12、lt;/p><p><b>　　6經(jīng)濟(jì)分析30</b></p><p><b>　　7結(jié)論30</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)31</b></p><p>　　附錄1 整個系統(tǒng)電路原理圖</p><p>　　附錄2穩(wěn)壓電源原理圖</

13、p><p>　　附錄3元器件清單 </p><p><b>　　1前言</b></p><p>　　1.1數(shù)字直流調(diào)速的意義</p><p>　　現(xiàn)在電氣傳動的主要方向之一是電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)采用微處理器實(shí)現(xiàn)數(shù)字化控制。從上世紀(jì)80年代中后期起，世界各大電氣公司如ABB、通用、西屋、西門子等都在競相開發(fā)數(shù)字式調(diào)速傳動裝置，經(jīng)過

14、二十幾年的發(fā)展，當(dāng)前直流調(diào)速已發(fā)展到一個很高的技術(shù)水平：功率元件采用可控硅；控制板采用表面安裝技術(shù)；控制方式采用電源換相、相位控制。特別是采用了微處理器及其他先進(jìn)電力電子技術(shù)，使數(shù)字式直流調(diào)速裝置在精度的準(zhǔn)確性、控制性能的優(yōu)良性和抗干擾的性能有很大的提高和發(fā)展，在國內(nèi)外得到廣泛的應(yīng)用。數(shù)字化直流調(diào)速裝置作為目前最新控制水平的傳動方式顯示了強(qiáng)大優(yōu)勢。全數(shù)字化直流調(diào)速系統(tǒng)不斷升級換代，為工程應(yīng)用和工業(yè)生產(chǎn)提供了優(yōu)越的條件。</p>

15、;<p>　　采用微處理器控制，使整個調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)字化程度，智能化程度有很大改觀；采用微處理器控制，使調(diào)速系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上簡單化，可靠性提高，操作維護(hù)變得簡捷，電機(jī)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時轉(zhuǎn)速精度等方面達(dá)到較高水平。由于微處理器具有較佳的性價比，所以微處理器在工業(yè)過程及設(shè)備控制中得到日益廣泛的應(yīng)用。近年來，盡管交流調(diào)速系統(tǒng)發(fā)展很快，但是直流電機(jī)憑借其良好的啟動、制動性能，在金屬切削機(jī)床、軋鋼機(jī)、海洋鉆機(jī)、挖掘機(jī)、造紙機(jī)、礦井卷揚(yáng)機(jī)、電鍍、高

16、層電梯等需要廣泛范圍內(nèi)平滑調(diào)速的高性能可控電力拖動領(lǐng)域中仍得到了廣泛的應(yīng)用。</p><p>　　現(xiàn)階段，我國還沒有自主的全數(shù)字化直流調(diào)速控制裝置生產(chǎn)商，而國外先進(jìn)的控制器價格昂貴，且技術(shù)轉(zhuǎn)讓受限，為此研究及更好的使用國外先進(jìn)的控制器，吸收國外先進(jìn)的數(shù)字化直流電機(jī)調(diào)速裝置的優(yōu)點(diǎn)，具有重要的實(shí)際意義和重大的經(jīng)濟(jì)價值。</p><p><b>　　1.2研究現(xiàn)狀綜述</b>

17、;</p><p>　　1.2.1電氣傳動的發(fā)展現(xiàn)狀</p><p>　　20世紀(jì)70年代以來，直流電機(jī)傳動經(jīng)歷了重大的技術(shù)、裝備變革。整流器的更新?lián)Q代，以晶閘管整流裝置取代了習(xí)用已久的直流發(fā)電機(jī)電動機(jī)組及水銀整流裝置使直流電氣傳動完成了一次大的躍進(jìn)。同時，高集成化、小型化、高可靠性及低成本成為控制的電路的發(fā)展方向。使直流調(diào)速系統(tǒng)的性能指標(biāo)大幅提高，應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大。直流調(diào)速技術(shù)不斷發(fā)展，

18、走向成熟化、完善化、系列化、標(biāo)準(zhǔn)化，在可逆脈寬調(diào)速、高精度的電氣傳動領(lǐng)域中仍然難以替代。</p><p>　　早期直流傳動的控制系統(tǒng)采用模擬分離器件構(gòu)成，由于模擬器件有其固有的缺點(diǎn)，如存在溫漂、零漂電壓，構(gòu)成系統(tǒng)的器件較多，使得模擬直流傳動系統(tǒng)的控制精度及可靠性較低。隨著計算機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展，微處理器已經(jīng)廣泛使用于直流傳動系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了全數(shù)字化控制。由于微處理器以數(shù)字信號工作，控制手段靈活方便，抗干擾能力強(qiáng)。所以，

19、全數(shù)字直流調(diào)速控制精度、可靠性和穩(wěn)定性比模擬直流調(diào)速系統(tǒng)大大提高。所以，直流傳動控制采用微處理器實(shí)現(xiàn)全數(shù)字化，使直流調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)入一個嶄新的階段。</p><p>　　1.2.2微處理器控制直流電機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀</p><p>　　微處理器誕生于上個世紀(jì)七十年代，隨著集成電路大規(guī)模及超大規(guī)模集成電路制造工藝的迅速發(fā)展，微處理器的性價比越來越高。此外，由于電力電子技術(shù)的發(fā)展，制作工藝的提升，使得大

20、功率電子器件的性能迅速提高。為微處理器普遍用于控制電機(jī)提供了可能，利用微處理器控制電機(jī)完成各種新穎的、高性能的控制策略，使電機(jī)的各種潛在能力得到充分的發(fā)揮，使電機(jī)的性能更符合工業(yè)生產(chǎn)使用要求，還促進(jìn)了電機(jī)生產(chǎn)商研發(fā)出各種如步進(jìn)電機(jī)、無刷直流電機(jī)、開關(guān)磁阻電動機(jī)等便于控制且實(shí)用的新型電機(jī)，使電機(jī)的發(fā)展出現(xiàn)了新的變化。</p><p>　　對于簡單的微處理器控制電機(jī)，只需利用用微處理器控制繼電器、電子開關(guān)元器件，使電

