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实训三 直流调速系统硬件设计 一、实训内容 设计直流调速系统的软件程序，包括： 1、H型双极可逆PWM变换器的设计； 2、光电耦合器隔离驱动电路的设计； 3、速度给定预处理电路的设计； 4、速度反馈预处理电路的设计； 5、直流调速系统主电源电路的设计； 二、设计原理 基于DSP的高性能直流调速系统以TI公司的TMS320LF2407A型DSP芯片为核心控制芯片，主要由PWM变换器电路、隔离驱动电路、给定预处理电路、反馈预处理电路、和电源电路等几部分组成。双极式驱动是指在一个PWM周期里，电动机电枢的电压极性呈正负变化。 双极式驱动电路也有T型和H型两种。T型双极式驱动由于开关管要承受较高的反向电压，因此只用在低压小功率直流电动机驱动。而H型双极型驱动应用较多，因此在这里将详细介绍。 图示是H型双极式可逆PWM变换器电路。4个开关管分成两组，、为一组，、为另一组。同一组的开关管同步导通或关断，不同组的开关管的导通与关断正好相反。在每个PWM周期里，当控制信号高电平时，开关管、导通，此时为低电压，因此、截止，电枢绕组承受从A到B的正向电压；当控制信号为低电平时，开关管、截止，此时为高电平，因此、导通，电枢绕组承受B到A的反向电压，这就是所谓双极式由于在一个PWM周期里电枢电压经历了正反两次变化，因此其平均电压计算公式如下 由上式，双极式可逆PWM驱动时，电枢绕组所承受的平均电压取决于的大小。当时，，电动机正转，转速最大；时，，电动机不转。虽然此时电动机不转，但电枢绕阻中仍然有交变电流流动，使电动机产生高频振荡，这种振荡不利于克服电动机负载的静摩擦，提高动态性能。为基本光电隔离电路，通过光电耦合器将DSP控制回路与驱动回路进行有效的隔离抗干扰，并对DSP实验箱端口进行有效的保护，同时使输出级电阻值减小，从而解决了栅极驱动源低阻抗的问题。但由于光电耦合器响应速度慢，因此开关延迟时间将会增加，限制了使用频率。因此，选用何种光电耦合器并如何配置其电路参数降低开关延迟时间提高光电转换频率以达到系统设计要求就成了首先要解决的问题。 根据实际设计需要并参考性价比等多方面因素，最终选用的光电耦合器类型为TIL117。其突出的优点有价格较同性能产品低，其次，光电耦合器上升时间、下降时间最高可达，完全可以满足本设计的需要。另外，输入二极管侧电流和光电三极管侧电流变比呈线性规律变化等。 通过软件编程设置，由TMS320LF2407A芯片的PWM1—PWM4引脚直接输出4路对称式PWM波形，分别连接到4组光电耦合器上进行光电隔离，达到对DSP芯片输出通道的保护。由于TMS320LF2407A的PWM通道输出电压的幅值为3.3V，所以可把PWM波信号如图3-所示直接连接到光电耦合器的一次侧，同时在二次侧的电阻上得到隔离输出的PWM信号。在速度给定预处理电路中，由于TMS320LF2407A型DSP芯片的AD输入通道最大的电压限幅值为3.3V因此在电路设计过程中可以采用简单的电路结构如图3-1(a)所示，优点有电路简单，但受工作环境影响，干扰比较严重，直接影响AD转换结果的精确度。可以自由调节输入电压的幅值03.3V，但对参考电压要求较高，而在日常电路设计过程中，多采用5V或12V电源供电，因此基于以上原因对电路进行改进后得到如图所示的改进型速度给定预处理电路。速度反馈预处理电路主要由速度采样电路和频压（F/V）变换电路两部分组成。其中速度采样电路是通过在电机转轴上加入一个自制的码盘，并通过电极带动码盘旋转，由于码盘上打有一定数量用于透光的圆孔，所以当把码盘如图3-1所示的方法放置在光电开关的槽内时就可以通过光电开关得到相应的数字脉冲信号，再根据转速公式可知相应时刻电机的频率信号： 式中为电机的转速，为电机的频率，为码盘上所打的圆孔数量。 耦合器的工作原理可知光电开关在工作时也存在一定的转换速率，因此电路参数的调节也十分的重要，但此时要求光电开关工作在开关状态即可。综合多方面因素考虑最终选定码盘上所打的圆孔数为6双极式可逆PWM驱动时，电枢绕组所承受的平均电压取决于的大小。当时，，电动机正转，转速最大；时，，电动机不转。TMS320LF2407A型DSP芯片的AD输入通道最大的电压限幅值为3.3V速度反馈预处理电路主要由速度采样电路和频压（F/V）变换电路两部分组成。其中速度采样电路是通过在电机转轴上加入一个自制的码盘，并通过电极带动码盘旋转，由于码盘上打有一定数量用于透光的圆孔的方法放置在光电开关的槽内时就可以通过光电开关得到相应的数字脉冲信号，再根据转速公式可知相应时刻电机的频率信号：