基于單片機的脈寬調(diào)制控制電路的設(shè)計(編輯修改稿)
2025-07-24 19:40 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 圖21 LMD18200外形結(jié)構(gòu)圖LMD18200外形結(jié)構(gòu)如圖21所示。它有11個引腳,采用TO220和雙列直插式封裝。 LMD18200的原理圖如圖22 所示．由圖可見．它內(nèi)部集成了4個 DMOS 管，組成一個標(biāo)準(zhǔn)的 H 型驅(qū)動橋．通過充電泵電路為上橋臂的 2 個開關(guān)管提供柵極控制電壓，充電泵電路由一個 300kHz的振蕩器控制．使充電泵電容可以充至 l4V 左右，典型上升時間是20μs， , 適于1KHz左右的工作頻率?？稍谝_ 11 外接電容形成第二個充電泵電路，外接的電容越大，向開關(guān)管柵極輸入電容充電的速度越快．電壓上升的時間越短．工作頻率可以更高．引腳 2 、10接直流電動機電樞，正轉(zhuǎn)時電流的方向應(yīng)該從引腳 2 到引腳 10 ；反轉(zhuǎn)時電流的方向應(yīng)該從引腳 10到引腳 2 。電流檢測輸出引腳 8 可以接一個對地電限，通過電阻來輸出過流情況。內(nèi)部保護電路設(shè)置的過電流閾值為 10 A ．當(dāng)超過該值時會自動封鎖輸出．并周期性的自動恢復(fù)輸出．如果過電流持續(xù)時間較長，過熱保護將關(guān)閉整個輸出。過熱信號還可通過引腳 9 輸出．當(dāng)結(jié)溫達到 145 ℃ 時引腳 9 有信號輸出。 圖22 LMD18200原理圖 LMD18200的驅(qū)動方式LMD18200提供雙極性驅(qū)動方式和單極性驅(qū)動方式。雙極性驅(qū)動是指在一個PWM周期里，電動機電樞的電壓極性呈正負變化。雙極性驅(qū)動方式是PWM控制信號通過引腳3輸入，引腳5為5V，根據(jù)PWM控制信號占空比來決定直流電機轉(zhuǎn)速和方向，當(dāng)占空比大于50%，輸出電壓大于電動機額定電壓U0，電動機正轉(zhuǎn)；當(dāng)占空比小于50%，輸出電壓小于電動機額定電壓U0，電動機反轉(zhuǎn)；當(dāng)占空比等于50%，輸出電壓等于電動機額定電壓U0，電動機不轉(zhuǎn)。雙極性可逆系統(tǒng)有低速運行平穩(wěn)性的優(yōu)點，但也存在著電流波動大，功率損耗較大的缺點，尤其是必須增加死區(qū)來避免開關(guān)管直通的危險，限制了開關(guān)頻率的提高，因此只用于中小功率直流電動機的控制。單極性驅(qū)動方式是指在一個PWM周期內(nèi),電動機電樞只承受單極性的電壓。PWM控制信號通過引腳5輸入，引腳3為方向輸入，引腳4為使能輸入。而本設(shè)計是應(yīng)用的雙極性可逆驅(qū)動方式。 光電編碼器接口光電編碼器有4個端口， 2個電源端口 ，2 個脈沖輸出端口（ A、B）。光電編碼器輸出信號形式如圖23 所示。圖23 光電編碼器輸出信號形式當(dāng)光電編碼器的軸轉(zhuǎn)動時， A 、 B 兩根線都產(chǎn)生脈沖輸出， A 、 B 兩相脈沖相差 900相位角，如果 A 相脈沖比 B 相脈沖超前則光電編碼器為正轉(zhuǎn)，否則為反轉(zhuǎn)。 B 線用于測量脈沖個數(shù)， B 線與 A 線配合可以測量出轉(zhuǎn)動方向。根據(jù)編碼器的工作原理設(shè)計出編碼器硬件接口電路如圖24 所示。圖24 編碼器接口硬件電路以上升沿觸發(fā)為例，當(dāng) B 路信號的上升沿引起中斷時．