21、路開通或關(guān)斷就可實(shí)現(xiàn)對電機(jī)的控制。現(xiàn)在帶微處理器的可編程控制器，已經(jīng)在各種的機(jī)床設(shè)備和各種的生產(chǎn)流水線中普遍得到應(yīng)用，通過對可編程控制器進(jìn)行編程就可以實(shí)現(xiàn)對電機(jī)的規(guī)律化控制。</p><p>　　對于復(fù)雜的微處理器控制電機(jī),則要利用微處理器控制電機(jī)的電壓、電流、轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)角等，使電機(jī)按給定的指令準(zhǔn)確工作。通過微處理器控制，可使電機(jī)的性能有很大的提高。目前相比直流電機(jī)和交流電機(jī)他們各有所長，如直流電機(jī)調(diào)速性能好

22、，但帶有機(jī)械換向器，有機(jī)械磨損及換向火花等問題；交流電機(jī)，不論是異步電機(jī)還是同步電機(jī)，結(jié)構(gòu)都比直流電機(jī)簡單，工作也比直流電機(jī)可靠，但在頻率恒定的電網(wǎng)上運(yùn)行時，它們的速度不能方便而經(jīng)濟(jì)地調(diào)節(jié)。</p><p>　　高性能的微處理器如DSP (DIGITAL SIGNAL PROCESSOR即數(shù)字信號處理器)的出現(xiàn)，為采用新的控制理論和控制策略提供了良好的物質(zhì)基礎(chǔ)，使電機(jī)傳動的自動化程度大為提高。在先進(jìn)的數(shù)控機(jī)床

23、等數(shù)控位置伺服系統(tǒng)，已經(jīng)采用了如DSP等的高速微處理器，其執(zhí)行速度可達(dá)數(shù)百萬兆以上每秒，且具有適合的矩陣運(yùn)算。</p><p>　　1.3直流電動機(jī)調(diào)速概述</p><p>　　1.3.1直流電機(jī)調(diào)速原理</p><p>　　直流電動機(jī)根據(jù)勵磁方式不同，直流電動機(jī)分為自勵和他勵兩種類型。不同勵磁方式的直流電動機(jī)機(jī)械特性曲線有所不同。但是對于直流電動機(jī)的轉(zhuǎn)速有以下公式

24、： </p><p>　　其中：U—電壓；—勵磁繞組本身的電阻；—每極磁通(Wb)；Cc—電勢常數(shù)；Cr—轉(zhuǎn)矩常量。由上式可知，直流電機(jī)的速度控制既可采用電樞控制法，也可采用磁場控制法。磁場控制法控制磁通，其控制功率雖然較小，但低速時受到磁極飽和的限制，高速時受到換向火花和換向器結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的限制，而且由于勵磁線圈電感較大，動態(tài)響應(yīng)較差。所以在工業(yè)生產(chǎn)過程中常用的方法是電樞控制法。</p><p&

25、gt;　　圖1-1 直流電機(jī)的工作原理圖</p><p>　　電樞控制是在勵磁電壓不變的情況下，把控制電壓信號加到電機(jī)的電樞上，以控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速。傳統(tǒng)的改變電壓方法是在電樞回路中串聯(lián)一個電阻，通過調(diào)節(jié)電阻改變電樞電壓，達(dá)到調(diào)速的目的，這種方法效率低、平滑度差，由于串聯(lián)電阻上要消耗電功率，因而經(jīng)濟(jì)效益低，而且轉(zhuǎn)速越慢，能耗越大。隨著電力電子的發(fā)展，出現(xiàn)了許多新的電樞電壓控制方法。如：由交流電源供電，使用晶閘管整流器

26、進(jìn)行相控調(diào)壓；脈寬調(diào)制(PWM)調(diào)壓等等。調(diào)壓調(diào)速法具有平滑度高，能耗少，精度高等優(yōu)點(diǎn)。在工業(yè)生產(chǎn)中廣泛使用其中脈寬調(diào)制(PWM)應(yīng)用更為廣泛。脈寬調(diào)速利用一個固定的頻率來控制電源的接通或斷開，并通過改變一個周期內(nèi)“接通”和“斷開”時間的長短，即改變直流電機(jī)電樞上電壓的“占空比”來改變平均電壓的大小，從而控制電動機(jī)的轉(zhuǎn)速，因此，PWM又被稱為“開關(guān)驅(qū)動裝置”。 </p><p>　　圖1-2電樞電壓占空比和平均電

27、壓的關(guān)系圖</p><p>　　根據(jù)圖1，如果電機(jī)始終接通電源時，電機(jī)轉(zhuǎn)速最大為，占空比為D=/T，則電機(jī)的平均速度為：，可見只要改變占空比D，就可以得到不同的電機(jī)速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的。</p><p>　　1.3.2直流調(diào)速系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方式</p><p>　　1、基于晶閘管作為主電路的調(diào)速系統(tǒng)</p><p>　　晶閘管的調(diào)速系統(tǒng)是采用分

28、離元件設(shè)計的調(diào)速系統(tǒng)占用的空間大，控制角難于調(diào)整，且模擬器件的固有缺陷如：溫漂、零漂電壓等，導(dǎo)致電機(jī)的調(diào)速無法達(dá)到滿意的結(jié)果。晶閘管的單向?qū)щ娦?，它不允許電流反向，給系統(tǒng)的可逆運(yùn)行造成困難，性能較差，自動化控制程度差，調(diào)速過程較為復(fù)雜，不利于工業(yè)生產(chǎn)和小功率電路中采用。另一問題是當(dāng)晶閘管導(dǎo)通角很小時，系統(tǒng)的功率因素很低，并產(chǎn)生較大的諧波電流，從而引起電網(wǎng)電壓波動殃及同電網(wǎng)中的用電設(shè)備，造成“電力公害”。 </p>

29、<p>　?、?、基于PWM為主控電路的調(diào)速系統(tǒng)</p><p>　　與傳統(tǒng)的直流調(diào)速技術(shù)相比較，PWM(脈寬調(diào)制技術(shù))直流調(diào)速系統(tǒng)具有較大的優(yōu)越性：主電路線路簡單，需要的功率元件少；開關(guān)頻率高，電流容易連續(xù)，諧波少，電機(jī)損耗和發(fā)熱都較小；低速性能好，穩(wěn)速精度高，因而調(diào)速范圍寬；系統(tǒng)頻帶寬，快速響應(yīng)性能好，動態(tài)抗干擾能力強(qiáng)；主電路元件工作在開關(guān)狀態(tài)，導(dǎo)通損耗小，裝置效率高。</p><

