课程设计数字化PWM可逆直流调速系统设计主电路设计

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1、填写说明：1. 一、二、三项由指导教师在课程设计（学年论文）开始前填写并交由学生保管；2. 四、五两项由学生在完成课程设计后填写，并将此表与课程设计一同装订成册交给指导教师；3. 成绩评定由指导教师按评定标准评分。4. 此表格填写好后与正文一同装订成册。一、课程设计的任务和要求1要求 设计一个转速、电流双闭环控制PWM可逆直流调速系统。 电动机控制电源采用H型PWM功率放大器，其占空比变化为00.51时，对应输出电压为-264V0264V，为电机提供最大电流25A。速度检测采用光电编码器（光电脉冲信号发生器），且其输出的A、B两相脉冲经光电隔离辩相后获得每转1024个脉冲角度分辨力和方向信号。

2、电流传感器采用霍尔电流传感器，其原副边电流比为1000：1，额定电流50A。已知：（1）直流电动机：PN = 3 kW，nN = 1500 r/min，UN = 220 V，IN = 17.3 A，电枢回路总电阻R=2.5，电磁时间常数Tl=0.017s，机电时间常数Tm=0.076s，电动势系数Ce=0.1352V/（r.min-1 )；（2）H型PWM功率变换器：工作频率为2kHz，采用单极性/双极性工作方式；（3）直流电源电压：264V；（4）主要技术指标：调速范围为0-1500 r/min， 电流过载倍数为1.5倍，速度控制精度 0.1% （额定转速时）。2任务（1）完成系统理论与仿真

3、分析1）进行系统参数计算，完成转速、电流调节器的结构和参数设计；2）利用Matlab/Simulink建立系统的仿真模型，对整个调速系统的动态性能（给定输入的跟随性能和负载与电网电压扰动下的抗扰性能）进行仿真分析。（2）完成系统电气原理图的设计（包括电路原理图设计、参数计算、元器件选型）1）主电路的设计；2）单片机控制电路的设计a. 单片机基本系统；b. A/D接口电路；c. 编码器脉冲输入接口电路；d. 开关量输入输出电路；地大学的精品教学课件，课程设计，毕业设计，论e. 电压、电流采样电路；为大学生学习交流提供课程设计,毕业设计论文,习题f电源电路；答案,课件PPT的下载社区4 R. +

4、b: 0 c6 b设计,毕业设计论g. PWM控制输出通道及驱动电路；: ) A8 p- s0 T# : W大文,习题答案,课件PPT+ Wd& Z1 e$ M/ h给定输入通道（拨码开关、模拟旋钮和串行通信接口电路等）。（3）PCB板的设计、制作与调试（根据时间选做）（4）控制算法设计大学设计,大学课程,大学课程设计,毕业设计,毕业论文,习题答案,课1）电流控制器结构和参数设计； n& h5 l大 2）转速控制器结构和参数设计； & b# H, i e$ ayG; j1 3 I- m3）采样周期选择； 6 x- e j# : m. n e& I免费提供全国各地大学的精品教学课件，课程设计，毕

5、业设计，论文资源!为大学生学习交流提供课程设计,毕业设计论文,习题答案,课件PPT的下载社区 4）控制算法和运算流程图。设计,毕业设计论文,习题答 免费提供全国各地大学的（5）系统软件设计- ; gi5 : s0 w; t2 课程设计,毕业设计论文,习题答案,课件PPT# rQ! D+ d. _x/ X2 Wa系统初始化程序模块；大学设计,大学课程,大学课程设计,毕业设计,毕业论 b主程序模块；) m4 n9 Z3 k( L+ M. q8 G9 e. G$ B$ uc编码脉冲中断服务程序模块；/ x. g2 r/ # i, c: |d给定通道串行通信中断服务程序模块；2 ) A8 4 7 Q.

