$G3525控制的开环可逆直流脉宽调制调速系统案例分析 摘要：介绍了SG3525控制的开环可逆直流脉宽调制调速系统案例情况，给出了案例研 究的思维导图，从PWM波形的产生电路、逻辑延时及保护电路、强弱电隔离、驱动电路和 PWM主电路5个方面分析了系统中各单元电路的工作原理，同时介绍了电路中主要使用的 SG3525和IR2110的特点与使用事项。 0案例研究思维导图： 1案例说明 2.1PWM波形的产生电路 22逻辑延时及保护电路 2系统中各单元电路的 工作原理 2.3强、弱电隔离 24驱动电路 2.5PWM主电路 SG3525控制的 1)sG3525引脚说明 开环可逆直流脉宽 调制调速系统案例 3.1SG3525芯片介绍 (2)SC3525特点 3电路中主要芯片 (3)SC3525的工作原理 功能的介绍 (1)主要设计特点和性能 (2)封装、引脚、功能及用法 3.2R2110芯片介绍 (3)工作原理简介 (4)应用注意事项R2110 1案例说明 在中小容量的直流传动系统中，采用自关断器件的PWM调速系统比相控系统具有更多 的优越性，因而得到日益广泛的应用。但是脉宽调制器的设计是一个关键的问题。 美国硅通用公司设计了第二代锯齿波PWM调制器专用集成电路SG3525,该器件性能优 良，功能齐全，简单、可靠。使用方便、灵活，上海顶邦公司研制的电力电子技术与自动控 制系统实验实训装置就采用了该芯片作为可逆直流脉宽调制(PWM)调速系统的控制芯片， SG3525控制的开环可逆直流脉宽调制(PWM)调速系统的组成框图如图1所示
SG3525 控制的开环可逆直流脉宽调制调速系统案例分析 摘要：介绍了 SG3525 控制的开环可逆直流脉宽调制调速系统案例情况，给出了案例研 究的思维导图，从 PWM 波形的产生电路、逻辑延时及保护电路、强弱电隔离、驱动电路和 PWM 主电路 5 个方面分析了系统中各单元电路的工作原理，同时介绍了电路中主要使用的 SG3525 和 IR2110 的特点与使用事项。 0 案例研究思维导图： 1 案例说明 在中小容量的直流传动系统中，采用自关断器件的 PWM 调速系统比相控系统具有更多 的优越性，因而得到日益广泛的应用。但是脉宽调制器的设计是一个关键的问题。 美国硅通用公司设计了第二代锯齿波 PWM 调制器专用集成电路 SG3525，该器件性能优 良，功能齐全，简单、可靠。使用方便、灵活，上海顶邦公司研制的电力电子技术与自动控 制系统实验实训装置就采用了该芯片作为可逆直流脉宽调制（PWM）调速系统的控制芯片， SG3525 控制的开环可逆直流脉宽调制（PWM）调速系统的组成框图如图 1 所示
围翻圆圆图 -VCC 图1开环可逆直流脉宽调制(PWM)调速系统的组成框图 G3525控制的开环可逆直流脉宽调速系统的实际接线图包括PWM控制电路与PWM驱 动及主电路两部分，如图2和图3所示，分别对应PWM控制电路及PWM主电路两块电路 板，下面对这一电路进行分析。 2系统中各单元电路的工作原理 2.1PWM波形的产生电路 在PWM控制电路中，PWM波形是由SC3525电路产生的。调试时可在SC3525的5脚 观察芯片产生的锯齿波，改变RT、C的值可改变锯齿波的频率，人一般可选在8-1Okz。 转速给定电压U是通过⑤端经R5加入到SG3525的9脚，当Um=0时，调整电位器RP1使 SG3525输出的PWM波的占空比为50%（观察SC3525的13脚），这样，送入双极性的H桥 电路后，电动机电枢的平均电压即为零。若改变U的极性和大小，SG3525的PWM输出的 占空比就会在大于50%（相当于电动机电枢电压U:>0)或小于50%（相当于电动机电枢电 压U<0)之间变化了。 22逻辑延时及保护电路 在PWM控制电路中，由反相器U2(4049)及二极管VD1、VD2,电阻R1、R2,电容 C1、C2组成了典型的逻辑延时电路，以使H桥电路上、下两个功率管交替导通时可产生个“死 区时间”，防止上、下两管出现“直通”短路现象，它也被称为“先断后通”。“死区时间”的 大小可通过改变R1(R2)、C1(C2)的大小来改变，一般可取4~5us。从U4的两个输出6脚 及9脚可观察“死区时间”。 2.3强、弱电隔离 在PWM主电路板中，采用了快速光耦合器6N137(或6N136)作强、弱电之间的隔离， 以提高可靠性。 2.4驱动电路 IGBT的驱动采用了R公司的R210集成驱动电路。这一集成电路可同时输出两个极性 相反的驱动信号给逆变桥中的上、下两个功率管。这样，两个桥臂若采用常规电路需要3独 立电源，而采用R2110只需一组电源即可，大大简化了电路。 控制电路的信号末送入时，4个光耦合器6N137的输出均为高电平，经反相器4049送入 R2I10的输入端，HN、LN均为低电平，R21I0的输出HO、LO也均为低电平，保证了无
