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电力电子与电力传动 实训实验指导书西南交通大学电气工程学院 电气工程专业实验中心二零一四年二月目录1.概述.......................................................................................................................1 2. 总体技术参数......................................................................................................2 2.1 系统参数...................................................................................................2 2.2 系统构成...................................................................................................2 2.2.1 实验台....................................................................................................2 2.2.2 主电路模块............................................................................................3 2.2.3 控制电路模块........................................................................................3 2.2.4 负载........................................................................................................3 2.2.5 传感器....................................................................................................3 3. 开发平台各功能箱介绍及使用说明..................................................................4 3.1 PESX-21 控制电源箱.............................................................................. 4 3.1.1 功能........................................................................................................4 3.1.2 面板接线................................................................................................4 3.1.3 技术参数................................................................................................5 3.1.4 使用说明................................................................................................5 3.2 PESX-22 电压传感器实验箱.................................................................. 5 3.2.1 功能........................................................................................................5 3.2.2 面板接线................................................................................................5 3.2.3 技术参数................................................................................................6 3.2.4 使用说明................................................................................................6 3.3 PESX-23 IGBT 驱动箱........................................................................... 6 3.3.1 功能........................................................................................................6 3.3.2 面板接线................................................................................................7 3.3.3 技术参数................................................................................................7 3.3.4 工作原理................................................................................................8 3.4 PESX-24 三相整流控制箱................................................................... 10 3.4.1 功能......................................................................................................10 3.4.2 面板接线..............................................................................................10 3.4.3 技术参数.............................................................................................. 11 3.4.4 工作原理.............................................................................................. 11 3.4.5 使用说明..............................................................................................14 3.5 PESX-25 PWM 控制箱......................................................................... 14 3.5.1 功能......................................................................................................14 3.5.2 面板接线..............................................................................................14 3.5.3 技术参数..............................................................................................15 3.5.4 工作原理..............................................................................................15 3.5.5 使用说明..............................................................................................23 3.6 PESX-26 单片机控制单元箱............................................................... 23 3.6.1 功能......................................................................................................23 3.6.2 面板接线..............................................................................................23 3.6.3 技术参数..............................................................................................24I3.6.4 工作原理..............................................................................................25 3.6.5 使用说明..............................................................................................29 3.7 PESX-27 DSP 控制箱............................................................................30 3.7.1 功能......................................................................................................30 3.7.2 面板接线..............................................................................................30 3.7.3 技术参数..............................................................................................32 3.7.4 工作原理..............................................................................................32 3.8 PESX-28 多相 IGBT 驱动单元箱....................................................... 51 3.8.1 功能......................................................................................................51 3.8.2 面板接线..............................................................................................52 3.8.3 技术参数..............................................................................................52 3.8.4 工作原理..............................................................................................53 3.9 PESX-01 三相全控桥........................................................................... 