电力电子技术课程设计

目录 2

第一章：绪论 3

第二章：系统设计方案 4

1) 方案设计 4

2) 工作原理 4

3) 主电路 4

第三章：元器件介绍 6

sg2731结构及原理 6

sg2731引脚的排列、名称、功能和用法 7

三极管a940 9

第四章：安装与调试 10

调试 10性能测试与分析 11

第五章：结论与心得 13

第六章：参考文献 13

脉冲宽度调制（pwm）是英文“pulse width modulation”的缩写，简称脉宽调制。它是利用微处理器的数字输出来对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术，广泛应用于测量，通信，功率控制与变换等许多领域。一种模拟控制方式，根据相应载荷的变化来调制晶体管栅极或基极的偏置，来实现开关稳压电源输出晶体管或晶体管导通时间的改变，这种方式能使电源的输出电压在工作条件变化时保持恒定。

脉冲宽度调制（pwm）是一种对模拟信号电平进行数字编码的方法。通过高分辨率计数器的使用，方波的占空比被调制用来对一个具体模拟信号的电平进行编码。pwm信号仍然是数字的，因为在给定的任何时刻，满幅值的直流供电要么完全有(on)，要么完全无(off)。

电压或电流源是以一种通(on)或断(off)的重复脉冲序列被加到模拟负载上去的。通的时候即是直流供电被加到负载上的时候，断的时候即是供电被断开的时候。只要带宽足够，任何模拟值都可以使用pwm进行编码。

多数负载(无论是电感性负载还是电容性负载)需要的调制频率高于10hz，通常调制频率为1khz到200khz之间。

pwm的一个优点是从处理器到被控系统信号都是数字形式的，无需进行数模转换。让信号保持为数字形式可将噪声影响降到最小。噪声只有在强到足以将逻辑1改变为逻辑0或将逻辑0改变为逻辑1时，也才能对数字信号产生影响。

对噪声抵抗能力的增强是pwm相对于模拟控制的另外一个优点，而且这也是在某些时候将pwm用于通信的主要原因。从模拟信号转向pwm可以极大地延长通信距离。在接收端，通过适当的rc或lc网络可以滤除调制高频方波并将信号还原为模拟形式。

总之，pwm既经济、节约空间、抗噪性能强，是一种值得广大工程师在许多设计应用中使用的有效技术。

pwm调速控制的基本原理是按一个固定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的时间比(占空比)来改变直流电机电枢上电压的"占空比"，从而改变平均电压，控制电机的转速。在脉宽调速系统中，当电机通电时其速度增加，电机断电时其速度减低。只要按照一定的规律改变通、断电的时间，即可控制电机转速。

而且采用pwm技术构成的无级调速系统．启停时对直流系统无冲击，并且具有启动功耗小、运行稳定的特点。

1) 方案设计：

选用芯片sg2731(直流电动机pwm控制单片集成电路) ，sg2731以输入误差信号幅值和极性控制输出两路脉冲调节信号控制h桥输出，控制h桥输出。h桥的输出连接到电机上。

电机驱动电压能在较大的范围内进行调整，可实现直流电动机的4象限控制，可用于精确位置伺服控制和速度控制，可以通过外部电路实现过流保护。

sg2731应用电路简单，控制方便，系统成本低，可广泛适用于有、无位置反馈直流电机驱动系统中。

2) 工作原理：

本系统设计方案是通过改变电机给定电压大小来进行直流电机调速，即调压调速。

输出电压由芯片sg2731中的pwm调制器控制外部h桥电路通断改变电压，pwm信号输出管脚为12，13。管脚12，13接到h桥上控制功率管开关电路。由h桥上的输出电压提供电机电压。

电机转速由h桥输出的平均电压决定。

输出电压调节是通过sg2731管脚3控制pwm宽度，通过改变管脚3上的电压即可改变pwm宽度。管脚3上的电压可以由可调电阻来调节。

3) 主电路：

sg2731是一种高性能直流电机驱动芯片，内部有二角波发生器、误差电压放大器、脉宽调制器、pwm补偿电路，h桥驱动电路和瞬间保护电路等，如图（3）所示。二角波发生器由两个电压比较器、一个rs触发器、一个双向5ooua恒流源和外接定时器电容组成。正基准电压v△+和负基准电压v△-由外部从2和7引脚接入，决定了三角波的幅值电压。

在正常情况下，正负基准电压相等，三角波形对称。由于决定三角波斜率的定时电容充电和放电是以5ooua恒流源进行的，所以三角波的两个斜坡完全对称。从而得到三角波的振荡周期计算公式：

t osc=2c dv/0. 0005=2c(v△+-v△-)0. 0005

图（3）误差放大器：它是一个有内补偿的低输出阻抗运算放大器，其输入和输出端由引脚引出，在应用中可以根据需要采用反馈补偿技术，以控制闭环系统的增益特性。

pwm调制器：从rs触发器输出的三角波信号与误差放大器输出的误差电压相加，衰减1/ 2，在两个比较器与门槛电压-vt和+vt进行比较，从而得到两路pwm信号，控制两个半桥的输出outputa(13引脚)和输出outputb （12引脚)。门槛电压从1和 8脚输入。

