版权说明:本文档由用户提供并上传,收益归属内容提供方,若内容存在侵权,请进行举报或认领
文档简介
1、西安欧亚学院本科毕业论文(设计)基于ARM的PWM电机调速系统硬件设计摘要:直流电动机具有优良的调速特性和良好的启动性能和调速性能,调速平滑、方便,调速范围广等被广泛使用。为了能够让直流电机有利于程序化及简单易用的目的,课题选择了H桥直流电机驱动电路。H桥直流电机驱动电路中功率器件工作在开关饱和导通状态,通过改变功率器件的驱动脉冲信号的开通与关断的时间,来改变加在负载两端的平均电压的大小,当负载为直流电动机时,也就实现了电动机的调压调速控制。H桥直流电机驱动电路可以采用外加PWM波形来控制。通常情况下,由于PWM 的调速系统开关频率比较大,只用靠电枢电感滤波的作用就可以获得比较平稳的直流电流,
2、低速特性好。同样,由于电机驱动的开关频率较高,快速响应特性较好,动态抗干扰性能强,可以获得很宽的频带。开关器件只会工作于开关状态,主电路损耗较小,装置效率很高。PWM 调速系统很早已出现,但是因为缺乏高速开关元件而未能在生产实际中推广应用。在近年来,由于大功率开关器件的制造成功和成本的不断下降, PWM调速系统又受到重视。关键字:PWM;直流电动机;H桥;Based on the ARM PWM motor speed control system hardware designAbstract:DC motors have excellent speed control characteri
3、stics and a good start-up performance and speed performance, speed smooth, wide speed range is widely used. In order to enable the DC motor procedures and easy-to-use purposes, the subjects chose the H-bridge DC motor driver circuit. State power devices work in the H-bridge DC motor drive circuit in
4、 the switch saturated hydraulic conductivity by changing the power device drive pulse signal the opening and turn-off time, to change the size of the increase in the average voltage across the load when the load for the DC motor also the regulator speed control of motors. H-bridge DC motor drive cir
5、cuit plus PWM waveform control. Under normal circumstances, because of high switching frequency of the PWM speed control system, relying on the filtering effect of the armature inductance can smooth DC current, low-speed characteristics. Similarly, due to the high switching frequency, fast response
6、characteristics, the dynamic anti-interference ability, you can get a very wide frequency band. Switching devices only work in the switch state, the loss of the main circuit, high efficiency devices. PWM speed control system is already appeared, but failed to promote the use of actual production bec
