基本单元电路设计(三)剖析.ppt

基本单元电路设计（三） 功率驱动电路 直流电动机驱动接口电路 直流电动机电枢的调速原理 根据电机学可知，直流电动机转速n的表达式为： 其中U为电枢端电压 I为电枢电流 R为电枢电路总电阻 Φ为每极磁通量 K为电动机结构参数 功率驱动电路 直流电动机驱动接口电路 直流电动机转速控制方法 对励磁磁通进行控制的励磁控制法 控制受到限制，动态响应差 对电枢电压进行控制的电枢控制法 控制方便，此为常用控制法 通常情况下，采用PWM(脉宽调制)来实现直流电动机的调速 利用电枢电压控制的方法中，半导体功率器件在使用上可以分为两种方式： 线性放大驱动方式 开关驱动方式 功率驱动电路 直流电动机驱动接口电路 线性放大驱动方式 控制原理简单、输入波动小、线性好、对邻近电路干扰小； 由于工作在线性区，效率低、发热严重 不常采用 开关驱动方式 使半导体功率器件工作于开关状态，通过脉宽调制(PWM)来控制电动机电压，从而实现电动机转速的控制。 功率驱动电路 直流电动机PWM调速原理 功率驱动电路 直流电动机PWM调速原理 电枢绕组两端电压为： D为占空比，表示在一个周期T里开关管导通的时间与周期的比值，电枢两端电压取决于D的大小，从而达到调速的目的 改变占空比的方法 定宽调频法 调宽调频法 定频调宽法 功率驱动电路 直流电动机电枢调速典型电路 H桥PWM电路（分立元件） 功率驱动电路 直流电动机电枢调速波形 功率驱动电路 直流电动机调速注意事项 PWM频率不能太低，一般在1KHz以上 起动扭矩与占空比之间的关系 负载、转速与占空比的关系 过流保护 功率驱动电路 直流电动机电枢调速典型电路 L298，双H桥（集成电路） 功率驱动电路 步进电机及驱动电路 步进电机是数字信号控制的电动设备，每输入一个脉冲信号，步进电机的转子就旋转一步 按相数分类 单相 两相 三相 功率驱动电路 步进电机及驱动电路 步进电机的工作方式 单三拍工作方式 A-B-C-A 双三拍工作方式 AB-BC-CA-AB 功率驱动电路 步进电机及驱动电路 步进电机的工作方式 六拍工作方式 A-AB-B-BC-C-CA-A 功率驱动电路 步进电机及驱动电路 驱动电路 单电压驱动 集成步进电机驱动器 根据不同性质的步进电机，设计专用的驱动器。 功率驱动电路 与步进电机相关的几个问题 步数 指步进电机运转一周所需要的脉冲数：200、400 集成步进电机驱动器可对步数设置 失步 通俗的讲，就是步进电机行进的步数比给予的脉冲数少的现象 原因：驱动脉冲频率与步进电机运转频率不匹配 驱动脉冲频率 步进电机驱动脉冲频率，慢——快——慢，呈梯形曲线 功率驱动电路 继电器电路 典型的电磁继电器驱动电路 功率驱动电路 可控硅电路 单向可控硅 A 阳极 K 阴极 G 门极 导通 让门极相对阴极成正极性，使产生门极电流，当门极电压达到阀值电压VGT，并导致门极电流达到阀值IGT，经过很短时间tgt（称作门极控制导通时间）负载电流从正极流向阴极。 当负载电流达到闸流管的闩锁电流值IL 时，即使断开门极电流，负载电流将维持不变。只要有足够的电流继续流动，闸流管将继续在没有门极电流的条件下导通。这种状态称作闩锁状态。 功率驱动电路 可控硅电路 单向可控硅截止 要断开闸流管的电流，需把负载电流降到维持电流IH 之下，并历经必要时间，让所有的载流子撤出结。在直流电路中可用“强迫换向”，而在交流电路中则在导通半周终点实现。（负载电路使负载电流降到零，导致闸流管断开，称作强迫换向。）然后，闸流管将回复至完全截止的状态 功率驱动电路 可控硅电路 双向可控硅 G 门极 MT2 主端子 MT1 主端子 导通 可用门极和MT1的正向或负向电流触发，在负载电流过零时，门极用直流或单极脉冲触发，优先采用负的门极电流 截止 交流电路中在导通半周终点实现强迫换向。然后，闸流管将回复至完全截止的状态 功率驱动电路 可控硅应用电路——弱电控制强电 单向可控硅 控制门极的电平就可以控制可控硅的通断 双向可控硅 利用光耦实现隔离驱动 随机触发型可控硅驱动光耦 过零触发型可控硅驱动光耦 功率驱动电路 固态继电器电路 固态继电器 是一种无触点通断型电子开关，四端口有源器件 采用高耐压的专用耦合器实现输入与输出之间的电气隔离 并可以实现类似电磁继电器的开关功能 显示电路 LED显示 静态显示 显示电路 LED显示 静态显示方法 直接用可编程芯片I/O口驱动 利用并行扩展芯片或串行扩展芯片驱动 常用的并行扩展芯片 MSM8255 SN74HC245、SN74HC573 常用的串行扩展芯片 SN74HC164 SN74HC595 显示电路 LED显示 动态显示（非译码方式） 显示电路 LED显示 动态显示（非译码方式） 显示电路 LED显示