6、 ; / f% T0 c) 1 Z大学课件论文设计e定时中断服务模块；6 ! o( Y8 y1 A b$ % Q5 k+ U大学设计,大学课程,大学课程设计,毕业设计,毕业论文,习题答案,课件PPT,精品课件- ?0 R# c; 0 C9 G7 g4 Q$ A q大学设计,大学课程,大学课程设计,毕业设计,毕业论文,习题答案,课件PPT,精品课件f速度环采样和调节控制模块；. W7 O1 M, v( $ W* x大学设计,大学课程,大学课程设计,毕业设计,毕业论文,习题答案,课件PPT,精品课g电流环采样和调节控制模块。指导教师签字： 教研室主任签字： 2012年 月 日 2012 年 月 日

7、二、进度安排第一阶段：选择课程设计题目，明确课程设计任务和要求，查看参考资料。第二阶段：进行理论分析，完成转速和电流调节器设计、系统仿真分析，进行系统主电路和控制电路的原理图设计、制作与调试和系统软件设计等。第三阶段：总结课题内容、撰写课程设计报告。第四阶段：准备和参加课程设计答辩。三、应收集资料及主要参考文献1. 罗飞.电力拖动与运动控制系统M. 北京：化学工业出版社，2007.2. 阮毅，陈伯时.电力拖动自动控制系统运动控制系统M. 北京：机械工业出版社，2011.3. 王兆安.电力电子技术M. 北京：机械工业出版社，2004.4. 崔启明. 动车组自动门控制系统的研究D. 长春：吉林大学

8、硕士论文，2009.5. 肖阳. 基于DSP的伺服电机的调速系统的控制设计D. 武汉：武汉理工大学硕士论文，2009.6. 洪乃刚. 电力电子和电力拖动控制系统的MATLAB仿真. 北京：机械工业出版社，2006.四、课程设计（学年论文）摘要（中文）摘 要本文主要研究了利用MCS-51系列单片机控制PWM信号从而实现对直流电机转速进行控制的方法。文章中采用了专门的芯片组成了PWM信号的发生系统，并且对PWM信号的原理、产生方法以及如何通过软件编程对PWM信号占空比进行调节，从而控制其输入信号波形等均作了详细的阐述。此外，本文中还采用了芯片IR2110作为直流电机正转调速功率放大电路的驱动模块，

9、并且把它与延时电路相结合完成了在主电路中对直流电机的控制。本系统先对直流电机的转速进行测量，经过滤波电路后，将测量值送到A/D转换器，并且最终作为反馈值输入到单片机进行PI运算，从而实现了对直流电机速度的控制。在软件方面，文章中详细介绍了PI运算程序，初始化程序等的编写思路和具体的程序实现。 关键词：MCS-51单片机； PWM信号； IR2110； PI运算； C语言五、课程设计（学年论文）摘要（英文）Abstract This paper studied the use of the MCS-51 series single-chip control of the PWM signal i

10、n order to achieve a DC motor speed control. Article uses a specialized chip composed of a PWM signal generation system, and the principle of the PWM signal, the method and software programming the PWM signal duty cycle adjust, in order to control the input signal waveform and so detailed elaboratio

11、n. In addition, this article also uses the chip IR2110 forward as a DC motor speed control power amplification circuit of the drive module, and the delay circuit combination of complete control of DC motor in the main circuit. The system first to measure the speed of the DC motor, after a filter cir

12、cuit, the measured values to the A / D converter, and finally as a feedback value input to the microcontroller for PI operation, in order to achieve a DC motor speed control. On the software side, the article details the PI operation program, the initialization procedure of the preparation of ideas

13、and specific procedures to achieve. Key words: MCS-51 single-chip; the PWM signal; of IR2110; the PI operator; the C language六、成绩评定指导教师评语： 指导教师签字： 2012 年 月 日项目评价项目评价调查论证工作量、工作态度实践能力分析、解决问题能力质量创新得分七、答辩记录(1).IR2110芯片上的自举电容怎么取值？ 答：自举电容可用下式计算： C12Qg/(VCC101.5)，栅电荷Qg可由特性曲线查得(2).为什么将IC1的HIN端与IC2的LIN端相连，而把

14、IC1的LIN端与IC2的HIN端相连？ 答：这样就使得两片芯片所输出的信号恰好相反。(3).PWM控制芯片SG3525的功能是什么？ 答：SG3525是电流控制型PWM控制器，所谓电流控制型脉宽调制器是按照接反馈电流来调节脉宽的。在脉宽比较器的输入端直接用流过输出电感线圈的信号与误差放大器输出信号进行比较，从而调节占空比使输出的电感峰值电流跟随误差电压变化而变化。答辩意见及答辩成绩：答辩小组教师（签字）： 2012 年 月 日总评成绩：（教师评分75%+答辩成绩25%）课程设计评审标准（指导教师用）评价内容具 体 要 求权重调查论证能独立查阅文献和从事其他调研；能提出并较好地论述课题的实施方

