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CAd课程设计

课程设计（学年论文）

说明书

课题名称：

直流电动机PWM驱动器的设计

学生学号：

1304200303

专业班级：

工业电气自动化01班

学生姓名：

方军

学生成绩：

指导教师：

王振

课题工作时间：

2013.12.30至2014.1.3

武汉工程大学教务处制

填写说明：

1.一、二、三项由指导教师在课程设计（学年论文）开始前填写并交由学生保管；

2.四、五两项由学生在完成课程设计后填写，并将此表与课程设计一同装订成册交给指导教师；

3.成绩评定由指导教师按评定标准评分。

4.此表格填写好后与正文一同装订成册。

一、课程设计的任务或学年论文的基本要求：

绘图设计:

（1）画出完整的原理图

（2）ERC电气规则检测

（3）生产网络表及元件清单

（4）画出所设计电路的PCB图,包括规划PCB板子大小、元器件布局以及布线，布线方法则可根据具体情况使用自动布线（手工调整）或者手工布线两种不同方式。

（5）根据具体情况进行电路仿真：

仿真参数、类别、结果、仿真中出现的故障、原因及排除方法等。

原理图工作原理介绍：

图1-1中，所示的直流电动机驱动器是一个PWM驱动器，其输入信号是一个0~10V的模似量，图中所示的8038是一个三角波发生器，输入的模拟信号与三角波产生的信号分别进入两组运算放大器进行电压比较，得到具有一定关系的两组调制波，该调制波经过光耦TLP250进行电气隔离，输出信号分别加到H桥中大功率管VT1~VT4的基数，VT1~VT4的导通与断开由调制波相位的改变来控制，VT1~VT4的通断会改变加在电动机两端的电枢电压，从而改变电动机的输出速度，因此电动机输出速度会随着输入电压的改变而线性改变。

参考图：

图1－1（a）直流电动机PWM调速原理图

图1－1（b）驱动器原理图

指导教师签字：

教研室主任签字：

年月日年月日

二、进度安排：

12月27号：

下达设计任务并依据参考图设计原理图。

12月30号：

确定PCB板参数和元件封装类型。

12月30号～1月3号：

设计PCB版图。

1月6号：

撰写报告和答辩。

三、应收集资料及主要参考文献：

参考数目：

[1]邵群涛.电气制图与电子线路CAD[M].北京：

机械工业出版社，2005

4、课程设计（学年论文）摘要（中文）：

目前，直流电动机在控制系统中的应用十分广泛。

直流电动机的工作原理十分简单；当定子中的励磁磁通和转子中的电流相互作用时，就会产生电磁转矩驱动电枢转动，恰当地控制转子中电枢电流的方向和大小，就可以控制直流电动机的方向和转速。

电枢电流为零时直流电机则停止不动。

在本设计中，直流电动机的驱动采用的是晶体管功率放大器组成的H型PWM电路。

直流电动机的速度调节通过改变PWM的占空比来实现，采用PWM波控制电动机不仅方便且精度高。

5、课程设计（学年论文）摘要（英文）：

Atpresent,theapplicationofDCmotorinthecontrolsystemisveryextensive.TheworkingprincipleofDCmotorisverysimple;whenthecurrentinthestatorexcitationfluxandrotorinteraction,itwillproduceelectromagnetictorquedrivetherotationofthearmature,andproperlycontrolthedirectionandsizeofthearmaturecurrentintherotor,youcancontrolthedirectionandspeedoftheDCmotor.ThearmaturecurrentiszeroandtheDCmotorisstopped.

Inthisdesign,theDCmotordriveisusedinHtypePWMtransistorpoweramplifiercircuit.DCmotorspeedregulationthroughchangingthePWMdutyratioofthePWMwavetocontrolthemotornotonlyconvenientandwithhighaccuracy.

六、成绩评定：

指导教师评语：

指导教师签字：

201年月日

项目

评价

项目

评价

调查论证

工作量、工作态度

实践能力

分析、解决问题能力

质量

创新

得分

七、答辩记录：

答辩意见及答辩成绩

答辩小组教师（签字）：

201年月日

总评成绩：

（教师评分×75%+答辩成绩×25%）

课程设计评审标准（指导教师用）

评价内容

具体要求

权重

调查论证

能独立查阅文献和从事其他调研；能提出并较好地论述课题的实施方案；有收集、加工各种信息及获得新知识的能力。

0.1

实践能力

能正确选择研究（实验）方法，独立进行研究工作。

如装置安装、调试、操作。

0.2

分析解决问题能力

能运用所学知识和技能去发现与解决实际问题；能正确处理实验数据；能对课题进行理论分析，得出有价值的结论。

0.2

工作量、工作态度

按期圆满完成规定的任务，工作量饱满，难度较大，工作努力，遵守纪律；工作作风严谨务实。

0.2

质量

综述简练完整，有见解；立论正确，论述充分，结论严谨合理；实验正确，分析处理科学；文字通顺，技术用语准确，符号统一，编号齐全，书写工整规范，图表完备、整洁、正确；论文结果有应用价值。