55 3.9.1 功能......................................................................................................55 3.9.2 面板接线..............................................................................................55 3.9.3 技术参数..............................................................................................56 3.9.4 工作原理..............................................................................................56 3.9.5 使用说明..............................................................................................57 3.10 PESX-02 三相逆变桥.......................................................................... 57 3.10.1 功能....................................................................................................57 3.10.2 面板接线............................................................................................57 3.10.3 技术参数............................................................................................58 3.10.4 使用说明............................................................................................58 3.11 PESX-03 单相/三相整流桥................................................................ 58 3.11.1 功能.................................................................................................... 58 3.11.2 面板接线............................................................................................ 59 3.11.3 技术参数............................................................................................ 59 3.12 PESX-04 电容组件............................................................................. 59 3.12.1 功能....................................................................................................59 3.12.2 面板接线............................................................................................59 3.12.3 技术参数............................................................................................60 3.12.4 使用说明............................................................................................60 3.13 PESX-05 脉冲功放............................................................................. 60 3.13.1 功能....................................................................................................60 3.13.2 面板接线............................................................................................61 3.13.3 技术参数............................................................................................61 3.13.4 工作原理............................................................................................61 3.13.5 使用说明............................................................................................62 3.14 PESX-06 同步变压器箱..................................................................... 62 3.14.1 功能....................................................................................................62 3.14.2 面板接线............................................................................................62 3.14.3 技术参数............................................................................................63 3.14.4 使用说明............................................................................................63 3.15 PESX-07 多相逆变桥.......................................................................... 63II43.15.1 功能....................................................................................................63 3.15.2 面板接线............................................................................................63 3.15.3 技术参数............................................................................................64 3.15.4 使用说明............................................................................................64 3.16 PESX-T 高频变压器...........................................................................64 3.16.1 功能....................................................................................................64 3.16.2 面板接线............................................................................................65 3.16.3 技术参数............................................................................................65 3.16.4 使用说明............................................................................................66 3.17 PESX-L1 高频滤波电抗器.................................................................66 3.17.1 功能....................................................................................................66 3.17.2 面板接线............................................................................................66 3.17.3 技术参数............................................................................................66 3.17.4 使用说明............................................................................................67 3.18 PESX-L2 工频滤波电抗器..................................................................67 3.18.1 功能....................................................................................................67 3.18.2 面板接线............................................................................................67 3.18.3 技术参数............................................................................................67 3.18.4 使用说明............................................................................................68 3.19 PESX-LA 负载电阻箱.........................................................................68 3.19.1 功能.....................................................................................................68 3.19.2 技术参数............................................................................................68 3.19.3 使用说明............................................................................................69 3.20 PESX-DAM 交/直流机组....................................................................69 3.20.1 功能....................................................................................................69 3.20.2 接线说明............................................................................................69 3.20.3 技术参数............................................................................................69 3.20.4 使用说明............................................................................................71 3.21 PESX-M 主控制台.............................................................................. 71 3.21.1 功能....................................................................................................71 