15、案；有收集、加工各种信息及获得新知识的能力。0.1实践能力能正确选择研究（实验）方法，独立进行研究工作。如装置安装、调试、操作。0.2分析解决问题能力能运用所学知识和技能去发现与解决实际问题；能正确处理实验数据；能对课题进行理论分析，得出有价值的结论。0.2工作量、工作态度按期圆满完成规定的任务，工作量饱满，难度较大，工作努力，遵守纪律；工作作风严谨务实。0.2质量综述简练完整，有见解；立论正确，论述充分，结论严谨合理；实验正确，分析处理科学；文字通顺，技术用语准确，符号统一，编号齐全，书写工整规范，图表完备、整洁、正确；论文结果有应用价值。0.2创新工作中有创新意识；对前人工作有改进或独特见

16、解。0.1 数字化PWM可逆直流调速系统的设计Digital PWM reversible DC Speed Control System Design学 生 姓 名: 指 导 教 师:摘 要本文主要研究了利用MCS-51系列单片机控制PWM信号从而实现对直流电机转速进行控制的方法。文章中采用了专门的芯片组成了PWM信号的发生系统，并且对PWM信号的原理、产生方法以及如何通过软件编程对PWM信号占空比进行调节，从而控制其输入信号波形等均作了详细的阐述。此外，本文中还采用了芯片IR2110作为直流电机正转调速功率放大电路的驱动模块，并且把它与延时电路相结合完成了在主电路中对直流电机的控制。本系统

17、先对直流电机的转速进行测量，经过滤波电路后，将测量值送到A/D转换器，并且最终作为反馈值输入到单片机进行PI运算，从而实现了对直流电机速度的控制。在软件方面，文章中详细介绍了PI运算程序，初始化程序等的编写思路和具体的程序实现。 关键词：MCS-51单片机； PWM信号； IR2110； PI运算； C语言IAbstract This paper studied the use of the MCS-51 series single-chip control of the PWM signal in order to achieve a DC motor speed control. Arti

18、cle uses a specialized chip composed of a PWM signal generation system, and the principle of the PWM signal, the method and software programming the PWM signal duty cycle adjust, in order to control the input signal waveform and so detailed elaboration. In addition, this article also uses the chip I

19、R2110 forward as a DC motor speed control power amplification circuit of the drive module, and the delay circuit combination of complete control of DC motor in the main circuit. The system first to measure the speed of the DC motor, after a filter circuit, the measured values to the A / D converter,

20、 and finally as a feedback value input to the microcontroller for PI operation, in order to achieve a DC motor speed control. On the software side, the article details the PI operation program, the initialization procedure of the preparation of ideas and specific procedures to achieve. Key words: MC

21、S-51 single-chip; the PWM signal; of IR2110; the PI operator; the C languageII目 录摘 要IAbstractII1 设计题目和任务要求11.1设计题目11.2设计要求11.3 设计内容12 系统的组成及其工作原理33 主电路设计43.1 PWM信号发生电路设计43.2 功率放大驱动电路设计84 总结14参考文献16附录171 设计题目和任务要求 1.1设计题目 数字化PWM可逆直流调速系统的设计 1.2设计要求 电动机控制电源采用H型PWM功率放大器，其占空比变化为00.51时，对应输出电压为-264V0264V，为

22、电机提供最大电流25A。速度检测采用光电编码器（光电脉冲信号发生器），且其输出的A、B两相脉冲经光电隔离辩相后获得每转1024个脉冲角度分辨力和方向信号。电流传感器采用霍尔电流传感器，其原副边电流比为1000：1，额定电流50A。采用转速、电流双闭环控制方式。已知： （1）直流电动机：PN = 3 kW，nN = 1500 r/min，UN = 220 V，IN = 17.3 A，电枢回路总电阻R=2.5，电磁时间常数Tl=0.017s，机电时间常数Tm=0.076s，电动势系数Ce=0.1352V/（r.min-1 )； （2）H型3 F; b8 r3 C( v. m3 X大学设计,大学课程