0.2

创新

工作中有创新意识；对前人工作有改进或独特见解。

0.1

1、方案论证

1.1系统功能要求

设计直流电动机（110V）PWM驱动器，要求输入信号是0~10V的电压值，转速与该输入信号成正比，调制波产生的电路与后级功率管驱动电路要进行电气隔离。

1.2工作原理

图1-2中，所示的直流电动机驱动器是一个PWM驱动器，其输入信号是一个0~10V的模似量，图中所示的8038是一个三角波发生器，输入的模拟信号与三角波产生的信号分别进入两组运算放大器进行电压比较，得到具有一定关系的两组调制波，该调制波经过光耦TLP250进行电气隔离，输出信号分别加到H桥中大功率管VT1~VT4的基数，VT1~VT4的导通与断开由调制波相位的改变来控制，VT1~VT4的通断会改变加在电动机两端的电枢电压，从而改变电动机的输出速度，因此电动机输出速度会随着输入电压的改变而线性改变。

图1-2

1.3电气电子线路CAD设计步骤

（1）前期准备

包括创建工程文件、准备元件库和绘制原理图。

创建PCB工程文件，就相当于在计算机中创建一个文件夹，将与PCB设计相关的文件统一规整到该工程文件下，便于日后的管理、更改等操作。

接下来就要准备好项目中所需要库文件，包括原理图的元件库和PCB的元件库。

当然元件库可以用AltiumDesigner自带的库，但一般情况下较难找到合适的，最好是根据所选期间得标准尺寸资料自己做元件库。

（2）PCB结构设计

PCB结构包括创建PCB文件，确定电路板尺寸和各项机械定位，在PCB设计环境下绘制PCB版面，并按定位要求放置所需的接插件、按键/开关、螺丝孔，装配孔等。

并充分考虑和确定布线区域和非布线区域。

（3）PBC布局

布局要求均衡，疏密有序，不能头重脚轻或一头沉。

在放置元器件时，一定要考虑元器件的实际尺寸、元器件之间的相对位置，以保证电路板的电气性能和生产安装的可行性和便利性，然后适当的修改器件的摆放使之整齐美观。

（4）PCB布线

布线是最重要的工序。

这将直接影响着PCB板的性能好坏.。

在PCB的设计过程中，布线一般有三种境界的划分：

首先是布通，其次是电气性能的满足，接着是美观。

（5）网络和DRC及结构检查

首先，在确定电路原理图设计无误的前提下，将所生成的PCB网络文件与原理图网络文件进行物理关系的网络检查，并根据输出文件结果及时对设计进行修改，以保证布线连接关系的正确性；网络检查正确通过后，对PCB设计进行DRC检查，并根据输出文件结果及时对设计进行修正，以保证PCB布线的电气性能。

最后需进一步对PCB的机械安装结构进行检查和确认。

2、项目元件库

虽然AltiumDesigner提供了丰富的元件库，足以应付大多数的设计。

但是也有部分元件没有收录其中，此外设计中经常也会使用一些非标准器件，这就需要设计者自己制作元件库。

在本实验——直流电动机PWM驱动器设计中，由摩托罗拉公司设计的MC1413就无法在原元件库中找到。

接下来已设计MC1413为例介绍元件库制作。

2.1制作原理图元件库

原理图如图2-1

图2-1MC1413原理图

（1）创建元件库

执行命令菜单“文件”→“新的”→“库”→“原理图”元件库，系统将进入原理图元件库编辑工作界面，如图2-1-1

图2-1-1创建元件库

单击“保存”，可以设置保存的文件名和位置。

（2）创建一个元件

打开SCHLibrary面板，新建库文件中已经存在一个默认的元件。

双击该元件，可对元件的属性进行编辑，如图2-1-2

图2-1-2创建元件

在绘图工具箱中点击矩形绘图工具，即可绘出MC1413的基本结构，点击工具箱中的放置管脚即可在矩形上放置若干管脚，放置时按住TAB键可设置管脚属性，如图2-1-2-1。

我们根据原理图给出的图形绘出IN和COM输入，OUT输出。

图2-1-2-1引脚设置

（3）设置元件属性

每个元件都有与之相关的属性，MC1413的属性也要设置。

在SCHLibrary中双击要编辑的元件，即可对其设置。

如图2-1-3，我们为其取名为MC1413，标号为U？

，允许标识号自动递增。

右下方的model域中可选择PCB模型，用于以后的PCB同步设计。

图2-1-3设置元件属性

2.2制作PCB元件库

PCB图如图2-2

图2-2PCB图

（1）创建元件库

与创建原理图元件库相同。

单击“保存”，可设置保存的位置和文件名。

（2）创建一个元件

打开PCBLibrary面板，新建库文件中已经存在一个默认的元件。

双击该元件，可对元件的属性进行编辑，如图2-2-2

图2-2-2更改名称

（3）设置面板

单机菜单“工具”→“器件库选项”，可对面板进行设置，如图2-2-3。

图2-2-3设置面板

（4）绘制元件外形

在绘制元件外形前，首先要获得元件的准确外形和尺寸。

该封装焊盘列间距为300mil，列内焊盘间距为100mil。

找到绘图区的原点，以元点为参照放置所创建封装的焊盘，轮廓等对象。

选择工具栏中的焊盘，鼠标变十字后按下TAB键可设置焊盘，如图2-1-4。

接着以第一个焊盘为基准，放置两列共16个焊盘，焊盘放置结束，如图2-1-5。

图2-1-4图2-1-5

点击绘图区底部的TopOverlay，在这一层上绘制元件封装轮廓。

单击工具箱中的连线放置，鼠标变为十字，移动鼠标即可绘制出轮廓线。

绘制弧形也是单击弧形绘制按键，即可绘制。

第一个焊盘做成方形，以便确认。

得到图