【正文】 行調(diào)速控制。 PWM作為速度信號,和方向信號Dir()一起要經(jīng)過信號處理電路,產(chǎn)生4路滿足功率驅(qū)動電路要求的時序信號。為了避免驅(qū)動電路短路, 信號處理電路要對輸出時序有互鎖保護(hù)功能, 功率驅(qū)動電路實(shí)現(xiàn)弱電控制強(qiáng)電的功能。電機(jī)速度信號PWM和方向信號Dir,通過如圖33所示電路,產(chǎn)生IR2110所需的控制信號HINHINLINLIN2。Dir經(jīng)與非門產(chǎn)生相反信號DIRX,由與門74LS08和與非門74LS00將PWM和Dir或DIRX進(jìn)行邏輯運(yùn)算,實(shí)現(xiàn)輸出信號互鎖保護(hù),使HIN1和LIN2不能同時為高,HIN2和LIN2不能同時為高。Dir=1時,電機(jī)正轉(zhuǎn)；Dir1=0時,電機(jī)反轉(zhuǎn)。圖31信號處理電路邏輯運(yùn)算結(jié)果如下： HIN1=PWM1Dir LIN1= HIN2=PWM1 LIN2= 功率驅(qū)動部分采用2片IR2110驅(qū)動4片IRF3205構(gòu)成H橋控制電路(如圖32所示)。IR2110驅(qū)動IGBT 構(gòu)成的H橋電路的特點(diǎn)顯著，具有調(diào)速性能好，調(diào)速頻帶寬，可以工作在1~100 kHz范圍內(nèi)工作[12]。所要求的控制信號簡單，只需要加入PWM信號即可。IR2110設(shè)計(jì)保護(hù)電路性能良好，安全性高，無控制信號時，電機(jī)處于剎車狀態(tài)，可用于很多工業(yè)領(lǐng)域。在本設(shè)計(jì)中（圖32），IR2110的自舉電容采用了兩個不同大小的電容并聯(lián)使用。在頻率為20 kHz左右的工作狀態(tài)下。并聯(lián)高頻小電容可吸收高頻毛刺干擾電壓。電路中為了防止QQ3導(dǎo)通時高電壓串入Vcc 端損壞芯片，在設(shè)計(jì)采用快恢復(fù)二極管IN4148，其快速恢復(fù)時間為500ns[13] 可有效地隔斷高壓信號串入IR2110。由于VB高于VS電壓的最大值為20V，為了避免VB過電壓，電路中增加了10V穩(wěn)壓二極管DD3控制VB端電壓在12V左右防止VB過壓。由于密勒效應(yīng)的作用，在開通與關(guān)斷時，集電極與柵極間電容上的充放電電流很容易在柵極上產(chǎn)生干擾[14]。針對這中現(xiàn)象，本設(shè)計(jì)在輸出驅(qū)動電路中的功率管柵極限流電阻RRRR9上反向并聯(lián)了二極管DDDD7。為了避免馬達(dá)的反電動勢的危害，需要在晶體管兩端接二極管，因?yàn)轳R達(dá)線圈在電路開閉瞬間產(chǎn)生的反向電動勢通過會高過電源，這樣對晶體管和電路會有很大的影響甚至燒毀零件。圖32 驅(qū)動電路 IR2110驅(qū)動電路中IGBT抗干擾設(shè)計(jì) 對于任何CMOS器件，使這些二極管正向?qū)ɑ蚍聪驌舸┒紩鸺纳目煽鼐чl管(SCR)鎖定，鎖定的最終后果難以預(yù)料，有可能暫時錯誤地工作到完全損壞器件。若在“理想的自舉”電路中，Vcc由一個零阻抗電源供電，并通過一個理想的二極管給Vb供電。負(fù)過沖電壓將引起自舉電容過充電。圖33 IR2110部分寄生二極管示意圖IGBT（Insulated GateBipolar Transistor）是電壓驅(qū)動型器件，由于是容性輸入阻抗，故要求驅(qū)動電路提供一條小阻抗通路，將柵極電壓限制在一定安全數(shù)字內(nèi)[17]。如果電路的負(fù)載為感性負(fù)載，則在功率管開關(guān)瞬間、電源短路以及過電流關(guān)斷時，di/dt將比較大，功率管就會產(chǎn)生過沖電壓，從而使VS端電壓低于COM端。實(shí)際上，該電壓是不能低于4V，超出該極限電壓就會引起高端通道工作的不穩(wěn)定。 IR2110功率驅(qū)動介紹（1）IR2110內(nèi)部結(jié)構(gòu)原理圖及管腳說明 IR2110是IR公司生產(chǎn)的高壓,高速的功率MOSFET[18]， IGBT專用驅(qū)動芯片，具有獨(dú)立的高、低端輸出雙通道。