23、,大学课程设计,毕业设计,毕业论文,习题答案,课件PPT,精品课件+ B0 E8 l d( m+ E# r0 pI$ u) W P+ U. a( Q. 2 x7 P3 k课程设计,毕业设计论文,习题答案,课件PPTPWM功率变换器：工作频率为2kHz，采用单极性/双极性工作方式；（3）直流电源电压：264V；（4）主要技术指标：调速范围为0-1500 r/min， 电流过载倍数为1.5倍，速度控制精度 0.1% （额定转速时）。 1.3 设计内容1.3.1 完成系统理论与仿真分析1）进行系统参数计算，完成转速、电流调节器的结构和参数设计；2）利用Matlab/Simulink建立系统的仿真模型

24、，对整个调速系统的动态性能（给定输入的跟随性能和负载与电网电压扰动下的抗扰性能）进行仿真分析。1.3.2 完成系统电气原理图的设计1）主电路的设计；2）单片机控制电路的设计a. 单片机基本系统；com2 % c# K1 A 2 Db. A/D接口电路；c. 编码器脉冲输入接口电路；d. 开关量输入输出电路；地大学的精品区4 R. + b: 0 c6 be. 电压、电流采样电路；设计,毕业设计论文,习题答案,课件PPT+ Wd& Zf电源电路； g. PWM控制输出通道及驱动电路；: ) A8 p- s0 T# : W大学设计,大学课程,大学课程设计,毕业设计,h给定输入通道（拨码开关、模拟旋钮

25、和串行通信接口电路等）。 1.3.3 PCB板的设计、制作与调试（根据时间选做）1.3.4 控制算法设计大学设计,大学课程,大学课程设计,毕业设计,毕业论文,习题答案,课件PPT,精品课件- E, n/ C# j9 n& h5 l1）电流控制器结构和参数设计；2）转速控制器结构和参数设计；6 x- e j# : m. n e& I免费提供全国各地大学的精品教学课件，课程设计，毕业设计，论文资源!为大学生学习交流提供课程设计,毕业设计论文,习题答案,课件PPT的下载社区3）采样周期选择；免费提供全国各地大学的精品教学课件，课程设计，毕业T4）控制算法和运算流程图。 1.3.5 系统软件设计- ;

26、 gi5 : s0 w; t2 课程设计,毕业设计论文,习题答案,课件PPT# rQ! D+ d. _x/ X2 Wa系统初始化程序模块；大学设计,大学课程,大学课程设计,毕业设计,毕业题b主程序模块；# c编码脉冲中断服务程序模块；d给定通道串行通信中断服务程序模块；2 ) A8 4 7 Q. ; / f% T0 c) 1 Z大学课件论文设计e定时中断服务模块；6 ! o( Y8 y1 A b$ % Q5 k+ U大学设计,大学课程,大学课程设计,毕业设计,毕业论文,习题答案,课件PPT,精品课件- ?0 R# c; 0 C9 G7 g4 Q$ A q大学设计,大学课程,大学课程设计,毕业设

27、计,毕业论文,习题答案,课件PPT,精品课件f速度环采样和调节控制模块；. W7 O1 M, v( $ W* x大学设计,大学课程,大学课程设计,毕业设计,毕业论文,习题答案,课件PPT,精品课件g电流环采样和调节控制模块。2 系统的组成及其工作原理单片机直流电机调速简介：单片机直流调速系统可实现对直流电动机的平滑调速。PWM是通过控制固定电压的直流电源开关频率，从而改变负载两端的电压，进而达到控制要求的一种电压调整方法。在PWM驱动控制的调整系统中，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“断开”时间的长短。通过改变直流电机电枢上电压的“占空比”来改变平均电压的大

28、小，从而控制电动机的转速。因此，PWM又被称为“开关驱动装置”。本系统以89C51单片机为核心，通过单片机控制，C语言编程实现对直流电机的平滑调速。系统控制方案的分析：本直流电机调速系统以单片机系统为依托，根据PWM调速的基本原理，以直流电机电枢上电压的占空比来改变平均电压的大小，从而控制电动机的转速为依据，实现对直流电动机的平滑调速，并通过单片机控制速度的变化。本文所研究的直流电机调速系统主要是由硬件和软件两大部分组成。硬件部分是前提，是整个系统执行的基础，它主要为软件提供程序运行的平台。而软件部分，是对硬件端口所体现的信号，加以采集、分析、处理，最终实现控制器所要实现的各项功能，达到控制器

