PWM直流脉宽调速系统毕业设计方案.doc

摘 要以电力电子学和电机调速技术为基础，本文设计了一个基于直流脉宽调速控制技术直流电机调速系统。为了得到很好动静态性能，该控制系统采取了双闭环控制，同时速度调整器和电流调整器全部选择PI调整器。本调速系统采取半桥型电路作为主电路,它相当于降压斩波电路和升压斩波电路串联组合,选择全控型器件IGBT作开关器件。控制电路以集成PWM控制器SG3525为关键,3525输出脉宽调制信号经LM1413放大后作为IGBT驱动信号。试验证实本调试系统直流电压大小调整和电机可逆运行实现很方便，并含有较硬静特征和机械特征。 关键词: 升/降压斩波电路；SG3525；直流脉宽调速AbstractOn the basis of Power Electronic and electric motor speed adjusting technology, the calibrator designs a speed adjusting system in which Pulse Width Modulation (PWM) controlling technology is used to control D.C. motor. Dual closed loop controlling technic is alse adopted so that the sysetem has satisfactory steady-state and dynamic characters. The system uses single chip micro computer as an auxiliary unit.Insulated Gate Bipolar Transistor (IGBT) is selected as power semiconductor on-off element in the system The thesis explains the principle of PWM controlling. The special integrated PWM controller-SG3525 which can help us realize PWM control easily is elaborated , this chips internal structure and its peripheral circuit are analyzed, and its applying example in this system is given.Key words: Boost/Buck chopper；SG3525；DC Pulse Width speed control目录摘要IIIABSTRACTIV第1章引言11.1 直流拖动系统112调速系统性能指标11.3课题起源21.4文件综述31.5直流电机参数5第2章 PWM直流调速系统总体介绍和主电路原理62.1 电路组成及系统分析62.2主电路工作原理62.3主电路组成8第3章 PWM控制电路1031 PWM基础原理1032 PWM理论基础1133 PWM实现方法1234直流电机PWM控制技术13第4章 转速调整器和电流调整器设计184.1 PID调整器基础原理184.2速度调整器ASR194.3电流调整器ACR204.4触发输入及保护装置（CSR）214.5 PWM波形发生器244.6电流检测244.7给定单元24致谢25参考文件26第1章 引言在现代科学技术革命过程中，电气自动化在20世纪后四十年曾进行了两次重大技术更新。一次是元器件更新，即以大功率半导体器件晶闸管替换传统变流机组，以线形组件运算放大器替换电磁放大器件。后一次技术更新关键是把现代控制理论和计算机技术用于电气工程，控制器由模拟式进入了数字式。在前一次技术更新中，电气系统动态设计仍采取经典控制理论方法。以后一次技术更新是设计思想和理论概念上一个飞跃和质变，电气系统结构和性能亦随之改观。在整个电气自动化系统中，电力拖动及调速系统是其中关键部分。