雙向調速直流電機驅動電路詳解
發布時間:2013-02-25 責任編輯:hedyxing
【導讀】輸出電流和電壓範圍,效率,對控製輸入端的影響,對電源的影響以及可靠性都是PWM調速的直流電機驅動電路要考慮的主要性能指標。本文將圖文講解一種可調速的雙向直流電機驅動電路。
對於PWM調速的直流電機驅動電路,主要考慮以下性能指標:
1、輸出電流和電壓範圍。它決定著電路能驅動多大功率的電機;
2、效xiao率lv。高gao的de效xiao率lv不bu僅jin意yi味wei著zhe節jie省sheng電dian源yuan,也ye會hui減jian少shao驅qu動dong電dian路lu的de發fa熱re。要yao提ti高gao電dian路lu的de效xiao率lv,可ke以yi從cong保bao證zheng功gong率lv器qi件jian的de開kai關guan工gong作zuo狀zhuang態tai和he防fang止zhi共gong態tai導dao通tong(H橋電路可能出現的一個問題,即兩個功率器件同時導通使電源短路)入手;
3、對(dui)控(kong)製(zhi)輸(shu)入(ru)端(duan)的(de)影(ying)響(xiang)。功(gong)率(lv)電(dian)路(lu)對(dui)其(qi)輸(shu)入(ru)端(duan)應(ying)有(you)良(liang)好(hao)的(de)信(xin)號(hao)隔(ge)離(li),防(fang)止(zhi)有(you)高(gao)電(dian)壓(ya)大(da)電(dian)流(liu)進(jin)入(ru)主(zhu)控(kong)電(dian)路(lu),這(zhe)可(ke)以(yi)用(yong)高(gao)的(de)輸(shu)入(ru)阻(zu)抗(kang)或(huo)者(zhe)光(guang)電(dian)耦(ou)合(he)器(qi)實(shi)現(xian)隔(ge)離(li);
4、對電源的影響。共態導通可以引起電源電壓的瞬間下降造成高頻電源汙染,大電流可能導致地線電位浮動;
5、可靠性。電機驅動電路應該盡可能做到:無論加上何種控製信號,何種無源負載,電路都是安全的。
筆者經過長期實驗,得到一種可調速的雙向直流電機驅動電路,電路如附圖所示。

圖1 可調速的雙向直流電機驅動電路
輸入與電平轉換部分
輸入信號線由Port引入,Port1腳是電機方向信號輸入端,Port2腳是PWM信號輸入端,Port3腳是地線。注意Port3腳對地連接了一個2kΩ的(de)電(dian)阻(zu)。當(dang)驅(qu)動(dong)板(ban)與(yu)單(dan)片(pian)機(ji)分(fen)別(bie)供(gong)電(dian)時(shi),這(zhe)個(ge)電(dian)阻(zu)可(ke)以(yi)提(ti)供(gong)信(xin)號(hao)電(dian)流(liu)回(hui)流(liu)的(de)通(tong)路(lu)。當(dang)驅(qu)動(dong)板(ban)與(yu)單(dan)片(pian)機(ji)共(gong)用(yong)一(yi)組(zu)電(dian)源(yuan)時(shi),這(zhe)個(ge)電(dian)阻(zu)可(ke)以(yi)防(fang)止(zhi)大(da)電(dian)流(liu)沿(yan)著(zhe)連(lian)線(xian)流(liu)入(ru)單(dan)片(pian)機(ji)主(zhu)板(ban)的(de)地(di)線(xian)造(zao)成(cheng)幹(gan)擾(rao)。或(huo)者(zhe)說(shuo),相(xiang)當(dang)於(yu)把(ba)驅(qu)動(dong)板(ban)的(de)地(di)線(xian)與(yu)單(dan)片(pian)機(ji)的(de)地(di)線(xian)隔(ge)開(kai),實(shi)現(xian)“一點接地”。電容C1防止電機突然啟動造成電壓的突降。
與非門U1A實現PWM信號與電機方向信號的調製,轉換成接近功率電源電壓幅度的方波信號。
三極管驅動部分
三極管和電阻、二極管組成的電路驅動,實現對直流電機可調速正反轉驅動。四個二極管起保護三極管的作用,防止感性元件(電機)產生的負感應電動勢對三極管的衝擊。
當74LS00輸出端為低電平時,Q2、Q4截止,Q1、Q3導通,輸出為高電平。當74LS00輸出端為高電平時,Q2、Q4導通,Q1、Q3截止,輸出為低電平。
性能指標
電源電壓15—30v,最大持續輸出電流500mA/每個電機,短時間(10秒)可以達到700mA,PWM頻率最高可以用到30kHz(一般用1—10kHz)。
布線
大電流線路要盡量的短粗,並且盡量避免經過過孔,一定要經過過孔的話要把過孔做大一些(>1mm),並且在焊盤上做一圈小的過孔,在焊接時用焊錫填滿,否則可能會燒斷。另外,如果使用了穩壓管,三極管射極、集電極對電源和地的導線要盡可能的短粗,否則在大電流時,這段導線上的壓降可能會經過二極管和導通的三極管將其燒毀。
PWM調速的實現
產生PWM信號可以由定時器來完成,但是由於51內nei部bu隻zhi提ti供gong了le兩liang個ge定ding時shi器qi,因yin此ci,如ru果guo要yao向xiang三san個ge或huo更geng多duo的de直zhi流liu電dian機ji輸shu出chu不bu同tong占zhan空kong比bi的de信xin號hao,要yao反fan複fu設she置zhi定ding時shi器qi,實shi現xian較jiao為wei複fu雜za,我wo們men采cai用yong一yi種zhong比bi較jiao簡jian單dan的de方fang法fa不bu僅jin可ke以yi實shi現xian對dui更geng多duo的de直zhi流liu電dian機ji提ti供gong不bu同tong的de占zhan空kong比bi輸shu入ru信xin號hao,而er且qie隻zhi占zhan用yong一yi個ge定ding時shi器qi資zi源yuan。這zhe種zhong方fang法fa可ke以yi簡jian單dan表biao述shu如ru下xia:
在內存的某段空間內存放各個直流電機所需的輸入信號占空比信息,如果占空比為1則保存0FFH(11111111B);占空比為0.5則保存0F0H(11110000B)或任何二進製數中包括4個0和4個1。即占空比=1的個數/8。
具體選取什麼樣的二進製數要看輸出頻率的要求。若要對此直流電機輸出PWM信號。隻要每個時間片移位一次取出其中固定的一位(可以用位尋址或進位標誌C實現)送(song)到(dao)電(dian)機(ji)端(duan)口(kou)上(shang)即(ji)可(ke)。另(ling)外(wai),移(yi)位(wei)算(suan)法(fa)是(shi)一(yi)種(zhong)對(dui)以(yi)前(qian)結(jie)果(guo)依(yi)賴(lai)的(de)算(suan)法(fa),所(suo)以(yi)最(zui)好(hao)定(ding)期(qi)檢(jian)查(zha)或(huo)重(zhong)置(zhi)被(bei)移(yi)位(wei)的(de)數(shu),防(fang)止(zhi)移(yi)錯(cuo)導(dao)致(zhi)一(yi)直(zhi)錯(cuo)下(xia)去(qu)。
這種算法的優點是獨立進程,可以實現對多個電機的控製,缺點是占用資源較大,PWM頻率較低。
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