30、p>　　PWM信號的產(chǎn)生通常有兩種方法:一種是軟件的方法；另一種是硬件的方法?；贜E555，SG3525等一系列的脈寬調(diào)速系統(tǒng)：此種方式采用NE555作為控制電路的核心，用于產(chǎn)生控制信號。NE555產(chǎn)生的信號要通過功率放大才能驅(qū)動后級電路。NE555、SG3525構(gòu)成的控制電路較為復(fù)雜，且智能化、自動化水平較低，在工業(yè)生產(chǎn)中不利于推廣和應(yīng)用。</p><p>　　基于單片機(jī)類由軟件來實(shí)現(xiàn)PWM：在PWM調(diào)

31、速系統(tǒng)中占空比D是一個重要參數(shù)在電源電壓不變的情況下，電樞端電壓的平均值取決于占空比D的大小，改變D的值可以改變電樞端電壓的平均值從而達(dá)到調(diào)速的目的。改變占空比D的值有三種方法：</p><p>　　A、定寬調(diào)頻法：保持不變，只改變t，這樣使周期(或頻率)也隨之改變。（圖1）</p><p>　　B、調(diào)寬調(diào)頻法：保持t不變，只改變，這樣使周期(或頻率)也隨之改變。（圖1）</p>

32、;<p>　　C、定頻調(diào)寬法：保持周期T(或頻率)不變，同時改變和t。（圖1）</p><p>　　前兩種方法在調(diào)速時改變了控制脈沖的周期(或頻率)，當(dāng)控制脈沖的頻率與系統(tǒng)的固有頻率接近時，將會引起振蕩，因此常采用定頻調(diào)寬法來改變占空比從而改變直流電動機(jī)電樞兩端電壓。利用單片機(jī)的定時計數(shù)器外加軟件延時等方式來實(shí)現(xiàn)脈寬的自由調(diào)整，此種方式可簡化硬件電路，操作性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。

33、 </p><p><b>　　2系統(tǒng)總體方案論證</b></p><p>　　2.1系統(tǒng)方案比較與選擇</p><p>　　方案一：采用專用PWM集成芯片、IR

34、2110 功率驅(qū)動芯片構(gòu)成整個系統(tǒng)的核心，現(xiàn)在市場上已經(jīng)有很多種型號，如Tl公司的TL494芯片，東芝公司的ZSK313I芯片等。這些芯片除了有PWM信號發(fā)生功能外，還有“死區(qū)”調(diào)節(jié)功能、過流過壓保護(hù)功能等。這種專用PWM集成芯片可以減輕單片機(jī)的負(fù)擔(dān)，工作更可靠，但其價格相對較高，難于控制工業(yè)成本不宜采用。</p><p>　　方案二：采用MC51單片機(jī)、功率集成電路芯片L298構(gòu)成直流調(diào)速裝置。L298是雙H高

35、電壓大電流功率集成電路，直接采用TTL邏輯電平控制，可用來驅(qū)動繼電器、線圈、直流電動機(jī)、步進(jìn)電動機(jī)等電感性負(fù)載。其驅(qū)動電壓為46V，直流電流總和為4A。該方案總體上是具有可行性，但是L298的驅(qū)動電壓和電流較小，不利于工業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用，無法滿足工業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐中大電壓、大電流的直流電機(jī)調(diào)速。</p><p>　　方案三：采用MC51單片機(jī)、IR2110功率驅(qū)動芯片構(gòu)成整個系統(tǒng)的核心實(shí)現(xiàn)對直流電機(jī)的調(diào)速。MC51具有兩個定

36、時器T0和T1。通過控制定時器初值T0和T1，從而可以實(shí)現(xiàn)從任意端口輸出不同占空比的脈沖波形。MC51控制簡單，價格廉價，且利用MC51構(gòu)成單片機(jī)最小應(yīng)用系統(tǒng)，可縮小系統(tǒng)體積，提高系統(tǒng)可靠性，降低系統(tǒng)成本。IR2110是專門的MOSFET管和IGBT的驅(qū)動芯片，帶有自舉電路和隔離作用，有利于和單片機(jī)聯(lián)機(jī)工作，且IGBT的工作電流可達(dá)50A，電壓可達(dá)1200V，適合工業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用。</p><p>　　綜合上述三種方

37、案，本設(shè)計采用方案三作為整個系統(tǒng)的設(shè)計思路。</p><p><b>　　2.2系統(tǒng)方案描述</b></p><p>　　本系統(tǒng)采用MC51為控制核心，配以2*3鍵盤和四位數(shù)碼管顯示，通過ADC0832模數(shù)轉(zhuǎn)換器對主干驅(qū)動電路進(jìn)行電壓采集和速度采集實(shí)現(xiàn)過壓保護(hù)、速度顯示。同時利用MC51產(chǎn)生的PWM經(jīng)過邏輯延遲電路后加載到以IR2110為驅(qū)動核心，IGBT構(gòu)成的H橋主

38、干電路上實(shí)現(xiàn)對直流電機(jī)的控制和調(diào)速。本系統(tǒng)的控制部分為5V的弱電而驅(qū)動電路和負(fù)載電路為110V以上的直流電壓因此在強(qiáng)弱電之間、數(shù)據(jù)采集之間分別利用了帶有驅(qū)動功能的光耦TLP250和線性光耦PC817實(shí)現(xiàn)強(qiáng)弱電隔離，信號串?dāng)_。具體電路框圖如下圖2-1</p><p>　　圖2-1系統(tǒng)整體框圖</p><p>　　3硬件電路的模塊設(shè)計</p><p>　　3.1邏輯延時

39、電路方案論證設(shè)計</p><p>　　邏輯延時電路是主電路IGBT開關(guān)管的控制所需。</p><p>　　一、因?yàn)榭刂艻GBT所需的控制信號要求對角上的兩個IGBT管的控制信號要相同，而同一個橋臂上的控制信號要相反。這就要求主電路上有兩路互為反向的控制信號。然而MC51產(chǎn)生的PWM只有一路，這時候就必須把PWM信號利用邏輯延時電路變成兩路互為反向的控制信號。</p><

40、p>　　二、雖然從目前的制作工藝水平可以使電力電子半導(dǎo)體開關(guān)器件的頻率做得很高，但是器件的導(dǎo)通和關(guān)斷的時候仍然會占用一段極短的時間，PWM控制信號消失的瞬間并不意味著功率開關(guān)管就真正會關(guān)斷。如果一個的功率開關(guān)管的控制信號剛消失的同時給同一橋臂的另一功率開關(guān)管加控制信號很可能造成同一橋臂的兩管子同時導(dǎo)通形成對電源短路。為了避免這種現(xiàn)象在系統(tǒng)中出現(xiàn)，本設(shè)計采用了在MC51產(chǎn)生PWM信號后設(shè)置邏輯延時電路。</p><