现代电力拖动控制系统全部是由惯性很小晶闸管、电力晶体管或其它电力电子器件和集成电路调整器等组成。经过合理简化处理，整个系统通常全部能够用低阶近似。而以运算放大器为关键有源校正网络（调整器），和由 R、C等元件组成无源校正网络相比,又能够实现更为正确百分比、微分、积分控制规律,于是就有可能将多种多样控制系统简化和近似成少数经典低阶系统结构。假如事先对这些经典系统作比较深入研究,把它们开环对数频率特征看成预期特征,搞清楚它们参数和系统性能指标关系,写成简单公式或制成简明图表,则在设计实际系统时,只要能把它校正或简化成经典系统形式,就能够利用现成公式和图表来进行参数计算,这么,就建立了工程设计方法可能性。1.1 直流拖动系统直流电动机转速和其它参量之间稳态关系可表示为 式中 n转速（r/min）；U电枢电压 （V）；I电枢电流 （A）；R电枢回路总电阻（ ）；励磁磁通（wb）；Ke由电机结构决定电动势常数。由上式能够看出，调整电动机转速有三种方法： 1）调整电枢供电电压U:即保持 R和不变，经过调整U来调整n，是一个大范围无级调速方法。2）减弱励磁磁通:即保持和U不变，经过降低 来升高 n，是一个小范围无级调速方法。3）改变电枢回路电阻R:即保持U和不变，经过调整R来调整 n，是一个大范围有级调速方法。 对于要求在一定范围内无级平滑调速系统来说，以调整电枢供电电压方法为最好。改变电阻只能实现有级调速；减弱磁通即使能够平滑调速，但调速范围不大。1.2调速系统性能指标 1.稳态性能指标 1)调速范围 生产机械要求电动机提供最高转速和最低转速之比叫调速范围，用字母 D表示 ，即其中和 通常全部指电动机额定负载时转速，对于少数负载很轻机械，比如精密磨床，也可用实际负载时转速。在直流电机调压调速系统中，常以电动机额定转速为最高转速 。 2)静差率 当系统在某一转速下运行时负载由理想空载增加到额定值所对应转速降落n，和理想空载转速 n之比，称作静差率，即显然，静差率是用来衡量调速系统在负载改变下稳定度。它和机械特征硬度相关，特征越硬，静差率越小，转速稳定度就越高。然而，静差率和机械特征硬度又是有区分。静差率不仅和转速降落相关，还和理想空载转速大小相关 。2.动态性能指标 调速系统动态性能指标包含跟随性能指标和抗扰性能指标两类。 1) 跟随性能指标 在给定信号(或称参考输人信号)R (t)作用下，系统输出量 C(t)改变可用跟随性能指标来描述通常使用阶跃响应性能指标，即以输出量初始值为零，给定信号阶跃改变下过渡过程为经典跟随过程。通常期望在阶跃响应中输出量C(t)和其稳态值 偏差越小越好，达成 C时间越快越好。具体指标有下列几项:(1)上升时间 在经典阶跃响应跟随过程中，输出量从零起第一次上升到稳态值 C所经过时间称为上升时间。它表示动态响应快速性。 (2)超调量 在经典阶跃响应跟随过程中，输出量超出稳态值最大偏离量和稳态值之比，用百分数表示，叫做超调量 :超调量反应系统相对稳定性。超调量越小，则相对稳定性越好，即动态响应比较平稳。(3)调整时间t, 调整时间又称过渡过程时间，它衡量系统整个调整过程快慢。定义为从加输人量时刻起，到输出量进人其稳态值误差带(通常取 5%或2%)，响应曲线达成且不再超出该误差带所需最短时间。2) 抗扰性能指标 稳定调速系统在运行中，假如受到扰动，经历一段动态过程后，能达成新稳态，除了稳态误差以外，在动态过程中输出量改变有多少?在多长时间内能恢复稳定运行?这些问题标志着调速系统抗扰能力。通常以系统稳定运行中突加一个使输出量降低负扰动 N以后过渡过程作为经典抗扰过程。1.3课题起源现在，直流调速技术研究和应用已达成比较成熟地步，尤其是伴随全数字直流调速出现，更提升了直流调速系统精度及可靠性。现在中国各大专院校，科研单位和厂家也全部在开发直流调速装置，但大多数调速技术全部是结合工业生产中，而在民用中应用相对较少，所以应用已经有成熟技术开发性能价格比高，含有自主知识产权直流调速单元，将有宽广应用前景。直流斩波电路原理试验和直流电机PWM调速试验全部是电力电子技术课程要求必需开设试验。