29、自动对电机速度的有效控制。 3 主电路设计 3.1 PWM信号发生电路设计 3.1.1 PWM的基本原理PWM（脉冲宽度调制）是通过控制固定电压的直流电源开关频率，改变负载两端的电压，从而达到控制要求的一种电压调整方法。PWM可以应用在许多方面，比如：电机调速、温度控制、压力控制等等。在PWM驱动控制的调整系统中，按一个固定的频率来接通和断开电源，并且根据需要改变一个周期内“接通”和“断开”时间的长短。通过改变直流电机电枢上电压的“占空比”来达到改变平均电压大小的目的，从而来控制电动机的转速。也正因为如此，PWM又被称为“开关驱动装置”。如图3.1所示：图3.1PWM方波设电机始终接通电源时，

30、电机转速最大为Vmax，设占空比为D= t1 / T，则电机的平均速度为Va = Vmax * D，其中Va指的是电机的平均速度；Vmax 是指电机在全通电时的最大速度；D = t1 / T是指占空比。由上面的公式可见，当我们改变占空比D = t1 / T时，就可以得到不同的电机平均速度Vd，从而达到调速的目的。严格来说，平均速度Vd 与占空比D并非严格的线性关系，但是在一般的应用中，我们可以将其近似地看成是线性关系。 3.1.2 PWM控制芯片SG3525功能简介 随着电能变换技术的发展，功率MOSFET在开关变换器中开始广泛使用，为此美国硅通用半导体公司（Silicon General）推

31、出SG3525。SG3525是用于驱动N沟道功率MOSFET。SG3525是电流控制型PWM控制器，所谓电流控制型脉宽调制器是按照接反馈电流来调节脉宽的。在脉宽比较器的输入端直接用流过输出电感线圈的信号与误差放大器输出信号进行比较，从而调节占空比使输出的电感峰值电流跟随误差电压变化而变化。 3.1.3 SG3525引脚功能及特点简介其原理图如图3.2所示： 图3.2 SG3525内部电路图 图3.3 SG3525引脚图1.Inv.input(引脚1)：误差放大器反向输入端。在闭环系统中，该引脚接反馈信号。在开环系统中，该端与补偿信号输入端（引脚9）相连，可构成跟随器。 2.Noninv.inp

32、ut(引脚2)：误差放大器同向输入端。在闭环系统和开环系统中，该端接给定信号。根据需要，在该端与补偿信号输入端（引脚9）之间接入不同类型的反馈网络，可以构成比例、比例积分和积分等类型的调节器。 3.Sync(引脚3)：振荡器外接同步信号输入端。该端接外部同步脉冲信号可实现与外电路同步。 4.OSC.Output(引脚4)：振荡器输出端。 5.CT(引脚5)：振荡器定时电容接入端。 6.RT（引脚6）：振荡器定时电阻接入端。 7.Discharge(引脚7)：振荡器放电端。该端与引脚5之间外接一只放电电阻，构成放电回路。 8.Soft-Start(引脚8)：软启动电容接入端。该端通常接一只5u

33、的软启动电容。 9.Compensation(引脚9)：PWM比较器补偿信号输入端。在该端与引脚2之间接入不同类型的反馈网络，可以构成比例、比例积分和积分等类型调节器。 10.Shutdown(引脚10)：外部关断信号输入端。该端接高电平时控制器输出被禁止。该端可与保护电路相连，以实现故障保护。 11.Output A（引脚11）：输出端A。引脚11和引脚14是两路互补输出端。 12.Ground(引脚12)：信号地。 13.Vc(引脚13)：输出级偏置电压接入端。 14.Output B（引脚14）：输出端B。引脚14和引脚11是两路互补输出端。 15.Vcc（引脚15）：偏置电源接入端。

34、16.Vref(引脚16)：基准电源输出端。该端可输出一温度稳定性极好的基准电压。 特点如下： （1）工作电压范围宽：835V。 （2）5.1（11.0%）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）：mA(峰值)。 3.1.4 SG3525的工作原理 SG3525内置了5.1V精密基准电源，微调至 1.0%，在误差放大器共模输入电压范围内，无须外接分压电组。SG

35、3525还增加了同步功能，可以工作在主从模式，也可以与外部系统时钟信号同步，为设计提供了极大的灵活性。在CT引脚和Discharge引脚之间加入一个电阻就可以实现对死区时间的调节功能。由于SG3525内部集成了软启动电路，因此只需要一个外接定时电容。 SG3525的软启动接入端（引脚8）上通常接一个10u的软启动电容。上电过程中，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比较器反向输入端处于低电平，PWM比较器输出高电平。此时，PWM琐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。只有软启动电容充电至其上的电压使引脚8处于高电平时，SG3525