7、ause of the lack of high-speed switching elements. In recent years due to declining success and cost of the manufacture of high-power switching devices, PWM speed control system and be taken seriously.Keywords: PWM; DC motor; H-bridge;目录1 绪论11.1 技术背景11.2 选题意义12 工具软件介绍22.1 电路仿真软件介
8、绍22.2 Tina的具体功能22.3 Tina主要特点32.4 Tina高级特点32.5 Tina直观的操作界面42.6 Tina人性化图形界面52.7 仿真出错和解决办法53 功能模块介绍103.1直流电机运行的特性分析103.2 H桥直流电机驱动模型分析103.3 H桥直流电机驱动电路分析123.4 H桥设计电路经常遇到的问题183.5解决死区舜时短路问题的办法184 结论194.1电路设计194.2 仿真设计194.3 电路焊接194.4 设计体会19致谢21参考文献22I西安欧亚学院本科毕业论文(设计)1 绪论1.1 技术背景随着电力电子技术、微处理器技术的发展以及材料技术尤其是永磁
9、材料技术的进步,电气传动系统,包括交、直流电动机调速及伺候服务,正在向系统高性能、控制数字化、一体化的方向发展。直流电动机具有优良的调速特性、良好的启动性能和调速性能,调速平滑、方便,调速范围广;过载能力大,能承受频繁的冲击负载,可实现频繁的无级快速起动、制动和反转;能满足生产过程自动化系统各种不同的特殊运行要求,起动转矩大,最大转矩大,能在宽广的范围内平滑、经济地调速,转速控制容易,调速后效率很高。与交流调速相比,直流电机结构复杂,生产成本高,维护工作量大。电动机调速控制系统采用微机达到数字化控制,是电气控制发展的主要方向之一。利用微机控制后,整个调速控制系统实现全部数字化。可靠性高,结构简
10、单,维护方便,电动机稳态运行时转速精度可达到较好水平,静态动态各项性能都能较好地满足工业生产高性能电气传动的要求。由于单片机性能优越,具有较佳的性能价格比,所以单片机在工业过程及设备控制中得到日益广泛的应用。1.2 选题意义随着全控型功率电子器件的发展,脉冲调宽(PWM)技术与开关功率电路成为主流技术,在功率应用中基本取代了线性功率放大电路,以减小功率器件导通损耗,提高驱动效率。在PWM技术中,功率器件工作在开关饱和导通状态,通过改变功率器件的驱动脉冲信号的开通与关断的时间,来改变加在负载两端的平均电压的大小。当负载为直流电动机时,也就实现了电动机的调压调速控制,这也就是PWM控制的基本原理。
11、PWM 调速系统与可控整流式调速系统相比有下列优点:由于PWM 调速系统的开关频率较高,仅靠电枢电感的滤波作用就可获得平稳的直流电流,低速特性好;同样,由于开关频率高,快速响应特性好,动态抗干扰能力强,可以获得很宽的频带;开关器件只工作在开关状态,主电路损耗小,装置效率高。PWM 调速系统很早已出现,但是因为缺乏高速开关元件而未能在生产实际中推广应用。在近年来,由于大功率开关器件的制造成功和成本的不断下降,PWM调速系统受到广泛关注,并在工业自动化及生产过程控制中得到日益广泛的应用,因此,我选择PWM电机控制电路。2 工具软件介绍2.1 电路仿真软件介绍Tina 是一款针对开发设计的电路仿真设
12、计、分析软件,是设计、仿真和分析电路的功能全面的EDA软件。它在线性与非线性的模拟电路,数字电路与混合电路中工作较好,分析的结果可展现在完善的图示中或显示在一系列的虚拟设备里。它具有全面的DTP工具和强有力的文字和方程编辑器,可以用来制作专业的报告和说明,其中存储库包含超过13000个原件而且可以自行扩展,操作者会发现Tina是一个高性能、易于使用的工具。Tina也能用于测试环境。它所包含的独特的工具可以测试学生们的知识,监视进程和介绍故障排除技巧。它与辅助硬件结合起来,能用于测试实际的电路并将结果与从模拟中获得的进行比较。由于该软件包含了所有用于教育材料所必须的工具,因此对于教育工作者有着极
