直流電機(jī)驅(qū)動電路圖解及設(shè)計思路

1、本文格式為Word版，下載可任意編輯直流電機(jī)驅(qū)動電路圖解及設(shè)計思路 本文為您具體介紹直流電機(jī)驅(qū)動設(shè)計需要留意的事項，低壓驅(qū)動電路的簡易柵極驅(qū)動、邊沿延時驅(qū)動電路圖解及其設(shè)計思路。傳輸文件進(jìn)行PCB打樣以上是直流電機(jī)驅(qū)動電路圖，下面為您具體介紹直流電機(jī)驅(qū)動設(shè)計需要留意的事項，低壓驅(qū)動電路的簡易柵極驅(qū)動、邊沿延時驅(qū)動電路圖解及其設(shè)計思路。一、 直流電機(jī)驅(qū)動電路的設(shè)計目標(biāo)在直流電機(jī)驅(qū)動電路的設(shè)計中，主要考慮一下幾點：1. 功能：電機(jī)是單向還是雙向轉(zhuǎn)動?需不需要調(diào)速?對于單向的電機(jī)驅(qū)動，只要用一個大功率三極管或場效應(yīng)管或繼電器直接帶動電機(jī)即可，當(dāng)電機(jī)需要雙向轉(zhuǎn)動時，可以使用由4個功率元件組成的H橋電路

2、或者使用一個雙刀雙擲的繼電器。假如不需要調(diào)速，只要使用繼電器即可;但假如需要調(diào)速，可以使用三極管，場效應(yīng)管等開關(guān)元件實現(xiàn)PWM(脈沖寬度調(diào)制)調(diào)速。2. 性能：對于PWM調(diào)速的電機(jī)驅(qū)動電路，主要有以下性能指標(biāo)。1)輸出電流和電壓范圍，它打算著電路能驅(qū)動多大功率的電機(jī)。2)效率，高的效率不僅意味著節(jié)約電源，也會削減驅(qū)動電路的發(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(H橋或推挽電路可能消失的一個問題，即兩個功率器件同時導(dǎo)通使電源短路)入手。3)對掌握輸入端的影響。功率電路對其輸入端應(yīng)有良好的信號隔離，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

3、現(xiàn)隔離。4)對電源的影響。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;大的電流可能導(dǎo)致地線電位浮動。5)牢靠性。電機(jī)驅(qū)動電路應(yīng)當(dāng)盡可能做到，無論加上何種掌握信號，何種無源負(fù)載，電路都是平安的。1.輸入與電平轉(zhuǎn)換部分：輸入信號線由DATA引入，1腳是地線，其余是信號線。留意1腳對地連接了一個2K歐的電阻。當(dāng)驅(qū)動板與單片機(jī)分別供電時，這個電阻可以供應(yīng)信號電流回流的通路。當(dāng)驅(qū)動板與單片機(jī)共用一組電源時，這個電阻可以防止大電流沿著連線流入單片機(jī)主板的地線造成干擾?；蛘哒f，相當(dāng)于把驅(qū)動板的地線與單片機(jī)的地線隔開，實現(xiàn)“一點接地”。高速運(yùn)放KF347(也可以用TL084)的作用是比較器，把輸入規(guī)律

4、信號同來自指示燈和一個二極管的2.7V基準(zhǔn)電壓比較，轉(zhuǎn)換成接近功率電源電壓幅度的方波信號。KF347的輸入電壓范圍不能接近負(fù)電源電壓，否則會出錯。因此在運(yùn)放輸入端增加了防止電壓范圍溢出的二極管。輸入端的兩個電阻一個用來限流，一個用來在輸入懸空時把輸入端拉到低電平。不能用LM339或其他任何開路輸出的比較器代替運(yùn)放，由于開路輸出的高電平狀態(tài)輸出阻抗在1千歐以上，壓降較大，后面一級的三極管將無法截止。2.柵極驅(qū)動部分：后面三極管和電阻，穩(wěn)壓管組成的電路進(jìn)一步放大信號，驅(qū)動場效應(yīng)管的柵極并利用場效應(yīng)管本身的柵極電容(大約1000pF)進(jìn)行延時，防止H橋上下兩臂的場效應(yīng)管同時導(dǎo)通(“共態(tài)導(dǎo)通”)造成電

5、源短路。當(dāng)運(yùn)放輸出端為低電平(約為1V至2V,不能完全達(dá)到零)時，下面的三極管截止，場效應(yīng)管導(dǎo)通。上面的三極管導(dǎo)通，場效應(yīng)管截止,輸出為高電平。當(dāng)運(yùn)放輸出端為高電平(約為VCC-(1V至2V),不能完全達(dá)到VCC)時，下面的三極管導(dǎo)通，場效應(yīng)管截止。上面的三極管截止，場效應(yīng)管導(dǎo)通,輸出為低電平。上面的分析是靜態(tài)的，下面爭論開關(guān)轉(zhuǎn)換的動態(tài)過程：三極管導(dǎo)通電阻遠(yuǎn)小于2千歐，因此三極管由截止轉(zhuǎn)換到導(dǎo)通時場效應(yīng)管柵極電容上的電荷可以快速釋放，場效應(yīng)管快速截止。但是三極管由導(dǎo)通轉(zhuǎn)換到截止時場效應(yīng)管柵極通過2千歐電阻充電卻需要肯定的時間。相應(yīng)的，場效應(yīng)管由導(dǎo)通轉(zhuǎn)換到截止的速度要比由截止轉(zhuǎn)換到導(dǎo)通的速度快。