图 1 开环可逆直流脉宽调制（PWM）调速系统的组成框图 G3525 控制的开环可逆直流脉宽调速系统的实际接线图包括 PWM 控制电路与 PWM 驱 动及主电路两部分，如图 2 和图 3 所示，分别对应 PWM 控制电路及 PWM 主电路两块电路 板，下面对这一电路进行分析。 2 系统中各单元电路的工作原理 2.1 PWM 波形的产生电路 在 PWM 控制电路中，PWM 波形是由 SC3525 电路产生的。调试时可在 SC3525 的 5 脚 观察芯片产生的锯齿波，改变 RT、CT的值可改变锯齿波的频率 fs，fs一般可选在 8-10kHz。 转速给定电压Ugn 是通过⑤端经 R5加入到 SG3525 的 9 脚，当Ugn =0时，调整电位器 RP1使 SG3525 输出的 PWM 波的占空比为 50%（观察 SC3525 的 13 脚），这样，送入双极性的 H 桥 电路后，电动机电枢的平均电压即为零。若改变Ugn 的极性和大小，SG3525 的 PWM 输出的 占空比就会在大于 50%（相当于电动机电枢电压 d U > 0）或小于 50%（相当于电动机电枢电 压 d U < 0 ）之间变化了。 2.2 逻辑延时及保护电路 在 PWM 控制电路中，由反相器 U2（4049）及二极管 VD1、VD2，电阻 R1、R2，电容 C1、C2组成了典型的逻辑延时电路，以使 H 桥电路上、下两个功率管交替导通时可产生个“死 区时间”，防止上、下两管出现“直通”短路现象，它也被称为“先断后通”。“死区时间”的 大小可通过改变 R1（R2）、C1（C2）的大小来改变，一般可取4~5μs 。从 U4的两个输出 6 脚 及 9 脚可观察“死区时间”。 2.3 强、弱电隔离 在 PWM 主电路板中，采用了快速光耦合器 6N137（或 6N136）作强、弱电之间的隔离， 以提高可靠性。 2.4 驱动电路 IGBT 的驱动采用了 IR 公司的 IR210 集成驱动电路。这一集成电路可同时输出两个极性 相反的驱动信号给逆变桥中的上、下两个功率管。这样，两个桥臂若采用常规电路需要 3 独 立电源，而采用 IR2110 只需一组电源即可，大大简化了电路。 控制电路的信号末送入时，4 个光耦合器 6N137 的输出均为高电平，经反相器 4049 送入 IR2110 的输入端，HIN、LIN 均为低电平，IR2110 的输出 HO、LO 也均为低电平，保证了无
图 2 PWM 控制电路
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图 3 PWM 主电路
信号输出时，PWM变换器中桥臂的上、下两个IGBT是处于关断状态 2.5PWM主电路 VT1~VT4四个IGBT管，VD1VD4四个快速恢复二极管组成了一典型的H桥电路，由于 I1GBT是电压控制器件，输入阻抗高，为防止静电感应损坏管子，在IGBT的门极与发射极之 间并联一个150k2的电阻。门极回路串联的222电阻是为了防止门极回路产生振荡。 3电路中主要芯片功能的介绍 3.1SG3525芯片介绍 SC3525是美国硅通用公司设计的第二代锯齿波PWM调制器专用集成电路，其内部结构 框图如图4所示。它的出现为脉宽调制传动系统的设计提供了方便，而且提高了系统的可靠 性。下面对SC3525锯齿波PWM调制器的内部结构及其引脚功能进行介绍。 、电 引内部电路 发怎 D 图4SC3525内部结构框图 (1)SG3525引脚说明 1脚为误差放大器的反相输入端，在闭环系统中，该引脚接反馈信号。在开环系统中 该端与补偿信号输入端(9脚)相连，可构成跟随器。 2脚为误差放大器的同相输入端，在闭环系统和开环系统中，该端接给定信号。根据需 要，在该端与补偿信号输入端(9脚)之间接入不同类型的反馈网络，可以构成比例、比例 积分和积分等类型的调节器。 3脚为振荡器外接同步信号输入端，该端接外部同步脉冲信号可实现与外电路同步，同 步脉冲的频率应比振荡器频率∫，要低一些。 4脚为振荡器输出端。 5脚为振荡器外接定时电容CT端(CT另一端接地)，振荡器频率∫=VC,(0.7R,+3R)
信号输出时，PWM 变换器中桥臂的上、下两个 IGBT 是处于关断状态。 2.5 PWM 主电路 VT1~VT4四个 IGBT 管，VD1-VD4 四个快速恢复二极管组成了一典型的 H 桥电路，由于 IGBT 是电压控制器件，输入阻抗高，为防止静电感应损坏管子，在 IGBT 的门极与发射极之 间并联一个150kΩ 的电阻。门极回路串联的22Ω电阻是为了防止门极回路产生振荡。 3 电路中主要芯片功能的介绍 3.1 SG3525 芯片介绍 SC3525 是美国硅通用公司设计的第二代锯齿波 PWM 调制器专用集成电路，其内部结构 框图如图 4 所示。它的出现为脉宽调制传动系统的设计提供了方便，而且提高了系统的可靠 性。下面对 SC3525 锯齿波 PWM 调制器的内部结构及其引脚功能进行介绍。 图 4 SC3525 内部结构框图 （1） SG3525 引脚说明 1 脚为误差放大器的反相输入端，在闭环系统中，该引脚接反馈信号。在开环系统中， 该端与补偿信号输入端（9 脚）相连，可构成跟随器。 2 脚为误差放大器的同相输入端，在闭环系统和开环系统中，该端接给定信号。根据需 要，在该端与补偿信号输入端（9 脚）之间接入不同类型的反馈网络，可以构成比例、比例 积分和积分等类型的调节器。 3 脚为振荡器外接同步信号输入端，该端接外部同步脉冲信号可实现与外电路同步，同 步脉冲的频率应比振荡器频率 fs要低一些。 4 脚为振荡器输出端。 5 脚为振荡器外接定时电容 CT端（CT 另一端接地），振荡器频率 1 (0.7 3 ) s T TD f C RR = +