一种直流伺服电机驱动器的设计

摘要

近年来电动汽车产业在政府有关部门的支持引导下正逐步走向市场。作为电动汽车的配套装备产业，更换电动汽车电池的机械臂的研究有着很好的实用价值。本课题主要设计了一款用于驱动多关节机械臂的关节处直流伺服电机的驱动器。性能稳定的直流伺服电机驱动器对于机械臂的整体运行性能有着非常重要的作用，同时具有重要的经济效益和科研价值。
　　 本文首先介绍了直流伺服电机驱动器的应用及发展趋势，分析了驱动器电源的发展趋势。对驱动器设计的整体方案做了介绍，然后对驱动器各部分进行了详细说明。驱动器总体可以分三个部分，第一部分是交流/直流变换的APFC（有源功率因数校正）电路。采用专用控制芯片，达到较高的功率因数，有效提高了电网利用率以及供电设备的带负载能力，同时为后级电路提供400V直流稳定电压;第二部分是直流/直流变换的半桥LLC谐振变换电路，LLC电路在恒压输出方面有很大的优势，可以为伺服电机提供稳定的电压，实现了开关管的零电压开关和整流二极管的零电流开关，减小了电路损耗，提高了驱动器效率;第三部分是直流伺服电机直接驱动部分，采用PWM驱动模式对直流伺服电机进行驱动。本文对各部分电路的基本工作原理进行了详细分析，对元件的选择进行了说明，完成了驱动器整体电路的设计。
　　 论文中还介绍了驱动器的电磁兼容性设计、PCB布板要点和系统可靠性设计，分析了电路中电磁干扰产生的原因，提出了抑制电磁干扰的措施，对PCB布板的走线、电气隔离等进行了说明，从电路拓扑、元器件选择、驱动器封装等方面介绍了提高可靠性的方法。
　　 论文最后对设计的120W直流伺服电机驱动器样板进行了测试，给出了电路中关键点的工作电压波形并进行了分析。经测试，结果表明驱动器工作正常，功率因数较高、电流总谐波小，整机效率基本达到要求，直流伺服电机正、反向转动稳定。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题研究背景及意义

1．2 直流伺服电机驱动器的发展概述

1．2．1 直流伺服电机驱动器的发展趋势

1．2．2 驱动器电源技术的发展趋势

1．3 本课题的主要研究内容及文本安排

第2章 直流伺服电机驱动器的整体方案

2．1 直流伺服电机驱动原理

2．1．1 直流伺服电机的工作原理

2．1．2 直流伺服电机的H桥驱动原理

2．2 驱动器整体方案介绍

2．2．1 驱动器方案的参数设计

2．2．2 驱动器方案原理图

2．3 本章小结

第3章 驱动器的功率因数校正电路设计

3．1 功率因数校正的必要性

3．1．1 功率因数基本定义

3．1．2 功率因数与总谐波失真的关系

3．2 功率因数校正技术

3．2．1 PPFC技术

3．2．2 APFC技术

3．3 Boost型APFC

3．4 基于L6562的临界导通模式APFC电路的设计

3．4．1 L6562芯片内部结构及特点

3．4．2 L6562的工作原理

3．4．3 电路参数设计

3．5 系统电磁兼容性设计

3．5．1 电磁干扰的产生

3．5．2 电磁干扰的抑制方法

3．6 本章小结

第4章 半桥LLC谐振变换器电路设计

4．1 谐振变换器的典型结构

4．2 LLC谐振变换器的基本原理

4．2．1 LLC谐振变换器基本结构介绍

4．2．2 LLC谐振变换器工作原理

4．3 基于SSC9512的LLC谐振变换电路的设计

4．3．1 SSC9512主要功能介绍

4．3．2 变换器主电路中的参数设计

4．4 PCB布板要点

4．5 本章小结

第5章 基于MC33035的驱动电路设计

5．1 直流伺服电机的PWM驱动原理

5．2 MC33035主要功能介绍

5．2．1 MC33035封装结构及特点

5．2．2 MC33035的主要功能介绍

5．2．3 基于MC33035的驱动电路设计

5．3 电机转速控制部分的设计

5．3．1 STM32单片机的应用介绍

5．3．2 转速控制的软件部分

5．4 系统可靠性考虑

5．5 本章小结

第6章 实验测试结果与分析

6．1 功率因数校正电路中部分波形及分析

6．2 LLC谐振变换器电路波形及分析

6．3 直流伺服电机驱动测试分析

6．4 本章小结

第7章 总结与展望

7．1 总结

7．2 展望

致谢

参考文献

附录