3.21.2 技术参数............................................................................................71 3.21.3 使用说明............................................................................................71 3.21.4 操作....................................................................................................72 3.21.5 航空插座定义....................................................................................72 实验例程...........................................................................................................73 4.1 直流降压/升压斩波实验........................................................................73 4.1.1 实验目的...............................................................................................73 4.1.2 实验内容..............................................................................................73 4.1.3 实验设备及仪器...................................................................................73 4.1.4 实验接线..............................................................................................74 4.2 半桥 DC/DC 变换电路实验.................................................................... 76 4.2.1 实验目的...............................................................................................76 4.2.2 实验内容..............................................................................................76 4.2.3 实验设备及仪器...................................................................................76III4.2.4 实验接线..............................................................................................77 三相全控整流实验.................................................................................79 4.3.1 实验目的...............................................................................................79 4.3.2 实验内容...............................................................................................79 4.3.3 实验设备及仪器...................................................................................79 4.3.4 实验接线..............................................................................................79 4.3.5 实验方法及步骤..................................................................................81 4.4 单片机入门实验.....................................................................................85 4.4.1 实验目的..............................................................................................85 4.4.2 实验内容..............................................................................................85 4.4.3 实验设备及仪器..................................................................................85 4.4.4 实验方法及步骤..................................................................................85 4.5 基于单片机的单相整流实验.................................................................85 4.5.1 实验目的..............................................................................................85 4.5.2 实验内容..............................................................................................85 4.5.3 实验设备及仪器..................................................................................85 4.5.4 实验原理..............................................................................................86 4.5.5 实验方法及步骤..................................................................................87 4.6 基于单片机的三相整流实验.................................................................88 4.6.1 实验目的..............................................................................................88 4.6.2 实验内容..............................................................................................88 4.6.3 实验设备及仪器..................................................................................88 4.6.4 实验原理..............................................................................................89 4.6.5 实验接线..............................................................................................89 4.6.6 实验方法及步骤..................................................................................90 4.7 DSP 入门实验........................................................................................ 91 4.7.1 实验目的..............................................................................................91 4.7.2 实验内容..............................................................................................91 4.7.3 实验设备及仪器..................................................................................91 4.7.4 实验接线..............................................................................................91 4.7.5 实验方法及步骤..................................................................................91 4.8 异步电机调速实验.................................................................................93 4.8.1 实验目的..............................................................................................93 4.8.2 实验内容..............................................................................................93 4.8.3 实验设备及仪器..................................................................................93 4.8.4 实验接线..............................................................................................94 4.8.5 实验方法及步骤..................................................................................95 4.9 永磁同步电机调速实验...........................................................................96 4.9.1 实验目的..............................................................................................96 4.9.2 实验内容..............................................................................................96 4.9.3 实验设备及仪器..................................................................................96 4.9.4 实验接线..............................................................................................97 4.9.5 实验方法及步骤..................................................................................98 附录 各功能箱原理图.........................................................................................110 4.3IV1.概述电力电子技术是电气工程专业一门技术基础课，随着技术的发展，它正在 向电力系统等学科发展渗透。怎样让学生更好地掌握应用这门课程是我们必 须思考的问题。