【文章內(nèi)容簡介】 x 是指電機在全通電時的最大速度；D = t1 / T是指占空比。由上面的公式可見，當我們改變占空比D = t1 / T時，就可以得到不同的電機平均速度Vd，從而達到調(diào)速的目的。嚴格來說，平均速度Vd 與占空比D并非嚴格的線性關(guān)系，但是在一般的應(yīng)用中，我們可以將其近似地看成是線性關(guān)系。 PWM信號發(fā)生電路設(shè)計圖29PWM信號發(fā)生電路PWM波可以由具有PWM輸出的單片機通過編程來得以產(chǎn)生，也可以采用PWM專用芯片來實現(xiàn)。當PWM波的頻率太高時，它對直流電機驅(qū)動的功率管要求太高，而當它的頻率太低時，其產(chǎn)生的電磁噪聲就比較大，在實際應(yīng)用中，當PWM波的頻率在18KHz左右時，效果最好。在本系統(tǒng)內(nèi)，采用了兩片4位數(shù)值比較器4585和一片12位串行計數(shù)器4040組成了PWM信號發(fā)生電路。兩片數(shù)值比較器4585，即圖上UU3的A組接12位串行4040計數(shù)輸出端Q2—Q9，而UU3的B組接到單片機的P1端口。只要改變P1端口的輸出值，那么就可以使得PWM信號的占空比發(fā)生變化，從而進行調(diào)速控制。12位串行計數(shù)器4040的計數(shù)輸入端CLK接到單片機C51晶振的振蕩輸出XTAL2。計數(shù)器4040每來8個脈沖，其輸出Q2—Q9加1，當計數(shù)值小于或者等于單片機P1端口輸出值X時，圖中U2的（AB）輸出端保持為低電平，而當計數(shù)值大于單片機P1端口輸出值X時，圖中U2的（AB）輸出端為高電平。隨著計數(shù)值的增加，Q2—Q9由全“1”變?yōu)槿?”時，圖中U2的（AB）輸出端又變?yōu)榈碗娖?，這樣就在U2的（AB）端得到了PWM的信號，它的占空比為（255 X / 255）*100%，那么只要改變X的數(shù)值，就可以相應(yīng)的改變PWM信號的占空比，從而進行直流電機的轉(zhuǎn)速控制。使用這個方法時，單片機只需要根據(jù)調(diào)整量輸出X的值，而PWM信號由三片通用數(shù)字電路生成，這樣可以使得軟件大大簡化，同時也有利于單片機系統(tǒng)的正常工作。由于單片機上電復(fù)位時P1端口輸出全為“1”，使用數(shù)值比較器4585的B組與P1端口相連，升速時P0端口輸出X按一定規(guī)律減少，而降速時按一定規(guī)律增大。 PWM發(fā)生電路主要芯片的工作原理1．數(shù)據(jù)比較器具有數(shù)據(jù)比較功能的芯片有74LS6828，74LS6838等8位數(shù)值比較器，4位數(shù)值比較器4585等。本PWM發(fā)生電路通過兩片4位數(shù)值比較器4585就可實現(xiàn)PWM信號的產(chǎn)生，因此選用4585作為信號發(fā)生電路。芯片4585的引腳圖：圖210 4585引腳圖2．串行計數(shù)器 系統(tǒng)PWM信號發(fā)生電路中還使用到一片串行計數(shù)器，有串行計數(shù)功能的芯片有4024040等，它們具有相同的電路結(jié)構(gòu)和邏輯功能，但4024是7位二進制串行計數(shù)器，而芯片4040是一個12位的二進制串行計數(shù)器，所有計數(shù)器位為主從觸發(fā)器，計數(shù)器在時鐘下降沿進行計數(shù)。當CR為高電平時，它對計數(shù)器進行清零，由于在時鐘輸入端使用施密特觸發(fā)器，故對脈沖上升和下降時間沒有限制，所有的輸入和輸出均經(jīng)過緩沖。本系統(tǒng)使用4040作為串行計數(shù)器，芯片4040的引腳圖如圖211所示：圖211 4040引腳圖 功率放大驅(qū)動電路設(shè)計功率放大驅(qū)動芯片有多種，其中較常用的芯片有IR2110和EXB841，但由于IR2110具有雙通道驅(qū)動特性，且電路簡單，使用方便，價格相對EXB841便宜，具有較高的性價比，且對于直流電機調(diào)速使用起來更加簡便，因此該驅(qū)動電路采用了IR2110集成芯片，使得該集成電路具有較強的驅(qū)動能力和保護功能。 芯片IR2110性能及特點IR2110是美國國際整流器公司利用自身獨有的高壓集成電路以及無閂鎖CMOS技術(shù)，于1990年前后開發(fā)并且投放市場的，IR2110是一種雙通道高壓、高速的功率器件柵極驅(qū)動的單片式集成驅(qū)動器。