【文章內(nèi)容簡介】 普通晶閘管和逆導(dǎo)晶閘管，它們本身沒有自關(guān)斷的能力，必須有附加的關(guān)斷電路，增加了裝置的體積和復(fù)雜性，增加了損耗，而且由它們組成的斬波器開關(guān)頻率低，輸出電流脈動(dòng)較大，調(diào)速范圍有限。自20世紀(jì)70年代以來，電力電子器件迅速發(fā)展，研制并生產(chǎn)了多種既能控制其導(dǎo)通又能控制其關(guān)斷的全控型器件，如門極可關(guān)斷晶閘管（GTO）、電力電子晶體管（GTR）、電力場效應(yīng)管（PMOSFET）、絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）等，這些全控型器件性能優(yōu)良，由它們構(gòu)成的脈寬調(diào)制直流調(diào)速系統(tǒng)（簡稱PWM調(diào)速系統(tǒng)）近年來在中小功率直流傳動(dòng)中得到了迅猛的發(fā)展。2．直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)在直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)中，主要考慮以下幾點(diǎn)：(1) 功能：電機(jī)是單向還是雙向轉(zhuǎn)動(dòng)，需不需要調(diào)速？對(duì)于單向的電機(jī)驅(qū)動(dòng)，只要用一個(gè)大功率三極管或場效應(yīng)管或繼電器直接帶動(dòng)電機(jī)即可，當(dāng)電機(jī)需要雙向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，可以使用由4個(gè)功率元件組成的H橋電路或者使用一個(gè)雙刀雙擲的繼電器。如果不需要調(diào)速，只要使用繼電器即可，但如果需要調(diào)速，可以使用三極管，場效應(yīng)管等開關(guān)元件實(shí)現(xiàn)PWM調(diào)速。(2) 性能：對(duì)于電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路，主要有以下性能指標(biāo)：(a) 輸出電流和電壓范圍，它決定著電路能驅(qū)動(dòng)多大功率的電機(jī)。(b) 效率，高的效率不僅意味著節(jié)省電源，也會(huì)減少驅(qū)動(dòng)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)通入手。(c) 對(duì)控制輸入端的影響。功率電路對(duì)其輸入端應(yīng)有良好的信號(hào)隔離，防止有高電壓大電流進(jìn)入主控電路，這可以用高的輸入阻抗或者光電耦合器實(shí)現(xiàn)隔離。(d) 對(duì)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，打的電流可能導(dǎo)致地線電位浮動(dòng)。(e) 可靠性。電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路應(yīng)該盡可能做到無論加上何種控制信號(hào)、何種無源負(fù)載電路都是安全的。采用Ｈ橋結(jié)構(gòu)，以驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)的正、反轉(zhuǎn)。見圖37從圖中可以看出，其形狀類似于字母“H”，而作為負(fù)載的直流電機(jī)是像“橋”一樣架在上面的，所以稱之為“ H 橋驅(qū)動(dòng)”。4個(gè)開關(guān)所在位置就稱為“橋臂”。