电力电子技术本身是一门实践性很强的课程，仅有理论和仿 真分析是远远不够的，最终必须通过实验，才能验证理论及仿真的正确性。 目前电力电子技术实验开设的实验项目 90%都是验证性实验，学生在两个小 时内按图接线测量波形即可，基本上是一种“傻瓜”式教学。完成实验后， 根本不知道电路是怎么构成的，使用了哪那些器件，更不可能分析实际测量 波形与理论仿真不同波形的原因，所以传统的实验教学是不能满足新的本科 培养体系要求。为此，结合我院电力传动专业学科特点，开设电力电子与电 力传动实训课。 该课程与其它教学实验课的区别在于以下两点： ? 课程设置上不同。该课程贯穿于整个学期，规定每个组必须完成 一定数量、不同电路拓扑且难易程度不一的题目，老师针对需做 的题目讲解 3 周，重点讲解设计方法，另外 3 周根据题目进行仿 真， 余下 9 周根据仿真计算搭建实验线路验证计算实际是否正确。 实验室提供一个开放的时间，供学生随时进行实验。 ? 该实验台由我院相关课程老师进行设计，委托校外公司生产。其 电路沉淀积累了老师多年科研和工程经验以及当今电力电子技 术发展的先进技术。对学生来讲，本身就是一个学习的过程。要 完成规定题目，必须熟悉实验台所有电路。只有很好地掌握了主 电路和控制电路的工作原理才能进行调试，才能发现问题，解决 问题。 为了满足课程要求，专业实验中心购买了“PESX-Ⅰ组合电力电子实 验台”和“PESX-Ⅱ组合电力电子与电力传动实验台”两种实验平台。 Ⅱ 型与Ⅰ型相比， 在 DSP 控制箱、 IGBT 驱动以及交流机组作了较大升级改 动，具体改变内容见第三章。为了叙述方便，在本文统称为“组合电力 电子与电力传动实验台” ， “PESX-Ⅰ组合电力电子实验台”简称“Ⅰ型实 验台” ， “PESX-Ⅱ组合电力电子实验台”简称“Ⅱ型实验台” 。1组合电力电子与电力传动实验台由实验台，机组或负载，主电路模块 和控制电路模块等四大类构成。其中控制模块分为专用芯片控制、单片 机控制和 DSP+FPGA 控制三种层次。 常用的电力电子与电力传动系统 （如 整流电源、 斩波电源、 逆变器电源、 大功率开关电源、 三相 PWM 整流器、 H 型斩波器、直流传动、交流传动等）都可以在实验台上实现。实验台具 有如下特点： 1) 采用模块式结构。主电路、控制、电源、传感器等模块都采用独立的 模块结构，且模块完全开放，开发可根据自己需要，象积木一样搭建 自己的系统。 2) 控制系统多层次。控制模块由专用控制器（TC787/SG3525） 、单片机 （MCU+CPLD）和 DSP（F2812）+FPGA 三类组成，满足多种主电 路结构和不同层次的开发要求。 3) 采用先进技术。 平台中除有传统技术之外， 还采用先进的技术和器件。 主模块采用英飞凌 IGBT、其驱动采用 Concept 公司的专用驱动（国 际上使用最广泛） 、控制器采用高性能单片机 MCU 和 DSP+FPGA， 平台适用于先进技术的研究和产品开发。 4) 考虑多种辅助功能。实验台可提供多种辅助功能，如专供示波器使用 的单相隔离电源、交直流电流和电压表、连接导线等，给使用者提 供方便。2. 总体技术参数2.1 系统参数1) 输入电源：三相 AC380V+地； 2) 总功率：5KVA； 3) 整流变压器：3.5KVA； 4) 隔离变压器：1KVA； 5) 励磁变压器：双路 500VA。2.2 系统构成2.2.1 实验台2实验台用于摆放各种实验箱，内部配保险、隔离开关、主电源开关、电源 指示、变压器等，面板配交流电流表（380V 3 只） 、交流电压表（380V 3 只） 、 直流电压表（300V、750V 各 1 只 ） 、 直流电流表（30A 2 只） 、可调励磁电源， 实验台下部用于存放各种电路功能模块。 2.2.2 主电路模块 1) PESX－01 2) PESX－02 3) PESX－03 4) PESX－04 5) PESX－05 6) PESX－06 7) PESX－07 8) PESX-L1 9) PESX-L2 10) PESX-T 2.2.3 控制电路模块 1) PESX－21 2) PESX－22 3) PESX－23 4) PESX－24 5) PESX－25 6) PESX－26 7) PESX－27 8) PESX－28 三相全控桥箱； 三相逆变桥箱； （Ⅰ型） 单相/三相整流桥箱； 电容组件箱； 脉冲功放箱； 同步变压器箱； 多相逆变桥箱； （Ⅱ型） 高频滤波电感箱； 工频滤波电抗器箱； 高频变压器箱； 控制电源箱； 电压传感器箱； 1台 1台 1台 1台 1台 1台 1台 1台 1台 1台 1台 1台三相 IGBT 驱动单元箱； 1 台 三相整流控制箱（Ⅰ型） ；1 台 PWM 控制箱； 单片机控制箱； DSP 控制箱； 1台 1台 1台多相 IGBT 驱动单元箱（Ⅱ型） ； 1台2.2.4 负载 1) PESX-LA 三相负载电阻箱； 2) PESX-DAM 交直流机组 30A 1台 1套 3只 3只2.2.5 传感器 1) 补偿式电流传感器2) 电压传感器（10mA/ 25mA）33) 高频电流互感器（20A/100 mA） 4) 光电编码器（集电极开路输出） 5) 力矩传感器（SL06-50）1只 1只 1只3. 开发平台各功能箱介绍及使用说明3.1 PESX-21 控制电源箱3.1.1 功能 本实验箱是将交流 220V 变为直流 5V，±15V，24V，给控制系统提供工 作电源。 Ⅰ型实验台与Ⅱ型实验台差别主要在电源的主控绕组。Ⅰ型实验台用 5V 作主控，其电源主控芯片采用 PI 公司的 TOP246；Ⅱ型实验台用 15V 作主控， 其电源主控芯片采用 UC3842。由于主控绕组不同，其额定输出电流不同 3.1.2 面板接线 Ⅰ型实验台 PESX-21 控制电源箱面板如图 3-1 所示：PESX-21 控制电源箱开 +5V,GND:3A +15V,AGND:0.5A -15V,AGND:0.5A+5V GND+15VAGNDAGND-15V输出电压，电流 +24V,GND1:1A +24V,GND:0.5A +5V,GND2:0.5A+24VGND +5VGND2 +24VGND1关图 3-1PESX-21 控制电源箱面板(Ⅰ型)Ⅱ型实验台 PESX-21 控制电源箱面板如图 3-2 所示：PESX-21 控 制 电 源 箱开 +5V,GND:1A +15V,AGND:1.5A -15V,AGND:0.5A+5V GND+15VAGNDAGND-15V输出电压，电流 +24V,GND1:1A +24V,GND:0.5A +5V,GND2:0.5A+24VGND+5VGND2 +24VGND1关图 3-2PESX-21 控制电源箱面板(Ⅱ型)4+5V，GND：直流 5V 及数字地输出； +15V，AGND；+15V 及模拟地输出； -15V，AGND；-15V 及模拟地输出； +24V，GND1；第一路 24V 输出； +24V，GND；第二路 24V 输出； +5V，GND2：备用 5V 输出； 3.1.3 技术参数 输入：交流 220V，50HZ； 输出：+5V，GND：3A(Ⅰ型，主控绕组)，1A(Ⅱ型)； +15V，AGND；0.5(Ⅰ型)，1.5(Ⅱ型，主控绕组)； -15V，AGND；0.5A； +24V，GND1；1A（隔离输出） ； +24V，GND；0.5A（隔离输出） ； +5V，GND2：0.5A（隔离输出） ； 3.1.4 使用说明 一般地，控制系统使用的 5V，±15V 接本箱体的前三组输出，数字 地和模拟地在本电源未联接在一起，根据需要可在控制板上通过一个零欧电 阻单点相连。本箱体另外三组输出中+24V、GND1 用于继电器、光耦逻辑变 换或光电编码器供电；当+24V、GND 用于控制板上继电器控制，它的地需与 控制地连接一起；+5V、GND2 可用于控制系统显示或隔离通讯。 注意：由于控制电源采用反激电路，若负载只加在副控绕组上，在主控绕 组输出端必须加一个假负载。其假负载大小需大于额定输出电流的 15%。3.2 PESX-22 电压传感器实验箱3.2.1 功能 本实验箱用于测量任意波形电压。当原边输入电流 10mA 时，次边输出 25mA。 本实验箱中一共有三个相同的电压传感器， 每个电压传感器接线相同。 3.2.2 面板接线 本实验箱的面板如图 3-3 所示。5PESX-22 电压传感器箱U11 U12 RM1+HT -HT + M -+15V MHV1 -15VU21 U22RM2+HT -HT+ M -+15V MHV2 -15VU31 U32RM3+HT -HT+ M -+15V MHV3 -15VU11U12 U21 U22 U31 U32+15V-15VMHV1MHV2MHV3GND图 3-3PESX-22 电压传感器箱面板U11、U12：电压传感器 1 输入； U21、U22：电压传感器 2 输入； U31、U32：电压传感器 3 输入； +15V、-15V：电压传感器工作电压； MHV1、 MHV2、MHV3：电压传感器信号输出。 3.2.3 技术参数 输入电源：+15V、-15V； 输入信号电流：10mA(对应电压 520V)； 输出信号电流：25mA。 3.2.4 使用说明 本传感器箱使用的传感器是 NV25-P，它采用霍尔感应原理，可测量任意 波形电压。当输入电流 10mA 时，输出 25mA。本箱体内装三路相同的电压检 测回路，在原边串联 4 个 13K/2W 的金属电阻，当输入直流 520V，也即原边 电流 10mA 时，传感器输出 25mA，检测电流流过一个取样电阻，将其变成电 压信号。 若检测直流电压为 260V， 可将传感器原边串联的四个电阻短接两个。3.3 PESX-23 IGBT 驱动箱3.3.1 功能 本箱体配置在Ⅰ型实验台上。 其内装三路 IGBT 驱动电路。 它以 2SD315-AI 专用 IGBT 驱动模块为核心，外加工作电源过欠压检测、短路保护设置、上下 桥臂信号互锁以及故障信号恒流源变换等四部分电路。从控制板输出的驱动 信号经过驱动板隔离放大后直接驱动 IGBT 模块， 同时将检测到的 IGBT 短路 或过流、工作电源过欠压等故障信号以电流方式返回到控制板。63.3.2 面板接线 本实验箱面板如图 3-4 所示。PESX-23 IGBT驱动单元箱+15V GND INA1 GND INA2 GND ERRAViso1 GND VDD VDC Viso1PWM OSCCA1 Rth1 Rg1 GA1 EA1 CA2 Rth2IGDViso2 Viso1+15VVDC Viso1PWM OSCCB1 Rth1 Rg1 GB1 EB1 CB2 Rth2IGDViso2 Viso1+15VVDC Viso1PWM OSCCC1 Rth1 Rg1 GC1 EC1 CC2 Rth2IGDViso2 Viso1GNDCA1 GA1 EA1 CA2 GA2 EA2GND INB1 GND INB2 GND ERRBGNDCB1 GB1 EB1 CB2 GB2 EB2GND INC1 GND INC2 GND ERRCGNDCC1 GC1 EC1 CC2 GC2 EC2IGD LDIVDDIGD LDIVDDIGD LDIGNDGNDRg2GA2 EA2Rg2Viso1GB2 EB2Rg2Viso1GC2 EC2+15VGNDINA1GNDINA2 GNDERRA+15VGNDINB1GNDINB2 GNDERRB+15VGNDINC1GNDINC2 GNDERRC图 3-4PESX-23 IGBT 驱动板面板图箱体内装三个各自独立的驱动电路，所以其外部接线端子的+15V、GND 在内部未连接在一起的。 +15V、GND：工作电源； INA1、INA2：A 相桥臂的上、下管驱动信号，由控制板输入； INB1、INB2：B 相桥臂的上、下管驱动信号，由控制板输入； INC1、INC2：C 相桥臂的上、下管驱动信号，由控制板输入； CA1、GA1、EA1；CA2、GA2、EA2：A 相桥臂输出驱动信号，由驱动 板输出到 IGBT； CB1、GB1、EB1；CB2、GB2、EB2：B 相桥臂输出驱动信号，由驱动板 输出到 IGBT； CC1、GC1、EC1；CC2、GC2、EC2: C 相桥臂输出驱动信号，由驱动板 输出到 IGBT； ERRA、ERRB、ERRC：A、B、C 三相桥臂故障反馈信号。 3.3.3 技术参数 工作电源：+15V； 最大电流：470mA； 工作频率：DC~大于 100KHZ； 驱动 IGBT 电压：1700V； 输出峰值电流：±18A(门极到射极)； 输出功率：6W；7IGBT 短路保护设定值：84A（125℃） 。 3.3.4 工作原理 驱动板原理图见附录附图 4。整个驱动板电路可分为以下几部分： 输入过压保护： 当输入电压超过 16V， 稳压管 WD1 击穿， 引起保险管 FU1 熔断。 输入欠压保护：当输入电压低于 12V 时，Q1 截止，Q2 导通，将 2SD315 驱动模块管脚 3 和 9 电平拉低， 驱动模块封锁输出到 IGBT 的驱动信号， 同时 U1 管脚 2 电平由低变高，此变化时间由 R6 和 C3 决定，管脚 4 由高变低， LED1 熄灭。管脚 6 由高变低，Q4 截止，恒流故障信号从 Q5 流向控制板。 两路控制驱动信号整形及互锁：控制板输入到驱动板两路驱动信号经过 U3、U4 隔离取出后，再经 RC 滤波，进入到 U1 管脚 9、11 整形。主电路拓 扑若是半桥、全桥或逆变，控制板来的信号本身相差 180°，也即当 U3 为高 电平时，U4 应该是低电平，为了避免驱动信号经过光耦和 RC 滤波后引起脉 冲延时及脉宽变化，在信号输入到驱动模块时再加两套互锁电路。两套互锁 电路分别由 WD4、R16、R17、Q6 和 WD5、R23、R24、Q7 组成，当 U1 管 脚 10 为高电平时，Q6 导通，保证输入到驱动模块的另一路信号为低电平。 2SD315-AI 驱动模块：本模块是驱动板的核心，具体工作原理见文档 “Description and Application Manual for SCALE Driver.” 。 IGBT 门极保护及短路检测：IGBT 门极控制电压不允许超过±20V，为 了避免由于脉冲尖峰或驱动模块故障引起施加到 IGBT 门极电压超过设计值， 一般地，在 IGBT 门极加一对反向串联的稳压管。