它把驅(qū)動高壓側(cè)和低壓側(cè)MOSFET或IGBT所需的絕大部分功能集成在一個高性能的封裝內(nèi)，外接很少的分立元件就能提供極快的功耗，它的特點在于，將輸入邏輯信號轉(zhuǎn)換成同相低阻輸出驅(qū)動信號，可以驅(qū)動同一橋臂的兩路輸出，驅(qū)動能力強，響應(yīng)速度快，工作電壓比較高，可以達到600V，其內(nèi)設(shè)欠壓封鎖，成本低、易于調(diào)試。高壓側(cè)驅(qū)動采用外部自舉電容上電，與其他驅(qū)動電路相比，它在設(shè)計上大大減少了驅(qū)動變壓器和電容的數(shù)目，使得MOSFET和IGBT的驅(qū)動電路設(shè)計大為簡化，而且它可以實現(xiàn)對MOSFET和IGBT的最優(yōu)驅(qū)動，還具有快速完整的保護功能。與此同時，IR2110的研制成功并且投入應(yīng)用可以極大地提高控制系統(tǒng)的可靠性。降低了產(chǎn)品成本和減少體積。 IR2110的引腳圖以及功能IR2110將輸入邏輯信號轉(zhuǎn)換成同相低阻輸出驅(qū)動信號，可以驅(qū)動同一橋臂的兩路輸出，驅(qū)動能力強，響應(yīng)速度快，工作電壓比較高，是目前功率放大驅(qū)動電路中使用最多的驅(qū)動芯片。其結(jié)構(gòu)也比較簡單，芯片引腳圖如下所示：圖212 IR2110引腳圖 主電路設(shè)計 延時保護電路利用IR2110芯片的完善設(shè)計可以實現(xiàn)延時保護電路。IR2110使它自身可對輸入的兩個通道信號之間產(chǎn)生合適的延時，保證了加到被驅(qū)動的逆變橋中同橋臂上的兩個功率MOS器件的驅(qū)動信號之間有一互瑣時間間隔，因而防止了被驅(qū)動的逆變橋中兩個功率MOS器件同時導(dǎo)通而發(fā)生直流電源直通路的危險。 主電路從上面的原理可以看出，產(chǎn)生高壓側(cè)門極驅(qū)動電壓的前提是低壓側(cè)必須有開關(guān)的動作，在高壓側(cè)截止期間低壓側(cè)必須導(dǎo)通，才能夠給自舉電容提供充電的通路。因此在這個電路中，QQ4或者QQ3是不可能持續(xù)、不間斷的導(dǎo)通的。我們可以采取雙PWM信號來控制直流電機的正轉(zhuǎn)以及它的速度。將IC1的HIN端與IC2的LIN端相連，而把IC1的LIN端與IC2的HIN端相連，這樣就使得兩片芯片所輸出的信號恰好相反。在HIN為高電平期間，QQ4導(dǎo)通，在直流電機上加正向的工作電壓。其具體的操作步驟如下：當IC1的LO為低電平而HO為高電平的時候，Q2截止，C1上的電壓經(jīng)過VB、IC內(nèi)部電路和HO端加在Q1的柵極上，從而使得Q1導(dǎo)通。同理，此時IC2的HO為低電平而LO為高電平，Q3截止，C3上的電壓經(jīng)過VB、IC內(nèi)部電路和HO端加在Q4的柵極上，從而使得Q4導(dǎo)通。電源經(jīng)Q1至電動機的正極經(jīng)過整個直流電機后再通過Q4到達零電位，完成整個的回路。此時直流電機正轉(zhuǎn)。在HIN為低電平期間，LIN端輸入高電平，QQ3導(dǎo)通，在直流電機上加反向工作電壓。其具體的操作步驟如下：當IC1的LO為高電平而HO為低電平的時候，Q2導(dǎo)通且Q1截止。此時Q2的漏極近乎于零電平，Vcc通過D1向C1充電，為Q1的又一次導(dǎo)通作準備。同理可知，IC2的HO為高電平而LO為低電平，Q3導(dǎo)通且Q4截止，Q3的漏極近乎于零電平，此時Vcc通過D2向C3充電，為Q4的又一次導(dǎo)通作準備。電源經(jīng)Q3至電動機的負極經(jīng)過整個直流電機后再通過Q2到達零電位，完成整個的回路。此時，直流電機反轉(zhuǎn)。因此電樞上的工作電壓是雙極性矩形脈沖波形，由于存在著機械慣性的緣故，電動機轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)速是由矩形脈沖電壓的平均值來決定的。設(shè)PWM波的周期為T，HIN為高電平的時間為t1，這里忽略死區(qū)時間，那么LIN為高電平的時間就為Tt1。HIN信號的占空比為D=t1/T。設(shè)電源電壓為V，那么電樞電壓的平均值為：Vout= [ t1 ( T t1 ) ] V / T = ( 2