1、0闽南师范大学电力电子技术课程设计 设计题目：基于 SG3525 的直流电机调速电源 PWM 控制 电路的设计与实现 姓 名： 庄伟彬 学 号：1205000425 系 别：物理与信息工程学院专 业 电气工程及其自动化年 级：12 级 指导教师：刘丽媗老师 12014年 12 月 20 日目 录一 系统设计 21.设计目的 22.设计要求 2 二 电路设计原理 1 系统原理 3 2 方案比较 及参数计算 3，4，5，6，73 芯片介绍 7，8，9三 测试结果（波形，电压） 1 实物图 9，102 测试的波形 11， 12， 13 3 实验结果分析及与理论对比 14 四实验总结 14五附录 1.
2、系统原理图152.PCB图1623.原件清单 16，174.参考文献 17摘要: 本次课程设计采用 SG3525的理想控制直流电动机精确控制电路，该电路可防止过载，短路，PWM(脉宽) 调制范围可从 0-100的调整，PWM 频率在100Hz- 5KHZ调节。工作电压从+8 V35V之间，最低电流消耗约为 35毫安。最大电流可以达到 6.5A。效率优于 90满负荷。 关键词： SG3525；PWM;直流电机。一 系统设计1 设计目的利用芯片 SG3525产生 PWM可调的电路，从而使直流电机实现调速。2 设计要求（1） 系统主要由集成芯片 SG3525构成 PWM电路，直流电机速度可调；（2）
3、 系统所需电源可由实验室现有学生电源提供；（3） 完成相应的电路原理图设计、硬件电路设计和调试及相关结果测试；（4） 完成课程设计报告撰写。3二 电路设计原理1.系统原理系统采用+12V 单电源供电，主体部分由 SG3525 构成 PWM 占空比可调，推挽式输出驱动功率管的电路，使电机两端电压变化，实现直流电机速度可调。2.PWM 调速控制原理PWM调速控制的基本原理是按一个固定的频率来接通和断开电源，并根据需要改变一个周期内接通和关断时间比（占空比）来改变直流电机电枢上的“占空比” ，从而改变平均电压，控制电机的转速。在脉宽调速的系统中，当电机通电是的速度增加，电机断电时的速度减低。只要按照
4、一定的规律改变通断电的时间，即可控制地电机转速。本次课程设计采用 PWM 的控制。2 方案比较42.1 第一种设计方案：2.1.1方案一原理图R168C1103R2 10RW110KRW210KllR310+15VC3104INV1Non2SYNC3OSC4CT5RT6DISCHARGE7SOFT-START8 COMPENSATION 9SHUTDOWN 10OUTPUTA 11GROUND 12VC 13OUTB 14+VCC 15Vref 16SG3525SG3525D14148D24148G1 D2S3IRF840IRF840+15VD3FR3071 2X6SIP2-2.54D4414
5、8C5104C2100UF/25VR5100/2WR4200R6300L1L14C447UF/35VC610UF/50VC7100UF/16VC8104图二由于此方案用到电感，绕电感的技术会影响效果，且效率不是很高，所以不采用此方案。2.2 第二种设计方案：2.2.1 方案二原理图5DISC7+VIN 15OUTA 11CT5+2-1COMP9OSC 4SSTART 8OUTB 14RT6REF16SYNC 3SD10VC13GND12U1SG3525AC4103C3332C1103R42.2KR11KR3220KR80.1/2W R70.1/2WR210KR5220R10100KRW210K
6、RW110KC210UFRW310KC610UFD21N4148D11N4148D3 1N4004D4FR107Q1IRF640+12VMG1MOTOR ACC5100UF/50VRD150C8104图三2.2.2参数选择及计算1.三只电位器的功能如下： RW1：确定最低输出电压 RW3：设置最大输出电压 RW2：设置输出频率。当调节 RW1时，2 脚的电压 U2= ;RW12Vref*w)(当调节 RW3时，2 脚的电压 U2= ,电压调节范围 0v4.9v;3r6当调节 RW2时，震荡频率发生变化。选择 CT=332pf, RT=2.2K12.2K, RD=150 。充电结束，上升时间 t
7、1= 0.67RTCT ,当 RT= 2,.2k 时，t 1= 0.67*2.2k*3300pf=4.86us, 当RT= 2,.2k 时， t1= 0.67*12.2k*3300pf=26.97us,所以 4.86ust 126.97us。下降时间间 t2 为：t2=3RDCT=3*150*3300pf=1.48us,所以 T= t1+ t2 ，6.34 usT28.45 us.。震荡频率 F= 3RD)(0.7T*2直流电机转速控制电机本身是阻感性负载，在它两端并联一个瓷片电容 104，起到 RLC并联谐振和滤高频作用。直流电动机转速 n=(U-IR)/K U为电枢端电压，I 为电枢电流，
8、R 为电枢电路总电阻， 为每极磁通量，K为电动机结构参数。 此电路是通过调节电压 U来改变电机转速的。 此电路电机额定电压为 12V。2.2.3.不足之处与改进在栅极串入一只低值电阻（数十欧左右）可以减小寄生振荡，该电阻阻值应随被驱动器件电流额定值的增大而减小。设驱动电压为 UP,驱动电流为 i，则 i= R5220Q1IRF640R1010UpR10Vgs-Up如果驱动走线很长，驱动电阻可以对走线电感和 MOS 结电容引起的震荡起阻尼作用7此方案效率高于 90%，而且不要用到电感，除去了因绕电感工艺而引起的误差，效果较佳。2.4最终终方案选案 通过对两种方案的比较可以看出，第二种方案是比较好