短路保护检测原理见文档 “Description and Application Manual for SCALE Driver.” 。 箱体内每驱动板包含两路 IGBT 驱动电路，总共可驱动 6 个 IGBT。从控 制板到驱动板的驱动信号和故障返回信号均以电流方式传输，这样可避免控 制信号在强磁环境下长线传输被干扰。驱动板输出到 IGBT 模块的 G、E 端信 号线长度不要超过 10cm，同时要求双绞，避免 IGBT 门极信号受干扰产生误 动作。 驱动模块工作模式设定为直接工作模式， 也就是输出到 IGBT 的驱动信号 和其输入信号同相且脉冲宽度一样(忽略驱动模块输入和输出之间的传输延时 以及滤波造成的脉宽减少)。 当然也可将其设为半桥工作模式， 但需要改变 PCB8线 路 。 具 体 设 定 方 法 见 附 件 文 档 “ Description and Application Manual for SCALE Driver” 。 针对本开发系统 IGBT 为 BSM50GB120DN2 ，已经设定其短路保护值为 84A(125℃)。若需改变短路保护值，可改变驱动板的 R28 和 R32。具体设定 方法如下： 首先从 IGBT 的 Uce~Ice 曲线上查出在温度 125℃时，需要保护设定的电 流值对应的电压 Uce，然后用以下公式计算 Rth：Rth ?U R26 ? U d ? U CE (off ) IUR26 为 R26 的压降 其中： （R26 阻值为 180Ω，UR26=1.4mA×180Ω=0.252V） ； Ud 为 IGBT 的集电极所连接的二极管导通压降，两个二极管压降约为 1.3V。 UCE(Off)为对应于设定的 IGBT 过流电流值时 IGBT 的通态压降。 由控制板输入到驱动板的驱动信号均采用电流传输方式，如图 3-5 所示电 路。不同的控制电平，其输出限流电阻不同。 信号驱动电流一般设计为 12mA。由驱动板返回的故障信号电流流过控制 板光耦，可将故障电流信号变为电压信号。下图为驱动板返回到控制板在光 耦 4 脚测量的电压波形。1 2 当方波由高电平变为低电平时，表示驱动板故障信号返回到控制板，其低 3电平宽度大约 48us。也即 DSP 或单片机检测到有大约 48us 的低电平信号， 可 认为检测到 IGBT 短路故障。控制板U1 2 4 6 8 11 13 15 17 1 19 1A1 1A2 1A3 1A4 2A1 2A2 2A3 2A4 1G 2G 74LS244 1Y1 1Y2 1Y3 1Y4 2Y1 2Y2 2Y3 2Y4 18 16 14 12 9 7 5 3 R1 R2 120 120 JW1 D R1 GND D R2 GND ER R GND +15V AGND 1 2 3 4 5 6 7 8 OUTPUT技术1： 两 路 驱 动 信 号 以 电 流 方当 短 路 故 障 发 生 后 ， 驱2 ： 驱 动 板 用 的 15 V 电 源 由3： 控 制 板 引 出 四 个 地 ， 主U2TLP521图 3-5控制板与驱动板的接口电路9图 3-6故障信号波形3.4 PESX-24 三相整流控制箱3.4.1 功能 本实验箱是三相整流控制的核心，有以下三个作用： 根据同步变压器箱输入的 A、B、C 三相同步信号产生 6 路触发脉冲，其 形式为双窄脉冲列；其移相范围为 0°～150°，可满足电阻和电感性负载； 板内有两个运放构成的 PI 调节器，组成一个电流内环、电压(转速)外环的 双闭环控制系统； 箱内设有过流、过压保护环节，当故障发生时封锁触发脉冲，同时可通过 继电器输出故障信号。 3.4.2 面板接线 箱体面板如图 3-7 所示。PESX-24 三相整流控制箱+15V-15V+24VGND +15V-15VGND MHV1MHA1-15V Ug1 Ug2 GNDUa Ux Ub Uy Uc UzT1 T2 T3 T4 T5 T6 GND图 3-7三相整流控制箱面板+15V、GND 、-15V：控制系统各个芯片工作电源； +24：控制系统继电器工作电源，其地与控制地相同；10-15V、Ug1、Ug2、GND：外接给定； +15V、-15V、MHV1、MHA1：电压、电流传感器工作电源和检测信号； Ua、Ux、Ub、Uy、Uc、Uz ：三相同步电压输入； T1、T2、T3、T4、T5、T6、GND：三相整流控制移相脉冲输出。 3.4.3 技术参数 输入电源电压： ±15V、+24V； 三相同步信号相电压 30V； 给定电压：0～-10V； 反馈电压：0～2.5V； 反馈电流：0～30mA； 移相脉冲输出电流幅值：6.82mA. 3.4.4 工作原理 锯齿波同步移相触发电路：移相控制脉冲产生电路原理如 3-8 所示。该电 路以移相触发集成芯片 TC787 为核心，接收来自三相同步变压器的三相同步 信号和移相控制信号 Ut，产生相应的六路触发脉冲。 来自保护电路的 LOCK 信号接入 TC787 第 5 管脚，当 LOCK 信号为高电平时，TC787 将封锁输出脉 冲起到故障情况下封锁脉的作用。调整 W1、W3、W5、W2、W4、W6 六个 电位器可以调节触发脉冲与施加到晶闸管上主电压的相位关系。 注意任意两个 电位器都会互相影响脉冲的位置。TC787 详细介绍见附件。图 3-8锯齿波同步移相触发电路双闭环控制电路：电路原理如 3-9 所示，CSfive 为开环/闭环控制开关。11当开关拨到 3 位置时，系统为开环控制，来至 Ug 的给定信号（0～-10V）经 过给定积分电路使 Ut 输出为（0～10V） ，控制触发脉冲的移相范围在 0～150 °变化。当开关拨到 2 位置时，系统为闭环控制，给定信号 Ug（0～-10V） 经 过给定积分变正后与电压反馈信号的误差输入电压调节器反向端， 生成电流给 定值，电流给定值与电流反馈信号的误差值输入电流调节器反向端，产生移相 控制信号 Ut，使输出电压跟随给定电压变化。R29R3010K10KD2D3C181uF12调节 PI 参数。电流环调节器输出饱和值为稳压管 WD2 稳压值+10V。 U3A 及其周边元件构成的反相放大器作为电流调节器和 TC787 之间接口 的变换器。对于 TC787 来说，当 Ut 越小，则其脉冲触发角α越小，整流输出 电压就越大。而外接的电位器给定电压越大，电流调节器输出越大，为此， 在 这两者之间加一个反相器， 使得给定增加时，整流输出电压也增加。调节 W12 可使在给定一定值时，输出电压变化。 当给定值小于 0.2V 时，结型场效应管 Q1 和 Q2 导通，把电压外环和电流 内环调节器输出锁零，保证给定为零时输出也为零。 电压反馈电路为 U3B 组成的反比例放大电路，调节电位器 W11 可以调节 比例放大倍数。 电流反馈电路为 U3C 组成的正比例放大电路，调节电位器 W13 可以调节 比例放大倍数。4保护及故障显示电路：保护及故障显示原理电路如 3-10 和 3-11 所示。5 6 7 8 U SF R6 8 1 0 K R6 9 1 0 K -1 5 W1 6 10K R8 2 R8 1 470 10K C3 1 1uF D17 D18 R8 3 10K C3 6 1uF R7 5 20K 6 5 U6B LM3 2 411+1 5RD 2 5 .1 k Q D2 1 WD 3 2 1 5 +1 5 R7 8 1 0 0 K6 C3 4 1uF U4B 4 U4A 3 U5A 2 3 D2127 R6 6 1 0 KR1 C7 C4 C3 C2 R72 .2 K Pu lse1 2 .2 K Pu lse2 R8 2 .2 K Pu lse34D0 .1 u 0 .1 u 0 .1 u 0 .0 1 u71 27 U IF61 3D151 4 tU41 5 KC OLCS231 6R2 1 27K21 7R1 611 8R1 501U1 TC7 8 7 A P+1 5RD 1 5 .1 k Q D1 8 WD 4 9 5 12 +1 5 R8 9 1 0 0 K 13 C3 9 1uF U4D 11 U4C U5B 10 6 4 D25 CS1 9 8 U5C 10 Lo ck GZU IF R8 6 1 0 K R8 7 1 0 K -1 5 W1 7 10K R9 1 10K R9 0 470 C3 8 1uF10 9 D30 D313U6C LM3 2 4 811R8 5 1 0 K9R1 4 2 .2 K Pu lse4 2 .2 K Pu lse5 2 .2 K Pu lse6R9 2 10K C4 0 1uFR8 8 20K图 3-10Q2 Q1 R2 5 470当电流反馈 USF 或是电压反馈 UIF 大于设定值时，即输出过流或者过压，3 D J6 F 4 .7 u F R2 8 1 0 0 K WD 2 C1 5 R3 1 10K R3 2 10K4QG疑似 保护过流过压保护电路R2 6 470 P2 C W8 5k Tex t6 5 4 3 2 10uF2B M3 2 4Lock 信号输出为高， TC787 封锁输出脉冲。此时，GZ 输出为高电平，三极3 D J6 F C1 4 R2 7 1 0 0 K 4 .7 u F WD 1 +2 4C1 7 1uF C2 0 R3 9 1 0 K 0 .4 7 u F W1 0 10K R4 3 1 0 K R4 4 1 0 K D6 C2 2 1uF D7管导通 D28 指示灯亮，JD2 继电器动作。分别调节电位器 W16 和 W17，可以D28W7 5KR3 5 1 0 MD264321114321R3 4 1 0 MCS4 12 13 R4 0 1 0 K R4 1 1 0 K C2 1 1uF4 设定保护电路动作的输出电压或者输出电流阈值。14 10 9 R4 8 10K U2C LM3 2 4 8U2D LM3 2 4CS5V 4 2 C D 2 -R 2 G5 6 7 8JD 2 R9 3 2K R9 4 3K11 43R4 2 5 .1 K Q3 SC8 5 5 0CSfiv e D8 D9 R4 9 20K56784GZ R9 7 7 .5 K R9 9 5 .1 K Q4R4 5 1 0 K R5 0 150R4 6 1 0 K C2 3 1uFU SF-1 5 P1 -1 5 CS8 C2 5 R5 4 2 0 K 1uF Pu lse O u tp u t Pu lse1 Pu lse2 Pu lse3 Pu lse4 Pu lse5 Pu lse6 G ND 1 2 3 4 5 6 7 B6 5 4 3 2 1CS7 W1 2 5kR5 5 1 0 K -1 5 0 .1 u F C2 6 U3A LM3 2 4 113Tex t11+2 4CS1 0开环 3 2 CSfiv1 e S1 D14 D15 R5 8 1 0 K R5 9 1 0 K42133 2 R6 21R5 7 1 0 KUtJD 1 D 2 7D2932V 4 2 C D 2 -R 2 G反向4 51687图 3-11 故障显示电路 3.4.5 使用说明 控制板使用见“4.3 三相全控整流实验” 。3.5 PESX-25 PWM 控制箱3.5.1 功能 PWM 控制板以专用 PWM 控制芯片 SG3525 为核心，可用于多种 DC/DC 电源变换器控制（升压斩波器、降压斩波器、半桥开关电源和全桥开关电源） 和直流电机调速系统控制。 控制板留有电压、电流和速度接口，可以实现各种信号的监测、保护和反 馈，控制板上有多种跳线，可实现开环、单闭环和双闭环多种控制功能。控 制板上还有给定积分积分单元，专供直流调速控制。 需要说明的是： 原理图中的参数是根据调试来配置的， 在实际应用过程中， 电路各元件参数可根据实际情况来调整。 3.5.2 面板接线 PESX-25 PWM 控制箱面板如图 3-12PESX-25 PWM控制箱+15V-15VMHA1GND +15V-15VGNDVref VR GND+15V-15VRU1 GND UF+OUT-OUT +UC -UCVCC GNDSHORTGNDDRA GND DRB图 3-12 PWM 控制箱面板14+15V、-15V、MHA1、GND：电流传感器工作电源及检测信号(MHA1)； +15V、-15V、GND：箱体工作电源； Vref、VR、GND：外接给定电源，其中 Vref、GND 外给定，VR 外接电 源(2.5V)； +15V、-15V、RU1、GND、 UF：电压传感器工作电源及检测信号(RU1)， 其中，RU1 接传感器输出信号为电流型，UF 接传感器输出信号为电压型， 二 者根据传感器选择一种； +OUT、-OUT：输出电压检测； +UC、-UC：中间直流电压检测； VCC、GND、SHORT、GND、DRA、GND、DRB：去驱动板电源、驱动 信号及故障返回信号。 3.5.3 技术参数 控制电源：+15V/0.5A 、-15V/0.3A； 外部给定电压：DC 0~5V； 电流传感器取样电阻：100 欧； 电压传感器取样电阻：100 欧； 速度反馈输入：DC 0-5V；PWM 驱动输出信号：14mA； IGBT 故障输入信号：5~20mA； OUT+与 OUT-电流：＜1mA； UC+与 UC-电流：＜1mA； 3.5.4 工作原理 电路图由电源指示和保护单元、给定单元、给定积分器、电压/速度调节 器、PWM 控制器、输出电压检测和保护单元、故障锁定单元、直流电压检测 和保护单元、电流检测和保护单元组成。 电源指示和保护单元：电源指示和保护单元的原理如图 3-13 所示。输入 VCC（ +15V）和 VSS（-15V ）经 F1 和 F2 自恢复保险后有两个防反二极管 D8 和 D9,电源接反时，电源经防反二极管短路，保险断开，保护控制板和电 源。电源接线正常时，电源指示灯 L1 和 L2 亮。控制板出现短路或过载时， 保险断开，保护上一级电源。15JK 7 3 2 1 G ND F2 F1 R 29 L1 L2 G ND V CC R 28 V SS图 3-13 电源指示和保护单元原理图D8D9C 14C 15C 16给定单元：图 3-14 是给定单元的原理图。给定单元的电压是由 SG3525 内部产生一个稳定性能稳定的 5.1V 电压源，有板上给定和面板给定两个，两 个给定通过两个二极管取大输出。当调试时，可采用板上给定，调节电位器 RP1 调节给定的大小，给定由 D1 输出。