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基于SG3525的无刷直流电动机调速系统

来源:北京永光高特微电机有限公司作者:李利网址:http://www.yggtwdj.cn浏览数:1343

摘  要:以MC33035 MC33039构成的无刷直流调速系统为基础,从降低高频开关损耗出发,用SG3525构成母线PWM定频调压环节,减小了电动机内部的高频谐波损耗,有效地控制了无刷直流电动机的发热,达到了理想的使用效果。

1  系统构成

  无刷直流电动机的调速系统主要由交直流变换、SG3525PWM调压环节、MC33035、MC33039闭环无刷驱动及无刷直流电动机等组成,如图1所示。

 图1 系统原理框图

   MC33035是MOTOROLA公司开发的高性能第二代无刷直流控制器,由具有良好整流序列的转子位置译码器、可提供传感器功率的温度补偿参考、频率可编程的锯齿波振荡器、完全可访问的误差放大器和3个非常适用于大功率驱动的MOS—FET大电流推挽底部驱动器组成。MC33039电子测速器作为F/V转换,引入测速反馈,构成闭环

调速系统。

   为了有效地降低温升,消除高频开关损耗,有效地遏制谐波分量,在原来MC33035 MC33039组成的调速驱动系统中,将PWM移到直流母线上,由SG3525和IRF740 N沟道MOSFET功率管构成母线PWM调压调速驱动控制。经过调试运行良好,效果明显。

2  基于SG3525芯片的PWM调压电路设计

2.1 SG3524、SG3525芯片

   SG3524是定频PWM电路,采用16引脚标准DIP封装。框图如图2所示。通过9脚可以对地接阻容网络,补偿系统的幅频和相频响应特性。根据试验结果,对地电容也可以实现软起动功能。

     图2  SG3524内部框图

   SG3525也是定频PWM电路,采用16引脚标准DIP封装。框图如图3所示。8脚为软起动端。

2.2 SG3525的设计改进

   SG3525在SG3524的基础上,在设计和功能上主要作了以下改进:

   1)增设欠压锁定电路:电路主要作用是当IC输入电压<8V时,集成块内部电路锁定,停止工作(基准源及必要电路除外)使之消耗电流降至很小(约2mA);

    图3  SG3525内邵框图

   2)有软起动电路:比较器的反相端即软起动控制端8脚可外接软起动电容。该电容由内部5V基准参考电压的50μA恒流源充电,使占空比由小到大(50%)变化;

   3)比较器有两个反相输入端:SG3524的误差放大器、电流控制和关闭控制3个信号共用一个反相输入端,现改为增加一个反相输入端,误差放大器与关闭电路各自送至比较器的反相端。这样,避免了彼此相互影响,有利于误差放大器和补偿网络工作精度的提高;

   4)增加PWM锁存器使关闭更可靠;比较器(脉冲宽度调制)输出送到PWM锁存器,锁存器由关闭电路置位,由振荡器输出时间脉冲复位。这样,当关闭电路动作,即使过电流信号立即消失,锁存器也可维持一个周期的关闭控制,直到下一个周期时钟信号使锁存器复位为止;

   5)振荡器作了较大改进:SG3524中的振荡器只有CT。及RT两引脚,充电和放电回路是相同的。SG3525的振荡器,除了CT及RT引脚外,增加了放电引脚7、同步引脚3。RT阻值决定对CT充电的内部恒流值,CT的放电则由5脚及7脚之间外接的电阻值RD决定。把充电和放电回路分开,有利于通过RD来调节死区的时间。在SG3525中增加了同步引脚3专为外同步用,为多个SG3525的联用提供了方便;

   6)输出级作了结构性改进:电路结构改为确保其输出电平处于高电平,或低电平状态。另外,为了适应驱动MOSFET的需要,末级采用了推挽  式电路,使关断速度更快。

   SG3525设计的改进在实际应用中具有重要意义。例如,脚8增加的软起动功能,避免了开关电源在开机瞬间的电流冲击,可能造成的末级功率开关管的损坏。

 2.3 SG3525芯片的PWM调压原理电路

   (1)独立的DC/DC直流电源:要使SG3525能正常驱动IRF740N沟道MOSFET、功率管,芯片电源必须完全独立,切不可和系统共地,否则MOS—FET管无法正常工作。系统电路采用30/15V直流隔离供电,保证了栅(G)极电压不高于20V。

   (2)锯齿波生成电路:由RT、CT、和内部振荡电路生成锯齿波,RT、CT分别接CT(5)及RT(6)引脚,振荡频率过低滤波回路困难、纹波分量高、噪声大;振荡频率过高功率管难以承受。本方案设定40kHz较为理想。

   (3)基准比较调节电路:由基准引脚Vref (1 6)、同相输入端(2)及外围电阻R1、R2、R4构成基准电路,由外接电位器RS经反相输入端

 (1)构成调节回路,和内部振荡电路共同生成定频双路PWM波。

   (4)双路PWM波输出:由外并电阻R7、R8分别接输出11、14脚,输出到IRF740的栅(G)极,两路并联,从而使PWM波脉宽调制可接近98%,满足了直流母线调压和功率输出的要求。

   (5)功率驱动部分:选用IRF740N沟道MOS—FET、功率管。特点是高压高速,安全工作区不受二次击穿限制,内接源一漏二极管,在每个PWM波周期功率管关断时,将电感能量反馈回电源。

   (6)滤波电路:由L型滤波器构成。电容C4选4700μF电解电容,电感线圈L绕制20圈左右即可。

 图4  SG3525芯片的PWM调压线路

3  系统测试结论

   图5为SG3525芯片的PWM调压电路输出波形,图中V11、V12为SG-3525双路输出波形,VGS为MOSFET、功率管驱动电压,VM为母线滤波后电压。从波形可以看出,母线电压在整个PWM调节过程中,始终保持平滑直流,保证了电动机在整个调速过程中始终运行在无刷状态,电动机电流中高频谐波分量得到遏制,热损耗明显降低,由图6曲线可明显看出,母线调速电机壳温在系统运行22分钟时仅为41.5℃,而原系统高达

52.5℃,达到了预想目的。

 图5  SG3525芯片的PWM调压线路输出波形

 图6  室温20℃时两种调整系统温升曲线

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