本课题是应生产教仪厂家需要,研制开发出一套控制平滑、稳定、经济、实用、简便、可靠性高、操作方便直流调速控制挂箱以供大中专院校试验教学之用,利用该挂箱设备能够进行试验项目有: 降压斩波电路试验升压斩波电路试验可逆直流PWM调速试验，实现了斩波试验电路和可逆PWM调速试验电路兼容。1.4文件综述1.4.1 PWM直流调速系统研究直流电动机因其能够方便地经过改变电枢电压和励磁电流实现宽范围调速而得到广泛应用调整电枢串联电阻来改变电枢上电压，是最经典直流电机调速方法，有相当部分电能消耗在所串联电阻上，很不经济。80年代，以晶闸管为功率开关器件斩波调速器以其无级、高效、节能而得到大力推广但晶闸管斩波调速器不足之处是晶闸管一旦被触发，其关断必需依靠换流电容和换流电感振荡产生反压来实现换流电容和电感增加了装置成本，也增加了换流损耗；电源电压下降还会造成换流失败，使系统可靠性降低；另外，因为晶闸管开、关时间比较长，加上存在换流步骤，使得斩波器工作频率不能太高(通常在300Hz以下)，电机上力矩脉动和电流脉动比较严重。所以直流斩波调速呼叫快速自关断器件。于是90年代出现了以IGBT为代表，含有自关断能力并可在高速下工作功率器件作为开关元件PWM直流调速系统成为更为优异直流调速方案2。伴随电力电子技术发展和新型电力电子器件不停涌现，直流PWM 驱动技术多年来发展愈加快速，由其组成调速系统也已成为现代调速系统佼佼者，受到越来越多电气控制技术人员重视。传统PWM 直流传动系统常采取主功率元件通常为功率晶体管(GTR)，伴随驱动对象日益复杂和系统性能及可靠性逐步提升，采取场控器件- - 绝缘栅双极型晶体管(IGBT)逐步增多，这里就是采取IGBT作为主电路控制元件。1.4.2 PWM直流调速系统设计理论分析基于80Cl96KC控制双闭环直流调速系统电路。关键由电机转速、电流检测电路；转速、电流双闭环单片机PI数字调整器；功率调整电路；直流电机；保护电路等组成，系统硬件关键由80C196KC单片机、外部存放器、驱动芯片TC787、光电编码器、8279键盘显示电路等组成。实现显示、命令输入、循环检测、过压过流保护及软件PI调整功效。80C196KC单片机是INTEL企业新一代高性能、低功耗l6位单片机，含有丰富软硬件资源和较强抗干扰能力，它是MCS96系列芯片中第三类产品，内含AD转换。含有四个高速输入口和六个高输出口 。含有以下显著特点：算术逻辑单元采取寄存器一寄存器结构，消除了通常CPU中存在累加器瓶颈效应，提升了操作速度和数据吞吐能力；采取垂直窗口技术，大大加速了程序运行速度和精简了程序结构。在中止服务程序或子程序中，其优点尤其显得突出。增添了新256字节寄存器，使得每个服务程序全部可能拥有自已寄存器组，而在服务程序人口和出口处，能够用简单垂直窗口切换替换常见人栈和出栈指令。含有外设事务服务器，能有效地处理中止事务。外设事务服务器PTS(Peripheral Transaction Serve)对中止能提供一个类似直接存放器访问DMA(Direct Memory Access)响应，CPU 开销比通常中止响应少得多。本系统中，对转速测量、AD转换、闭环运算和发触发脉冲，全部对实时性要求很高，鉴于以上特点，80C196KC能够满足系统要求，并极大地提升了系统运行可靠性及控制策略灵活性，同时也将提升系统控制精度。 双闭环直流调速系统引入80C196KC单片机控制后，整个系统硬件结构简单、运算速度快、逻辑判定能力强，静动态特征良好，抗负载及电网电压扰动能力强，稳速精度高，节省了设备投资、提升了设备利用率，在自动控制系统试验和科研和工业电力拖动装置改造等方面含有很好应用价值13。 基于模拟电路仿真双闭环直流调速系统课程设计。介绍了一个基于模拟电路仿真试验平台实现双闭环直流调速系统课程设计方法，该方法利用计算机完成试验数据采集、存放和计算处理，依据试验结果能够正确直观地分析转速一电流双闭环调速系统起动过程及动态抗扰性能，可方便地设计多种不一样调整器参数及控制策略并分析其对系统性能影响，取得了很好教学效果。该方法亦可用于对其它类型自控系统分析设计。利用模拟电路仿真试验平台实现双闭环直流调速系统课程设计，生动直观地再现了调速系统起动过程及抗扰过程，说明了调整器相关设计问题，将抽象理论问题变得直观易懂，取得了很好教学效果，该方法一样适适用于学生学习设计其它多种自动控制系统。 