6、假如兩個三極管的開關(guān)動作是同時發(fā)生的，這個電路可以讓上下兩臂的場效應(yīng)管先斷后通，消退共態(tài)導(dǎo)通現(xiàn)象。實際上，運(yùn)放輸出電壓變化需要肯定的時間，這段時間內(nèi)運(yùn)放輸出電壓處于正負(fù)電源電壓之間的中間值。這時兩個三極管同時導(dǎo)通，場效應(yīng)管就同時截止了。所以實際的電路比這種抱負(fù)狀況還要平安一些。場效應(yīng)管柵極的12V穩(wěn)壓二極管用于防止場效應(yīng)管柵極過壓擊穿。一般的場效應(yīng)管柵極的耐壓是18V或20V，直接加上24V電壓將會擊穿，因此這個穩(wěn)壓二極管不能用一般的二極管代替，但是可以用2千歐的電阻代替，同樣能得到12V的分壓。3.場效應(yīng)管輸出部分：大功率場效應(yīng)管內(nèi)部在源極和漏極之間反向并聯(lián)有二極管，接成H橋使用時，相當(dāng)于輸

7、出端已經(jīng)并聯(lián)了消退電壓尖峰用的四個二極管，因此這里就沒有外接二極管。輸出端并聯(lián)一個小電容(out1和out2之間)對降低電機(jī)產(chǎn)生的尖峰電壓有肯定的好處，但是在使用PWM時有產(chǎn)生尖峰電流的副作用，因此容量不宜過大。在使用小功率電機(jī)時這個電容可以略去。假如加這個電容的話，肯定要用高耐壓的，一般的瓷片電容可能會消失擊穿短路的故障。輸出端并聯(lián)的由電阻和發(fā)光二極管,電容組成的電路指示電機(jī)的轉(zhuǎn)動方向.4.性能指標(biāo)：電源電壓1530 V,最大持續(xù)輸出電流5A/每個電機(jī)，短時間(10秒)可以達(dá)到10A,PWM頻率最高可以用到30KHz(一般用1到10KHz)。電路板包含4個規(guī)律上獨(dú)立的，輸出端兩兩接成H橋的功

8、率放大單元，可以直接用單片機(jī)掌握。實現(xiàn)電機(jī)的雙向轉(zhuǎn)動和調(diào)速。5.布線：大電流線路要盡量的短粗，并且盡量避開經(jīng)過過孔，肯定要經(jīng)過過孔的話要把過孔做大一些(1mm)并且在焊盤上做一圈小的過孔，在焊接時用焊錫填滿，否則可能會燒斷。另外，假如使用了穩(wěn)壓管，場效應(yīng)管源極對電源和地的導(dǎo)線要盡可能的短粗，否則在大電流時，這段導(dǎo)線上的壓降可能會經(jīng)過正偏的穩(wěn)壓管和導(dǎo)通的三極管將其燒毀。在一開頭的設(shè)計中，NMOS管的源極于地之間曾經(jīng)接入一個0.15歐的電阻用來檢測電流，這個電阻就成了不斷燒毀板子的罪魁禍?zhǔn)住．?dāng)然假如把穩(wěn)壓管換成電阻就不存在這個問題了。在2004年的Robocon競賽中，我們主要采納了這個電路用以電

9、機(jī)驅(qū)動。二、 低壓驅(qū)動電路的簡易柵極驅(qū)動一般功率場效應(yīng)管的最高柵源電壓為20V左右，所以在24V應(yīng)用中要保證柵源電壓不能超過20V，增加了電路的簡單程度。但在12V或更低電壓的應(yīng)用中，電路就可以大大簡化。 左圖就是一個12V驅(qū)動橋的一邊，上面電路的三極管部分被兩個二極管和兩個電阻代替。(留意，跟上圖規(guī)律是反的)由于場效應(yīng)管柵極電容的存在，通過R3，R4向柵極電容充電使場效應(yīng)管延緩導(dǎo)通;而通過二極管直接將柵極電容放電使場效應(yīng)管馬上截止，從而避開了共態(tài)導(dǎo)通。這個電路要求在IN端輸入的是邊緣陡峭的方波脈沖，因此掌握信號從單片機(jī)或者其他開路輸出的設(shè)備接入后，要經(jīng)過施密特觸發(fā)器(比如555)或者推挽輸出

10、的高速比較器才能接到IN端。假如輸入邊緣過緩，二極管延時電路也就失去了作用。R3，R4的選取與IN信號邊沿升降速度有關(guān)，信號邊緣越陡峭，R3，R4可以選的越小，開關(guān)速度也就可以做的越快。Robocon競賽使用的升壓電路(原理相像)中，IN前用的是555。三、 邊沿延時驅(qū)動電路在前級規(guī)律電路里，有意地對掌握PMOS的下降沿和掌握NMOS的上升沿進(jìn)行延時，再整形成方波，也可以避開場效應(yīng)管的共態(tài)導(dǎo)通。另外，這樣做可以使后級的柵極驅(qū)動電路簡化，可以是低阻推挽驅(qū)動?xùn)艠O，不必考慮柵極電容，可以較好的適應(yīng)不同的場效應(yīng)管。2003年Robocon競賽采納的就是這種驅(qū)動電路。下圖是兩種邊沿的延時電路： 下圖是對應(yīng)的NMOS，PMOS柵極驅(qū)動電路： 這個柵極驅(qū)動電路由兩級三極管組成：前級供應(yīng)驅(qū)動場效應(yīng)管柵極所需的正確電壓，后級是一級射極跟隨器，降低輸出阻抗，消退柵極電容的影響。為了保證不共態(tài)導(dǎo)通，輸入的邊沿要比較陡，上述先延時再整形的電路就可以做到。五、 其它幾種驅(qū)動電路1. 繼電器+半導(dǎo)體功率器件的想法繼電器有著電流大，工作穩(wěn)定的優(yōu)點，可以大大簡化驅(qū)動電路的設(shè)計。在需要