圖37 H橋電路從電路中不難看出，假設(shè)開關(guān) A、D接通，電機(jī)為正向轉(zhuǎn)動(dòng)，則開關(guān)B、C接通時(shí)，直流電機(jī)將反向轉(zhuǎn)動(dòng)。從而實(shí)現(xiàn)了電機(jī)的正反向驅(qū)動(dòng)。以上只是從原理上描述了H 橋驅(qū)動(dòng)，而實(shí)際應(yīng)用中很少用開關(guān)構(gòu)成橋臂，通常使用晶體管，因?yàn)榭刂聘鼮榉奖?，速度壽命都長于有接點(diǎn)的開關(guān)（繼電器）。雙極性晶體管構(gòu)成的 H 橋：（見圖38）圖38 晶體管H橋電路MOS管構(gòu)成的 H 橋：(見圖39)圖39 MOS管H橋電路以下就分析一下這些電路的性能差異。幾種典型 H 橋驅(qū)動(dòng)電路分析,分析之前，首先要確定 H 橋要關(guān)注那些性能：(1) 效率 —— 所謂驅(qū)動(dòng)效率高，就是要將輸入的能量盡量多的輸出給負(fù)載，而驅(qū)動(dòng)電路本身最好不消耗或少消耗能量，具體到H橋上，也就是4個(gè)橋臂在導(dǎo)通時(shí)最好沒有壓降，越小越好。(2) 安全性 —— 不能同側(cè)橋臂同時(shí)導(dǎo)通；(3) 電壓 —— 能夠承受的驅(qū)動(dòng)電壓；(4) 電流 —— 能夠通過的驅(qū)動(dòng)電流。大致如此，仔細(xì)考量，指標(biāo)(2)似乎不是H橋本身的問題，而是控制部分要考慮的,而后兩個(gè)指標(biāo)通過選擇合適參數(shù)的器件就可以達(dá)到，只要不是那些特別大的負(fù)載需求，每種器件通常都能選擇到。而且直流電機(jī)應(yīng)用中所能遇到的電流、電壓更是有限。只有指標(biāo)(1)是由不同器件的性能所決定的，而且是運(yùn)行中最應(yīng)該關(guān)注的指標(biāo)，因?yàn)樗苯佑绊懥穗姍C(jī)驅(qū)動(dòng)的效率。所以，經(jīng)分析的重點(diǎn)放在效率上，也就是橋臂的壓降上。為了使分析簡單，便于比較，將 H 橋的驅(qū)動(dòng)電流定位在 2A 水平上，而電壓在 5 12V 之間。選擇三個(gè)我所涉及到的器件：(a)雙極性晶體管:D77D882(b)MOS管:2302302(c)集成電路H橋:L298根據(jù)查閱的資料可知，如果均心2A電流驅(qū)動(dòng)計(jì)算，三種驅(qū)動(dòng)自身消耗的功率如下：D77D882 ：（+）* 2 = 2 W2302302： (+) * 2 = W L298： * 2 = W 如果以驅(qū)動(dòng)一個(gè) 、2A 的直流電機(jī)為例：電機(jī)得到的功率是： *2 = 9W；用 D77D882 則需要供電 ，效率為： 9/（*2）= 81% ；用 2302302 則需要供電 ， 效率為：9 /（*2）= 92% 用 L298 則需要供電 ，效率為： 9/（*2） = 48 %綜合考慮，運(yùn)用MOS管驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)其性能最好。3．PWM控制電機(jī)由單片機(jī)發(fā)出PWM信號(hào)輸入電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路，進(jìn)而控制電機(jī)。一般電機(jī)運(yùn)用PWM都是用來實(shí)現(xiàn)其調(diào)速功能，而本設(shè)計(jì)中并沒有涉及其調(diào)速，那為什么還要用PWM來控制呢？主要原因是其穩(wěn)定性高且容易調(diào)節(jié)。