單片機判斷 PC5信號的電平高低．若 PC5為低電平，則電機為正轉(zhuǎn)，計數(shù)器值加 1；若為高電平，則電機為反轉(zhuǎn)，計數(shù)器值減 1 。則電機的速度即為個采樣周期中值的變化量。電機的轉(zhuǎn)速ω=λΔ/s式中λ標(biāo)度變換系數(shù)，可根據(jù)轉(zhuǎn)速的量綱來選擇；Δ 一個采樣周期中的計數(shù)值，它的符號反映電機的轉(zhuǎn)動方向；S 采樣周期。 4N25光電隔離光電隔離是由光電耦合器件來完成的。其輸入端配置發(fā)光源，輸出端配置受光器，因而輸入和輸出在電氣上是完全隔離的。由于光電耦合器的輸入阻抗（100Ω～1kΩ）與一般干擾源的阻抗（105～106Ω）相比較小，因此分壓在光電耦合器的輸入端的干擾電壓較小，它所能提供的電流并不大，不易使半導(dǎo)體二極管發(fā)光。另外光電耦合器的隔離電阻很大（約1012Ω）、隔離電容很?。s幾個pF），所以能阻止電路性耦合產(chǎn)生的電磁干擾，被控設(shè)備的各種干擾很難反饋到輸入系統(tǒng)。光電耦合器把輸入信號與內(nèi)部電路隔離開來，或者是把內(nèi)部輸出信號與外部電路隔離開來，如圖25所示。開關(guān)量輸入電路接入光電耦合器后，由于光電耦合器的隔離作用，使夾雜在輸入開關(guān)量中的各種干擾脈沖都被擋在輸入回路的一側(cè)。由于光電耦合器不是將輸入側(cè)和輸出側(cè)的電信號進行直接耦合，而是以光為媒介進行耦合，具有較高的電氣隔離和抗干擾能力。632514AnodeCathodeEmitterCollectorNCBase圖25 4N25光電耦合器目前，有些器件達到了8kV，既有高壓大電流大功率光電耦合器件，又有高速高頻光電耦合器件（頻率高達10MHz）。常用的器件如4N25。 直流電機的控制眾所周知．直流電動機轉(zhuǎn)速，的表達式為 (2—1)式中 U 電樞端電壓；I 電樞電流；R電樞電路總電阻；φ每極磁通量； K電動機結(jié)構(gòu)系數(shù)由式（2 1 ）可得，直流電動機的轉(zhuǎn)速控制方法可分為兩類：對勵磁磁通進行控制的勵磁控制法和對電樞電壓進行控制的電樞控制法。其中勵磁控制法在低速時受磁極飽和的限制，在高速時受換向火花和換向器結(jié)構(gòu)強度的限制，并且勵磁線圈電感較大．動態(tài)響應(yīng)較差，所以這種控制方法用得很少．現(xiàn)在，大多數(shù)應(yīng)用場合都使用電樞控制法．本節(jié)我們要介紹的就是在勵磁恒定不變的情況下，如何通過調(diào)節(jié)電樞電壓來實現(xiàn)調(diào)速。對電動機的驅(qū)動離不開半導(dǎo)體功率器件．在對直流電動機電樞電壓的控制和驅(qū)動中，對半導(dǎo)體功率器件的使用上又分為兩種方式：線性放大驅(qū)動方式和開關(guān)驅(qū)動方式。線性放大驅(qū)動方式是使半導(dǎo)體功率器件工作在線性區(qū)。這種方式的優(yōu)點是：控制原理簡單．輸出波動?。€性好，對鄰近電路干擾?。枪β势骷诰€性區(qū)工作時會將大部分電功率用于產(chǎn)生熱量，效率和散熱問題嚴重，因此這種方式只用于數(shù)瓦以下的微小功率直流電動機的驅(qū)動。絕大多數(shù)直流電動機采用開關(guān)驅(qū)動方式。開關(guān)驅(qū)動方式是使半導(dǎo)體功率器件工作在開關(guān)狀態(tài)，通過脈寬調(diào)制 PWM 來控制電動機電樞電壓，實現(xiàn)調(diào)速。圖 26
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