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雙向調(diào)速直流電機驅(qū)動電路詳解

發(fā)布時間:2013-02-25 責任編輯:hedyxing

【導(dǎo)讀】輸出電流和電壓范圍,效率,對控制輸入端的影響,對電源的影響以及可靠性都是PWM調(diào)速的直流電機驅(qū)動電路要考慮的主要性能指標。本文將圖文講解一種可調(diào)速的雙向直流電機驅(qū)動電路。

對于PWM調(diào)速的直流電機驅(qū)動電路,主要考慮以下性能指標:

1、輸出電流和電壓范圍。它決定著電路能驅(qū)動多大功率的電機;
2、效率。高的效率不僅意味著節(jié)省電源,也會減少驅(qū)動電路的發(fā)熱。要提高電路的效率,可以從保證功率器件的開關(guān)工作狀態(tài)和防止共態(tài)導(dǎo)通(H橋電路可能出現(xiàn)的一個問題,即兩個功率器件同時導(dǎo)通使電源短路)入手;
3、對控制輸入端的影響。功率電路對其輸入端應(yīng)有良好的信號隔離,防止有高電壓大電流進入主控電路,這可以用高的輸入阻抗或者光電耦合器實現(xiàn)隔離;
4、對電源的影響。共態(tài)導(dǎo)通可以引起電源電壓的瞬間下降造成高頻電源污染,大電流可能導(dǎo)致地線電位浮動;
5、可靠性。電機驅(qū)動電路應(yīng)該盡可能做到:無論加上何種控制信號,何種無源負載,電路都是安全的。

筆者經(jīng)過長期實驗,得到一種可調(diào)速的雙向直流電機驅(qū)動電路,電路如附圖所示。

可調(diào)速的雙向直流電機驅(qū)動電路
圖1 可調(diào)速的雙向直流電機驅(qū)動電路

輸入與電平轉(zhuǎn)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的電阻。當驅(qū)動板與單片機分別供電時,這個電阻可以提供信號電流回流的通路。當驅(qū)動板與單片機共用一組電源時,這個電阻可以防止大電流沿著連線流入單片機主板的地線造成干擾?;蛘哒f,相當于把驅(qū)動板的地線與單片機的地線隔開,實現(xiàn)“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(xiàn)PWM信號與電機方向信號的調(diào)制,轉(zhuǎn)換成接近功率電源電壓幅度的方波信號。

三極管驅(qū)動部分
   
三極管和電阻、二極管組成的電路驅(qū)動,實現(xiàn)對直流電機可調(diào)速正反轉(zhuǎn)驅(qū)動。四個二極管起保護三極管的作用,防止感性元件(電機)產(chǎn)生的負感應(yīng)電動勢對三極管的沖擊。
   
當74LS00輸出端為低電平時,Q2、Q4截止,Q1、Q3導(dǎo)通,輸出為高電平。當74LS00輸出端為高電平時,Q2、Q4導(dǎo)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(xù)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,并且盡量避免經(jīng)過過孔,一定要經(jīng)過過孔的話要把過孔做大一些(>1mm),并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(wěn)壓管,三極管射極、集電極對電源和地的導(dǎo)線要盡可能的短粗,否則在大電流時,這段導(dǎo)線上的壓降可能會經(jīng)過二極管和導(dǎo)通的三極管將其燒毀。

PWM調(diào)速的實現(xiàn)
   
產(chǎn)生PWM信號可以由定時器來完成,但是由于51內(nèi)部只提供了兩個定時器,因此,如果要向三個或更多的直流電機輸出不同占空比的信號,要反復(fù)設(shè)置定時器,實現(xiàn)較為復(fù)雜,我們采用一種比較簡單的方法不僅可以實現(xiàn)對更多的直流電機提供不同的占空比輸入信號,而且只占用一個定時器資源。這種方法可以簡單表述如下:
   
在內(nèi)存的某段空間內(nèi)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)或任何二進制數(shù)中包括4個0和4個1。即占空比=1的個數(shù)/8。
   
具體選取什么樣的二進制數(shù)要看輸出頻率的要求。若要對此直流電機輸出PWM信號。只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志C實現(xiàn))送到電機端口上即可。另外,移位算法是一種對以前結(jié)果依賴的算法,所以最好定期檢查或重置被移位的數(shù),防止移錯導(dǎo)致一直錯下去。
 
這種算法的優(yōu)點是獨立進程,可以實現(xiàn)對多個電機的控制,缺點是占用資源較大,PWM頻率較低。
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