只要改變其輸出電壓的大小就可以控制直流電機(jī)的正、反轉(zhuǎn)動(dòng)與停止。由按鍵發(fā)出信號(hào)，進(jìn)行編碼送往發(fā)射器并發(fā)出信號(hào)，接受器接受信號(hào)解碼并送往主單片機(jī)，單片機(jī)根據(jù)輸入信號(hào)發(fā)出相應(yīng)的PWM脈沖以控制直流電機(jī)的開、關(guān)，正、反轉(zhuǎn)，停止。PWM的產(chǎn)生主要利用CPU內(nèi)部的雙計(jì)數(shù)器T0，T1來分別控制PWM信號(hào)的振蕩周期和脈寬。（見圖310） u+5VtT0T1 圖310 脈沖圖由于T0的計(jì)數(shù)時(shí)間總是小于或是等于T1的計(jì)數(shù)時(shí)間。因此，T0必先產(chǎn)生中斷，而由CPL指令來改變波形，同時(shí)關(guān)斷T0計(jì)數(shù)器TR0，等待T1產(chǎn)生中斷，重新開啟TR0，重新計(jì)數(shù)。PWM系統(tǒng)有以下優(yōu)點(diǎn)：(1) 采用全控型器件的PWM系統(tǒng)，其脈寬調(diào)制電路的開關(guān)頻率高，一般在幾kHz，因此系統(tǒng)的頻帶寬，響應(yīng)速度快，動(dòng)態(tài)抗擾能力強(qiáng)。(2) 由于開關(guān)頻率高，僅靠電動(dòng)機(jī)電樞電感的濾波作用就可以獲得脈動(dòng)很小的直流電流，電樞電流容易連續(xù)，系統(tǒng)的低速性能好，穩(wěn)速精度高，調(diào)速范圍寬，同時(shí)電動(dòng)機(jī)的損耗和發(fā)熱都較小。(3) PWM系統(tǒng)中，主回路的電力電子器件工作在開關(guān)狀態(tài)，損耗小，裝置效率高，而且對(duì)交流電網(wǎng)的影響小，沒有晶閘管整流器對(duì)電網(wǎng)的“污染”，功率因數(shù)高，效率高。(4) 主電路所需的功率元件少，線路簡單，控制方便。（3） 紅外遙控1．紅外遙控原理紅外線是一種電磁波，具有與無線電波及可見光一樣的本質(zhì)。人的眼睛能看到的可見光按波長從長到短排列，依次為紅、橙、黃、綠、青、藍(lán)、紫?！弧?。比紫光波長還短的光叫紫外線，比紅光波長還長的光叫紅外線?！?00μm之間，位于無線電波與可見光之間?！?。紅外線遙控器是以紅外線發(fā)光LED，發(fā)射波長940nm的紅外線不可見光，來傳送信號(hào)。整個(gè)遙控器系統(tǒng)分為發(fā)射端及接收端兩部分，發(fā)射端經(jīng)過紅外線發(fā)射LED送出紅外線控制信號(hào)，這些信號(hào)經(jīng)過紅外線接收模塊接收端接收進(jìn)來，并對(duì)其控制信號(hào)做譯碼而做相對(duì)的動(dòng)作輸出完成遙控的功能。紅外線遙控器已被廣泛使用在各種類型的家電產(chǎn)品上，它的出現(xiàn)給使用電器提供了很多的便利。紅外遙控系統(tǒng)一般由紅外發(fā)射裝置和紅外接收設(shè)備兩大部分組成。紅外發(fā)射裝置又可由鍵盤電路、紅外編碼芯片、電源和紅外發(fā)射電路組成。紅外接收設(shè)備可由紅外接收電路、紅外解碼芯片、電源和應(yīng)用電路組成。通常為了使信號(hào)能更好的被傳輸發(fā)送端將基帶二進(jìn)制信號(hào)調(diào)制為脈沖串信號(hào)，通過紅外發(fā)射管發(fā)射。常用的有通過脈沖寬度來實(shí)現(xiàn)信號(hào)調(diào)制的脈寬調(diào)制（PWM）和通過脈沖串之間的時(shí)間間隔來實(shí)現(xiàn)信號(hào)調(diào)制的脈時(shí)調(diào)制（PPM）兩種方法。