13、其重要的帮助。电路图可通过电路编辑器输入。元件符号可以通过鼠标在元件库中运用,并可在屏幕上做移动、定位、镜像和旋转。Tina的半导体允许用户自行扩展的存储库中选择元器件。在Tina中,能将电路图中的一些电路化为子电路来简化此电路图。除此之外,还能从任何Spice子电路(不论是自己穿件的,还是从制造商的CD盘中获得,或是从互联网上下载的)创造新的Tina元件。Tina自动地在电路图中用一巨型方块表示这些子电路,当然也可以用Tina的电路图形符号编辑器来穿件你所喜欢的任何形状。2.2 Tina的具体功能在模拟电路的分析方面,Tina除了具有一般电路仿真软件通常所具备的瞬态分析、直流分析、正弦稳态分
14、析、参数扫描、温度扫描、傅立叶分析、最坏情况及蒙特卡罗统计等仿真分析的功能之外,还能对输出电量进行指标分析,然后对电路元器件参数优化计算。此外,它具有对于符号的分析功能,能给出时域过渡的过程表达式和频域传递函数的表达式;具备RF仿真分析的功能;具有极点图、绘制零、相量图、Nyquist图等比较重要的仿真分析等功能。在数字的电路分析中,Tina支持VHDL语言;具有BUS总线和虚拟连线功能,这避免了电路图中元件之间连线过密,使得电路绘图界面看起来更清晰、简洁。Tina仿真分析的结果,如波形图可方便地与电路图粘贴在界面中,对输出打印及分析资料的完整保存十分便利。Tina具备八种虚拟测量仪器,各种仪
15、器与元器件之间利用虚拟连线。其虚拟测试仪器的动态演示功能,都是电类教学的辅助工具。Tina可以与硬件设备Tina-Lab,即数据采集器、实时信号发生器相连接能将虚拟仿真结果与实时测量相比对。这是目前所知能够实现该项功能的少数的实用技术产品之一。Tina具有较高的性能价格比。它是目前所知为数不多的具有简体中文界面的成熟软件(在Help索引文件中,也用中文对于电路器件模型参数进行详细解释)。Tina是一种功能较强大的电路仿真软件,它不仅在工程实践中,对电子产品的研制与开发能够发挥高精度、高效率的作用,而且将其导入各类学校电类课程教学,会带来更好更完美的教学效果。2.3 Tina主要特点u 模拟、数
16、字以及混合模拟仿真;u 强有力的编辑工具(电路图、连线表、文本、方程和激励编辑器);u 完善的说明介绍(可制定的说明包括波特图、牛克斯图、组滞、级和零点、瞬时响应、数字波形、为后加工结果用的翻译器及其他);u 元器件封装完美,比较适合使用者,尤其是初学者。理想化元器件的封装与现实中的相仿,既切合书本的教学,又免除了按实际元器件封装图连线易错的烦恼;u 实例演示:Tina中提供了一项演示帮助,里面提供了35种使用软件演示,使用者能够以最快的速度掌握Tina以及各种元器件使用;u 图图联系:当电路完成后,不用次次打开仪表去分析波形和失真等,在Tina中能直接把仪表中的图复制过来,放在电路图旁边,对
17、应电路图进行分析;u 虚拟实现:这是Tina独到之处,它提供了一个与外界连接的功能,只要连接在试验箱上,就能将箱子上的电路显示在电脑屏幕上,提供显示与虚拟的接轨;u 提供了各种分析的手段,有动态分析、静态分析、频域分析、时域分析、失真分析、离散傅立叶分析、噪声分析、温度分析等各种分析方法;u 与Spice软件相兼容,可以相互转换。Tina会产生电路文件,还可以直接输出到常见的Tango、Protel、Oread等印制电路板排版的软件中;u 具备全中文界面,本土化,使得初学者更容易分析与掌握,缩短了教与学的距离,提高了效率;u 提高了电子设计工作的效率;2.4 Tina高级特点u 放置总线;u
18、电气规则核查(ERC);u 材料单(ROM);u 分级设计;u 带版本控制的成套设计;u 网络分析;u 网络分析器和频谱分析器;u 带S-参数模型的RF元件;u 屏幕自定义选项(定义背景、元件颜色等);u 超过15000的内置元件模型;u 为Spice和S参数用的扩展了的存储库管理器;u 带参数设计的微波传输带元件;u 逻辑转换和简化;u 子回路(从电路图或Spice子回路创建自己的元件);u 元件工具条编辑器(追加自己的新元件到TINA的图形元件条);u 电路图形符号编辑器(创建自己的电路图符号);u 参数提取器(从测量或目录数据中创建元件模型);u Spice存储库管理器(向TINA的Sp