36、才开始工作。由于实际中，基准电压通常是接在误差放大器的同相输入端上，而输出电压的采样电压则加在误差放大器的反相输入端上。当输出电压因输入电压的升高或负载的变化而升高时，误差放大器的输出将减小，这将导致PWM比较器输出为正的时间变长，PWM琐存器输出高电平的时间也变长，因此输出晶体管的导通时间将最终变短，从而使输出电压回落到额定值，实现了稳态。反之亦然。 外接关断信号对输出级和软启动电路都起作用。当Shutdown（引脚10）上的信号为高电平时，PWM琐存器将立即动作，禁止SG3525的输出，同时，软启动电容将开始放电。如果该高电平持续，软启动电容将充分放电，直到关断信号结束，才重新进入软启动过

37、程。注意，Shutdown引脚不能悬空，应通过接地电阻可靠接地，以防止外部干扰信号耦合而影响SG3525的正常工作。 欠电压锁定功能同样作用于输出级和软启动电路。如果输入电压过低，在SG3525的输出被关断同时，软启动电容将开始放电。 此外，SG3525还具有以下功能，即无论因为什么原因造成PWM脉冲中止，输出都将被中止，直到下一个时钟信号到来，PWM琐存器才被复位。 3.2 功率放大驱动电路设计功率放大驱动芯片有多种，其中较常用的芯片有IR2110和EXB841，但由于IR2110具有双通道驱动特性，且电路简单，使用方便，价格相对EXB841便宜，具有较高的性价比，且对于直流电机调速使用起来

38、更加简便，因此该驱动电路采用了IR2110集成芯片，使得该集成电路具有较强的驱动能力和保护功能。3.2.1 芯片IR2110性能及特点 IR2110是美国国际整流器公司利用自身独有的高压集成电路以及无闩锁CMOS技术，于1990年前后开发并且投放市场的，IR2110是一种双通道高压、高速的功率器件栅极驱动的单片式集成驱动器。它把驱动高压侧和低压侧MOSFET或IGBT所需的绝大部分功能集成在一个高性能的封装内，外接很少的分立元件就能提供极快的功耗，它的特点在于，将输入逻辑信号转换成同相低阻输出驱动信号，可以驱动同一桥臂的两路输出，驱动能力强，响应速度快，工作电压比较高，可以达到600V，其内设

39、欠压封锁，成本低、易于调试。高压侧驱动采用外部自举电容上电，与其他驱动电路相比，它在设计上大大减少了驱动变压器和电容的数目，使得MOSFET和IGBT的驱动电路设计大为简化，而且它可以实现对MOSFET和IGBT的最优驱动，还具有快速完整的保护功能。与此同时，IR2110的研制成功并且投入应用可以极大地提高控制系统的可靠性。降低了产品成本和减少体积。 3.2.2 IR2110的引脚图以及功能IR2110将输入逻辑信号转换成同相低阻输出驱动信号，可以驱动同一桥臂的两路输出，驱动能力强，响应速度快，工作电压比较高，是目前功率放大驱动电路中使用最多的驱动芯片。其结构也比较简单，芯片引脚图如下图3.4

40、所示：图3.4 IR2110引脚图 LO(引脚1):低端输出COM(引脚2):公共端Vcc(引脚3):低端固定电源电压Nc(引脚4): 空端Vs(引脚5):高端浮置电源偏移电压VB (引脚6):高端浮置电源电压HO(引脚7):高端输出Nc(引脚8): 空端VDD(引脚9):逻辑电源电压HIN(引脚10): 逻辑高端输入SD(引脚11):关断LIN(引脚12):逻辑低端输入Vss(引脚13):逻辑电路地电位端，其值可以为0VNc(引脚14):空端 IR2110 的内部功能框图如下图3.5所示。由三个部分组成：逻辑输入，电平平移及输出保护。如上所述IR2110的特点，可以为装置的设计带来许多方便。