41、;p>　　圖3-1中二極管、能使低電平或者可以說是PWM負(fù)信號通過，電阻、和電容、延遲了高電平信號向后傳送的時間，這樣就可以保證功率開關(guān)管可靠關(guān)斷后再給與其同一橋臂上的功率開關(guān)管加高電平信號，可以避免其同時導(dǎo)通。</p><p>　　圖3-1邏輯延時電路原理圖</p><p>　　3.2驅(qū)動電路方案論證設(shè)計</p><p>　　3.2.1驅(qū)動電路方案、參數(shù)描述

42、</p><p>　　整個系統(tǒng)的驅(qū)動電路采用兩片的IR2110驅(qū)動四片的IGBT管（FGA25N120）構(gòu)成的H橋電路。如下圖3-2：</p><p>　　圖3-2 驅(qū)動主電路原理圖</p><p>　　IR2110驅(qū)動IGBT構(gòu)成的H橋電路的特點(diǎn)顯著，具有調(diào)速性能好，調(diào)速頻帶寬，可以工作在1~100 kHz范圍內(nèi)工作。所要求的控制信號簡單，只需要加入PWM信號即可

43、。IR2110設(shè)計保護(hù)電路性能良好，安全性高，無控制信號時，電機(jī)處于剎車狀態(tài)，可用于很多工業(yè)領(lǐng)域。</p><p>　　在本設(shè)計中（圖3-2），IR2110的自舉電容采用了兩個不同大小的電容并聯(lián)使用。在頻率為20 kHz左右的工作狀態(tài)下，可選用1.0μF和0.1μF電容并聯(lián)。并聯(lián)高頻小電容可吸收高頻毛刺干擾電壓。電路中為了防止Q1、Q3導(dǎo)通時高電壓串入端損壞芯片，在設(shè)計采用快恢復(fù)二極管FR107，其快速恢復(fù)時間為

44、500ns 可有效地隔斷高壓信號串入IR2110。由于VB高于VS電壓的最大值為20 V，為了避免VB過電壓，電路中增加了10V穩(wěn)壓二極管D9、D17控制VB端電壓在10V左右防止VB過壓。</p><p>　　由于密勒效應(yīng)的作用，在開通與關(guān)斷時，集電極與柵極間電容上的充放電電流很容易在柵極上產(chǎn)生干擾。針對這種現(xiàn)象，本設(shè)計在輸出驅(qū)動電路中的功率管柵極限流電阻R20、R21、R25、R26上反向并聯(lián)了二極管D7、D

45、8、D15、D16。</p><p>　　為改善PWM控制脈沖的前后沿陡度并防止振蕩，減小IGBT集電極的電壓尖脈沖，一般應(yīng)在柵極串聯(lián)十幾歐到幾百歐的限流電阻。在正常狀態(tài)下，IGBT開通的時間越短，開通損耗也越小。但在開通過程中，因存在續(xù)流二極管D7、D8、D15、D16的反向恢復(fù)電流和吸收電容的放電電流，當(dāng)IGBT的開通的時間越短，IGBT所承受的峰值電流也就越大，導(dǎo)致IGBT或續(xù)流二極管損耗。為了防止IGBT

46、或二極管的損壞，就必須有目的地降低柵極驅(qū)動脈沖的上升速率，即增加?xùn)艠O串聯(lián)電阻的阻值，控制該電流的峰值。雖然柵極串聯(lián)電阻小，有利于加快關(guān)斷速度和減小關(guān)斷損耗，也有利于避免關(guān)斷時集射極間電壓的過小造成IGBT誤開通。但是如果柵極串聯(lián)電阻過小，會由于集電極電流下降的過大，產(chǎn)生較大的集電極電壓峰值。綜合上述因素在設(shè)計柵極串聯(lián)電阻R20、R21、R25、R26時選取1K電阻為柵極串聯(lián)電阻。</p><p>　　IGBT的快

47、速開通和關(guān)斷提高工作頻率，減小開關(guān)損耗，但由于開關(guān)過程中主回路電流的突變，其引線電感將產(chǎn)生很高的尖峰電壓，該電壓是IGBT過壓損壞的主要原因。由于IGBT的柵-集極間存在的分布電容和柵-射極間存在的分布電容會產(chǎn)生過大的，故其開關(guān)轉(zhuǎn)換過程中易使突然升高而造成C-E間誤導(dǎo)通，從而損壞IGBT。為了防止造成的誤觸發(fā)，本設(shè)計在柵-射極間加旁路保護(hù)電阻10k的R23、R24、R27、R28，有效的防止IGBT的損壞。</p><

48、;p>　　3.2.2 IR2110驅(qū)動電路中IGBT抗干擾設(shè)計</p><p>　　對于任何CMOS器件，使這些二極管正向?qū)ɑ蚍聪驌舸┒紩鸺纳目煽鼐чl管(SCR)鎖定，鎖定的最終后果難以預(yù)料，有可能暫時錯誤地工作到完全損壞器件。若在“理想的自舉”電路中，由一個零阻抗電源供電，并通過一個理想的二極管給供電。負(fù)過沖電壓將引起自舉電容過充電。</p><p>　　圖3-3 IR21

49、10部分寄生二極管示意圖</p><p>　　IGBT（Insulated GateBipolar Transistor）是電壓驅(qū)動型器件，由于是容性輸入阻抗，故要求驅(qū)動電路提供一條小阻抗通路，將柵極電壓限制在一定安全數(shù)字內(nèi)。如果電路的負(fù)載為感性負(fù)載，則在功率管開關(guān)瞬間、電源短路以及過電流關(guān)斷時，將比較大，功率管就會產(chǎn)生過沖電壓，從而使VS端電壓低于COM端。實(shí)際上，該電壓是不能低于-4V，超出該極限電壓就會引起

50、高端通道工作的不穩(wěn)定。故在設(shè)計PCB時，應(yīng)采取下列方法以減小VS負(fù)過沖電壓：</p><p>　　a、將功率管緊密放置，并在焊接功率器件時應(yīng)盡量使引腳最短，以減少PCB布線長度和引腳間寄生電感的影響，引線應(yīng)采用絞線或同軸電纜屏蔽線；</p><p>　　b、IR2110盡可能靠近功率IGBT模塊放置；</p><p>　　c、在電源線與功率管之間應(yīng)增加去耦電容，一般

