電力電子課程設計報告--基于mosfet組成h橋驅(qū)動電機的設計

1、<p>　　指導教師評定成績： </p><p>　　審定成績： </p><p>　　xxxxx自 動 化 學 院</p><p>　　電力電子課程設計報告</p><p>　　單位（二級學院）： 自動化學院 </p><p>　　學 生 姓

2、名： xx </p><p>　　專 業(yè)： xx </p><p>　　班 級： xx </p><p>　　學 號： xx </p><p>　　指 導 教 師： xx老師 </p><p>

3、;　　設計時間： 2012 年 6 月</p><p><b>　　Xxxx</b></p><p>　　2009級電力電子技術(shù)課程設計任務書</p><p><b>　　一、課程設計的目的</b></p><p>　　通過電力電子計術(shù)的課程設計達到以下幾個目的：</p><p&

4、gt;　　1、培養(yǎng)學生文獻檢索的能力，特別是如何利用Internet檢索需要的文獻資料。</p><p>　　2、培養(yǎng)學生綜合分析問題、發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的能力。</p><p>　　3、培養(yǎng)學生運用知識的能力和工程設計的能力。</p><p>　　4、提高學生課程設計報告撰寫水平。</p><p><b>　　二、課程設計的要求&

5、lt;/b></p><p><b>　　1. 自立題目</b></p><p>　　題目方向1：單相可控整流技術(shù)的工程應用</p><p>　　題目方向2：三相可控整流技術(shù)的工程應用</p><p>　　題目方向3：降壓斬波變換技術(shù)的工程應用</p><p>　　題目方向4：升壓斬波變換技

6、術(shù)的工程應用</p><p>　　題目方向5：交流調(diào)壓或交流調(diào)功技術(shù)的工程應用</p><p>　　題目方向6：變頻技術(shù)的工程應用</p><p>　　題目方向7：有源逆變技術(shù)的工程應用</p><p>　　題目方向8：無源逆變技術(shù)的工程應用</p><p><b>　　注意事項：</b><

7、/p><p>　?、?所立題目必須是某一電力電子裝置或電路的設計，題目難度和工作量要適應在一周半內(nèi)完成，題目要結(jié)合工程實際。學生也可以選擇規(guī)定題目方向外的其它電力電子裝置設計，如開關電源、鎮(zhèn)流器、UPS電源等。</p><p>　?、?通過圖書館和Internet廣泛檢索和閱讀自己要設計的題目方向的文獻資料，確定適應自己的課程設計題目。自立題目后，首先要明確自己課程設計的設計內(nèi)容。要給出所要設

8、計裝置（或電路）的主要技術(shù)數(shù)據(jù)（如輸入要求，輸出要達到的目標，裝置容量的大小以及裝置要具有哪些功能）。如：</p><p>　　直流電動機調(diào)壓調(diào)速可控整流電源設計</p><p><b>　　主要技術(shù)數(shù)據(jù)</b></p><p><b>　　輸入交流電源：</b></p><p>　　三相380V&

9、#177;10% f=50Hz</p><p><b>　　0~220V</b></p><p>　　50~220V范圍內(nèi)，直流輸出電流額定值100A</p><p>　　直流輸出電流連續(xù)的最小值為10A</p><p><b>　　設計內(nèi)容：</b></p><p><

10、;b>　　整流電路的選擇</b></p><p>　　整流變壓器額定參數(shù)的計算</p><p>　　晶閘管電流、電壓額定的選擇</p><p>　　平波電抗器電感值的計算</p><p><b>　　保護電路的設計</b></p><p><b>　　觸發(fā)電路的設計&l

11、t;/b></p><p>　　畫出完整的主電路原理圖和控制電路原理圖</p><p>　　列出主電路所用元器件的明細表</p><p>　　2. 在整個設計中要注意培養(yǎng)靈活運用所學的電力電子技術(shù)知識和創(chuàng)造性的 思維方式以及創(chuàng)造能力</p><p>　　要求具體電路方案的選擇必須有論證說明，要說明其有哪些特點。主電路具體電

12、路元器件的選擇應有計算和說明。課程設計從確定方案到整個系統(tǒng)的設計，必須在檢索、閱讀及分析研究大量的相關文獻的基礎上，經(jīng)過剖析、提煉，設計出所要求的電路（或裝置）。課程設計中要不斷提出問題，并給出這些問題的解決方法和自己的研究體會。（注意：所確定的主電路方案如果沒有論證說明，成績不能得優(yōu)；設計報告最后給出設計中所查閱的參考文獻最少不能少于5篇，且文中有引用說明，否則也不能得優(yōu)）。</p><p>　　3. 在整個設