41、尤其是高端悬浮自举电源的成功设计，可以大大减少驱动电源的数目，三相桥式变换器，仅用一组电源即可。 图3.5 IR2110 的内部功能框图 3.2.3 高压侧悬浮驱动的自举原理 IR2110 用于驱动半桥的电路如下图3.6所示。图中C1、VD1 分别为自举电容和二极管，C2 为VCC 的滤波电容。 假定在S1 关断期间C1 已充到足够的电压（VC1VCC）。当HIN 为高电平时VM1 开通，VM2 关断，VC1 加到S1 的门极和发射极之间，C1 通过VM1，Rg1 和S1 门极栅极电容Cgc1 放电，Cgc1 被充电。此时VC1 可等效为一个电压源。当HIN 为低电平时，VM2 开通，VM1

42、断开，S1 栅电荷经Rg1、VM2 迅速释放，S1 关断。经短暂的死区时间（td）之后，LIN 为高电平，S2 开通，VCC 经VD1，S2 给C1 充电，迅速为C1 补充能量。如此循环反复。 图3.6 半桥驱动电路 3.2.4 自举元器件的分析与设计 如图3.6所示自举二极管（VD1）和电容（C1）是IR2110 在PWM 应用时需要严格挑选和设计的元器件，应根据一定的规则进行计算分析。在电路实验时进行一些调整，使电路工作在最佳状态。 自举电容的设计： IGBT 和PM（POWERMOSFET）具有相似的门极特性。开通时，需要在极短的时间内向门极提供足够的栅电荷。假定在器件开通后，自举电容两

43、端电压比器件充分导通所需要的电压（10V，高压侧锁定电压为8.7/8.3V）要高；再假定在自举电容充电路径上有1.5V 的压降（包括VD1 的正向压降）；最后假定有1/2 的栅电压（栅极门槛电压VTH 通常35V）因泄漏电流引起电压降。综合上述条件，此时对应的自举电容可用下式表示：工程应用则取 C12Qg/(VCC101.5)。对于本设计通过运算取C1=0.1U 自举二极管的选择： 自举二极管是一个重要的自举器件，它应能阻断直流干线上的高压，二极管承受的电流是栅极电荷与开关频率之积。为了减少电荷损失，应选择反向漏电流小的快恢复二极管。 3.2.5 利用IR2110芯片的完善设计可以实现延时保护

44、电路 IR2110使它自身可对输入的两个通道信号之间产生合适的延时，保证了加到被驱动的逆变桥中同桥臂上的两个功率MOS器件的驱动信号之间有一互琐时间间隔，因而防止了被驱动的逆变桥中两个功率MOS器件同时导通而发生直流电源直通路的危险。从上面的原理可以看出，产生高压侧门极驱动电压的前提是低压侧必须有开关的动作，在高压侧截止期间低压侧必须导通，才能够给自举电容提供充电的通路。因此在这个电路中，Q1、Q4或者Q2、Q3是不可能持续、不间断的导通的。我们可以采取双PWM信号来控制直流电机的正转以及它的速度。将IC1的HIN端与IC2的LIN端相连，而把IC1的LIN端与IC2的HIN端相连，这样就使得

45、两片芯片所输出的信号恰好相反。在HIN为高电平期间，Q1、Q4导通，在直流电机上加正向的工作电压。其具体的操作步骤如下：当IC1的LO为低电平而HO为高电平的时候，Q2截止，C1上的电压经过VB、IC内部电路和HO端加在Q1的栅极上，从而使得Q1导通。同理，此时IC2的HO为低电平而LO为高电平，Q3截止，C3上的电压经过VB、IC内部电路和HO端加在Q4的栅极上，从而使得Q4导通。电源经Q1至电动机的正极经过整个直流电机后再通过Q4到达零电位，完成整个的回路。此时直流电机正转。在HIN为低电平期间，LIN端输入高电平，Q2、Q3导通，在直流电机上加反向工作电压。其具体的操作步骤如下：当IC1

46、的LO为高电平而HO为低电平的时候，Q2导通且Q1截止。此时Q2的漏极近乎于零电平，Vcc通过D1向C1充电，为Q1的又一次导通作准备。同理可知，IC2的HO为高电平而LO为低电平，Q3导通且Q4截止，Q3的漏极近乎于零电平，此时Vcc通过D2向C3充电，为Q4的又一次导通作准备。电源经Q3至电动机的负极经过整个直流电机后再通过Q2到达零电位，完成整个的回路。此时，直流电机反转。因此电枢上的工作电压是双极性矩形脉冲波形，由于存在着机械惯性的缘故，电动机转向和转速是由矩形脉冲电压的平均值来决定的。设PWM波的周期为T，HIN为高电平的时间为t1，这里忽略死区时间，那么LIN为高电平的时间就为T-

