直流伺服系统的PWM功率放大器应用研究

摘要

在高精度伺服控制系统中,大多采用基于电力电子器件的脉宽调制型功率放大器,简称PWM功率放大器.它能实现宽范围的速度和位置控制并具有优良的性能.然而在PWM功率放大器的主回路中电力电子器件工作在开关状态,易产生过压、过流现象,器件承受较高dv/dt、di/dt并产生较大的损耗,影响器件本身的性能和寿命,同时dv/dt、di/dt还会产生严重的电磁干扰,如在光学测量设备中,这种干扰将会影响其它系统正常运行.因此开展PWM功率放大器的研究,设计出性能可靠、电磁兼容性好的PWM功率放大器具有重要的工程实用意义.论文简要介绍PWM功率放大器的组成、工作原理、特点及存在问题;对常见H型双极性模式PWM功率放大器的工作特性作了定性和定量的分析,指出了电枢电流脉动量和电枢电流连续与否是衡量PWM控制方案优劣的两个本质参数.然后在围绕PWM功率放大器的电磁兼容性、可靠性及灵活控制等方面进行了以下工作:为增加PWM功率放大器控制的灵活性,能够方便实现各种直流PWM控制模式,利用可编程逻辑器件的可重复编程和在线下载特性、用VHDL语言设计了基于可编程逻辑器件的PWM控制器.该控制器具有成本低、可靠性好及集成度高等特点.对直流PWM功率放大器的电磁兼容性进行了分析,提出了抑制PWM功率放大器干扰的几种措施;在现有的PWM功率放大器上做了RCD吸收电路实验,实验结果表明,RCD吸收电路能有效抑制电机两端电压浪涌和dv/dt,di/dt引起的电磁干扰.选用富士公司集驱动和保护于一体的智能功率模块(IPM-IGBT)制作了PWM功率转换电路,设计了上下阈值可单独调节的泵升电压检测电路,并利用内部集成的制动用IGBT和外接耗能电阻构成了泵升限制回路,使整机具有电路简单、体积小、可靠性高等特点.

目录

文摘

英文文摘

第一章绪论

1.1直流PWM控制技术国内外发展概况

1.2直流PWM功率放大器的原理、组成及特点

1.3功率器件IGBT简介

1.4论文研究意义及内容

第二章直流PWM功率放大器工作特性分析

2.1引言

2.2双极性PWM功率放大器工作特性分析

2.2.1 H型双极模式PWM工作原理

2.1.2双极模式PWM控制电枢电流计算

2.3 PWM控制方案的比较

2.3.1电流连续和断续临界分析

2.3.2三种控制模式的对比

2.4本章小结

第三章基于可编程逻辑器件的PWM控制器

3.1引言

3.2可编程逻辑器件设计方法

3.2.1 EDA硬件电路设计方法

3.2.2可编程逻辑器件器件设计流程

3.3 PWM控制器实现方式

3.4 BYTERBLASTER并口下载电缆

3.4.1原理与连接

3.4.2制作和使用注意事项

3.5基于CPLD的PWM控制器设计

3.5.1工作原理

3.5.2电路设计

3.5.3仿真波形与实验结果

3.6本章小结

第四章直流PWM功率放大器电磁兼容性

4.1引言

4.2功率放大器电磁干扰分析

4.3电磁干扰的抑制措施

4.4吸收电路

4.4.1吸收电路原理

4.4.2 IGBT模块吸收电路类型

4.4.3吸收电路实验

4.5本章总结

第五章基于I PM-I GBT模块的功率转换电路设计

5.1引言

5.2IPM-IGBT的结构

5.3 IPM-IGBT功能特点

5.3.1 IGBT驱动功能

5.3.2过电流保护功能

5.3.3短路保护功能

5.3.4控制电源欠压保护

5.3.5管壳及管芯温度过热保护

5.3.6报警输出功能

5.3.7制动用IGBT及续流二极管

5.4 IPM-IGBT使用注意事项

5.4.1主电源

5.4.2控制电源

5.4.3保护动作

5.6硬件电路设计

5.6.1控制信号与IPM-IGBT接口

5.6.2泵升限制电路

5.7实验结果

5.8本章小结

第六章结束语

致谢

参考文献

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