13、計中要注意培養(yǎng)獨立分析和獨立解決問題的能力</p><p>　　要求學生在教師的指導下，獨力完成所設計的系統(tǒng)主電路、控制電路等詳細的設計（包括計算和器件選型）。嚴禁抄襲，嚴禁兩篇設計報告基本相同，甚至完全一樣。</p><p>　　4. 課題設計的主要內(nèi)容是主電路的確定，主電路的分析說明，主電路元器件的計算和選型，以及控制電路設計。</p><p>　　報告最后給出

14、所設計的主電路和控制電路標準電路圖（最好用電子CAD）。</p><p>　　5. 課程設計用紙和格式統(tǒng)一</p><p>　　A4紙打?。撨吘啵荷舷伦笥腋髁?.8cm）</p><p><b>　　大標題：3號字</b></p><p><b>　　小標題：4號字</b></p>

15、<p><b>　　正文：小4號字</b></p><p>　　要求圖表規(guī)范，文字通順，邏輯性強，報告字數(shù)不少于6000字。</p><p>　　三、課程設計報告基本格式</p><p>　　封面：嚴格按照重慶郵電大學自動化學院課程設計封面填寫（參見自動化學院網(wǎng)站）</p><p><b>　　目錄內(nèi)

16、容：</b></p><p>　　1. 設計的基本要求（給出所要設計的裝置的主要技術(shù)數(shù)據(jù)和設計裝置要達到的要求（包括性能指標）,最好簡述所設計裝置的主要用途）</p><p>　　2. 總體方案的確定</p><p><b>　　原則：達到性能要求</b></p><p>　　經(jīng)濟性好（一次投資和二次投資）&

17、lt;/p><p><b>　　追求高性能價格比</b></p><p><b>　　高可靠性</b></p><p><b>　　維護維修方便</b></p><p>　　3. 具體電路設計（主電路設計、控制電路設計等）</p><p>　　4. 附錄（電

18、路圖和元器件明細表等）</p><p><b>　　5. 參考文獻</b></p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　摘要1</b></p><p><b>　　一、總體概述2</b></p><p>

19、;　　二、H橋驅(qū)動原理2</p><p><b>　　三、電路設計2</b></p><p>　　1.矩形波信號產(chǎn)生器2</p><p><b>　　2.驅(qū)動電路3</b></p><p><b>　　3.主電路5</b></p><p>&l

20、t;b>　　4.系統(tǒng)總電路6</b></p><p><b>　　四、實驗數(shù)據(jù)7</b></p><p><b>　　1.調(diào)試數(shù)據(jù)7</b></p><p><b>　　2.調(diào)試波形7</b></p><p>　　五、實驗結(jié)果分析9</p>

21、;<p><b>　　六、附錄9</b></p><p>　　1.系統(tǒng)總電路圖分解圖9</p><p><b>　　2.元器件細表9</b></p><p><b>　　3.實物圖10</b></p><p><b>　　結(jié)束語10</b

22、></p><p><b>　　參考文獻11</b></p><p>　　基于MOSFET組成H橋驅(qū)動電機的設計</p><p>　　摘要：本設計是根據(jù)MOSFET的基本特性以及H橋的特點，利用TL494產(chǎn)生方波，再通過IR2111芯片產(chǎn)生兩路反向的PWM波，驅(qū)動4個MOSFET管，建立H橋電路進行斬波控制，調(diào)節(jié)直流電機的速度和轉(zhuǎn)向控制

23、。</p><p>　　關鍵詞： MOSFET H橋 斬波調(diào)控 </p><p>　　Abstract: the design is based on the basic characteristic of the MOSFET and H bridge characteristics, the use of TL494 produce square wave, again thr

24、ough the IR2111 chip generates two road opposite PWM waves, drive 4 MOSFET tube, establish H bridge circuit the chopper control, adjust the speed of dc motor and steering control.</p><p>　　Keywords: MOSFET

25、H bridge the chopper control</p><p><b>　　總體概述</b></p><p>　　設計內(nèi)容：1.要求實現(xiàn)對帶恒轉(zhuǎn)矩負載電機的。2.象限調(diào)速。</p><p>　　提示：恒轉(zhuǎn)矩負載——可用直流發(fā)電機做直流電動機的負載，保持直流發(fā)電機的勵磁電流恒定為50毫安或100毫安，在改變PWM占空比的過程中通過調(diào)節(jié)