47、t1。HIN信号的占空比为D=t1/T。设电源电压为V，那么电枢电压的平均值为：Vout= t1 - ( T - t1 ) V / T = ( 2 t1 T ) V / T = ( 2D 1 )V定义负载电压系数为，= Vout / V， 那么 = 2D 1 ；当T为常数时，改变HIN为高电平的时间t1，也就改变了占空比D，从而达到了改变Vout的目的。D在01之间变化，因此在1之间变化。如果我们改变，那么便可以实现电机的调速。当0D0.5时，Vout为负，电机反转；当D=0.5时，Vout=0，此时电机的转速为0；当0.5D1时，Vout为正，电机正转；当=1时，Vout=V，电机正转全速运

48、行。4 总结 本文所述的直流电机双闭环调速系统是以低价位的单片微机8051为核心的，而通过单片机来实现电机调整又有多种途径，相对于其他用硬件或者硬件与软件相结合的方法实现对电机进行调整，采用PWM软件方法来实现的调速过程具有更大的灵活性和更低的成本，它能够充分发挥单片机的效能，对于简易速度控制系统的实现提供了一种有效的途径。 这次课程设计，凝结了很多人的心血，没有组员间的互帮互助，我将无法顺利完成这次课程设计的主电路设计。通过这次的课程设计实践使我加深了对数字化PWM可逆直流调速系统的理解，让我对运动控制系统该课程产生了浓烈的兴趣。由于平时大家都是学理论，没有过实际开发设计的经验，拿到的时候都

49、不知道怎么做。但通过各方面的查资料并学习，我基本学会了数字化PWM可逆直流调速系统的设计。这次的课程设计是我收获最大的一次，虽然中途遇到了不少困难，但还是被我逐步解决了。每次做课程设计我都感觉比较棘手，因为它不单是要求你单纯地完成一个题目，而是要求你对所学的知识都要弄懂，并且能将其贯穿起来，是综合性比较强的，尽管如此，我还是迎难而上了，首先把设计任务搞清，不能盲目地去做，你连任务都不清楚从何做起呢，接下来就是找相关资料，我每天除了上图书馆就是在网上找资料，然后对资料进行整理，找资料说起来好像很简单，但真正做起来是需要耐心的，不是你所找的就一定是有用的，所以这个过程中要花费一些时间做看似无用功的

50、事，其实不尽然，这其中也拓展了你的知识面。通过合作，我们的合作意识得到加强，合作能力得到提高。上大学后，很多同学都没有过深入的交流，在设计的过程中，我们用了分工与合作的方式，每个人互责一定的部分，同时在一定的阶段共同讨论，以解决分工中个人不能解决的问题，在交流中大家积极发言和提出意见，同时我们还向别的同学请教。有很多设计理念来源于实际，从中找出最适合的设计方法。 虽然本次课程设计是要求自己独立完成，但是，彼此还是脱离不了集体的力量，遇到问题和同学互相讨论交流，多和同学讨论。我们在做课程设计的过程中要不停的讨论问题，这样，我们可以尽可能的统一思想，这样就不会使自己在做的过程中没有方向，并且这样也

51、是为了方便最后设计和在一起。讨论不仅是一些思想的问题，还可以深入的讨论一些技术上的问题，这样可以使自己的处理问题要快一些，少走弯路。我相信我们每个人都从这次课程设计中学到了很多，我们也只有在实践中才能提高得更快！实践是我们接触社会的平台，也很感谢老师给了我们每个人这么好的学习机会！参考文献1. 阮毅，陈伯时.电力拖动自动控制系统运动控制系统M. 北京：机械工业出版社，2011.2. 罗飞.电力拖动与运动控制系统M. 北京：化学工业出版社，2007.3. 王兆安.电力电子技术M. 北京：机械工业出版社，2004.4. 张毅刚，彭喜源，谭晓钧，曲春波.MCS51单片机应用设计M.哈尔滨工业大学出版社2001.1.5. 陈锟危立辉，基于单片机的直流电机调速器控制电路J，中南民族大学学报(自然科学版)，2003.9.6. 李维军 韩小刚 李 晋，基于单片机用软件实现直流电机PWM调速系统J，维普资讯，2007.9附录