基于MATLAB双闭环可逆直流调速系统仿真研究。对双闭环无环流可逆直流调速系统进行了计算机仿真研究。双闭环可逆直流调速系统是一个复杂自动控制系统，在设计和调试过程中有大量参数需要计算和调整。利用传统设计方法工作量大，系统调试困难。伴随计算机技术发展，在软件和硬件方面提供了良好设计平台。该文利用MATLAB软件建立了调速系统仿真模型。在建立系统计算机仿真模型时，因为系统复杂，首先利用MATLAB子系统模块将主电路和触发电路封装成一个子系统；然后将子系统和其它模块一起组成整个调速系统仿真模型。利用SLMULINK中仿真功效对系统进行了仿真，仿真结果证实了该方法可行性、合理性。利用仿真技术能够很大程度地降低双闭环可逆直流调速系统设计和调试强度。 另外还有由单片微机控制IGBT-PWM直流调速系统11。单片微机因为体积小，重量轻，功效全，价格廉价，在电气传动实时控制系统中越来越受到重视和普遍应用。利用单片微机逻辑功效强和软件灵活优点，不仅可使很多控制硬件软件化，且便于参数设定和调整，同时能够对系统工作中多种信息数据作诊疗，检洲并立即处理，加强实时维护和提升控制系统可靠性。由单片微机控制IGBT-PWM调速系统是一个新型控制系统，因为IGBT是一个高频垒控型器件，可方便地控制其通断，所以由它组成控制系统除结构简单外，更含有开关频率高、主回路脉动成份系统采取单闭环结构，省去了电流环，而电流环作用则由反电势跟踪控制来替换。使系统在动态过程中输出最大电流，以加紧过渡过程。因为用单片微机实现了全数字控制。它不仅简化了系统结构，而且使系统含有良好动静态特征。因为调速系统采取了徽机控制，使系统结构得以简化，且系统参数可调，使系统得动静态特征得以优化。1.4.3 怎样设计好PWM直流调速系统 在转速百分比控制系统中，提升放大器电压放大倍数，只能减小静差，而不能消除静差。要想消除静差，就必需在放大器中增加一个积分步骤，使放大器变成百分比积分(PI)控制器。PI反馈网络是由部分电阻和电容组成线性网络。其中有一个可变电阻器和一个可变电容器。可变电阻器用于PI控制器百分比度值调整。可变电容器用于P1控制器积分时间调整。在转速PI控制系统中，只要有静差存在，积分步骤就要工作，一直到静差为0时，积分步骤才停止工作。积分步骤能完全消除静差。 在生产实际中会出现这么现象：即使转速偏差绝对值不大，不过它改变速度却很快。PI控制对于这么偏差(动偏差)控制力度很小。所以，这个快速改变偏差很快就会造成很大偏差。等到大偏差出现后，再来实施控制，已经为时过晚，这么肯定会使控制精度大幅度地下降。为了立即消除这种快速改变转速偏差，必需在PI控制器中再引进一个微分(D)步骤使PI控制器变成PID控制器。具体作法是：在PI控制器反馈网络中再增加一个微分步骤就能够了。在微分步骤中设置一个可变电容器，用来调整微分时间值。将PI控制系统中PI控制器换成PID控制器，就成了转速PID控制系统。当绝对值很小而改变速度很快转速偏差出现后，PID控制器中微分步骤就会输出一个很大控制电压，来提前对转速作对应大幅度调整，这么就避免了以后大速度偏差出现，使控制精度大幅度地提升。对于PID控制器，能够用工程整定方法确定出一组最好百分比度、积分时间和微分时间值，使转速控制达成最好效果这时，转速最大超调量最小，调整时间最短。或说，此时控制精度最高，控制速度最快1.5直流电机参数 直流并励电动机 型号：ZYDJ04 功率：PN=150W 电枢电压：UN=220V 电枢电流：IN=1.06A 测速发电机： 48V/2400r/min第2章 PWM直流调速系统总体介绍和主电路原理2.1电路组成及系统分析直流脉宽调速电路原理图图2.1所表示,其中直流斩波电路可看成降压型变换器和升压型变换器串联组合,采取IGBT(800V/5A)作为自关断器件,二极管（2ZCP12）续流，利用集成脉宽调制控制器SG3525产生脉宽调制信号作为驱动信号,由两个IGBT及其反并联续流二极管组成。IGBT为 GT25Q10 。直流并励电动机型号 ZYDJ04 。