电力电子课程设计--直流电机的脉宽调速驱动电源的设计

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1、 - 1 - 自动化学院 电力电子技术课程设计报告 题目：直流电机的脉宽调速驱动电源的设计 专 业： 自动化（自动化）_ - 2 - 目录 直流电机的脉宽调速驱动电源的设计 . 3 一、引言 . 3 1.1、课题研究现状 3 1.2、课题背景及研究意义. 3 二、设计任务 4 三、设计方案选择及论证 . 5 3.1、控制电路的方案选择. 5 3.2、辅助电源的方案选择. 5 3.3、过电流检测电路的方案选择 5 3.4、主电路的方案选择 6 3.5、驱动电路的方案选择. 6 四、总体电路设计 7 五、功能电路设计 8 5.1、辅助电源的设计 8 5.2、驱动电路的设计 8 5.3、控制电路的设

2、计 9 5.4、检测电路的设计 11 5.5、主电路的设计 12 六、电路制作与焊接. 14 七、调试与总结 15 7.1、 实际调试 15 7.1.1、调试过程. 15 7.1.2、输出波形及说明 16 7.1.3、实物图 18 7.2 、总结与收获 18 八、参考文献 20 九、附录 . 21 9.1 总体电路原理图. 21 9.2、BOM 表 . 21 - 3 - 直流电机的脉宽调速驱动电源的设计直流电机的脉宽调速驱动电源的设计 一、引言一、引言 1.1、课题研究现状、课题研究现状 直流电动机是最早出现的电动机，也是最早能实现调速的电动机。长期以 来，直流电动机一直占据着调速控制的统治地

3、位。由于它具有良好的线性调速特 性，简单的控制性能，高的效率，优异的动态特性；尽管近年来不断受到其他电 动机（交流变频电机、步进电机等）的挑战，但到目前为止，它仍然是大多数调 速控制电动机的优先选择。 近年来，直流电动机的结构和控制方式都发生了很大变化。随着计算机进入 控制领域以及新型的电力电子功率元件的不断出现，使采用全控型的开关功率元 件进行脉宽调制（PulseWidthModulation，简称 PWM）控制方式已成为绝对主 流。这种控制方式很容易在单片机控制中实现，从而为直流电动机控制数字化提 供了契机。 1.2、课题背景及研究意义、课题背景及研究意义 当今，自动化控制系统已经在各行各

4、业得到了广泛的应用和发展，而直流驱 动控制作为电气传动的主流在现代化生产中起着主要作用。长期以来，直流电动 机因其转速调节比较灵活，方法简单，易于大范围平滑调速，控制性能好等特 点，一直在传动领域占有统治地位。它广泛应用于数控机床、工业机器人等工厂 自动化设备中。 - 4 - 二、设计任务二、设计任务 1） 主电路的设计， 器件的选型； 2） 驱动电路、 检测电路和保护电路设计； 3） 辅助电源设计，要求提供 5V 控制电源； 4） 控制电路的设计，正反转及调速的实现； 5） 制作驱动和主电路； 6） 利用提供的控制信号，完成直流电机的脉宽调速电源的驱动和主电路和调 试。 - 5 - 三、设计

5、方案选择及论证三、设计方案选择及论证 3.1、控制电路的方案选择控制电路的方案选择 方案一、选用 AT89S51 单片机作为控制电路。 方案二、选用 STM32 作为控制电路 方案论证：上述两种方案中，AT89S51 是一款基于 8051 内核的单片机，利用 其定时器中断功能去操作 IO 口可以输出 PWM 波。STM32 是一款基于 ARM 的 Cortex-M3 内核的单片机，其具有丰富的内部资源和外设接口，且其内部具有多 个通用定时器和高级定时器，只要对这些定时器做出相应的配置就可以让 STM32 自动输出两路互补的 PWM。除此之外，STM32 的工作频率高到 72MHz，其内部还 有

6、多路 ADC，可以方便的应用检测保护电路中，这也是 AT89S51 所无法相提并论 的，所以，在本次设计中采用 STM32 作为控制电路。 3.2、辅助电源的方案选择辅助电源的方案选择 方案一：使用 LM7805 芯片进行稳压输出得到所需要的辅助电源 方案二：使用 LM2596 开关电源芯片获取所需的辅助电源 论证：虽然两种电源芯片都能得到所需的+5V 电源，但是由于 7805 能承受的 输入电压太小（5V 到 18V） ，无法达到相应指标，因此还是选用更为合适的 LM2596-5 芯片，它可自行稳压输出 5V 的电源。 3.3、过电流检测电路的方案选择、过电流检测电路的方案选择 方案一、通过 ADC 采样 BTN7971 反馈引脚上的电流，计算出实际电流值 方案二、采用专门的集成芯片 AD8418 方案论证：AD8418 是一款高压、高分辨率分流放大器。设定初始增益为 20 V/V，在整个温度范围内的最大增益误差为0.15%。缓冲输出电压可以直接与任 何典型转换器连接。AD8418 在输入共模电压处于2 V 至+70 V