脉宽调制可分为有死区和无死区2种工作方式，这两种工作方式的选择是通过+vt和+v△的比较来决定的，当+vt >+v△时为有死区的工作方式。当误差电压为零时，三角波与门槛电压没有交叉，输出a和b保持低电平。当误差电压足够大时，三角波向上平移与门槛电压周期性相交，输出output a有pwm输出。

此脉冲占空比与误差电压成正比关系，直到100%占空比。同样在负误差电压下，输出output b被调制，如图（4）所示。如果为无死区工作方式，输出output a和输出output b出现两列相互差为180°的激励脉冲，有利于消除系统的机械死区。

图（4）两路输出驱动级为推挽结构半桥驱动，输出和吸入电流为100m a ,最大值为200m a , 4个二极管起续流的作用。采用非饱和、准补偿技术，输入级为高压施密特触发器电路，正反馈加速了开关时间。

sg2731采用标准双列直插式16引脚dip-16大规模集成电路封装。它的引脚排列如下图所示：

引脚简单介绍：

引脚1（+vt）和引脚8（-vt）：pwm脉冲控制电源电压输入端。实际应用中，可通过一个电阻分别接到+vs和-vs，应注意的是+vt和-vt的电平绝对值应保证低于2 v△+和︳-2v△- 的电平。

引脚2（2 v△+）和引脚7（2v△-）未衰减前，三角波最大峰峰值控制电压输入端。为使sg2731线性工作，应保证2 v△+与2v△-之间的电位差小于或等于10v。

引脚3（ni）：误差放大器正向输入端。实际应用中，用作同相输入放大器时，通过一个电阻接控制给定信号；用作反相输入放大器时，通过一个电阻接地。

引脚4（inv）：误差放大器反向输入端。不论是同相输入还是反相输入放大器，均应与引脚5之间接不同的网络，以构成不同的闭环调节器。

引脚5（error）：误差放大器输出端。

引脚6（ct）:外接定时电容连接端。其功能为通过该端所接电容的大小来控制本集成块内部工作的三角波频率，从而也就和2 v△+和2v△-内部一起来控制输出脉冲的频率。

实际应用中，通过一个电容接地。

引脚9（-vs）、引脚16（+vs）：集成块工作正负控制电源电压输入端。应注意的是：

无论sg2731选用单极性工作还是双极性工作，都必须保证在+vs和-vs端的电位差大于或等于7v，而小于或等于30v。

引脚10 （sub）：集成块基片连接端。实际应用中，可直接接-vs或-v0，亦可通过一个电容接地。

引脚14（+vo）和引脚11（-vo）：输出功率放大级电源输入端。实际应用中，当选择sg2731单极性输出时，应把-vo直接接地；若选择sg2731双极性输出时，应在+vo和-vo端分别接一个共地且绝对值相等的电压。

应注意的是，加在+vo和-vo端的电位差必须大于或等于5v，而小于或等于44v，且应保证+vo＞-vs+5，这可以保证单极性正控制电源电压与单负边驱动电源电压之间有一个固定的电位差。

引脚13（outa）、引脚12（outb）:两独立的脉宽调制输出端。实际应用中，可直接接被驱动微型直流电动机电枢的两端，亦可直接接小功率逆变器晶体管的基极。

引脚15（）:封锁pwm脉冲输出控制端。实际应用中，接保护电路输出。

a940大功率时序控制电源是美国c-mark灯光音响公司专为c-mark系列音响产品量体设计的配套电源设备。提供5路ac 40a/220v/50hz和7路ac 15a/220v/50hz共12路电源输出，电源输出的开启和关闭可按一定逻辑顺序延时开启或关闭电源输出，并带有led监控各路工作状态。

a940主控电路采用高可靠性的数字集成器件，电源开关输出部分使用大功率的继电器(40a)，整机运行可靠性大大提高，开机采用钥匙的开关，同时配备远程开机电路，及提供标准的电气接线端子。采用3u标准机箱，适合标准机柜的安装使用。

a940配有三相5p专用输入电源插头，电源输入线路既可采用380v三相四线制电源，也可采用220v单相电源。

a940为用户提供可靠的顺序供电开启关闭操作程序，避免了音响系统在打开、关闭过程中对扬声器系统的冲击和损害，同时也可以减少对总供电系统的冲击。

a940时序控制电源按照国标gb14048.5-93《低压开关设备和控制设备》及gb12400-93《高保真声频放大器性能要求》的标准进行设计/生产和检验出厂。

a940时序控制电源除了适用于c-mark系列产品外，同时也适用于其它有顺序开启和关闭电源需求的系统。

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