直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)說(shuō)明(編輯修改稿)
2025-05-09 08:03 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 在2004年的Robocon比賽中，我們主要采用了這個(gè)電路用以電機(jī)驅(qū)動(dòng)。三、低壓驅(qū)動(dòng)電路的簡(jiǎn)易柵極驅(qū)動(dòng) 一般功率場(chǎng)效應(yīng)管的最高柵源電壓為20V左右，所以在24V應(yīng)用中要保證柵源電壓不能超過(guò)20V，增加了電路的復(fù)雜程度。但在12V或更低電壓的應(yīng)用中，電路就可以大大簡(jiǎn)化。 左圖就是一個(gè)12V驅(qū)動(dòng)橋的一邊，上面電路的三極管部分被兩個(gè)二極管和兩個(gè)電阻代替。（注意，跟上圖邏輯是反的）由于場(chǎng)效應(yīng)管柵極電容的存在，通過(guò)R3，R4向柵極電容充電使場(chǎng)效應(yīng)管延緩導(dǎo)通；而通過(guò)二極管直接將柵極電容放電使場(chǎng)效應(yīng)管立即截止，從而避免了共態(tài)導(dǎo)通。 這個(gè)電路要求在IN端輸入的是邊緣陡峭的方波脈沖，因此控制信號(hào)從單片機(jī)或者其他開路輸出的設(shè)備接入后，要經(jīng)過(guò)施密特觸發(fā)器（比如555）或者推挽輸出的高速比較器才能接到IN端。如果輸入邊緣過(guò)緩，二極管延時(shí)電路也就失去了作用。 R3，R4的選取與IN信號(hào)邊沿升降速度有關(guān)，信號(hào)邊緣越陡峭，R3，R4可以選的越小，開關(guān)速度也就可以做的越快。Robocon比賽使用的升壓電路（原理相似）中，IN前用的是555。四、邊沿延時(shí)驅(qū)動(dòng)電路 在前級(jí)邏輯電路里，有意地對(duì)控制PMOS的下降沿和控制NMOS的上升沿進(jìn)行延時(shí)，再整形成方波，也可以避免場(chǎng)效應(yīng)管的共態(tài)導(dǎo)通。另外，這樣做可以使后級(jí)的柵極驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)化，可以是低阻推挽驅(qū)動(dòng)?xùn)艠O，不必考慮柵極電容，可以較好的適應(yīng)不同的場(chǎng)效應(yīng)管。2003年Robocon比賽采用的就是這種驅(qū)動(dòng)電路。下圖是兩種邊沿的延時(shí)電路： 下圖是對(duì)應(yīng)的NMOS，PMOS柵極驅(qū)動(dòng)電路： 這個(gè)柵極驅(qū)動(dòng)電路由兩級(jí)三極管組成：前級(jí)提供驅(qū)動(dòng)場(chǎng)效應(yīng)管柵極所需的正確電壓，后級(jí)是一級(jí)射極跟隨器，降低輸出阻抗，消除柵極電容的影響。為了保證不共態(tài)導(dǎo)通，輸入的邊沿要比較陡，上述先延時(shí)再整形的電路就可以做到。 五、其它幾種驅(qū)動(dòng)電路1．繼電器＋半導(dǎo)體功率器件的想法 繼電器有著電流大，工作穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn)，可以大大簡(jiǎn)化驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)。在需要實(shí)現(xiàn)調(diào)速的電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路中，也可以充分利用繼電器。有一個(gè)方案就是利用繼電器來(lái)控制電流方向來(lái)改變電機(jī)轉(zhuǎn)向，而用單個(gè)的特大電流場(chǎng)效應(yīng)管（比如IRF3205，一般只有N型特大電流的管子）來(lái)實(shí)現(xiàn)PWM調(diào)速,如下右圖所示。這樣是實(shí)現(xiàn)特別大電流驅(qū)動(dòng)的一個(gè)方法。換向的繼電器要使用雙刀雙擲型的，接線如下左圖,線圈接線如下中圖： 2．幾種驅(qū)動(dòng)芯片1）L298參考2）A3952參考3）A3940參考4）L6203參考六、PWM調(diào)速的實(shí)現(xiàn)1．使用定時(shí)器的算法//butcher補(bǔ)充一下吧//算法原理//編程實(shí)現(xiàn)要點(diǎn)//優(yōu)缺點(diǎn)2．