图中PN =150W; UN=220V; IN=1.06A 。2.2主电路工作原理三相127V交流电经桥式整流电路,所选择二极管型号为 2CP12 滤波电路变成直流电压加在P、N两点间，直流斩波电路上端接P点，下端接N点，中点公共端（COM）（图2.1所表示）。若使COM端和电机电枢绕组A端相接,B端接N,可使电机正转。若T2截止，T1周期性地通断，在T1导通Ton时间内，形成电流回路P-T1- A-B-N，此时VAB0,IAB0;在T1截止时因为电感电流不能突变,电流IAB经D2续流形成回路为A-B-D2-A,仍有VAB0,IAB0，电机工作在正转电动状态（第一象限），T1,D2组成一个Buck变换器。若T1截止,T2周期性地通断,在T2导通Ton时间内，形成流回路A-T2-B-A;在T2截止时,因为电感电流不能突变,电流IAB经D1续流形成回路为A-D1-P-N-B-A,此时VAB0,IAB0,电机工作在正转制动状态（第二象限）,T2，D1组成一个 Boost变换器。只要改变T1,T2导通时间Ton大小即改变给T1,T2所加门极驱动动信号脉冲宽度即可改变VAB和IAB大小调控直流电动机转速和转矩。若使COM端和电机电枢绕组A端相接，B端接N,可使电机工作在正转电动或制动状态（,象限），若使 COM端和B相接而A端接N,可使电机工作在反转电动或制动状态（，象限）。（正转或反转状态电机电枢绕组连接经过状态开关进行切换）。这么仅用两个开关器件就可实现电机四象限运行。电机转速经测速发电机和FBS(转速变换器）输出到ASR(转速调整器)，作为ASR输入并和给定电压比较，组成系统外环,ASR输出作为ACR(电流调整器)输入并和主电路电流反馈信号进行比较作为系统内环。因为电流调整器输出接到SG3525第2脚,R2为限流电阻，所以要求电流调整器再经过一个反号器输出电压极性必需为正，转速调整器输出作为电流调整器给定则又要求其输出电压信号为正, 最终转速调整器给定选择了负极性可调电压,图2.1所表示。ASR和ACR均采取PI调整器，利用电流负反馈和速度调整器输出限幅步骤作用,使系统能够快速起制动,突加负载动态速降小,含有很好加速特征。 图2.1电路总图2.3主电路组成本试验电路中主电路部分由直流电源、两个IGBT管组成，可看成降压型变换器和升压型变换器串联组合，下面结合H型桥式可逆直流PWM调速电路图来对降压、升压斩波电路进行介绍。2.3.1降压斩波电路和电机电动状态图2.2中假如一直保持T4导通、T3关断（则图2.3所表示），并使T2截止、T1周期性地通断，在T1导通Ton时间内，vAB=vPN0,iAB0; 在T1截止Toff时间内，因为电感电流不能突变，iAB经D2续流，vAB=0，A、B两端电压平均值VAB=Ton VPN/(Ton+Toff)=VPN,为占空比。可见在图2.3中当T2截止时由T1、D2组成了一个降压斩波电路，iAB0，vAB0，电机工作在正向电动状态。图2.3 半桥变换电路图2.2 H型桥式变换电路2.3.2升压斩波电路和电机制动状态图2.3中若T1截止、T2周期性地通断，在T2导通Ton时间内，vAB= 0, iAB0;在T2截止Toff时间内，因为电感电流不能突变，电流iAB经D1续流，vAB=vPN，A、B两端电压平均值VAB= ToffVPN/(Ton+Toff)=（1）VPN,可见当T1截止时由T2、D1组成了一个升压斩波电路，vAB0, iAB0，电机工作在正向制动状态，将电能回送给直流电源。2.3.3半桥电路和电机电动和制动运行状态由上述分析可知，在图2.3所表示半桥电路中，若T2截止、T1通断转换时由T1、D2组成了降压斩波电路，电机工作在正向电动状态；若T1截止、T2通断转换时由T2、D1组成了升压斩波电路，电机工作在正向制动状态。在图2.2中假如一直让T2导通、T1断开则类似地，当T4截止时，由T3、D4组成了降压斩波电路，电机工作在反向电动状态；当T3截止时，由T4、D3组成了升压斩波电路，电机工作在反向制动状态。