51、應(yīng)選0.1μF或1.0μF的電容。</p><p>　　圖3-4IR2110與IGBT布局圖</p><p>　　3.2.2 IR2110功率驅(qū)動介紹</p><p>　　3.2.2.1 IR2100內(nèi)部結(jié)構(gòu)原理圖及管腳說明</p><p>　　IR2110是IR公司生產(chǎn)的高壓,高速的功率MOSFET， IGBT專用驅(qū)動芯片，具有獨(dú)立的高、低

52、端輸出雙通道。門電壓需求在10~20 V范圍，懸浮通道用于驅(qū)動MOSFET的高壓端電壓可以達(dá)到500 V。</p><p>　　圖3-5 IR2110內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　圖3-5中引腳10（）及引腳12 （）雙列直插式封裝，分別驅(qū)動逆變橋中同橋臂上下兩個功率MOS器件的輸入驅(qū)動信號輸入端，當(dāng)輸入脈沖形成部分的兩路輸出，范圍為（-0.5V）~（+0.5），圖6中和分別為引腳13（

53、）及引腳9（）的電壓值。</p><p>　　引腳11（SD）端為保護(hù)電路信號輸入端。當(dāng)該引腳為高電平時，IR2110的輸出被封鎖，輸出端HO（7腳）、LO（1腳）恒為低電平。而當(dāng)該腳為低電平時，輸出跟隨輸入變化。用于故障（過電壓、過電流）保護(hù)電路。</p><p>　　引腳6（）及引腳3（）分別為上下通道互鎖輸出級電源輸入端。用于接輸出級電源正極，且通過一個較高品質(zhì)的電容接引腳2。引腳3

54、還通過一個高反壓快速恢復(fù)二極管與引腳6相連。</p><p>　　3.2.2.2 IR2110的自舉電路</p><p>　　在驅(qū)動電路設(shè)計中，IR2110的自舉電路可以有效的保護(hù)IGBT。IR2110自舉電路的結(jié)果原理圖如圖3-6所示：</p><p>　　圖3-6 IR2110自舉電路原理圖</p><p>　　圖3-6中及分別為自舉電容

55、和快速恢復(fù)二極管，為的濾波電容。當(dāng)在關(guān)斷期間，已經(jīng)充滿電，即=。在開通，關(guān)斷期間，通過電阻與 的柵射極間電容放電。在關(guān)斷，開通期間，柵電荷經(jīng)和快速釋放。在經(jīng)過死區(qū)時間后，開通經(jīng)過、給充電。這就是IR2110的自舉電路原理。</p><p>　　如果自舉電容選取的過大,可能使關(guān)斷時電容兩端還沒有達(dá)到要求的電壓，而電容選擇較小則會導(dǎo)致電容存儲的能量不夠維持柵源電壓在導(dǎo)通時間內(nèi)為一定值。在選擇自舉電容最好選擇非電解

56、電容，電容應(yīng)盡可能的靠近芯片。一般情況下為保證自舉電容將柵源電壓持續(xù)一段時間,選電容為其最小值的15倍左右。綜合考慮在設(shè)計驅(qū)動電路時采用1uf的電容為IR2110的自舉電容。</p><p>　　3.2.2.3 IGBT H橋驅(qū)動電路原理</p><p>　　H橋驅(qū)動電路是一個典型的直流電機(jī)控制電路，電路得名于“H橋驅(qū)動電路”是因?yàn)樗男螤羁崴谱帜窰 。H型變換器在控制方式上分為雙極式、單

57、極式和受限式三種。本設(shè)計同樣采用選用雙極式H型PWM變換器。如圖3-7所示，四個電力晶體管IGBT和四個續(xù)流二級管FR307構(gòu)成了H橋驅(qū)動電路?；鶚O驅(qū)動電壓分為兩組即、同時工作其驅(qū)動電壓分別為和，和同時工作其驅(qū)動電壓為。在一個開關(guān)周期內(nèi)，時和為正，晶體管和飽和導(dǎo)通；而和為負(fù)值，和截止。這時，+加在電樞AB兩端，，電樞電流沿回路1流通；當(dāng)時，和變?yōu)樨?fù)值，和截止；和變成正值，但是和并不能立即導(dǎo)通，因?yàn)樵陔姌须姼嗅尫艃δ艿淖饔孟?，沿回?經(jīng)二

58、極管、續(xù)流，在和上的壓降使、集電極和發(fā)射極承受反壓，這時，在一個周期內(nèi)正負(fù)相間，這是雙極式PWM變換器的特征。</p><p>　　圖3-7 IGBT H橋驅(qū)動電路</p><p>　　在一個周期內(nèi)具有正負(fù)相間的脈沖波形。而電機(jī)的正反轉(zhuǎn)則體現(xiàn)在驅(qū)動電壓正、負(fù)脈沖的寬窄上。當(dāng)正脈沖較寬時，，則電樞兩端的平均電壓為正，在電動運(yùn)行時電機(jī)正轉(zhuǎn)。當(dāng)，平均電壓為負(fù)值，電機(jī)反轉(zhuǎn)。如果正負(fù)脈沖相等時電樞電

59、壓為零，電機(jī)停轉(zhuǎn)。雙極型可逆PWM變換器電樞平均電壓為[3]：</p><p>　　若定義占空比為和電壓系數(shù)的定義與不可逆變換器中相同，則在雙極式控制的可逆變換器中=2- 1與不可逆變換器中的不同。調(diào)速時的可調(diào)范圍為0~1，相應(yīng)的= -1~1。當(dāng)時，為正，電動機(jī)正轉(zhuǎn)；當(dāng)時，為負(fù)，電動機(jī)負(fù)轉(zhuǎn)；當(dāng)時，=0，電動機(jī)停止。</p><p>　　雙極式控制的電壓平衡方程式：</p>&

60、lt;p><b>　?。ǎ?lt;/b></p><p><b>　　（）</b></p><p>　　電樞兩端在一個周期內(nèi)的平均電壓都是：。其平均值方程都可寫成： </p><p><b>　　則機(jī)械特性方程：</b></p><p><b>　　用轉(zhuǎn)矩表示：<

61、;/b></p><p><b>　　式中，</b></p><p>　　——電機(jī)在額定磁通下的轉(zhuǎn)矩系數(shù)，。 </p><p>　　——理想空載轉(zhuǎn)速，與電壓系數(shù)成正比，。</p><p>　　3.3隔離電路方案論證設(shè)計</p><p>　　3.3.1 TLP250光耦隔離</p&g