26、發(fā)電機的負載電阻（接入2250歐）使其電樞電流保持為某個值不變，即為恒轉(zhuǎn)矩負載。</p><p>　　設計方案：主電路采用4個MOSFET管與電機連接成H橋電路，通過控制MOSFET的開通與關斷來實現(xiàn)對電工作狀態(tài)的控制，從而實現(xiàn)調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)速的功能。因此，主電路比較簡單。而設計的最關鍵環(huán)節(jié)應該是MOSFET 的驅(qū)動電路的設計，在這里，我們可以采用TL494結(jié)合IR2111來驅(qū)動MOSFET管。</p>

27、<p><b>　　H橋驅(qū)動原理</b></p><p>　　由于只需要實現(xiàn)電機的2象限（正轉(zhuǎn)及制動）帶恒轉(zhuǎn)矩負載的調(diào)速，因此主電路采用半橋電路即可實現(xiàn)這個功能。而TL494和IR2111，作為專用芯片，可以使驅(qū)動電路更簡單，簡單意味著可靠，它還可以使我們在電路元器件排布、電路焊接等方面更加方便，從而提高設計功能的可靠性。因此我們選擇采用TL494結(jié)合IR2111組成的電路作為M

28、OSFET管的驅(qū)動電路。</p><p><b>　　三、電路設計</b></p><p>　　1.矩形波信號產(chǎn)生器</p><p>　　方波信號產(chǎn)生器采用專用芯片TL494構(gòu)成。如圖1所示是TL494的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖。根據(jù)這個內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖，只要在12腳加上工作電壓，我們就可以在14腳得到5V的基準電壓輸出。同時，我們可以通過改變5腳或者6腳的CT、

29、RT得知來改變振蕩器的頻率大小，從而改變在9腳輸出的矩形波的頻率大小，其頻率大小與CT、RT的關系如下：</p><p>　　f= 錯誤！未找到引用源。</p><p>　　圖1 TL494內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　同時，通過控制1腳的輸入電壓的大小，就可以方便控制輸出矩形波的占空比。從而，可以設計出如圖2所示的矩形波信號產(chǎn)生器。</p><

30、;p>　　圖2 TL494接線圖</p><p><b>　　2.驅(qū)動電路</b></p><p>　　IR2111 是功率MOSFET 和IGBT 專用柵極驅(qū)動集成電路, 可用來驅(qū)動工作在母線電壓高達600V 的電路中的N溝道功率MOS 器件。采用一片IR 2111 可完成兩個功率元件的驅(qū)動任務，選用IR2111芯片能對前面送進的PWM波分成兩路反相的訊號，從

31、而進行后面元件的驅(qū)動。</p><p>　　IR2111內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖3，引腳圖見圖4</p><p>　　圖3 IR2111內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　圖4 IR2111引腳圖</p><p><b>　　引腳介紹：</b></p><p>　　1腳：Vcc 是給IR2111 供電的電源,

32、一般為15V</p><p>　　2腳：IN 是控制信號的輸入端, 輸入等效電阻很高, 可直接連接來自前面觸發(fā)電路的PWM波</p><p>　　3腳: COM是接地端</p><p>　　4,7腳：HO、LO 分別是上、下管控制邏輯輸出端</p><p>　　6腳：Vs 是高壓側(cè)懸浮地</p><p>　　8腳：Vb

33、 是為高壓側(cè)懸浮電源端</p><p>　　基于IR2111的驅(qū)動放大電路見圖5</p><p>　　圖5 基于IR2111的驅(qū)動放大電路</p><p>　　該方案較為簡單，用一個集成驅(qū)動芯片就能把一路PWM波分成兩路相反的信號，簡單安全可靠，故選用該方案。</p><p><b>　　3.主電路</b></p&

34、gt;<p><b>　　主電路如圖6所示：</b></p><p><b>　　圖6 主電路圖</b></p><p>　　主電路示意圖如圖7所示：</p><p><b>　　圖7 主電路示意圖</b></p><p>　　圖7中所示為一個典型的直流電機控制電

35、路。電路得名于“H橋驅(qū)動電路”是因為它的形狀酷似字母H。4個三極管組成H的4條垂直腿，而電機就是H中的橫杠，H橋式電機驅(qū)動電路包括4個MOSFET和一個電機。要使電機運轉(zhuǎn)，必須導通對角線上的一對MOSFET。根據(jù)不同MOSFET對的導通情況，電流可能會從左至右或從右至左流過電機，從而控制電機的轉(zhuǎn)向。     要使電機運轉(zhuǎn)，必須使對角線上的一對MOSFET導通。例如，如圖7所示，當VD1管和VD3