采用外部给定时，可将 RP1 的输出 调到 0V，外部给定由 V-ref 通过 D2 输出为给定。外部给定可以用一个电位器 接上 JK1 上调节。V ref_ 5 V R1 V_R JK 1 3 2 1 V_R V _ ref G ND V _ ref D2 R P1 D1来自35 25 的5V 稳定电压给定图 3-14 给定单元 给定积分单元：图 3-15 是给定积分器原理图。给定积分器的功能是让给 定信号按一定的上升或下降斜率加到调节器的输入作为参考指令 Ur，以防止 上升指令变化太快对大惯性系统的冲击。上升斜率小，上升时参考指令慢慢 增大，下降斜率大，下降指令快速减小。U1B R5 10 k R9 10 k V SS C 50 . 1 u U1A 1 3 LM 3 2 4 G ND 0.1u R4 20 k C6 V CC R 72 0 0 K R8 2M D3 1N41 48 R 12 20 k 1N414 8 D4 10 LM 3 2 4 9 4 u F/ 2 5 V U1C 8 R 13 5.1k WD1 5V /1/4W C1 LM 3 2 4 7 5 6 R 10 5.1k R 11 R6 10 M 10 k11给定R2 10 k2UrC2 .1uF这样既能限制指令上升速度，减小上升时的电流冲击，又能保证减速时164图 3-15 给定积分器的安全。 给定积分器的原理可以由上升和下降两个过程来分析。 其中三个运算放大 器分别用作比较器（U1A） 、积分器（U1C）和反向器（U1B） 。给定为 0 时， 三个放大器输出都 0V，当给定为某一值 U1 时，运算放大器 U1A 输出最小值 -13.8V,二极管 D3 导通，电容 C1 经 D3、R8 恒流充电，放大器 U1C 的输出由 0 线性增大，放大器 U1B 是反向器，其输出将由 0V 线性减小。当 U1B 的输 出与给定大小相等方向相反时，U1A 的输入为 0，输出也为 0V，对 C1 的充 电流停止，C1 两端电压不变，输出 Ur 也不变，此时输出 Ur 与给定相等。只 要给定不变，输出一直不变。 二极管导通电压按 0.7V 计算，则上升斜率可计算为：13.8?0.7 ?1.64(V / S ) 2?10 6 ?4?10 ?6给定减小到 0V 时，放大器 U1A 的输出为最大值 13.8V，C1 由 D4 和 R7 反充电，开始下降过程。放大器 U1C 的输出线性减小，放大器 U1B 的输出负 线性增大，当 U1B 的输出为 0V 时，U1A 的输出为 0V，C1 反充电停止，U1C 的输出维持为 0 不变。 下降斜率可计算为：13.8?0.7 ?0.164(V / S ) 200?10 3 ?4?10 ?6可见下降速度是上升速度的 10 倍。 图 3-15 中 R13 与 WD1 构成输出电压限位，将输出电压限制在-0.7～5V。 电压/速度调节器：电压/速度调节器是 PI 调节器，将给定信号 Ur 和反馈 信号 Uf 之差通过比例积分运算， 生成控制量 UC 去控制电压/速度达到给定值。 图 3-16 中 R14、R17 和 C3 构成 PI 参数，R14 与 R17 之比为比例系数，R14 和 C13 之积的倒数为积分系数。电压 /转速 PI 调节器R 16 1M C4 1n F Uf R 15 10 k R 17 20 k 13 U1D 14 12 LM 3 2 4 C3 1u F R 18 5.1k 5V /1/4W WD2UcUrR 14 5.1k图 3-16 PI 调节器17图中 R16 的电阻值很大，主要是控制运放的增益，抑制振荡，C4 容值很 小起到高频滤波作用， 输出 R18 和稳压管 WD2 构成输出电压限位， 让其控制 在-0.7～5V 之间。 PWM 控制器：PWM 控制器采用 SG3525，是 PWM 控制器的典型代 表。可以产生 500Hz~100kH 双路互补 PWM 脉冲信号，开关频率和两路脉冲 SG3525 的内部结构如图 3-17 所示， 死区可调节。 内部集成输入电压欠压保护、 5.1V 精密参考电源、频率振荡器、误差放大器、PWM 信号生成和分配器、 推 挽输出，还集成了软起动端和电源开关控制功能。 SG3525 的这些结构和功 能可满足多种 DC/DC 变换器用途（半桥、全桥、正激、斩波控制） ，应用非 常广泛。其应用电路如图 3-18。图 3-17 SG3525 的内部结构 误差放大器：误差放大器实际是一个单电源高宽带的运算放大器，可以连 接成一个 PI 调节器。图 3-18 中构成一个 PI 调节器，图中在误差放大器的输 出端增加了一个电容 C13 用作频率补偿，相当于积分器的作用。 振荡器和死区：电阻 R19、R21 和电容 C11 决定开关频率，近似计算公式 为：f?1 C11 (0.7 R19 ?3R21 )两路输出脉冲间设有一个互锁时间或叫死区，以防止用作桥式开关电源18驱动时一个桥臂上的两个功率管直通短路。脉冲死区时间大约为：TD ?3C11 R21电流环和开环选择IF J U P3 R 22 5.1K J U P4 C7 10 0p R 23 1M R 24 30 k U4 1 -V +V SY N C O SC CT RT D IS CH SO FT V RE F V CC O UT B VC G ND O UT A SH U T C OM P SG 3 5 2 5 C8 0.1uUcR 20 30 k 2.2n F C 112 3 4 5 6 R 19 30 k R 21 10 0 SO FT 7 8 C 12 1u F1 6 V ref_ 5 V C 9 0.1u F 15 V CC 14 13 12 11 10 9 C 13 1n F R 27 10 k R 26 1k R 25 1kC 10 0.1u F D R-B D5 1N41 48D6 D R-A 1N41 48图 3-18 SG3525 的应用电路 软启动：软起动端外接一个电容器 C12，电源通电起动时，内部一个恒流 源给电容充电，控制输出脉冲慢慢由窄变宽。软起动功能是防止起动时引起 的电流冲击，在用于开关电源控制时，软起动还可防止起动过程引起的磁通 饱和。软起动端也可用作故障保护对电源实施关闭。此控制板的电压、电压 保护信号都是在软起动端进行保护的。当故障要保护时，将软起动端拉为低 电平。采用软起动端对电源进行关断可在故障清除后下次电源重新起动时实 现软起动。 电源欠压保护：由一个带有回滞的电源比较器对输入电源进行监控， 当输 入电压低于 7V 时，电源停止工作。 参考电源：将外部供电电源稳压在 8~35V 时，片内内置一个电压 5.1V， 精度±1%的低温漂精密电压源，可向外提供 50mA 电流。此电源经常作为输 出电压的给定信号，外接一个滤波电容 C9 滤除谐波，保证电源给定脉动小。 电源控制端：对电源进行起停控制，在保护电源控制端加上高电平时， 电 源停止工作，当加上低电平时，电源开始工作。由电源控制端对电源进行控 制起动时，没有软起动过程，因此控制板中没有用电源控制控制电源起停， 直接用一个电阻 R22 接地。19PWM 输出极：两个 PWM 输出极采用图腾柱结构，输出信号互补，并且 有死区，输出峰值电流达 500mA 。输出极的这种结构形式使其用于驱动 MOSFET 时十分方便，同时对小功率应用，通常不要外接驱动器，由 PWM 控制器直接驱动或加隔离脉冲变压器驱动。 当然也可为大功率 IGBT 驱动器提 供控制信号。控制板是用于给 IGBT 驱动器提供 PWM 信号，电路中两路电阻 分别为 R25 和 R26，其输出的是 10mA 电流信号给驱动器的光耦输入极。 两个 PWM 输出极还各串有一个二极管，这样两个输出极可以分别驱动 IGBT 驱动器，也可以直接并联驱动一个 IGBT 驱动器（斩波器时用一个驱动 器） 。二极管的作用是防止两输出直接并联时，两个 PWM 信号间电流倒灌， 增加电源损耗。 输出电压保护单元 : 图 3-19 是输入电压检测和保护的原理图，其用于 DC/DC 控制时对输出电压进行过电压保护。电路分电压检测、电压比较和故 障信号输出三个部分组成。R 34 V SS R 32 20 k 1 M/1 w +O U T R 3 0 1 M/1 w -OU T R 3 1 IN4 1 4 8 IN4 1 4 8 2 D10 D11 3 LM3 2 4 R 33 20 k C 18 0.1u F V CC G ND4 11过压指示6 5 LM3 2 4 R 39 1M R 38 10 k R 40 7.5k D7 1N41 48 R 41 U2B 7 V CC L3 1 R 42 2.2kC 17 0.1u F10 k R 35 R 36 65 k R 37 10 k 10 kUe2 CU2A 1B 5.1kQ1 90 13E 3V CC输出过压检测 100V过压动作过流指示图 3-19电压检测和保护单元原理电压检测：电压检测由运算放大器 U2A、电阻 R30、R31、R32 和 R33 构 成一个差模放大器，其中 R30=R31，R32=R33。输出电压直接检测是通过大 阻值电阻 R30 和 R31 先将电电压转化为电流信号，再利用运算放大器原理进 行转换。U2A 的输出电压为：U o ??U inR30 R32其中 Uin 是加在 +OUT 和-OUT 间的电压差。二极管 D10 和 D11 将运算 放大器的输出电压嵌位在±0.7V，对运放进行保护。 电压比较：比较器由运算放大器 U2B、电阻 R34、R36、R37、R35、R38 和 R39 组成， 是一个带有滞环的比较器。 R36 和 R37 将电源电压 VCC 进行分 压，U2A 的输出是负信号，U2B 的输入 6 和 5 间的电压大小决定出决定了其20输出。当输出电压低时，6 脚电位较 5 脚高，U2B 输出为负饱和（电源电压 15V 时，负饱和输出为-13.5V ，正负饱和的 +13.5V）, 当输出电压增大时， 6 脚电位下降，当低于 5 脚时，U2B 输出正饱和，给故障输出极提供 13.5V 电 压。R38 和 R39 构成电压滞环，使 5 脚的电位在输出正饱和和负饱和时有一 个差，构成为比较转换点回差，防止比较器在比较转换点来回振荡。 故障输出：故障输出级由三极管 Q1、电阻 R41、R43 和 LED 指示 L3 组 成，其功能完成故障信号的电平转换和显示故障。当没有过压时，U2B 输出 为-13.5V，Q1 发射极受到负电压而关断，故障输出为高电平；当输出过电压 时，U2B 输出为+13.5V,Q1 发发射极有电流流过而导通，故障输出为 0 电平， 同时指示灯 L3 亮。电阻 R4 限制 Q1 发射结电流，D1 将 Q1 发射结电压限制 在-0.7V 以上。R42 用于限制 LED 的电流。 输入直流电压保护单元：输入电压保护单元的原理如图 3-20 所示，由电 压检测和过压比较两个部分构成，其功能是对输入电压的过压保护和指示。 当输入电压高于设定值时，比较器输出高电平去控制故障开关封锁 PWM 信 号。V CC R 57 13 0k R 65 +U C R 62 3.3M/1w -UC R 63 3.3M/1w R 64 20 k IN4 148 IN4 148 6 D 13 D 14 5 LM3 24 20 k U 3B 7 R 66 10 k C 21 1u F R 59 20 k R 67 10 k R 68 20 k R 58 20 k V SS11C 22 0.1u F2 3U 3A 1 L6 LM3 24 C 23 0.1u F4R 54去故 障封锁开 关输入过压指示5.1k输入直流电压检测V CC图 3-20 输入电压保护单元 输入电压保护单元电压检测和比较器的原理可以参见输出电压保护单元 说明，只是在此用的比较器没有设滞环。 电流保护单元：电流保护单元原理如图 3-21 所示，由比例放大、限流单 元、过流比较、过流故障输出四部分组成，其功能是实现输出限流和过电流 保护。 比例放大：电流检测是通过电流传感器，其输出的是电流信号，经过电阻 RF 转化为电压信号，再经过 R44 和 C20 进行滤波。运放 U2C、电阻 R45、21R46 和 R47 组成放大器对电流信号放大同时有阻抗变换的作用。放大后和电 流信号可以用作电流反馈、电流限制和过电流保护。R 46 51 k -IF R 44 10 k R F1 10 0/0.5W R 45 10 k C 20 0.1u F R 47 20 k PO T1 10 k 9 10 LM3 24 WD3 2V /1/4W 1 R 49 7.5k B SO FT2IF V CC U 2C 8 R 48 10 k U 2D 12 14 13 LM3 24 Q 3 R 53 90 13 10 k R 51 1.5k R 52 R 50 1k3R 56 L5 R 55 7.5k 1 2.2k去触发故障锁存2 CBQ5 90 13EV CC3C E10 k图 3-21电流保护单元限流控制：放大后的电流信号经过电位器 POT1 分压，经过稳压管和 电阻 R45 控制 Q3 开通和关断。当 POT1 分压大于稳压管的稳压值时，稳压管 击穿 Q3 开通，Q3 开通将 PWM 控制器的软起动端的电压拉低，减小 PWM 宽度，减小输出电流，实现限流控制。 过流比较： 如果电流限制没有起作用， 电流会上升， 这时过流保护起作用。 放大后的电流信号和由 R51 和 R52 分压后的电压基准进行比较，当电流信号 大于基准电压时，运放 U2D 输出+13.5V，控制故障开关输出为低电平。 过流故障输出：过流故障输出和显示由三极管 Q5、电阻 R55、LED 指示 L6 组成。当 U2D 输出+13.5 时，Q5 通过，输出低电平，同时过流指示 L6 亮。 故障封锁单元：当故障发生后要能封锁 PWM 信号，关断 IGBT，否则功 率开关会损坏。故障封锁单元原理图如图 3-22 所示，由 RS 触发器和故障封 锁开关两部分构成，功能是在输出过压、过流和短路信号发生后能封锁故障， 关闭 PWM 信号，继而关断功率器件。