62、t;<p>　　隔離是整個設(shè)計的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，如果隔離沒有做好，將導(dǎo)致強(qiáng)弱電互相串?dāng)_，強(qiáng)電串到弱電的控制單元時會導(dǎo)致整個控制單元燒毀。因?yàn)橄到y(tǒng)的主電路電壓均為高電壓、大電流，而控制單元為弱電壓，弱電流，所以它們之間必須采取光電隔離措施，以提高系統(tǒng)抗干擾措施，綜合考慮決定采用帶光電隔離的MOSFET驅(qū)動芯片TLP250。</p><p>　　圖3-8 TLP內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖</p><p&g

63、t;　　光耦TLP250是一種可直接驅(qū)動小功率MOSFET和IGBT的功率型光耦，由日本東芝公司生產(chǎn)，其最大驅(qū)動能力達(dá)1.5A。TLP250驅(qū)動主要具備以下特征：</p><p>　　輸入閾值電流IF=5mA(max)；</p><p>　　電源電流ICC=11mA(max)；</p><p>　　電源電壓(VCC)=10～35V；</p><p

64、>　　輸出電流IO=±0.5A(min)；</p><p>　　開關(guān)時間tpLH/tpHL=0.5μs(max)。</p><p>　　選用TLP250光耦既保證了功率驅(qū)動電路與PWM脈寬調(diào)制電路的可靠隔離，又具備了直接驅(qū)動MOSFET的能力，驅(qū)動電路簡單。根據(jù)TPL250的數(shù)據(jù)手冊要求在2、3腳的電壓輸入必須為1.6v，5、8腳之間必修接104旁路電容使輸出均勻化，降低負(fù)

65、載需求。具體電路設(shè)計如圖3-9：</p><p>　　圖3-9 TLP250光耦隔離電路</p><p>　　3.3.2 PC817數(shù)據(jù)采集隔離</p><p>　　在進(jìn)行電流電壓采集和過壓保護(hù)時必須進(jìn)行隔離，防止強(qiáng)電流干擾控制模塊。因?yàn)锳D采集必須是模擬信號而不能使數(shù)字信號，所以在光耦選擇時本設(shè)計采用了線性光耦PC817。</p><p>

66、　　圖3-10 PC817內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　當(dāng)輸入端加電信號時，半導(dǎo)體二極管發(fā)出光線，照射在半導(dǎo)體光敏晶體管上，光敏晶體管接受光線后導(dǎo)通，產(chǎn)生光電流從輸出端輸出，從而實(shí)現(xiàn)了“電-光-電”的轉(zhuǎn)換。普通光電耦合器只能傳輸數(shù)字信號，不適合傳輸模擬信號。而PC817是一種新型的光電隔離器件，能夠傳輸連續(xù)變化的模擬電壓或電流信號，隨著輸入信號的強(qiáng)弱變化會產(chǎn)生互相對應(yīng)的光信號，從而使光敏晶體管的導(dǎo)通程度發(fā)生不同

67、的變化，輸出的電壓或電流也隨之產(chǎn)生不同變化。PC817光電耦合器在電路中不但可以起到反饋?zhàn)饔眠€可以起到強(qiáng)弱電隔離作用。</p><p>　　圖3-11 PC817集電極發(fā)射極電壓V 與發(fā)光二極管正向電流If關(guān)系圖</p><p>　　3.4數(shù)據(jù)采集、過壓反饋保護(hù)</p><p>　　3.4.1數(shù)據(jù)采集、過壓反饋方案設(shè)計</p><p>　　為

68、了實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的的過壓保護(hù)，本設(shè)計采用三端穩(wěn)壓TL431和PC817線性光耦構(gòu)成的過壓保護(hù)裝置。首先，對主電路的中IGBT的、與、之間的電壓采集，然后通過TL431限壓，再通過線性光耦PC817把電壓反饋到AD0832實(shí)現(xiàn)電壓采集，采集完成后把采集到的數(shù)據(jù)送給MC51處理。其工作原理：當(dāng)輸出電壓發(fā)生波動時，經(jīng)分壓電阻R35得到的取樣電壓就與TL431中的基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較，在陰極上形成誤差電壓，使光耦電流發(fā)生變化，這時候通過PC817隔離后經(jīng)

69、AD0832模數(shù)轉(zhuǎn)換后給MC51處理，當(dāng)主電路的電壓過大時，MC51就停止PWM輸出或改變PWM占空比從而達(dá)到過壓保護(hù)。</p><p>　　具體設(shè)計電路圖如圖3-12：</p><p>　　圖3-12 數(shù)據(jù)采集、閉環(huán)反饋電路設(shè)計圖</p><p>　　3.4.2 TL431介紹</p><p>　　TL431的電路圖形符號和基本接線如圖3-

70、13所示：</p><p>　　圖3-13 TL431基本符號圖</p><p>　　TL431相當(dāng)于一只可調(diào)式齊納穩(wěn)壓管，輸出電壓由外部精密分壓電阻來設(shè)定。其穩(wěn)壓原理為：當(dāng)UO上升時，取樣電壓也隨之升高，使> ，比較器輸出高電平，使VT導(dǎo)通，UO開始下降。反之，UO下降會導(dǎo)致下降，從而< ，使比較器再次翻轉(zhuǎn)，輸出變成低電平，VT截止UO上升。這樣的循環(huán)下去，從動態(tài)平衡的角度來

71、看，就迫使UO趨于穩(wěn)定，從而達(dá)到了穩(wěn)定的目的，并且 = 。</p><p>　　3.5穩(wěn)壓可調(diào)電源設(shè)計</p><p>　　因?yàn)橄到y(tǒng)需要的不同電壓值較多，且由于電機(jī)在正常工作時對電源的干擾很大，如果只用一組電源難以防止干擾，為此在設(shè)計時采用了兩組可調(diào)的穩(wěn)壓電源為系統(tǒng)控制單元和驅(qū)動單元單獨(dú)供電。</p><p>　　在設(shè)計時首先考慮到使用三端可調(diào)穩(wěn)壓集成芯片LM317

