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冶金工业炉温度控制系统的主电路设计案例

系统的主电路由整流电路、滤波电路及PWM变换电路来组成。主电路通过整流、滤波电路将三相交流电变成220V直流电，经PWM桥式变换电路控制直流电动机的转速。主电路图如图3.1所示。

图3.1主电路

整流电路采用的是含有滤波电容的三相桥式不可控整流电路。三相桥式不可控整流电路就是两个三相半波电路的串联组合，利用了不可控器件二极管的单向导电性设计出来的整流电路，如图3.2所示。

图3.2三相桥式不可控整流电路

（1）整流变压器选择及计算

整流变压器选用接法

（3.1）

取，电网波动系数，占空比最大值

（3.2）

变压器变比

，

容量

（3.3）

（2）整流二极管的选用

（3.4）

（3.5）

（3.6）

所以二极管选择C20T04Q，最大通过电流可达180A。

（3）保护电路参数计算及元器件选型

电容C：，

：IRGPC50u型号的IGBT管

电阻：

PWM变换电路可以将电压振幅转换成脉冲信号，实现本电路的脉宽调制控制电机。PWM变换电路如图3.3所示。

图3.3PWM变换电路

（3.7）

（3.8）

PWM变换电路中二极管选型为1N4003

IGBT管选择CM150E3Y(E3U)-12E，它的最大工作电流为150A，最大工作电压为600V。

单片机的最小系统就是使单片机能够实现简单运行的最少的原件的组合，主要由晶振、复位电路、电源电路组成。其中晶振用作计时，与两个电容并联使用；复位电路用于复位；电源电路用于给单片机供电。单片机最小系统如图3.4所示。

（1）PWM芯片选择

本系统选用SG3525PWM芯片，SG3525芯片是一种性能优良、功能非常齐全和通用性比较强的集成PWM控制芯片，它的结构简单可靠且使用方便灵活，输出驱动为推拉输出的形式，增加了驱动能力；其内部还含有欠压锁定电路、软启动控制电路、PWM锁存器，还具有过流保护的功能，频率可调，同时能够限制最大占空比。SG3525芯片如图3.5所示。

①SG3525引脚功能介绍，功能表如表3.1所示。

表3.1SG3525功能介绍

引脚

功能介绍

1脚

误差放大器的反相输入端；?

2脚

误差放大器的同相输入端；

3脚

同步信号的输入端，同步脉冲的频率应比振荡器频率fS还要低一点；

4脚

振荡器输出；

5脚

振荡器外接定时电阻RT端，RT值为；

6脚

振荡器外接电容的CT端，振荡器频率，R0是5脚和7脚之间跨接的电阻，是用来调节死区时间的，定时电容范围为；

7脚

振荡器的放电端，采用外接电阻来控制的死区时间，电阻的范围是；

8脚

软启动端，外接软启动电容，该电容由内部的恒流源来进行充电；

9脚

误差放大器的输出端；?

10脚

PWM信号的封锁端，当该脚是高电平时，输出驱动脉冲信号将会被封锁，该脚主要是用于故障保护的；?

11脚

A路驱动信号输出；

12脚

接地；

13脚

输出集电极电压；?

14脚

B路驱动信号输出；

15脚

电源，其范围为；

16脚

内部基准电压。

②SG3525芯片性能特点

a.工作电压范围宽：8～35V；

b.内置的基准电压源；

c.振荡器工作频率宽：；

d.具有振荡器外部同步功能；

e.死区时间可调；

f.具有输入欠压锁定功能；

g.内置软启动电路；

h.具有PWM所存功能，禁止多脉冲；

i.逐个脉冲关断；

（2）驱动芯片选择

本系统选用EXB841驱动芯片。该芯片为富士电机公司的EXB系列驱动器。EXB841驱动芯片的内部电路如图3.6所示。

EXB841引脚功能表如表3.2所示。

表3.2EXB841引脚功能表

引脚

功能介绍

1脚

连接用于反向偏置电源的滤波电容器；

2脚

电源()

3脚

驱动输出

4脚

用于连接外部的电容器，便于防止过流保护电路的误动作

5脚

过流保护输出;

6脚

集电极电压监视;

7、8脚

不接

9脚

电源

10、11脚

不接

14、15脚

驱动信号输

单片机向SG3525发送控制信号，使SG3525产生脉冲信号，通过EXB841驱动器来控制电动机。

SG3525与单片机的连接电路图如图3.7所示。

电流检测选用的是电流互感器（LMK-0.5S）。不管是在发电、变电，还是在输电、配电和用电的线路中，电流大小的差距都是非常大的，从几安到几万安都有。为了方便保护、控制和测量，必须转换成相对比较统一的电流，其次线路上的电压一般都是非常高的，若直接测量的话是非常危险的。电流互感器就是根据电磁感应的原理来工作的，将大电流转变成小电流，起到了电气隔离与电流变换的作