北京永光高特微電機有限公司
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基于SG3525的無刷直流電動機調速系統

來源:北京永光高特微電機有限公司作者:李利網址:http://www.fupoqq9.cn瀏覽數:1422

摘  要:以MC33035 MC33039構成的無刷直流調速系統為基礎,從降低高頻開關損耗出發,用SG3525構成母線PWM定頻調壓環節,減小了電動機內部的高頻諧波損耗,有效地控制了無刷直流電動機的發熱,達到了理想的使用效果。

1  系統構成

  無刷直流電動機的調速系統主要由交直流變換、SG3525PWM調壓環節、MC33035、MC33039閉環無刷驅動及無刷直流電動機等組成,如圖1所示。

 圖1 系統原理框圖

   MC33035是MOTOROLA公司開發的高性能第二代無刷直流控制器,由具有良好整流序列的轉子位置譯碼器、可提供傳感器功率的溫度補償參考、頻率可編程的鋸齒波振蕩器、完全可訪問的誤差放大器和3個非常適用于大功率驅動的MOS—FET大電流推挽底部驅動器組成。MC33039電子測速器作為F/V轉換,引入測速反饋,構成閉環

調速系統。

   為了有效地降低溫升,消除高頻開關損耗,有效地遏制諧波分量,在原來MC33035 MC33039組成的調速驅動系統中,將PWM移到直流母線上,由SG3525和IRF740 N溝道MOSFET功率管構成母線PWM調壓調速驅動控制。經過調試運行良好,效果明顯。

2  基于SG3525芯片的PWM調壓電路設計

2.1 SG3524、SG3525芯片

   SG3524是定頻PWM電路,采用16引腳標準DIP封裝??驁D如圖2所示。通過9腳可以對地接阻容網絡,補償系統的幅頻和相頻響應特性。根據試驗結果,對地電容也可以實現軟起動功能。

     圖2  SG3524內部框圖

   SG3525也是定頻PWM電路,采用16引腳標準DIP封裝??驁D如圖3所示。8腳為軟起動端。

2.2 SG3525的設計改進

   SG3525在SG3524的基礎上,在設計和功能上主要作了以下改進:

   1)增設欠壓鎖定電路:電路主要作用是當IC輸入電壓<8V時,集成塊內部電路鎖定,停止工作(基準源及必要電路除外)使之消耗電流降至很小(約2mA);

    圖3  SG3525內邵框圖

   2)有軟起動電路:比較器的反相端即軟起動控制端8腳可外接軟起動電容。該電容由內部5V基準參考電壓的50μA恒流源充電,使占空比由小到大(50%)變化;

   3)比較器有兩個反相輸入端:SG3524的誤差放大器、電流控制和關閉控制3個信號共用一個反相輸入端,現改為增加一個反相輸入端,誤差放大器與關閉電路各自送至比較器的反相端。這樣,避免了彼此相互影響,有利于誤差放大器和補償網絡工作精度的提高;

   4)增加PWM鎖存器使關閉更可靠;比較器(脈沖寬度調制)輸出送到PWM鎖存器,鎖存器由關閉電路置位,由振蕩器輸出時間脈沖復位。這樣,當關閉電路動作,即使過電流信號立即消失,鎖存器也可維持一個周期的關閉控制,直到下一個周期時鐘信號使鎖存器復位為止;

   5)振蕩器作了較大改進:SG3524中的振蕩器只有CT。及RT兩引腳,充電和放電回路是相同的。SG3525的振蕩器,除了CT及RT引腳外,增加了放電引腳7、同步引腳3。RT阻值決定對CT充電的內部恒流值,CT的放電則由5腳及7腳之間外接的電阻值RD決定。把充電和放電回路分開,有利于通過RD來調節死區的時間。在SG3525中增加了同步引腳3專為外同步用,為多個SG3525的聯用提供了方便;

   6)輸出級作了結構性改進:電路結構改為確保其輸出電平處于高電平,或低電平狀態。另外,為了適應驅動MOSFET的需要,末級采用了推挽  式電路,使關斷速度更快。

   SG3525設計的改進在實際應用中具有重要意義。例如,腳8增加的軟起動功能,避免了開關電源在開機瞬間的電流沖擊,可能造成的末級功率開關管的損壞。

 2.3 SG3525芯片的PWM調壓原理電路

   (1)獨立的DC/DC直流電源:要使SG3525能正常驅動IRF740N溝道MOSFET、功率管,芯片電源必須完全獨立,切不可和系統共地,否則MOS—FET管無法正常工作。系統電路采用30/15V直流隔離供電,保證了柵(G)極電壓不高于20V。

   (2)鋸齒波生成電路:由RT、CT、和內部振蕩電路生成鋸齒波,RT、CT分別接CT(5)及RT(6)引腳,振蕩頻率過低濾波回路困難、紋波分量高、噪聲大;振蕩頻率過高功率管難以承受。本方案設定40kHz較為理想。

   (3)基準比較調節電路:由基準引腳Vref (1 6)、同相輸入端(2)及外圍電阻R1、R2、R4構成基準電路,由外接電位器RS經反相輸入端

 (1)構成調節回路,和內部振蕩電路共同生成定頻雙路PWM波。

   (4)雙路PWM波輸出:由外并電阻R7、R8分別接輸出11、14腳,輸出到IRF740的柵(G)極,兩路并聯,從而使PWM波脈寬調制可接近98%,滿足了直流母線調壓和功率輸出的要求。

   (5)功率驅動部分:選用IRF740N溝道MOS—FET、功率管。特點是高壓高速,安全工作區不受二次擊穿限制,內接源一漏二極管,在每個PWM波周期功率管關斷時,將電感能量反饋回電源。

   (6)濾波電路:由L型濾波器構成。電容C4選4700μF電解電容,電感線圈L繞制20圈左右即可。

 圖4  SG3525芯片的PWM調壓線路

3  系統測試結論

   圖5為SG3525芯片的PWM調壓電路輸出波形,圖中V11、V12為SG-3525雙路輸出波形,VGS為MOSFET、功率管驅動電壓,VM為母線濾波后電壓。從波形可以看出,母線電壓在整個PWM調節過程中,始終保持平滑直流,保證了電動機在整個調速過程中始終運行在無刷狀態,電動機電流中高頻諧波分量得到遏制,熱損耗明顯降低,由圖6曲線可明顯看出,母線調速電機殼溫在系統運行22分鐘時僅為41.5℃,而原系統高達

52.5℃,達到了預想目的。

 圖5  SG3525芯片的PWM調壓線路輸出波形

 圖6  室溫20℃時兩種調整系統溫升曲線

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