2.3.4电机可逆运行实现由以上对可逆H桥电路分析可知，电机正反转是经过两个半桥电路即两套升/降压斩波电路交替工作来实现，（正转时由T1、T2组成半桥电路工作，反转时由T3、T4组成半桥电路工作）。所以设计出一个半桥型可逆PWM调速电路，即用一套升/降压斩波电路经过一个转换开关切换既可用于电机正转也可用于电机反转,它和H桥电路相比节省了两个开关器件，而且大大简化了电路，状态开关连接图2.4所表示，当A接COM, B接N时，电机正转（工作在、象限），当A接N，B接COM时，电机反转（工作在、象限）。图2.4 转换开关连接图 第3章 PWM控制电路PWM（Pulse Width Modulation）控制脉冲宽度调制技术，经过对一系列脉冲宽度进行调制，来等效地取得所需要波形（含形状和幅值）。 PWM控制技术在逆变电路中应用最广，应用逆变电路绝大部分是PWM型，PWM控制技术正是有赖于在逆变电路中应用，才确定了它在电力电子技术中关键地位。 3.1 PWM基础原理PWM是经过控制固定电压直流电源开关频率，从而改变负载两端电压，进而达成控制要求一个电压调整方法。PWM能够应用在很多方面，如电机调速、温度控制、压力控制等。在PWM驱动控制调整系统中，按一个固定频率来接通和断开电源，并依据需要改变一个周期内“接通”和“断开”时间长短。经过改变直流电机电枢上电压“占空比”来改变平均电压大小，从而控制电动机转速。所以，PWM又被称为“开关驱动装置”。图3.1所表示，在脉冲作用下，当电机通电时，速度增加；电机断电时，速度逐步降低。只要按一定规律，改变通、断电时间，即可让电机转速得到控制。设电机一直接通电源时，电机转速最大为Vmax，设占空比为D=t1/T，则电机平均速度为式中Vd电机平均速度Vmax电机全通电时速度（最大）D=t1/T占空比由公式（2）可见，当我们改变占空比D=t1/T时，就能够得到不一样电机平均速度Vd，从而达成调速目标。严格地讲，平均速度Vd和占空比D并不是严格线性关系，在通常应用中，能够将其近似地看成线性关系。图3.1 电枢电压“占空比”和平均电压关系图Vd=VmaxD3.2 PWM理论基础 冲量相等而形状不一样窄脉冲加在含有惯性步骤上时，其效果基础相同。冲量指窄脉冲面积。效果基础相同，是指步骤输出响应波形基础相同。低频段很靠近，仅在高频段略有差异。 图3.2形状不一样而冲量相同多种窄脉冲 面积等效原理： 分别将图3.1所表示电压窄脉冲加在一阶惯性步骤（R-L电路）上，图3.2a所表示。其输出电流i(t)对不一样窄脉冲时响应波形图3.2b所表示。从波形能够看出，在i(t)上升段，i(t)形状也略有不一样，但其下降段则几乎完全相同。脉冲越窄，各i(t)响应波形差异也越小。假如周期性地施加上述脉冲，则响应i(t)也是周期性。用傅里叶级数分解后将可看出，各i(t)在低频段特征将很靠近，仅在高频段有所不一样。 图3.3 冲量相同多种窄脉冲响应波形 用一系列等幅不等宽脉冲来替换一个正弦半波，正弦半波N等分，看成N个相连脉冲序列，宽度相等，但幅值不等；用矩形脉冲替换，等幅，不等宽，中点重合，面积（冲量）相等，宽度按正弦规律改变。 SPWM波形脉冲宽度按正弦规律改变而和正弦波等效PWM波形。 图3.4用PWM波替换正弦半波 要改变等效输出正弦波幅值，按同一百分比改变各脉冲宽度即可。 PWM电流波： 电流型逆变电路进行PWM控制，得到就是PWM电流波。 PWM波形可等效多种波形： 直流斩波电路：等效直流波形 SPWM波：等效正弦波形，还能够等效成其它所需波形，如等效所需非正弦交流波形等，其基础原理和SPWM控制相同，也基于等效面积原理。3.3 PWM实现方法PWM信号产生通常有两种方法：一个是软件方法；另一个是硬件方法。硬件方法实现已经有很多文章介绍，这里不做赘述。本文关键介绍利用单片机对PWM信号软件实现方法。MCS-51系列经典产品8051含有两个定时器T0和T1。经过控制订时器初值T0和T1，从而能够实现从8051任意输出口输出不一样占空比脉冲波形。因为PWM信号软件实现关键是单片机内部定时器，而不一样单片机定时器含有不一样特点，即使是同一台单片机因为选择晶振不一样，选择定时器工作方法不一样，其定时器定时初值和定时时间关系也不一样。