72、、和LM337。LM317系列穩(wěn)壓器輸出連續(xù)可調(diào)的正電壓，LM337系列穩(wěn)壓器輸出連續(xù)可調(diào)的負(fù)電壓，可調(diào)范圍為1.2V~37V，最大輸出電流為1.5A。穩(wěn)壓器內(nèi)部含有過流、過熱保護(hù)電路，具有安全可靠，性能優(yōu)良、不易損壞、使用方便等優(yōu)點(diǎn)。其電壓調(diào)整率和電流調(diào)整率均優(yōu)于固定式集成穩(wěn)壓構(gòu)成的可調(diào)電壓穩(wěn)壓電源。再利用LM7805、LM7905三端穩(wěn)壓芯片即可形成一個1.2V~18V可調(diào)和5V固定輸出的穩(wěn)壓電源。具體設(shè)計電路圖如下（圖3-13）當(dāng)

73、220V交流電壓經(jīng)過變壓器轉(zhuǎn)換成雙18V的交流電壓，利用B2整流橋?qū)崿F(xiàn)整流后，利用了3300uf大電容C1、C2整流，因?yàn)榇笕萘侩娊怆娙萦幸欢ǖ睦@制電感分布電感，易引起自激振蕩，形成高頻干擾，所以穩(wěn)壓器的輸入、輸出端常并入103瓷介質(zhì)小容量電容C3、C4用來抵消電感效應(yīng)，抑制高頻干擾，利用LM317、LM337穩(wěn)壓器實(shí)現(xiàn)18V和-18V可調(diào)，最后在經(jīng)過470uf電解電容C7、C8濾波后給LM7805、LM7905穩(wěn)壓后再通過C9、C10

74、濾波后輸出5V直流固定電壓。</p><p>　　圖3-14 穩(wěn)壓可調(diào)電源電路原理圖</p><p><b>　　4軟件設(shè)計</b></p><p>　　4.1 PWM實(shí)現(xiàn)方式方案論證</p><p><b>　　方案一：軟件延時 </b></p><p>　　基本思想：首先

75、預(yù)設(shè)占空比值D，再根據(jù)周期T分別給輸出端口置高電平M個單位時間，即。然后，在給輸出端口置低電平個單位時間，即。通過改變M和的值，就可實(shí)現(xiàn)改變占空比，從而實(shí)現(xiàn)對單片機(jī)調(diào)速。軟件延時雖然理論上實(shí)現(xiàn)起來較容易，但占用系統(tǒng)資源過多，使用不方便。</p><p><b>　　方案二：定時計數(shù)</b></p><p>　　基本思想：利用單片機(jī)定時器0中斷方式產(chǎn)生PWM脈沖，當(dāng)定時

76、器計數(shù)到設(shè)定時間后輸出端口實(shí)現(xiàn)高低電平轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)PWM輸出。此方案占用單片機(jī)資源比較少，使用較為簡單。</p><p>　　綜合兩個方案，本設(shè)計采用方案二。</p><p><b>　　4.2程序流程圖</b></p><p>　　系統(tǒng)程序?yàn)橐粋€主程序（包括若干功能模塊），中斷子程序，以及若干個子程序，共計三大部分構(gòu)成。按照任務(wù)的定義，每個功能

77、模塊都能完成某一明確的任務(wù)，實(shí)現(xiàn)具體的某個功能，如測量、計算、顯示、鍵盤掃描、輸出控制等。本設(shè)計的總程序設(shè)計流程圖及其部分主要子程序流程圖。如圖4-1 系統(tǒng)總體流程圖，如圖4-2 PWM輸出子程序流程圖，圖4-3 A/D0832數(shù)據(jù)采集流程。</p><p>　　圖4-1系統(tǒng)總體程序流程圖</p><p>　　圖4-2 PWM輸出流程圖</p><p>　　圖4-3

78、 A/D0832數(shù)據(jù)采集流程圖</p><p>　　4.3主要程序設(shè)計分析</p><p>　　4.3.1定時器0中斷服務(wù)函數(shù)</p><p>　　void timer0(void) interrupt 1 using 2</p><p>　　{ TR0=0;</p><p>　　Pro_Count++;

79、 輪轉(zhuǎn)次數(shù)加1</p><p>　　if (Pro_Count>Cycle) </p><p>　　Pro_Count=1;</p><p>　　if (Pro_Count<=Pro_High) 輸出高電平</p><p>　　Pwm_Out=0;</p><p>

80、;<b>　　else</b></p><p>　　Pwm_Out=1;</p><p>　　TH0=Th0; 重載定時器初始值</p><p><b>　　TL0=Tl0;</b></p><p><b>　　TR0=1;</b>&l

81、t;/p><p><b>　　}</b></p><p>　　4.3.2占空比調(diào)節(jié)函數(shù)</p><p>　　void Pwm_Set(uchar x)</p><p>　　{switch(x)</p><p>　　{ case 0:break;</p><p>　　case

82、 1: if(Pro_High<=900) Pro_High=Pro_High+100; 占空比加100</p><p><b>　　break;</b></p><p>　　case 2: </p><p>　　if(Pro_High<=990) Pro_High=Pro_High+10; 占空比

83、加10</p><p><b>　　break;</b></p><p>　　case 3:if(Pro_High<=999) Pro_High++; 占空比加1</p><p><b>　　break;</b></p><p>　　case 4:if(Pro_Hi

84、gh>=100) Pro_High=Pro_High-100; 占空比減100</p><p><b>　　break;</b></p><p>　　case 5:if(Pro_High>=10) Pro_High=Pro_High-10; 占空比減10 </p><p><b>　　break;&

85、lt;/b></p><p>　　case 6:if(Pro_High>0) Pro_High--; 占空比減1</p><p><b>　　break; </b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}&l

86、t;/b></p><p><b>　　5調(diào)試結(jié)果描述</b></p><p>　　調(diào)試過程,接5V直流電機(jī)，在不同占空比負(fù)載電壓、IGBT柵極和集電極電壓輸出情況和電機(jī)的轉(zhuǎn)動方向如下表5-1：</p><p>　　表5-1 5V直流電機(jī)的測試情況</p><p>　　從上表可知：當(dāng)占空比為50%電機(jī)停轉(zhuǎn)，隨著占空

87、比的增加或減少電機(jī)轉(zhuǎn)速也越來越快。通過改變占空比即可實(shí)現(xiàn)對直流電機(jī)的調(diào)速。</p><p><b>　　6經(jīng)濟(jì)分析</b></p><p>　　無刷直流調(diào)速系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于社會生活的各個領(lǐng)域，如家電、汽車、材料、電力。直流電機(jī)憑借其良好的啟動、制動性能，在金屬切削機(jī)床、軋鋼機(jī)、海洋鉆機(jī)、挖掘機(jī)、造紙機(jī)、礦井卷揚(yáng)機(jī)、電鍍、高層電梯等需要廣泛范圍內(nèi)平滑調(diào)速的高性能可控電力拖