U5B 5 4 6 9 40 11 V CC 40 11 U5D 12 11 13 L4 3 2 40 11 C 19 1u F G ND U7 SH O RT 40 11 SO FT 8输出过流/过压/短路指示U5C 10R 43 2.2M U5A输出 过压 输出 过流12 CG ND PC 1 8 7R 60 5.1k R 54 5.1k1B R 61 7.5kQ2 90 13EIGBT 短路信号输入过压3图 3-22故障封锁单元原理图22RS 触发器：输出过流信号、输出过压信号及从驱动板来的 IGBT 短路信 号（都是低电平）经过 U5A 和 U5B 加在由 U5C 和 U5D 组成的 RS 触发器的 置一端，使 RS 触发器输出为高电平开通故障开关 Q2。采用 RS 触发器能在 故障信号消除后仍能保持 PWM 信号封锁状态，以避免频繁故障和保护动作 对功率器件及其它器件的损坏。 故障封锁：故障封锁由三极管 Q2 及电阻 R54、R60 和 R61 组成。当故 障封存的 RS 触发器输出高电平时，Q2 导通将 PWM 控制器的软起动端拉为 低电平，封锁 PWM 输出。此外输入过压信号也可直接控制 Q2，在输入过压 时封锁 PWM 信号。 多闭环转换：在研发和调试过程中，要对开环、单闭环和双闭环进行调 试。电路 PCB 板上有不同跳线实现不同环的转换。 开环控制：当跳线器 JUP2 和 JUP4 接通时，PWM 控制器的误差放大器 工作在电压跟随状态，调节给定电位器，可以调节 PWM 发生器的比较电压， 调节 PWM 输出信号宽度，实现开环控制。 跳线设置如下： 单闭环控制：断开跳线器 JUP4，合上 JUP2 和 JUP3 可实现电流环控制； 断开跳线器 JPU2，合上 JPU1 和 JPU4 可实现电压环控制； 双闭环控制：断开跳线器 JUP4 和 JPU2，合上 JUP1 和 JUP3 可实现电压 /速度与电流环的双闭环控制。 上述闭环转换时，PI 调节器控制参数要根据控制对象不同而调节。 3.5.5 使用说明 控制板使用见“4.1 直流降压/升压斩波实验”和“4.2 半桥斩波实验” 。3.6 PESX-26 单片机控制单元箱3.6.1 功能 本实验箱作为核心控制器可用于单相半控/全控整流、 三相半控/全控整流、 AC/DC 电源变换、斩波器、交流电机的开环控制电路中，并且可以通过串口 与上位机进行通信。 3.6.2 面板接线 PESX-26 单片机控制箱面板如图 3-23。23PESX-26 单片机控制单元箱+15VAGND-15V+5V GNDVref VR GND Ua Ux Ub Uy Uc Uz +UC -UC PA+ PA- PB+ PB- PC+ PC- GNDVP TP +15V-15VGND R232T232GND+15V-15V GND IF Ud R485T485VCC GNDSHORTGND DRA GND DRB图 3-23 单片机控制箱面板 +15V、AGND、-15V、+5V、GND：控制系统各个芯片工作电源； Vref、 VR、GND：外部电压给定。VR、 GND 给定基准电压 2.4V， Vref 外给定值。Vref 和 VR 接法二者选其一即可。 Ua、Ux，Ub、Uy、Uc、Uz：同步信号输入端；单相整流实验时，同步 变压器输出接 Ua、Ux（接 Ub、Uy 或 Uc、Uz 是等价的） ；三相整流实验时， 三相同步变压器输出分别接 Ua、Ux，Ub、Uy 和 Uc、Uz。 UC+、UC-：单相、三相整流输出电压，闭环控制反馈信号，差模放大器 输入； PA+、PA-，PB+、PB- 、PC+、PC-：移相触发脉冲输出；单相半控整流 实验时， PA+、PA-输出到脉冲功放模块隔离放大后，分别驱动上下桥臂两个 开关管；做单相全控整流实验时， PA+、PA-和 PB+、PB-输出到脉冲功放模 块隔离放大后，分别驱动上下桥臂四个开关管；做三相整流实验时， PA+、 PA-，PB+、PB-和 PC+、PC-输出到脉冲功放模块隔离放大后。分别驱动三个 桥臂六个开关管。 VP、TP、+15V、-15V、GND：力矩传感器输入信号及工作电源；VP 速 度信号，TP 力矩信号。 R232、T232、GND：RS232 串口通讯； +15V、-15V、GND、IF、Ud：电流、电压传感器工作电源及检测信号； R485、T485、 GND：RS485 串口通讯； VCC、GND、SHORT、GND、DRA、GND、DRB：IGBT 驱动板电源和 控制信号。 3.6.3 技术参数 系统工作电源： +5V，±15V；24同步信号电压幅值：30V；反馈电压(UC+、UC-)： DC550V； 脉冲输出驱动能力： 输出给定： 3.6.4 工作原理 内部电路主要由以下几个功能模块构成： 信号调理电路：其原理见图 3-24。主要由 U11 构成的一个电压跟随器组 成。与反馈电阻并联的电容用于滤波，消除反馈信号的毛刺，平滑反馈信号。 电压跟随器后为 RC 滤波。输出串联两个二极管用于钳位，当反馈输入大于 AV+时，调理电路输出为 AV+。当反馈输入小于零时，调理电路输出为 0V。 同步信号整形电路：其原理见图 3-25。同步变压器输出为正弦信号，且幅 值比较大，不能直接输入单片机。必须整形成单片机可用的方波信号。同步 信号通过 LM311 比较器整型成两路方波 Ua+和 Ua-。Ua+，Ua-为相差错误！ 未找到引用源。180°的方波。正弦信号正半周比较信号工作原理如下：电阻 R61、R62 分压输入到 20mA； 0~2.4V。图 3-24信号调理原理图图 3-25同步信号整形电路比较器反相端， 此值大约 0.2V， 当正弦波幅值大于 0.2V 时,比较器输出正 15V， 比较值选择 0.2V 可以消除正弦波输入在过零时产生的毛刺并且可以避免振 荡。负半周比较信号产生原理同上。需要注意的是：电阻 R59 和 C8 组成 RC 低通滤波，会造成整形波形相位的延迟，这在单片机触发程序中可以通过减 少定时器延时时间来校正。 C 单片机控制电路：其原理图见图 3-26。25MR310KR0075A13A13m/A5/P6.574A14A14m/A6/P6.673A15A15m/A7/P6.772AD0AD0/D0/P7.071AD1AD1/D1/P7.170AD2AD2/D2/P7.269AD3AD3/D3/P7.368AD4AD4/D4/P7.467AD5AD5/D5/P7.566AD6AD6/D6/P7.665AD7AD7/D7/P7.764+3.3VVDDC25C2663DGNDDGND624.7uF0.1uFTX_232P0.061RX_232P0.160AGNDP0.259P0.358TX_485P0.4U5A57RX_485ALE/P0.5561RD/P0.6G55WR/P0.7542AD0/D0/P3.0A1534AD1/D1/P3.1A2526AD2/D2/P3.2A3518AD3/D3/P3.3A4C8051F02026D G N D具有 5 个捕捉/比较模块的可编程计数器/定时器阵列 片内看门狗定时器、VDD 监视器和温度传感器 具有片内 VDD 监视器、 看门狗定时器和时钟振荡器的 C 是真正 能独立工作的片上系统。所有模拟和数字外设均可由用户固件使能/禁止和配 置。FLASH 存储器还具有在系统重新编程能力，可用于非易失性数据存储， 并允许现场更新 8051 固件。片内 JTAG 调试电路允许使用安装在最终应用系 统上的产品单片机 进行非侵入式（不占用片内资源） 、全速、在系统调试。 该调试系统支持观察和修改存储器和寄存器，支持断点、观察点、单步及运 行和停机命令。 在使用 JTAG 调试时， 所有的模拟和数字外设都可全功能运行 主要的一些 IO 口的配置：P0.0 和 P0.1 配置给串口；P1.0 到 P1.4 配置给 PCA 外设；外部 RAM 配置到高端口，采用复用方式。具体配置实现可参考 文档“C8051F02X” 。 CPLD 电路：其原理见图 3-27。本设计采用 EPM7128STC100-15 型号的 CPLD。此款 CPLD 供电电压为 5V，兼容 5V、3.3V 和 2.5V 逻辑电平。可用 门的数量为 2500 个，宏数量为 128 个，逻辑阵列模块总共 8 个，总引脚数为 100 个，可用的 I/O 口数量为 84 个。图 3-27CPLD 电路原理图利用 CPLD 实现组合逻辑功能和时序电路的功能。本设计中可以由输 入的同步信号独自产生脉冲，也可配合单片机产生脉冲。若三相同步信号全27部利用起来，单片机的定时器资源不够，此时需要 CPLD 配合产生三相全控 整流电路的脉冲。 保护电路： 电源反接保护如图 3-28 。在正电源和地之间反接二极 管 IN4007。如果电源接反，会导致流过的电流大于 0.8A，保险断开，保护电路。图 3-28工作电源防反接电路图 3-29短路信号变换电路短路信号变换电路如图 3-29。 此电路用于 IGBT 驱动板检测到短路信号后 返回控制板 的处理。驱动板返回一个电流信号，流过光耦，在光耦的 4 脚接 上拉或下拉电阻即可将其变为电压信号。 3.3V 单片机电源模块：C 单片机为 3.3V 供电，所以需要 5V 转 3.3V 电源转换模块。转换电路如图 3-30 所示，选择 LM 电源转换芯 片。此芯片是开关型电源芯片，其功耗很低。图 3-30 5V 变 3.3V 电路原理图 RS232 串口通信：RS232 串口通信所用芯片是美信 MAX232ACPE(16)。 此 RS232 驱动芯片由 5V 电源供电。28图 3-31 RS232 串口通讯电路原理图 RS485 串口通信：RS485 串口通信所用芯片是美信 MAX485 。此 RS485 驱动芯片由 5V 电源供电。图 3-32 RS485 串口通讯电路原理图 电源指示灯和通信指示灯：上电后 L1、L2、L3 指示电源状态，如果正常 供电上述三个 LED 亮。L12、L13、L14、L15 指示串口通信状态。图 3-33电源和通讯指示3.6.5 使用说明 控制板使用说明见 “4.4 单片机入门实验” 、 “4.5 基于单片机的单相整流 实验”和“4.6 基于单片机的三相整流实验” 。293.7 PESX-27 DSP 控制箱3.7.1 功能 DSP控制箱在Ⅰ型实验台上由TMS320F2812作为核心芯片，在Ⅱ型实验 台上由TMS320F2812+ EP1C12Q240I8作为核心芯片。 DSP可用于数据采集器和工业控制器、 模拟和数字信号采集和分析、 电力 电子变流控制器和信号发生器的开发，多种通讯接口满足不同通讯控制要求。 可编程门阵列FPGA作为专用集成电路 （ASIC） 领域中的一种半定制电路 而出现，既解决了定制电路的不足，又克服了原有可编程器件门电路数有限 的缺点。FPGA可以实现硬件算法，较DSP具有更高的可靠性，在数据采集方 面则具有更高的采集精度。 在DSP控制箱中FPGA可以辅助DSP做数据处理及系统保护用，也可以单 独做硬件算法。DSP与FPGA使用总线通信。DSP控制箱是一种通用控制器， 其丰富的外部接口资源为开发者提供了高度灵活性，特别适用于产品的前期 开发。 3.7.2 面板接线 ? Ⅰ型实验台 DSP 控制箱面板接线见图 3-34.PESX-27 DSP控制箱+15VAGND-15V+5V GNDSTARSTOP GND Ua+ Ua- Ub+ Ub- Uc+ Uc- R485 T485 VCC GND ERR1GNDADRAGND ADRB+15V-15VAGNDIai Ibi Ici Ud+ Ud-+15V-15VAGND Uai Ubi UciVCC GND ERR2 GNDBDRAGND BDRB+15V-15VAGNDIaoIbo Ico CANH CANLTP VP +15V-15VGNDR232T232GNDVCC GND ERR3 GNDCDRAGND CDRB图 3-34PESX-27 DSP 控制箱面板接线图(Ⅰ型)+15V、AGND、-15V、+5V、GND：控制箱工作电源输入，GND 数字地， AGND 模拟地。控制箱面板其它±15V、GND、AGND 内部均已连通，无需 外部短接。 START、STOP：外接电机启动、停止信号； +15V、-15V、AGND、Iai、Ibi、Ici：三相输入霍尔电流传感器； +15V、-15V、AGND、Iao、Ibo、Ico：三相输出霍尔电流传感器；30Ud+、Ud-：中间直流电压采集通道输入； +15V、-15V、AGND、Uai、Ubi、Uci：霍尔电压传感器； Ua+、Ua-、Ub+、Ub-、Uc+、Uc-：差分采样电路输入； R485、T485：RS485 串口通讯； R232、T232：RS232 串口通讯； CANL、CANH：CAN 通讯； VCC、GND、ERR1、GND、ADRA、GND、ADRB：变流器控制中到 A 相驱动板的控制信号； VCC、GND、ERR2、GND、BDRA、GND、BDRB：变流器控制中到 B 相驱动板的控制信号； VCC、GND、ERR3、GND、CDRA、GND、CDRB：变流器控制中到 C 相驱动板的控制信号； ? Ⅱ型实验台 DSP 控制箱面板接线见图 3-35.PESX-27 DSP 控 制 箱+ 1 5 V A G N D- 1 5 V + 5 V G N D S T A RS T O P G N D Ua+ Ua- Ub+ Ub- Uc+ Uc- R485 T485 I N B 1I N B 2 E R R B G N D + 1 5 VI N A 1I N A 2 E R R A G N D+ 1 5 V+ 1 5 V- 1 5 VA G N D I a i I b i I c i U d + U d -+ 1 5 V- 1 5 V A G N D U a i U b i U c i NI N D 1I N D 2 E R R D G N D + 1 5 VI N C 1I N C 2 E R R C G N D+ 1 5 V+ 1 5 V- 1 5 VA G N DI a o I b o I c o C A N H C A N LT P V P + 1 5 V- 1 5 VG N D R 2 3 2 T 2 3 2G N D+ 1 5 V- 1 5 VA G N D I n 2 4 V ABZ SGND图 3-35PESX-27 DSP 控制箱面板(Ⅱ型)+15V、AGND、-15V、+5V、GND：控制箱工作电源输入，GND 数字地， AGND 模拟地。