19、ice存储库追加更多的模型或创建自己的Spice存储库);u 符号分析(以闭形式的表达式显示结果);u 傅立叶分析(傅立叶频谱、傅立叶级数和失真);u 噪声分析(噪声频谱、信号对噪声比及其他);u 公差分析(蒙特卡罗【Monte-Carlo】和最坏情形【Worst-case】分析);u 最优化(寻找预订目标和灵敏度);u 虚拟设备(万用表、示波器、信号发生器、信号分析器、逻辑分析器);u 实时测试与测量;u 教学和训练工具(问题解答和故障排除);2.5 Tina直观的操作界面从上图可以看出,Tina模仿了一个实际的电子试验台。主窗口汇总最大的区域是电路编辑区,在这里可以进行电路的连接和测试。电
20、路编辑区的上面是元器件库栏、工具栏和菜单栏,下方为状态栏。从菜单栏中可以选择实验所需、电路连接的各种命令。工具栏还包含了经常用的操作按钮。元器件栏包含了电路仿真所需测试仪器的与各种元器件。通过鼠标点击可方便地使用实验设备和各种命令。图2-1 Tina界面2.6 Tina人性化图形界面图2-2 Tina界面2.7 仿真出错和解决办法u 仅允许有一个输入出错原因:电路中不止有一个输入端。对于DC和AC的传输特性计算,只允许给电路指定一个输入端。传输特性的结果是用输出值除以输入端的值计算的,因此计算的输出特性数量等于输出端的数量。放置在电路中的所有发生器,在默认情况下的输入输出状态参数(IO状态)都
21、设为输入端。如果使用若干发生器,要注意在一个时间只允许有一个发生器的输入输出状态参数设定为输入端。另一方面,电路可允许有任意数量的输出端。所有的仪表都自动的被建立为输出。u 输入端幅度为零出错原因:传输特性的结果是用输出值除以输入端的值计算的,Tina要求传输特性曲线的每一点要有非零的输入量,这条信息出现是由于当前的电路没有发生器,或它的幅度为零,导致零输入量。解决办法:输入端采用非零的发生器。u 不规则电路出错原因:(1) Tina不能解答或找到电路的方程式。可能是由于电路的某个不规则的(有矛盾的)特性导致出错。不规则电路的一个简单的例子是一个电路中包含一个被短路的电压源或一个开路电流源。这
22、些电路有一个拓扑性与部件的定义相矛盾,导致不可解决的方程式(带零决定因数的线性方程系统)。不规则的电路还可能是电压源回环(例如:两个电压源并联)或电流源分割(两电流源串联)。解决办法:应该移走有矛盾的部件或住家额外的部件来解决这种矛盾。(2)浮动的部件和引脚。部件和引脚若没有连接到任何节点则会出现这条错误信息。如果一个节点没有与其他任何节点连接,它的电位不可决定,因此可导致整个方程系统不可确定。Tina试图找出这些节点并把它们连接到地。解决办法:连接所有的部件、引脚、节点到另一节点或接地。然而,要注意不要使任何节点的连接改变电路的正常操作。(3)传输特性曲线不存在。对于某些系统不可能定义传输特
23、性曲线,这将导致不可解答的方程式。解决办法:设法理解电路时如何运转的,并给定恰当的传输特性曲线。有时在电路中追加一些附加的元件会有帮助。(4)包含理想运算放大器的不正确电路。理想运算放大器有无限的放大率,如果电路没有正确的定义,将在输出端获得无穷大的幅度,也就导致不可解答的方程式。解决办法:如果电路有无限的放大率应避免电路造成无限大的输出值。同时要注意理想的运算放大器没有输出饱和电压,因此以他们建立的电路将不会模拟饱和现象。尽量用真实的运算放大器代替理想运算放大器。u 错误或缺少I/O出错原因:电路中缺少输入或输出。对于瞬时分析至少需要有一个输出端。对DC或AC传输特性,需要一个输入端和最少一
24、个输出端。解决办法:增加必要的输入输出端。u 不是有效的输出出错原因:电路有一个输出但在所选的分析模式中不允许。例如:在噪声分析时使用欧姆表作为输出。解决办法:移走不允许的输出,设定仪表的 输入输出状态参数(I/O)为无,或使用另一种分析。u 最差情形分析模式情形太多出错原因:在最差情况分析模式中,程序尝试在误差带两端的所有可能的原件误差的组合。解决办法:如果希望使用这个模式,把一些元件的误差参数设为0。u 没有找到操作点出错原因:在电路中无法找到DC的操作点。解决办法:在分析菜单的设定参数命令下试着改变分析参数。u 请检查参数出错原因:一些参数值在先前的对话框中设定不明确。解决办法:输入正确
