双闭环PWM调速系统方案分享之驱动电路设计

在昨天的双闭环PWM调速系统方案分享过程中，本文为工程师们分享了这一利用PWM芯片所设计的调速系统的主电路设计方案，并针对其设计思路进行了简要分析和总结。在今天的方案分享过程中，本文将会继续针对这一PWM调速系统的驱动电路设计情况进行简析，下面就让我们一起来看看吧。

双闭环调节器电路设计

在这一双闭环PMW调速系统的方案设计过程中，为了能够有效实现闭环控制，首先就必须对被控量进行采样，然后与给定值比较，以此来精确决定调节器的输出，反馈的关键是对被控量进行采样与测量。

首先来看电流调节器的设计过程。由于电流检测中常常含有交流分量，为使其不影响调节器的输入，需加低通滤波。此滤波环节传递函数可用一阶惯性环节表示，由初始条件知滤波时间常数Toi=0.001s，以滤平电流检测信号为准。为了平衡反馈信号的延迟，在给定通道上加入同样的给定滤波环节，使二者在时间上配合恰当。

图1 含给定滤波与反馈滤波的PI型电流调节器

转速调节器

在这一双闭环PWM调节系统的方案设计中，本文所设计的转速反馈电路如下图图2所示。可以看到，在图2所给出的电路中，由测速发电机得到的转速反馈电压含有换向纹波，因此也需要滤波，由初始条件知滤波时间常数Ton=0.005s。根据和电流环一样的原理，在转速给定通道上也加入相同时间常数的给定滤波环节。

图2 含给定滤波与反馈滤波的PI型电转速调节器

信号产生电路设计

在本方案中，这一PWM调节系统的信号产生电路设计非常关键，为了提升精度，本文选择采用集成脉宽调制器SG3524作为脉冲信号发生的核心元件。根据主电路中IGBT的开关频率，选择适当的Rt、Ct值即可确定振荡频率。

在这一信号产生电路系统中，其电路中的PWM信号由集成芯片SG3524产生，SG3524采用是定频PWM电路，DIP-16型封装。由SG3524构成的基本电路如下图图3所示，由15脚输入+15V电压，用于产生+5V基准电压。在SG3524芯片的6、7引脚之间接入外部阻容元件构成PI调节器，可提高稳态精度。12、13引脚通过电阻与+15V电压源相连，供内部晶体管工作，由电流调节器输出的控制电压作为2引脚输入，通过其电压大小调节12、13引脚的输出脉冲宽度，实现脉宽调制变换器的功能实现。该电路的主要参数为输入电压40V，输出电流500mA，好散功率1W。

图3 SG3524管脚图

基于EXB841驱动电路设计

在本方案中，为了使这一双闭环PWM调速系统具有高效率的工作特点，本方案选择利用EXB841进行IGBT驱动电路的设计，其电路结构如下图图4所示。图4所展示的驱动电路中，V5起保护作用，避免EXB841的6脚承受过电压，通过VD1检测是否过电流。而在该系统中，接VZ3的目的是为了改变EXB模块过流保护起控点，以降低过高的保护阀值从而解决过流保护阀值太高的问题。R1和C1及VZ4接在+20V电源上保证稳定的电压。VZ1和VZ2避免栅极和射极出现过电压，Rge是防止IGBT误导通。其主要参数为电源电压20V，最大输出功率47mA，最高工作频率10kHz。

图4 EXB841驱动IGBT设计图

在实际测试中发现，利用针对EXB841驱动IGBT所设计的这一PWM调速系统，存在保护盲区和软关断保护不可靠的情况。针对EXB841存在保护盲区的问题，可如图4所示将EXB841的6脚的超快速恢复二极管VDI换为导通压降大一点的超快速恢复二极管或反向串联一个稳压二极管，也可采取对每个脉冲限制最小脉宽使其大于盲区时间，避免IGBT过窄脉宽下的低输出大功耗状态。而针对EXB841软关断保护不可靠的问题，可以在EXB841的5脚和4脚间接一个可变电阻，4脚和地之间接一个电容，都是用来调节关断时间，保证软关断的可靠性。

锯齿波信号发生电路

在这一PWM调速系统的方案设计过程中，锯齿波信号发生器SG的输出信号Us与控制信号Uc在PWM转换器SG3524中进行比较，PWM输出幅度恒定、宽度变化的方波脉冲序列，即PWM波。SG电路可有UJT或者PUT构成。本文所设计的UJT锯齿波信号发生器基本电路如下图图5所示。

图5 锯齿波信号发生电路

以上就是本文针对一种双闭环PWM调速系统的驱动电路设计方案，所进行的简要介绍和分享，明天我们将会继续就该方案的调节器参数设定过程进行详细分析，欢迎大家继续关注。