所以，首先必需明确定时器定时初值和定时时间关系。假如单片机时钟频率为f，定时器计数器为N位，则定时器初值和定时时间关系为:式中，TW定时器定时初值；N一个机器周期时钟数。N伴随机型不一样而不一样。在应用中，应依据具体机型给出对应值。这么，我们能够经过设定不一样定时初值TW，从而改变占空比D，进而达成控制电机转速目标。3.4 直流电机PWM控制技术 因为控制对象是直流电机，本系统选择了等脉宽PWM法对电机电压进控制。这么一来，对电机转速控制就变成了对电枢电压控制，PWM控制任务就简单变成了调压，省去了调频内容。图3.5给出了直流电机PWM控制原理电路及输出电压波形图。在图中，控制程序设计假定晶体管 V先导通T1秒，这个期间电压Ud全部加到电枢上(假如忽略 V上管压降)，然后关断 T2秒，这个期间电枢两端电压为零。如此反复，则电枢端电压波形图中(b)所表示 。电枢两端电压平均值为: 图3.5直流电机PWM控制原理电路（a）电枢端电压波形（b） a为一个周期T中，晶体管V导通时间时间比率，称为负载率或占空比。变a即可改变电枢两端电压。使用下面三种方法中任何一个，即可改变达成调压目标:(1) T1保持一定，T2改变。(2) T2保持一定，T1改变。 (3) T保持一定，T1改变。3.4.1 SG3525结构 控制电路以SG3525为关键组成，它采取 恒频脉宽调制控制方案,适合于多种开关电源，斩波器控制。其内部包含精密基准源、锯齿波振荡器、误差放大器、比较器、分频器等，并含有欠压锁定电路,闭锁控制电路和软起动电路。SG3525采取16引脚标准DIP封装。其各引脚功效图3.6所表示，内部框图图3.7所表示。 图3.6 SG3525引脚 图3.7 SG3525内部结构图 3.4.2 工作原理 SG3525 为频率固定脉宽可调集成PWM控制器，其内部原理由基准电压Uref、振荡器G 、误差放大器比较器DC 、PWM锁相器、分相器、欠电压锁定器、输出极、软开启及关闭电路等组成 其中：输入电压 Uccl 、 基准电压Uref和输出电压Uccl 可在 8 35V范围改变通常可用 + l5 V. Uref是一AE 个标准三端稳压器，有温度赔偿，精度可达 I51 +1)V。它即是内部电路供电电源，也可为芯片外围电路提供标准电源，输出电流可达40 mA ，有电流保护功效；振荡器G 由一个双门限比较器、一个恒流电源及电容充放电电路组成 。Cr恒流充电，产生一锯齿波电压，锯齿波峰点电平为3. 3 V ，谷点电平为0.9 V ，锯齿波上升边对应Cr充电，充电时间 t1(参见图3) 决定于RtCr ；锯齿波下降边对应Cr放电，放电时间t2决定于RdCr。锯齿波频率由下式决定 f= 1(t1+t 2) = 1【Cr0.67 Rt+ 13RRd】 因为双门限比较器门限电平由基准电压分压取得，而且给Cr充电恒流源对电压及温度改变稳定性很好，故Uccl在 8 35 V 范围改变时，锯齿波频率稳定度可达 1；当温度在一55 125 qc范围内改变时，其频率稳定度为3。振荡器G 对应于锯齿波下降进输出一时钟信号(CP 脉冲)，其宽度为t2故调整Rd 即可调整CP 脉冲宽度，由后面叙述可知，这个CP 脉宽决定了两输出口I、II输出脉冲之问最小时间间隔，即死区td所以调整Rd就可调整死区td，Ro越大，死区越大。振荡器还设有外同时输入端3脚，在3脚加直流或高于振荡器频率脉冲信号，可实现对振荡器外同时；误差放大器AE 其直流开环增量为70dB。同相输入端接基准电压或其分压值，反馈电压信号接反相输入端。依据系统动态、静态特征要求，可在9 脚和 1脚之间接入合适反馈电路网络，如百分比积分电路等；比较器DC和PWM锁存器误差放大器输出电压U加至比较器DC反相端，振荡器输出锯齿波电压U + 加于同相端，比较器DC 输出一PW M 信号，该PW M 信号经锁存器锁存，以确保在锯齿被一个周期内只输出一个PW M 脉冲信号；分相器是一个T 触发器，每输入一个cP 脉冲，则 Q 翻转一次 。所以分相器输出是一个方波信号，其频率为锯齿波频率 12。