門電壓需求在10~20V范圍，懸浮通道用于驅(qū)動MOSFET的高壓端電壓可以達(dá)到500V[18]。圖33 IR2110內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 圖33中引腳10（HIN）及引腳12（LIN ）雙列直插式封裝，分別驅(qū)動逆變橋中同橋臂上下兩個功率MOS器件的輸入驅(qū)動信號輸入端，當(dāng)輸入脈沖形成部分的兩路輸出，范圍為（Uss ）~（Ucc +），圖33中Uss 和 Ucc分別為引腳13（Vss ）及引腳8（V cc）的電壓值。引腳11（SD）端為保護(hù)電路信號輸入端。當(dāng)該引腳為高電平時，IR2110的輸出被封鎖，輸出端HO（7腳）、LC（1腳）恒為低電平。而當(dāng)該腳為低電平時，輸出跟隨輸入變化。用于故障（過電壓、過電流）保護(hù)電路。 引腳6（VB）及引腳3（Vcc）分別為上下通道互鎖輸出級電源輸入端。用于接輸出級電源正極，且通過一個較高品質(zhì)的電容接引腳2。引腳3還通過一個高反壓快速恢復(fù)二極管與引腳6相連。（2）IR2110的自舉電路在驅(qū)動電路設(shè)計(jì)中，IR2110的自舉電路可以有效的保護(hù)IGBT。IR2110自舉電路的結(jié)果原理圖如圖34所示：圖34 IR2110自舉電路原理圖 圖34中C1及VD1 分別為自舉電容和快速恢復(fù)二極管,C2為VCC的濾波電容。當(dāng)S1在關(guān)斷期間，C1已經(jīng)充滿電，即VCC=VC1。在VM1開通，VM2關(guān)斷期間,VC1通過電阻Rg1與S1的柵射極間電容Cg1放電。在VM1關(guān)斷，VM2開通期間，S1柵電荷經(jīng)Rg1和VM2快速釋放。在經(jīng)過死區(qū)時間后，S2開通VCC經(jīng)過VDS2給C1充電。這就是IR2110的自舉電路原理。如果自舉電容C選取的過大,可能使S2關(guān)斷時電容兩端還沒有達(dá)到要求的電壓，而電容選擇較小則會導(dǎo)致電容存儲的能量不夠維持柵源電壓在S1導(dǎo)通時間內(nèi)為一定值。在選擇自舉電容C1最好選擇非電解電容，電容應(yīng)盡可能的靠近芯片。一般情況下為保證自舉電容將柵源電壓持續(xù)一段時間，選電容為其最小值的15倍左右。綜合考慮在設(shè)計(jì)驅(qū)動電路時采用1uf的電容為IR2110的自舉電容。 H橋驅(qū)動電路原理自舉電路輸出端電源VCC是12V,輸人信號端電源VDD是5V,CC8是自舉電容,DD2是二極管, CC10是濾波電容, QQQQ5導(dǎo)通時, 電機(jī)正轉(zhuǎn)；當(dāng)QQ4導(dǎo)通時, 電機(jī)反轉(zhuǎn)；當(dāng)QQ5導(dǎo)通時,電機(jī)兩極與地短接, 電機(jī)剎車制動。根據(jù)自舉原理, 上橋Q2的導(dǎo)通必須要以下橋Q4的導(dǎo)通為前提, 給自舉電容充電。理論上,Q2是不能實(shí)現(xiàn)占空比導(dǎo)通的, 只能達(dá)到97%。Q5始終導(dǎo)通, 接通不同占空比u可實(shí)現(xiàn)電機(jī)正轉(zhuǎn)調(diào)速。當(dāng)Q2導(dǎo)通時, 電機(jī)全速正轉(zhuǎn)；Q4導(dǎo)通時, 電機(jī)兩端都接地, 電機(jī)剎車。同理, Q4的不同占空比可實(shí)現(xiàn)電機(jī)反轉(zhuǎn)調(diào)速。圖32 H橋驅(qū)動電路 穩(wěn)壓電源因?yàn)橄到y(tǒng)需要的不同電壓值較多，且由于電機(jī)在正常工作時對電源的干擾很大，如果只用一組電源難以防止干擾，為此在設(shè)計(jì)時采用了兩組可調(diào)的穩(wěn)壓電源為系統(tǒng)控制單元和驅(qū)動單元單獨(dú)供電。在設(shè)計(jì)時首先考慮到使用三端可調(diào)穩(wěn)壓集成芯片LM780和LM7905。LM7805系列穩(wěn)壓器輸出連續(xù)可調(diào)的正電壓，LM7905系列穩(wěn)壓器輸出連可調(diào)的負(fù)電壓，~37V。