36、管導通時，電流就從電源正極經(jīng)VD1從左至右穿過電機，然后再經(jīng)VD3回到電源負極。從而驅(qū)動電機按特定方向轉(zhuǎn)動（電機周圍的箭頭指示為順時針方向）。當另一對MOSFET VD2和VD4導通的情況，電流將從右至左流過電機，從而驅(qū)動電機沿另一方向轉(zhuǎn)動</p><p><b>　　4.系統(tǒng)總電路</b></p><p>　　經(jīng)過匯總得到的總電路圖如圖8所示：

37、 </p><p><b>　　圖8 系統(tǒng)總圖</b></p><p><b>　　實驗數(shù)據(jù)</b></p><p><b>　　1.調(diào)試數(shù)據(jù)：</b></p><p>　　由表中可以畫出占空比和轉(zhuǎn)速的關系圖如下：</p><p><b

38、>　　2.調(diào)試波形</b></p><p>　　給TL494接上工作電壓，調(diào)節(jié)6腳可調(diào)電阻得到合適的方波頻率，在實際調(diào)試中我們把頻率調(diào)節(jié)在5kHz。之后調(diào)節(jié)1腳可調(diào)電阻就可以觀察到方波占空比的變化，調(diào)試波形如圖9所示。</p><p>　　圖9 TL494輸出波形</p><p>　　把TL494輸出的方波接到IR2111的2腳，并給IR2111接

39、上工作電壓，在4腳與7腳就可以得到兩路相反的PWM波，調(diào)試波形如圖10所示。</p><p>　　圖10 IR2111輸出波形</p><p>　　調(diào)節(jié)示波器的時間軸，可以看到由IR2111輸出地兩路PWM波之間是有死區(qū)時間的，但死區(qū)時間由芯片固定不可調(diào)，調(diào)試波形如圖11所示。</p><p>　　圖11 IR2111兩路信號死區(qū)時間</p><

40、p><b>　　實驗結(jié)果分析</b></p><p>　　在第一次調(diào)試時我們設計的電路是利用TL494輸出兩路PWM波，再通過三極管等分立元件組成驅(qū)動放大電路來驅(qū)動MOSFET管。但是在調(diào)試的過程中我們發(fā)現(xiàn)由TL494直接輸?shù)膬陕稰WM波不符合我們的設計要求。由TL494直接輸出的兩路PWM波只有0%-50%的占空比可調(diào)，同時兩路波形只是相位上相差180度，波形上沒有形成互補，不符合設

41、計要求。</p><p>　　在第二次調(diào)試時，我們改變了電路圖：把TL494的13腳由接14腳改為接地。在把TL494的輸出波形接到IR2111上，用IR2111直接驅(qū)動MOSFET管，放棄使用分立元件。在這次調(diào)試過程中，我們首先測試IR2111的輸出波形，但IR2111的只有一路輸出波形，另一路沒有波形。后來我們發(fā)現(xiàn)要把MOSFET管接到IR2111上，才能輸出正確的波形。</p><p&g

42、t;<b>　　附錄</b></p><p>　　1.系統(tǒng)總電路圖分解圖</p><p><b>　　元器件細表</b></p><p><b>　　實物圖</b></p><p><b>　　結(jié)束語</b></p><p>　　本

43、文所述的基于MOSFET組成H橋來驅(qū)動電機的設計方案，此設計方案選用全控型器件MOSFET，電機正反轉(zhuǎn)時電樞繞組的連接采用H橋的特性進行切換，這樣只用四個MOSFET器件就實現(xiàn)了電機的兩象限運行。方波信號由專用芯片TL494產(chǎn)生，調(diào)試非常方便，電路控制也很靈活。實驗證明本設計電路能夠?qū)崿F(xiàn)電機可逆運行以及電動和制動的轉(zhuǎn)換。實現(xiàn)非常方便，并具有較強的可操作性。</p><p>　　電路的原理圖電路圖均給出，在購買元器

44、件后，就進行了焊接工作，焊接時出現(xiàn)多處錯誤，也弄壞了許多元器件。在調(diào)試過程中問題也多次出現(xiàn)，經(jīng)過多次調(diào)試，發(fā)現(xiàn)典型問題——為什么IR2111必需接上MOSFET管才能得到波形？</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1] 王兆安，劉進軍.電力電子技術(shù)[M].北京：機械工業(yè)出版社，2009</p><p>　　[2]

45、 陳勇，羅萍，向敏.電力拖動與控制[M]，北京： 人民郵電出版社，2011</p><p>　　[3] 鐘靜宏，張承宇.基于脈沖電源的MOSFET驅(qū)動電路研究及應用[J]，2006</p><p>　　[4] 張炳佳.步進電機H橋驅(qū)動電路設計[J],2006</p><p>　　[5] 維普資訊 http://dx.cqvip.com/index.asp</