第4章PWM原理、电机控制器件及DSP生成PWM编程.pptx

PWM原理、电机控制器件; 3.1 PWM概述;PWM的优点;采样控制理论中有一个重要结论:冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时,其效果基本相同. 对半导体开关器件的导通和关断进行控制,使输出端得到一系列幅值相等而宽度不相等的脉冲,用这些脉冲来代替正弦波或其他所需要的波形.按一定的规则对各脉冲的宽度进行调制,既可改变逆变电路输出电压的大小,也可改变输出频率.;分别将如图所示的电压窄脉冲加在一阶惯性环节（R-L电路）上，其输出电流i(t)对不同窄脉冲时的响应波形如图所示。从波形可以看出，在i(t)的上升段，i(t)的形状也略有不同，但下降段则几乎完全相同;SPWM波形——脉冲宽度按正弦规律变化而和正弦波等效的PWM波形;要改变等效输出正弦波幅值，按同一比例改变各脉冲宽度即可。通过高分辨率计数器的使用，方波的占空比被调制用来对一个具体模拟信号的电平进行编码。PWM信号仍然是数字的，因为在给定的任何时刻，满幅值的直流供电要么完全有(ON)，要么完全无(OFF)。电压或电流源是以一种通(ON)或断(OFF)的重复脉冲序列被加到模拟负载上去的。通的时候即是直流供电被加到负载上的时候，断的时候即是供电被断开的时候。只要带宽足够，任何模拟值都可以使用PWM进行编码。 PWM电流波： 电流型逆变电路进行PWM控制，得到的就是PWM电流波。;三种不同的PWM信号: a是一个占空比为10%的PWM输出; b是一个占空比为50%的PWM输出; c是一个占空比为90%的PWM输出; 。;PWM相关概念;PWM应用;电力电子应用;PWM在电机控制中的应用;PWM在电机控制中的应用;PWM驱动装置是利用大功率晶体管的开关特性来调制固定的直流电源，按一个固定的频率来接通和断开电枢电源，并改变电机电枢上电压的“占空比”来改变平均电压的大小，从而控制电动机的转速，所以这种装置又称为开关驱动装置。;电机换向方法与相关电路设计;继电器控制开关，手动改变连线换向; H桥电机换向;注意：千万不能将同一侧的两个电路同时接通，否则会在电源和地之间形成短路。比如A和C或者B和D同时为1. ;三极管H桥电路;; 如果三极管Q1和Q2同时导通，那么电流就会从正极穿过两个三极管直接回到负极,短路电流将烧毁三极管。; 为了以避免马达的反电动势的危害，需要在晶体管两端接二极管，因为马达线圈在电路开闭瞬间产生的反向电动势通过会高过电源;;改进的H桥电路;4个与门同一个“使能”导通信号相接，这样，用这一个信号就能控制整个电路的开关。 2个非门通过提供一种方向输入，可以保证任何时候在H桥的同侧腿上都只有一个三极管能导通。 （与前面的示意图一样，图示不是一个完整的电路图，特别是图中与门和三极管直接连接是不能正常工作的。）? ;使能控制和方向逻辑 ;;驱动电子元件与集成电路;晶闸管;晶闸管导通条件;电力晶体管（GTR）;电力晶体管（GTR）;功率晶体管的结构;GTR的动态（开关）特性;MOSFET管; Mosfet（金属氧化物半导体场效应晶体管），导通电阻远比普通三极管低，允许流过更大的电流。而且MOS管都内置有反向二极管来保护管子本身。所以采用MOS管连接H桥不但效率可以提高，电路也可以简化。;使用MOS管搭建H桥，高位电路要用P沟道管；低位要用N沟道管。;对栅极驱动电路的要求;IGBT;以GTR为主导元件，P-MOSFET为驱动元件的达林顿结构的复合器件。其结构、电路符号、等效电路如下图示。外部有三个电极(G门极、C集电极、E发射极)。;电机驱动集成电路;L293D;美国德州仪器（Texas Instruments）生产的微型电机驱动集成电路芯片，支持Vcc 4.5~36V，最大输出电流为1A。由于其驱动能力有限，多应用于小型机器。 L293D： EN A（B） IN1（IN3）IN2（IN4） 电机 H H L 正转 H L H 反转 H 同IN2（IN4） 同IN1（IN3） 快速停止 L X X 停止 ? ;L298N;实物图;管脚图;L298N内部的原理图; L298有两路电源分别为逻辑电源和动力电源，5V为逻辑电源，12V为动力电源。J4接入逻辑电源，J6接入动力电源，J1与J2分别为单片机控制两个电机的输入端，J3与J5分别与两个电极的正负极相连。;使用一片L298加上1000微法电容和二极管。制作一个便携式的两路马达驱动电路，提供微处理器控制接口。 L298的1、2端控制马达A的开关、正反，enable A 控制脉宽；3、4端和enable B控制马达B。;LM