穩(wěn)壓器內(nèi)部含有過流、過熱保護(hù)電路，具有安全可靠，性能優(yōu)良、不易損壞、使用方便等優(yōu)點(diǎn)。其電壓調(diào)整率和電流調(diào)整率均優(yōu)于固定式集成穩(wěn)壓構(gòu)成的可調(diào)電壓穩(wěn)壓電源。再利用LM780~18V可調(diào)和5V固定輸出的穩(wěn)壓電源。具體設(shè)計(jì)電路圖如下（圖33）當(dāng)220V交流電壓經(jīng)過變壓器轉(zhuǎn)換成雙18V的交流電壓，利用B2整流橋?qū)崿F(xiàn)整流后，利用了3300uf大電容CC2整流，因?yàn)榇笕萘侩娊怆娙萦幸欢ǖ睦@制電感分布電感，易引起自激振蕩，形成高頻干擾，所以穩(wěn)壓器的輸入、輸出端常并入103瓷介質(zhì)小容量電容CC4用來抵消電感效應(yīng)，抑制高頻干擾，利用LM31LM337穩(wěn)壓器實(shí)現(xiàn)18V和18V可調(diào)，最后在經(jīng)過470uf電解電容CC8濾波后給LM780LM7905穩(wěn)壓后再通過CC10濾波后輸出5V直流固定電壓。圖33 穩(wěn)壓電源電路 光電測速電路本光電測速模塊的設(shè)計(jì)主要采用型號為H42B6光電傳感器。模塊的工作原理如下，當(dāng)碼盤上的縫隙轉(zhuǎn)到光電傳感器所在的位置光敏晶體管接收到光線而導(dǎo)通，此時原理圖中a點(diǎn)輸出為低電平0，當(dāng)圓孔縫隙離開光電傳感器所在的位置光敏晶體管因接收不到光線而截止，此時a點(diǎn)輸出為高電平1。圖中LM358和電阻RR5組成電壓比較器，起濾波整形的作用。經(jīng)過LM358的電壓信號通過PCA口送至單片機(jī)進(jìn)行頻率測量。 a圖35 光電測速模塊原理圖系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 系統(tǒng)程序?yàn)橐粋€主程序（包括若干功能模塊），中斷子程序，以及若干個子程序，共計(jì)三大部分構(gòu)成。按照任務(wù)的定義，每個功能模塊都能完成某一明確的任務(wù)，實(shí)現(xiàn)具體的某個功能，如測量、計(jì)算、顯示、鍵盤掃描、輸出控制等。本設(shè)計(jì)的總程序設(shè)計(jì)流程圖及其部分主要子程序流程圖如圖41系統(tǒng)總體流程圖。圖41 系統(tǒng)主體流程圖include include includeincludeunsigned char PWM0_TEMP= 128。 //占空比設(shè)置，賦初值0x80 50%占空比unsigned char duty_cycle。 unsigned char KEY1_F,KEY2_F,KEY3_F,KEY4_F。 //按鍵標(biāo)志位unsigned char START_F = 0。 //設(shè)置完成，啟動標(biāo)志位void Motor_Ctr_Int(void) { DIR = 0。 //初始化方向 設(shè)IR=1正 DIR=0反 PWM_DIS。 //初始化時不輸出PWM}void PID_Adjust(void) //PWM調(diào)節(jié)函數(shù){ if(START_F==1) { PWM_DAC(PWM0_TEMP)。 //更新PWM參數(shù)，改變輸出占空比 duty_cycle=PWM0_TEMP*100/255。 //占空比計(jì)算 }}void Key(void){ static unsigned int key1_t,key2_t,key3_t,key4_t。 //按鍵有效計(jì)數(shù) if( KEY1 == 0 ) { ++key1_t。 //按鍵去抖 if( key1_t == 5 ) { KEY1_F = 1。 } } else key1_t= 0。 if( KEY2 == 0 ) { ++key2_t。 if( key2_t == 5 ) { KEY2_F = 1。 } } else key2_t= 0。 if( KEY3 == 0 ) { ++key3_t。 if( key3_t == 5 ) { KEY3_F = 1。 } } else key3_t= 0。 if( KEY4 == 0 ) {