在同一個(gè)遙控電路中通常要使用實(shí)現(xiàn)不同的遙控功能或區(qū)分不同的機(jī)器類型，這樣就要求信號(hào)按一定的編碼傳送，編碼則會(huì)由編碼芯片或電路完成。對(duì)應(yīng)于編碼芯片通常會(huì)有相配對(duì)的解碼芯片或包含解碼模塊的應(yīng)用芯片。在實(shí)際的產(chǎn)品設(shè)計(jì)或業(yè)余電子制作中，編碼芯片并一定能完成我們要求的功能，這時(shí)我們就需要了解所使用的編碼芯片到底是如何編碼的。只有知道編碼方式，我們才可以使用單片機(jī)或數(shù)字電路去定制解碼方案。下面收集整理的一些常用遙控編碼芯片的編碼方式和常用一體化接收芯片的引腳示意圖(見圖311)。圖311 常見的紅外接收器數(shù)據(jù)格式.數(shù)據(jù)格式包括了引導(dǎo)碼、用戶碼、數(shù)據(jù)碼和數(shù)據(jù)碼反碼，編碼總占 32 位。數(shù)據(jù)反碼是數(shù)據(jù)碼反相后的編碼，編碼時(shí)可用于對(duì)數(shù)據(jù)的糾錯(cuò)。注意：第二段的用戶碼也可以在遙控應(yīng)用電路中被設(shè)置成第一段用戶碼的反碼(見圖312)。圖312 數(shù)據(jù)格式2．編碼與解碼(1) 0和1的編碼遙控器發(fā)射的信號(hào)由一串O和1的二進(jìn)制代碼組成．不同的芯片對(duì)0和1的編碼有所不同。通常有曼徹斯特編碼和脈沖寬度編碼。 target=_blank title=TC9012貨源和PDF資料TC9012的O和1采用PWM方法編碼，即脈沖寬度調(diào)制，其O碼和1碼如圖1所示(以遙控接收輸出的波形為例)。O碼由O．56ms低電平和0．56ms高電平組合而成．脈沖寬度為1．12ms．1碼由0．56ms低電平和1．69ms高電平組合而成．脈沖寬度為2．25ms。在編寫解碼程序時(shí)．通過判斷脈沖的寬度，即可得到0或1。(2) 按鍵的編碼當(dāng)我們按下遙控器的按鍵時(shí)，遙控器將發(fā)出如圖2的一串二進(jìn)制代碼，我們稱它為一幀數(shù)據(jù)。根據(jù)各部分的功能?？蓪⑺鼈兎譃?部分，分別為引導(dǎo)碼、地址碼、地址碼、數(shù)據(jù)碼、數(shù)據(jù)反碼。遙控器發(fā)射代碼時(shí)．均是低位在前。高位在后。由圖2分析可以得到．引導(dǎo)碼高電平為4．5ms，低電平為4．5ms。當(dāng)接收到此碼時(shí)．表示一幀數(shù)據(jù)的開始。單片機(jī)可以準(zhǔn)備接收下面的數(shù)據(jù)。地址碼由8位二進(jìn)制組成，共256種．圖中地址碼重發(fā)了一次。主要是加強(qiáng)遙控器的可靠性．如果兩次地址碼不相同．則說明本幀數(shù)據(jù)有錯(cuò)．應(yīng)丟棄。不同的設(shè)備可以擁有不同的地址碼．因此。同種編碼的遙控器只要設(shè)置地址碼不同，也不會(huì)相互干擾。圖中的地址碼為十六進(jìn)制的0EH(注意低位在前)。在同一個(gè)遙控器中．所有按鍵發(fā)出的地址碼都是相同的。數(shù)據(jù)碼為8位，可編碼256種狀態(tài)，代表實(shí)際所按下的鍵。數(shù)據(jù)反碼是數(shù)據(jù)碼的各位求反，通過比較數(shù)據(jù)碼與數(shù)據(jù)反碼．可判斷接收到的數(shù)據(jù)是否正確。如果數(shù)據(jù)碼與數(shù)據(jù)反碼之間的關(guān)系不滿足相反的關(guān)系．則本次遙控接收有誤．?dāng)?shù)據(jù)應(yīng)丟棄。在同一個(gè)遙控器上．所有按鍵的數(shù)據(jù)碼均不相同。在圖2中，數(shù)據(jù)碼為十六進(jìn)制