88、動領(lǐng)域中仍得到了廣泛的應(yīng)用。</p><p>　　系統(tǒng)以廉價的MC51單片機(jī)為控制核心，以直流電機(jī)為控制對象。從系統(tǒng)的角度出發(fā)，對電路進(jìn)行總體方案論證設(shè)計，確定電路各個的功能模塊之間的功能銜接和接口設(shè)置，詳細(xì)分析了各個模塊的方案論證和參數(shù)設(shè)置。整個系統(tǒng)利用51單片機(jī)的定時器產(chǎn)生10K左右的PWM脈沖，通過帶有功率驅(qū)動作用的TLP250光耦實(shí)現(xiàn)控制單元與驅(qū)動單元的強(qiáng)弱電隔離，采用2片IGBT和MOSFET等一類電壓

89、型功率開關(guān)管專用驅(qū)動芯片IR2110，驅(qū)動IGBT—FGA25N120構(gòu)成的H橋電路實(shí)現(xiàn)對直流電機(jī)的調(diào)速，利用TL431、線性光耦PC817和AD0832構(gòu)成的電壓采集單元實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的閉環(huán)控制，提高整個系統(tǒng)的智能化、自動化水平，為工業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用提供可能。</p><p><b>　　7結(jié)論</b></p><p>　　本次論文要求直流無刷調(diào)速系統(tǒng)以單片機(jī)為核心以永磁無刷直

90、流電機(jī)為控制對象的調(diào)速系統(tǒng)。系統(tǒng)給定轉(zhuǎn)速由鍵盤輸入，并能實(shí)時顯示轉(zhuǎn)速，可實(shí)現(xiàn)電機(jī)的高頻快速起動，設(shè)置了電流采樣電路，與速度反饋電路組成雙閉環(huán)系統(tǒng)，要求利用硬件電路和軟件控制來實(shí)現(xiàn)上述功能。</p><p>　　本設(shè)計在指導(dǎo)老師和身邊同學(xué)的共同努力下，經(jīng)過13周畢業(yè)設(shè)計完成了MC51控制單位、光耦隔離、IR2110驅(qū)動電路、IGBT H橋電路、A/D數(shù)據(jù)采集單元的電路方案設(shè)計、參數(shù)計算、軟件編寫、整體調(diào)試，但是離真

91、正的工程推廣和工業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用還有很多的工作要完成。</p><p>　　現(xiàn)代電機(jī)控制的發(fā)展，一方面要求提高性能、降低損耗、減少成本，另一方面又不斷地有技術(shù)指標(biāo)及其苛刻特殊應(yīng)用系統(tǒng)要求。隨著微電子技術(shù)、電力電子技術(shù)和計算機(jī)技術(shù)，集成電路制作工藝的飛速發(fā)展，以及控制理論地完善、仿真工具地日漸成熟，給電機(jī)控制行業(yè)帶來了很多機(jī)遇和反展契機(jī)。使用高性能的微機(jī)解決電機(jī)控制器不斷增加的計算量和速度要求，使其功能強(qiáng)大、維修方便、適

92、用范圍廣又非常經(jīng)濟(jì)。而想要達(dá)到這樣的要求就必須不斷創(chuàng)新不斷改進(jìn)。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 姚洪江.基于全數(shù)字直流調(diào)速系統(tǒng)地研究.http：</p><p>　　//59.77.139.83/kns50/detail.aspx?QueryID=3&CurRec=21，2000-06/200

93、8-06.</p><p>　　[2] 劉剛力.全數(shù)字化雙閉環(huán)可逆直流PWM調(diào)速系統(tǒng)研究.http:</p><p>　　//59.77.139.83/kns50/detail.aspx?QueryID=3&CurRec=174，2000-06/2008-06.</p><p>　　[3] 張方.電機(jī)及拖動基礎(chǔ).北京:中國電力出版社，2008年4月.<

94、/p><p>　　[4] 楊紅玉，趙冬梅.利用PCI-1780實(shí)現(xiàn)直流電動機(jī)PWM調(diào)速.機(jī)電產(chǎn)品開發(fā)與創(chuàng)新，2008，02.</p><p>　　[5] 王志良.電力電子新器件及其應(yīng)用技術(shù).北京：國防工業(yè)出版社，1995年.</p><p>　　[6] 吳守箴，戚英杰.電氣傳的脈寬調(diào)制控制技術(shù).北京：機(jī)械工業(yè)出版社.</p><p>　　[7]

95、賈玉瑛，王臣.基于單片機(jī)控制的PWM直流調(diào)速系統(tǒng).包頭鋼鐵學(xué)院學(xué)報，2005年.</p><p>　　[8] 康華光，鄒壽彬.電子技術(shù)基礎(chǔ)(數(shù)字部分第四版).北京：高等教育出版社，2004年.</p><p>　　[9] 三恒星科技.MCS 51單片機(jī)原理與應(yīng)用實(shí)例.北京：電子工業(yè)出版社，2008年1月.</p><p>　　[10] International R

96、ectifier. FGA25N120 Data Sheet. http: //www.21ic. com..</p><p>　　[11] 張波.SG3525A控制的直流電機(jī)脈寬調(diào)速裝置.電氣制造，2006年第七期.</p><p>　　[13] International Rectifier. FR107 Data Sheet. http: //www.21ic. com..</

97、p><p>　　[14] Boudreaux R R，Nelms R M，Hung John Y. Simulation and Modeling of a DC – DC converter controlled by an 8 – bit microcontroller. IEEE-APEC.2，1997.</p><p>　　[15] 楊岳峰，張奕黃.IGBT的瞬態(tài)保護(hù)和緩沖電路[J]

98、.電機(jī)電器技術(shù)，2003，(3).</p><p>　　[16] 李先祥，冼凱儀.基于PWM控制的直流電機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計.佛山科學(xué)技術(shù)學(xué)院學(xué)報，2000.18(3).</p><p>　　[17] 何鳳有，等.IGBT模塊的驅(qū)動和保護(hù)技術(shù)[J].電器開關(guān)，2003，(4).</p><p>　　[18] International Rectifier. IR2110

99、 /IR2113 Data Sheet. http: //www.21ic. com.</p><p>　　[21] International Rectifier TLP250 Data Sheet. http: //www.21ic. cm..</p><p>　　[22] International Rectifier PC817 Data Sheet. http: //www.21