25、的参数值。u 目录中未找到此类型出错原因:电路中的一个元件无法在Tina的目录中找到。解决办法:当出现此错误信息后,Tina会选出有问题的元件,双击所选的元件并在目录中选择一个存在的类型。u 元件或参数未被选择出错原因:当在分析/模式对话框中设定了参数步进货最优化选项,但没有选择要步进的参数或最优化的目标,则会出现这条信息。解决办法:使用分析/控制对象和最优化目标菜单或用工具栏按钮设定这些选项。u 在区间末端找到不可靠的最佳值出错原因:在最优化区间的一个末端找到此最佳值。解决办法:把区间扩大一些并重用最佳值的寻找。u 元件不被支持,不可进行分析出错原因:对所选元件的指定分析方法不允许。解决办法
26、:尝试其他的分析类型,例如用数字分析替代瞬时分析。u 解答式有形式上的错误出错原因:在训练或检测模式中输入的解答式有形式上的错误,无法被程序所识别。例如:输入一数字包含有数字中不允许出现的字母,或一个无法被解释的公式。解决办法:输入一正确的数字或公式。u 忘记了单位出错原因:在翻译器中输入的答案缺少单位。解决办法:按正确的格式添加单位。u 数量级错误出错原因:解答与正确的结果相差十倍以上。解决办法:检查一下解答的答案u 单位不正确出错原因:输入了一个错误的单位。解决办法:使用正确的单位。u 单位正确但数值不正确出错原因:输入的单位正确但数值不正确。解决办法:检查一下计算,可以使用翻译器去避免数
27、字方面的计算问题。u 单位个数量级错误出错原因:输入的单位和数值均不正确。解决办法:对解答方案的数值和单位都做检查。u 必须在实时测量模式下出错原因:请求的操作只能在Tina的实时模式下执行。解决办法:在硬件设备已经连接好后,从T&M菜单选项中选择实时测量。u 结果无效出错原因:在符号分析中获得了不现实的结果。解决办法:检查电路和激励。u 输出端太多出错原因:在符号分析模式下只允许有一个输出端。解决办法:删除不必要的输出端。u 根无效出错原因:在符号分析当中程序不能找到传输函数的根。解决办法:改变电路或激励。u 无法评价时间函数出错原因:获得时间函数所需要的逆拉普拉斯变换不可执行。解决
28、办法:试一下不同的激励或轻微地改变一下电路。u 得首先打开宏出错原因:如果想编辑一个宏,必须首先通过双击它的符号把它打开。解决办法:在出现这条信息后,程序会自动地打开宏属性对话框,如果单击确定,那将打开所选的宏。然而,若想编辑宏的内容,应该在宏属性对话框中单击“取消”,编辑宏,然后再执行编辑宏命令。u 分析不能被执行:元件使用延后出错原因:电路不能被分析或有一个不确定的结果。可能是由于电路中包含的一理想逻辑元件设为零延迟。解决办法:在分析/选项菜单中,将延迟参数设定为“始终”。如果运行在数字计时或数字逐步分析下,不选定“理想元件”参数。213 功能模块介绍3.1直流电机运行的特性分析直流电机,
29、也就是将直流电能转换成机械能或将机械能转换成直流电能(直流发电机)的旋转电机。直流电机里边固定有环状永磁体,电流通过转子上的线圈产生洛伦磁力,当转子上的线圈与磁场平行时,再继续转受到的磁场方向将改变,因此此时转子末端的电刷跟转换片交替接触,从而线圈上的电流方向也改变,产生的洛伦磁力方向不变,所以电机能保持一个方向转动。简单的来说,要让直流电机将电能转化成机械能,必须要给直流电机通电,那么我们拿着电池,用导线将玩具用的电机和电池两端连接起来之后,电机就开始了转动。当然若我们将电池的级性正负极性反接之后,马达就开始了反向的转动。通过上面分析我们可以得出结论,要让直流电机开始转动,必须给直流电机外加