此方波信号加至输出级两组门电路输入端 B ；当电源电压t 7 V 时，欠电压锁定器输出一高电平，加至输出级门电路输入端 A ，同时也加到关闭电路输入端，以封锁输出；输出级两组输出级结构相同，每一组上侧为“或非”门，下侧为“或”门，有A.B.C.D四个输入端，D端输入PWM脉冲信号。端输入分相器输出Q (或Q ) 信号，C端输入CP 脉冲信号，A 端输入欠电压锁定信号。设输出信号为 P 和 P，则P =a+b+c+d ,P=A +B+ C + D。P和 P分别驱动输出级上、下个晶体管。两个晶体管组成图腾柱结构，使输出级既可向负载提供电流 又可吸收负载电流 。 设计IGBT工作频率为10 kHZ左右，开关频率高，滤波电感、电容值能够减小，甚至可不用。据此选择、CT在5脚和7 脚之间跨接电阻Rd，以形成死区时间。Cr上形成锯齿波电压 u +频率为10 kHZ，此锯齿波电压u +加于PWM比较器DC同相输入端。基准电压+5 V 经 船、RP分压后加于误差放大器AE 同相输入端,而由输出电压采样电路引来电压反馈信号加于AE 反相输入端。设这时AE输出电压为 U_ ，它加于比较器DC反相输入端在 U _、 U+、共同作用下，比较器DC和PWM锁存器输出PWM信号，加于“或非” 或j门输入端 D。振荡器输出cP 脉冲加于“或非”(“或”)门输入端 C。分相器输出q 、Q 脉冲分别加于两组输出级“或非”(“或”)门输入端口。设这时SG3525 电源电压正常，欠电压锁定器输出低电平；加于主电路输入端A，于是，对于输出口I，依据P=a+b+c+d 及 P= A+B+C+D 逻辑关系，取得图3.4所表示脉冲列，而对于输出口取得图3.4所表示脉冲列。现在，I口(11脚)、II口(14 脚)并联使用。以此脉冲经光隔离、放大后驱动开关器件IGBT ，则电动机M 取得一样波形端电压 。3.4.3 SG3524和SG3525功效特点及软起动功效比较 对PWM控制芯片SG3524和SG3525工作性能作了介绍和比较，经过试验得出了SG3525在软起动功效上较SG3524有很大改善。现在，开关电源越来越广泛地应用于各行各业中，是多种用电设备关键组成部分。在开关电源设计过程中，常常使用多种PWMIC。所以，作为开关电源设计者，有必需熟悉多种PWM集成芯片性能差异。 SG3525在SG3524基础上，关键作了以下改善。 1）增设欠压锁定电路电路关键作用是当IC输入电压小于8V时，集成块内部电路锁定，停止工作（基准源及必需电路除外），使之消耗电流降至很小（约2mA）。 2）有软起动电路比较器反相端即软起动控制端脚8可外接软起动电容。该电容由内部5V基准参考电压50A恒流源充电，使占空比由小到大（50）改变。 3）比较器有两个反相输入端SG3524误差放大器、电流控制器和关闭控制3个信号共用一个反相输入端，现改为增加一个反相输入端，误差放大器和关闭电路各自送至比较器反相端。这么，便避免了相互相互影响，有利于误差放大器和赔偿网络工作精度提升。 4）增加PWM锁存器使关闭作用更可靠比较器（脉冲宽度调制）输出送到PWM锁存器，锁存器由关闭电路置位，由振荡器输出时间脉冲复位。这么，当关闭电路动作，即使过电流信号立即消失，锁存器也可维持一个周期关闭控制，直到下一个周期时钟信号使锁存器复位为止。 5）振荡器作了较大改善SG3524中振荡器只有CT及RT两引脚，充电和放电回路是相同。SG3525振荡器，除了CT及RT引脚外，增加了放电引脚7、同时引脚3。RT阻值决定对CT充电内部恒流值，CT放电则由脚5及脚7之间外接电阻值RD决定。把充电和放电回路分开，有利于经过RD来调整死区时间，这是重大改善。在SG3525中增加了同时引脚3专为外同时用，为多个SG3525联用提供了方便。 6）输出级作了结构性改善电路结构改为确保其输出电平处于高电平，或低电平状态。另外，为了适应驱动MOSFET需要，末级采取了推挽式电路，使关断速度愈加快。 SG3525增加工作性能在实际应用中含相关键意义。比如，脚8增加软起动功效，避免了开关电源在开机瞬间电流冲击，可能造成末级功率开关管损坏。3.4.4. LM1413结构图3.8 LM1413内部接线图3.4.5 LM1413作用