使用循環(huán)移位的算法 產(chǎn)生PWM信號(hào)可以由定時(shí)器來(lái)完成,但是由于51內(nèi)部只提供了兩個(gè)定時(shí)器,因此如果要向三個(gè)或更多的直流電機(jī)輸出不同占空比的信號(hào)要反復(fù)設(shè)置定時(shí)器,實(shí)現(xiàn)較為復(fù)雜,我們采用一種比較簡(jiǎn)單的方法不僅可以實(shí)現(xiàn)對(duì)更多的直流電機(jī)提供不同的占空比輸入信號(hào)，而且只占用一個(gè)定時(shí)器資源。這種方法可以簡(jiǎn)單表述如下:在內(nèi)存的某段空間內(nèi)存放各個(gè)直流電機(jī)所需的輸入信號(hào)占空比信息，如果占空比為1則保存0FFH(11111111B)；(11110000B)或任何2進(jìn)制數(shù)中包括4個(gè)0和4個(gè)1。即占空比＝1的個(gè)數(shù)/8 具體選取什么樣的二進(jìn)制數(shù)要看輸出頻率的要求。若要對(duì)此直流電機(jī)輸出PWM信號(hào)，只要每個(gè)時(shí)間片移位一次取出其中固定的一位（可以用位尋址或進(jìn)位標(biāo)志C實(shí)現(xiàn)）送到電機(jī)端口上即可。另外，移位算法是一種對(duì)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(cuò)導(dǎo)致一直錯(cuò)下去。 這種算法的優(yōu)點(diǎn)是獨(dú)立進(jìn)程，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)多個(gè)電機(jī)的控制，缺點(diǎn)是占用資源較大，PWM頻率較低。3．模擬電路PWM的實(shí)現(xiàn) 上圖為一個(gè)使用游戲手柄或者航模搖桿上的線性電位器（或線性霍爾元件）控制兩個(gè)底盤驅(qū)動(dòng)電機(jī)的PWM生成電路。J1是手柄的插座，123和456分別是x，y兩個(gè)方向的電位器。U1B提供半電源電壓，U1A是電壓跟隨。x，y分量經(jīng)過(guò)合成成為控制左右輪兩個(gè)電機(jī)轉(zhuǎn)速的電壓信號(hào)。在使用中，讓L=(x+1)y/(x+)，R=(x1)y/()，經(jīng)過(guò)試驗(yàn)有不錯(cuò)的效果（數(shù)字只是單位，不是電壓值）。經(jīng)過(guò)U1C和U1D組成的施密特振蕩器把電壓轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的PWM信號(hào)，用來(lái)控制功率驅(qū)動(dòng)電路。以U1D為例，R1，R2組成有回差的施密特電路，上下門限受輸入電壓影響，C1和R3組成延時(shí)回路，如此形成振蕩的脈寬受輸入電壓控制。Q1，Q2是三極管，組成反相器，提供差分的控制信號(hào)。具體振蕩過(guò)程參見對(duì)555振蕩器的分析。七、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)1.小功率4相步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下面是一種驅(qū)動(dòng)電路框圖: 達(dá)林頓管陣列ULN2803分別從鎖存器取出第0,2,4,6位和1,3,5,:A,B,C,D(4相4拍)。AB,BC,CD,DA(4相雙4拍)。A,AB,B,BC,C,CD,D,DA(4相8拍).為了兼顧穩(wěn)定性,轉(zhuǎn)矩和功耗,(也要有定期監(jiān)控),為了使4相8拍容易實(shí)現(xiàn),鎖存器與驅(qū)動(dòng)部分采用了交叉連接. 步進(jìn)電機(jī)工作在四相八拍模式（即正轉(zhuǎn)的輸入信號(hào)為1000→1100→0100→0110→0010→0011→0001→1001→1000），對(duì)應(yīng)每個(gè)步進(jìn)電機(jī)要有四個(gè)信號(hào)輸入端，理論上向端口輸出信號(hào)可以控制兩個(gè)步進(jìn)電機(jī)的工作。寄存器循環(huán)移位奇偶位分別作兩個(gè)步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)端的做法，其思想如下：LOOP:MOV A,1110000B在A寄存器中置入11100000RR A右移位AJMP LOOP循環(huán)右移位 這樣在寄存器A中存儲(chǔ)的值會(huì)有如下循環(huán)11100000→01110000→00111000→00011100→00001110→00000111→10000011→11000001→11100000,其奇數(shù)位有如下循環(huán)1000→1100→0100→0110→0010→00
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