控制箱面板其它±15V、GND、AGND 内部均已连通，无需 外部短接。 START、STOP：外接电机启动、停止信号； +15V、-15V、AGND、Iai、Ibi、Ici、Ud+、Ud-：DSP数据采集信号，电 流由霍尔电流传感器接入，中间直流电压直接接入，最大中间直流电压为 600V。 +15V、-15V、AGND、Iao、Ibo、Ico：霍尔电流传感器输入到FPGA采样 口。 Ua+、Ua-、Ub+、Ub-、Uc+、Uc-：差分采样电路输入到DSP的A/D采样31口。 +15V、-15V、AGND、Uai、Ubi、Uci、NO:三相输入相电压输入到FPGA 采样口。 TP、VP：力矩传感器的转矩、转速信号输入到FPGA口。 CANH、CANL: CAN通讯； R485、T485：RS485串口通讯； R232、T232：RS232串口通讯； INA1、INA2、GND：变流器控制中到A相驱动板的控制信号； INB1、INB2、GND：变流器控制中到B相驱动板的控制信号； INC1、INC2、GND：变流器控制中到C相驱动板的控制信号； IND1、IND2、GND：变流器控制中到D相驱动板的控制信号； ERRA,ERRB,ERRC,ERRD: 功率开关器件驱动板的故障反馈输入端口; In：中点电流采样信号，输入到FPGA口; 24V、A、B、Z、SGND：光电编码器的电源及输出信号，输出信号接入 DSP。 注：A、B、C的六路PWM可以接DSP输出，也可以接FPGA输出，由用户 自己选择。但是D相两路PWM只能由FPGA输出。四个错误信号全由FPGA控 制。 3.7.3 技术参数 Ⅰ型实验台和Ⅱ型实验台技术参数一致。 工作电源：+5V、GND、±15V、AGND； 中间直流电压：0~600V； 驱动信号负载能力：20mA； 3.7.4 工作原理 ? Ⅰ型实验台工作原理如下：DSP 控制箱选用 TI 公司 TMS320F2000 系列中 2812 作为核心控制芯片， 它采用双电源供电机制，可获得良好的电源性能。其内核供电电压为 1.8V， I/O 供电电压为 3.3V。 供 电 电 源 ： 选 用 TI 公 司 的 TPS70351 型 LDO 线 性 稳 压 器 对 DSP 供 电 。 TPS703xx系列是 TI公司专门为DSP、ASIC 和FPGA等芯片供电而设计的 LDO32线性稳压器。它为 DSP 提供双路独立稳压电源，可将 5V 电压转换为 1.8V 和 3.3V，且具备电压监测复位（SVS） 、手动复位、使能控制以及可编程上电顺 序等功能，特别适用于DSP芯片的供电。按钮“SW1”可实现手动复位。其供 电电路如图3-36所示。图 3-36 DSP 供电电路 1) DSP 最小系统 DSP 最小系统除了前面介绍的电源模块 （为整个系统供电） 、 复位电路 （实 现系统复位）以外，还包括时钟模块（提供系统时钟） 、外部 RAM 存储器（存 储程序和数据） 、扩展接口（扩展其它功能接口） 、JTAG 接口（可以实现在线 编译调试）等电路模块。其原理框图如图 3-37 所示。 时钟模块：采用 30M 晶振给 2812 提供时基。当 2812 寄存器 PLLCR 的 DIV 位被设置成最大值，即 1010 的时候， CPU 的时钟将达到 150MHZ ，是 2812 所能支持的最大时钟频率。 外部 RAM 存储器：256K。图 3-37 DSP 最小系统图 2) 模拟采样调理电路 DSP2812 的模数转换模块（ADC）包括带内置采样保持的 12 位 AD 转换33模块，多达 16 个模拟输人可切换通道。其模拟输入范围：0V~3V。外部模拟 信号必须经过模拟采样调理电路转换到 0~3V 范围才能被 ADC 识别并采样。 采样调理电路如图 3-38 所示，采样电阻为 51Ω，其中“Iai”、“Ibi”、 “Ici”、“Iao”、“Ibo”、“Ico”为模拟采样输入端口。差分采样调理电 路如图 4 所示，其中“Ua+”、 “Ua-”、 “Ub+”、 “Ub-”、 “Uc+”、 “Uc-” 、 “Uai”、“Ubi”、“Uci”为差分式采样调理电路输入端口。 图 3-38 模拟采样调理电路为一同相放大器。由于电流检测采用电流传感 器，输出的是交流电压信号，这个信号不能直接送入 DSP 的 AD 转换模块， 因此要进行相应的处理。对于量程为 0~3V 的 AD 转换口，以 1.5V 为偏移量， 当测得的量小于 1.5V 时，那么就说明电压是负值，反之则是正值。U OUT U ? IN ? R 26 ? R 29 R 29 R39 R37 U IN ? ? U Ic-in ? ? 1.5V R37 ? R39 R37 ? R39 U U OUT ? Ic ?in ? 1.5V 3 将输入信号变成原值的 1/3 后，加上 1.5V 的偏移量，送入 DSP 的 ADC模块。 将要采样的信号经过运放处理， 使输入电压范围在 AD 正常工作采样范围 之内，在信号进 DSP 的 AD 口时，加嵌位二极管，当输出电压超过 VCC 和二 极管压降之和时，D14 导通。而当该点电压小于负的管压降时，D20 导通。 图 3-39 为一差分采样调理电路,运放处理后同样接钳位二极管。U OUT ?U b-P ? U b-N ? 1.5V 3图 3-38 模拟采样调理电路34图 3-39 差分采样调理电路 3) 逻辑电平转换电路 逻辑电平转换电路是设计时需要特别考虑的，输入与 5V TTL 电平兼容 的 5V CMOS 器件都可以用作 3.3V→5V 电平转换。 它将输入 DSP 的信号转 换成 3.3V，输出到外部接口的信号转换成 5V。选用 74xHCT 系列芯片进行电 平转换，需要方向控制，其原理图如图 28 所示，选用 74xCBT 系列芯片进行 电平控制，无需传统电压电平转换器件，通常采用方向控制信号。其原理图 如图 3-40、3-41 所示。图 3-40 逻辑电平转换电路图 3-41 逻辑电平转换电路354) 通讯接口电路 DSP 控制箱具有常用的 RS232，RS485，CAN2.0 通讯。RS232 接口电路 图如图 3-42 所示，RS485 接口电路图如图 3-43 所示，CAN 接口电路图如图 3-44 所示。 RS232 是由美国电子工业协会正式公布的、 在异步串行通信中应用最广的 标准总线。用 RS232 进行单向数据传输时，最大数据传输速率为 20kb/s，最 大传送距离为 15 米。 MAX3223 是美信公司生产的 3V 至 5.5V 双通道 RS232 收发器。 其中 R1IN、 R1OUT 、 T1IN 、 T1OUT 为第一数据通道。 R2IN 、 R2OUT 、 T2IN 、 T2OUT 为第二数据通道。本控制板应用了第一数据通道。3.3V 供电。 其主要管脚的功能如下： C1+：外接电容 1 的正极 C1-：外接电容 1 的负极 C2+：外接电容 2 的正极 C2-：外接电容 2 的负极 V+：电荷泵产生的 2 倍电源电压 V-：电荷泵产生的负向倍压 T1in：第 1 路发送器的输入端 Rlout：第 1 路接收器的输出端 R1in：第 1 路接收器的输入端 T1out:第 1 路发送器的输出端 T2out：第 2 路发送器的输出端 R2in：第 2 路接收器的输入端 R2out：第 2 路接受器的输出端 T2in：第 2 路发送器的输入端 GND：地 VCC：电源 RS232 接口电路如图 3-42。MAX3223 芯片内部集成有电荷泵电路来产生 正负电压。外围需要四个电解电容 C102、C103、C104、C405，这些电容是 内部电源转换所需的电容，在耐压值允许的范围内，可采用无极性的电容。36电荷泵既可以为两路发送部分提供电源，同时也可以作为外电源输出。图 3-42 RS232 接口电路图 RS485 串行接口可以用最少的信号线完成通信任务， 能够支持较高的数据 传输率和较远的传输距离，同时可以方便进行多点互连，是工业控制中经常 使用的电气接口。MAX3485ESA 是用于 RS485 通信的低功耗收发器，供电电 压为 3.3V。 DSP 的 SCI 模块 SCIRXDB/IOG5 和 SCITXDB/IOG4 管脚与 MAX3485ESA 相连，通过其完成信号装换和数据收发。 MAX3485ESA 引脚功能描述如下： 引脚 名称 功能描述 1 RO 接收器输出：如果 A&B 200mV，RO 输出为高电平； 如果 A&B 200mV，RO 输出为低电平。 2 RE 接收器输出使能：当该引脚为低电平时 RO 使能； 当该引脚为高电平时 RO 为高阻状态。 3 DE 驱动器输出使能：当该引脚为高电平时驱动器输出使能； 当该引脚为低电平时，驱动器输出为高阻状态。 4 DI 驱动器输入 5 GND 地 6 A 收发端 A 7 B 收发端 B 8 VCC 电源（3.0~3.6V） RS485 接口电路如图 3-43。 MAX485 的 RE 和 DE 由 DSP 的 MCLKXA/IOF8 管脚控制。由于 MAX485 以半双工的方式工作，因此由 MCLKXA/IOF8 控制 其发送与接收。高电平时，驱动器使能而接收高阻态，此时可以发送数据； 当 MCLKXA/IOF8 为低电平时，接收器使能而驱动器为高阻态。此时可以接 收数据。 A 和 B 端之间电阻 R131 为匹配电阻, 上下拉电阻 R130、R132 是为了悬 空/高阻的时候令 MAX3485 的接收器有确定的输出电平。37图 3-43 RS485 接口电路图 TMS320F2812 的 CAN 模块能够完全兼容 CAN2.0B 标准。设计中采用了 TI 公司推出的 3.3V 系列 CAN 收发器 SN65HVD230D。 SN65HVD230D 是 TI 公司生产的针对 DSP 内 CAN 控制器与物理总线的 接口。SN65HVD230D CAN 数据线收发器是为了在控制器之间实现可靠而有 效的双向数据传输而设计的，符合 CAN 总线结构标准 ISO11898。供电电压 为 3.3V。 下表为 SN65HVD230D 引脚说明。 引脚 1 2 3 4 5 6 7 8 名称 D GND VCC R Vref CANL CANH Rs 功能描述 CAN 控制器发送数据输入端 地 +3.3V 电源电压 CAN 总线接收数据输出端 参考电压输出 低电平 CAN 电压输入/输出 高电平 CAN 电压输入/输出 方式选择，斜率电阻器输入图 3-44 CAN 总线接口电路图 SN65HVD230D 在 CANH 和 CANL 输出引脚间并联一个电阻，作为 CAN38总线的终端电阻。终端电阻 R138 等于传输电缆的特征阻抗，取值 120Ω，处 理了远近端阻抗不匹配的影响。 在 CANH 和 CANL 与地之间各自接一个 30pF 的电容，可以起到滤除总线上的高频干扰和防电磁辐射的作用。 5) 转速与转矩采集电路 在高性能电机控制中，转速反馈通常必不可少。通常力矩传感器可进行力 矩和转速测量，光电编码器可进行转速和电机方向测量。它们输出的信号均 是脉冲方波。 由力矩传感器或光电编码盘采集输出的脉冲信号经过 RC 电路滤 波，进入稳压和整形电路后，输入到 DSP 进行速度计算，由 CD40106 构成的 整形电路原理图如图 3-45 所示。 CD40106 由六个施密特触发器电路组成。每个电路均为在输入端具有施 密特触发器功能的反相器。触发器在信号的上升和下降沿的不同点开、关。 其引脚功能为： 2、4、6、8、10、12 脚为数据输出端，1、3、5、9、11、13 脚为数据输入端，14 脚为电源，7 脚为接地。 V_Pulse In 为转速采集信号。T_Pulse In 为转矩采集信号。 注：转矩和转速经力矩传感器采集后,需经过一外部 RC 电路滤波,再送入 T_Pulse 和 V_Pulse图 3-45 整形电路 6) 数码管显示电路 DSP 芯片 TMS320F2812 中 SPI 模块采用四线制接口，通常用于 DSP 控 DSP 的串行外设接口 SPI 制器和外设或另一个处理器间的通信。本控制板中， 和串入并出的 74VHC595 之间通信，可以点亮 LED，实现数码显示功能。如 图 3-46。 引脚说明： QA-QH：八位并行输出端，可以直接控制数码管的 8 个段。 Q'H：级联输出端。控制板中接 DSP 的 SPISOMIA/IOF1 管脚。 SER：串行数据输入端。控制板中接 DSP 的 SPISIMOA/IOF0 管脚。39/SCLR：低电平时将移位寄存器的数据清零。 SCK：上升沿时数据寄存器的数据移位。QA=&QB=&QC=&...=&QH；下降 沿移位寄存器数据不变。与 DSP 的 SPICLKA/IOF2 管脚相连。 RCK： 上升沿时移位寄存器的数据进入数据存储寄存器， 下降沿时存储寄 存器数据不变。与 DSP 的 SPISTEA/IOF3 管脚相连。 控制板采用的数码管为共阴极。 数码管片选信号由 DSP 的 MSFXA/IOF10、 MSFRA/IOF11、MDXA/IOF12、MDRA/IOF13 管脚控制。图 3-46 数码管显示电路 7) 其他控制电路及端口 控制板“STAR”、“STOP”分别为电机启动与停止备用输入信号，可作 为控制系统中的启动和停止操作。端口“ADRA”、“ADRB”、“BDRA”、 “BDRB”、“CDRA”、“CDRB”分别为 6 路 PWM 驱动输出端口，六路 驱动信号可由 DSP 内部事件管理器 A（EVA）或事件管理器 B（EVB）产生， EVA（或 EVB）具有 3 个比较单元，每个单元可以生成一对（两路）互补的 PWM 波形，共生成 6 路 PWM 波形。本控制板的六个 PWM 输出口接 DSP 的 PWM1 、PWM2 、 PWM3 、PWM4 、 PWM5 、 PWM6 口，由 EVA 产生 PWM 输出。6 路 PWM 信号通过缓冲器 74H244 后直接到 IGBT 驱动模块。输出驱 动采用电流方式输出，可对外直接接光耦。“ERR1”、“ERR2”、“ERR3” 为功率开关器件驱动板的故障反馈输入端口。端口“VCC”为备用电源端， 与+15V 相连。控制板内模拟 AGND 与数字 GND 通过 0Ω电阻单点相连。 8) 控制板指示灯 控制板上有三个电源指示灯，分别对应+5V,+15V,-15V；40D75，D76 为转速与转矩采集信号指示灯； D7}