9、的方案，按照第二种方案不仅可以达到课程设计所要达到的要求，而且效率高于 90%，结果比较准确，受外界干扰较小。3 芯片介绍3.1 SG3525芯片简介（1）工作电压范围宽：835V。 （2）5.1（1 1.0% ）V 微调基准电源。 （3）振荡器工作频率范围宽：100Hz400KHz. （4）具有振荡器外部同步功能。 （5）死区时间可调。 （6）内置软启动电路。 （7）具有输入欠电压锁定功能。 （8）具有 PWM 琐存功能，禁止多脉冲。 （9）逐个脉冲关断。 （10）双路输出（灌电流/拉电流）：每一通道的驱动电流最大值可达 200mA，灌拉电流峰值可达 500mA。可直接用于驱动 MOS 管，
10、工作频率高达 400KHZ81振荡器输出时钟信号2 振荡电路： 由一个双门限电压均从基准电源取得，其高门限电压 VH=3.9 V，低门限电压VL=0.9,内部横流源向 CT 充电，其端压 VC 线性上升，构成锯齿波的上升沿，当 VC=VH时比较器动作，充电过程结束，上升时间 t1 为： t1= 0.67RTCT 。比较器动作时使放电电路接通，CT 放电，V C 下降并形成锯齿波的下降沿，当 VC=VL时比较器动作，放电过程结束，完成一个工作循环，下降时间间 t2 为： t2=3RDCTT= t1+ t23、分频：时钟信号前沿触发4、三角波和误差放大器输出比较，得到 PWM 信号。5、PWM 锁
11、存器（RS 触发器，高电平有效）输出软启动： SG3525 的软启动电容接入端(引脚) 上通常接一个 5F的软启动电容。充电过程中，由于电容两端的电压不能突变，因此，与软启动电容接入端相连的 PWM 比较器反相输入端处于低电平，PWM 比较器输出为高电平。此时，PWM 锁存器的输出也为高电平，该高电平通过两个或非门加到输出晶体管上，使之无法导通。只有关断操作 ：9通过引脚(关断端) 来关闭 SG3525 的输出。当引脚上的信号为高电平时，可以实现两个功能： PWM 锁存器立即动作，同时软启动电容开始放电。放电电流只有150A，如果关断信号为短暂的高电平，PWM 信号将被中止，但此时软启动电容没
12、有明显的放电过程。三测试的结果1实物图10112测试波形2.1当占空比等于 5.555%时，驱动电路输出的 PWM波形波形 测试值 频率(KHz) 峰-峰值（V）矩形波 f=46.30KHz Vpp=15.4V122.2当占空比等于 95.85%时，驱动电路输出的PWM波形波形 测试值 频率(KHz) 峰-峰值（V）矩形波 f=46.08KHz Vpp=9.4V132.3测 5脚所得的波形SG3525的 5脚接震荡电容 Cr，取值范围为 0.001uf到 0.1uf。正常工作时，在 Cr两端可以得到一个从 0.6V到 3.5变化的锯齿波。波形 测试值 频率(KHz) 峰-峰值（V）Vmin=0
13、.76V正弦波 f=29.58HzVmax=3.44V143实验结果分析及与理论对比实验结果测得的 PWM占空比为 0100%可调，而实际测得的占空比为5.55%95.85%，由于普遍的滑动变阻器，使得占空比变化率快，换成精密电位器可以提高测量精度。四总结分析在这次课程设计中，经过反反复复的设计电路图，在课本上找原理，运用仿真软件画图，仿真，验证电路是否正确，焊接实物电路，拆了重做，再验证再调试。我学会了怎样去根据课题的要求去设计电路和调试电路。动手能力得到很大的提高。在以后学习中我要加强对使用电路的设计和选用能力。通过这种综合训练，我可以掌握电路设计的基本方法，提高动手组织实验的基本技能，培
14、养分析解决电路问题的实际本领，为以后毕业设计和从事电力电子实验实际工作打下基础。回顾此次课程设计，感慨颇多，自己也的确从中学到了很多。从得到课题时的一脸茫然到通过查资料、与同学探讨、经老师指导后，自己设计并写出这份报告，心中充满了成就感。通过课程设计还拓宽了知识面，学到了很多课本上没有的知识，报告只有自己去做能加深对知识的理解，任何困难只有自己通过努力去克服才能收获成功的喜悦。在设计的过程中我发现自己对课本知识的理解不够深刻，掌握的不牢靠，以后定会努力温习以前的知识。最后，感谢刘丽萱老师的敦敦教导！15五 附录5.1系统原理图DISC7+VIN 15OUTA 11CT5+2-1COMP9OSC
15、 4SSTART 8OUTB 14RT6REF16SYNC 3SD10VC13GND12U1SG3525AC4103C3332C1103R42.2KR11KR3220KR80.1/2W R70.1/2WR210KR5220R10100KRW210KRW110KC210UFRW310KC610UFD21N4148D11N4148D3 1N4004D4FR107Q1IRF640+12VMG1MOTOR ACC5100UF/50VRD150C81045.2 PCB图165.3原件清单设备名称 型 号 个 数功率电阻 0. 1/2W 2电阻 2.2K 2电阻 10K 1电阻 100K 1电阻 150 1电阻 2201电阻 220K 1电解电容 100uf/50v 1电解电容 10uf /25v 2瓷片电容 103 2瓷片电容 104 1瓷片电容 332 1175.4 参考文献1电力电子技术 ，机械工业出版社2数字电子技术基础 第五版，阎 石，北京：高等教育出版社功率管 IRF640 1二极管 1N4148 2二极管 1N4007 1续流二极管 FR107 1集成芯片 SG3525 1电位器 10k 3直流电机 +12V 1