30、足够的电源,之后电机有了电能形成了回流就开始了转动。要改变直流电机的转动的方向就必须来变化直流电源的正负极性来完成。当然我们知道电路要形成回路之后才能有电流,那么我们将回流断掉之后,电流里面就没有了电流,在电路没有电流的情况下,直流电机也就停止的转动。3.2 H桥直流电机驱动模型分析上面我们分析了直流电机的正转,反转和停止的基本情况,下面我们来分析用于驱动直流电机H桥模型电路。下图所示为一个比较典型的直流电机控制驱动电路。电路得名于“H桥驱动电路”是因为它的形状很像字母H。PNP,NPN各由两个三极管组成H的4条腿,而电机是H中的横线(注意:此图只是H模型图,只是示意用,而不是完整的电路图,其
31、中三极管的驱动电路没有画出来)。H桥电机驱动电路包含一个电机和4个三极管。如果要使电机运转,必须导通对角线的一对三极管。根据不同的三极管导通情况,电流会从左到右或从右到左而通过电机,来控制电机的转向。图3-1 直流电机驱动图如果要使电机进行运转,必须使对角线上的一对三极管导通。如:当Q2管和Q4管导通的时侯,电流就会从电源正极经过Q2从左到右经过电机,然后再经过Q4返回电源的负极。按图中的电流箭头所表示,此流向的电流使驱动电机实现顺时针转动。当三极管Q1与Q3导通时,电流将从左到右经过电机,从而驱动电机按照指定方向转动。图3-1 电机驱动电流走向图所示为另一对三极管Q2和Q4导通的情况,电流将
32、从右至左流过电机。当三极管Q2和Q4导通时,电流将从右至左流过电机,从而驱动电机沿另一方向转动(电机周围的箭头表示为逆时针方向)。图3-2 电机驱动电流走向图3.3 H桥直流电机驱动电路分析图3-3 H桥直流电机驱动电路上面的这个图,是我用Tina设计的H桥直流电机的电路图,现在我们来分析该电路图;(1)假设我们在信号输入端口没有加信号,那么也就是说,我们输入的信号是个高阻抗或断开的形式(静止状态下),那么T2,T1,T3,T6,T5,T4都处于截止状态,电路没有12V供电之路没有形成任何回路,电路里面没有产生电流,此时,我们在电机(也就是仿真元件R7)没有回路形成,没有电流流过,电机会处于静
33、止状态。(2)加上我们在信号输入端口,瞬间加入了一个高电平,U2 SN7404经过反相器之后,7404输出为低电平(7404反相器真值表如下)。图3-4 7404反相器真值表因为T4 是NPN三极管,要导通,必须在基级B加入高电平才可以导通。而此时,在T4基级所加的是低电平,此时T4处于截止状态,T4处于截止状态,那么T5也处于截止状态,同样道理,T3也处于截止状态。也就是说此部分电路均不工作。同样回过头来看T2,因为T2是NPN型三极管,在基级B加入了高电平之后,T2进入饱和状态,发射级与集电极之间的PN结变薄,发射级E和集电极C导通。T2发射级E和集电极C导通以后,T2发射级E和集电极C电
34、流,在经过R6限流之后加到了T6的基级B,此时T6开始饱和导通。T6导通以后,T1的基级B则加上了低电平,T1则开始进行饱和导通,12V电源在经过限流电阻R11之后,加到 T1的发射级E ,此时CE之间的PN节变薄。电流穿过T1 发射级E和集电极C之后,加到了电机VO1端口,在经过电机之后,电流从VO2端口流出,此时因为T6处于饱和导通状态,T6的发射级E和集电极C PN节变薄,阻抗变小,电流通过其C,E之后直接到低,形成回流。此时电机完成一个方向的转动。具体电流的路径见如下图:图3-5 电流走向图(3)假设我们在信号输入端口,瞬间加入了一个低电平,因为T2是NPN三极管,基级B只有是高电平才
35、导通,此时系统是低电平,该三极管处于截止状态,T2截止,T1,T6同样截止。同样我们回头看,低电平在经过U2 SN7404经过反相器之后,7404输出为高电平,此时T4 是NPN型三极管,在基级B加入了高电平之后,T4进入饱和状态,发射级与集电极之间的PN结变薄,发射级E和集电极C导通。T4发射级E和集电极C导通以后,T4发射级E和集电极C电流,加到了T5的基级B,此时T5开始饱和导通。T5导通以后,T3的基级B则加上了低电平,T3则开始进行饱和导通,12V电源在经过限流电阻R21之后,加到 T3的发射级E ,此时CE之间的PN节变薄。电流穿过T3 发射级E和集电极C之后,加到了电机VO2端口
36、,在经过电机之后,电流从VO1端口流出,此时因为T5处于饱和导通状态,T5的发射级E和集电极C PN节变薄,阻抗变小,电流通过其C,E之后直接到低,形成回流。此时电机完成另外一个方向的转动。具体电流的路径见如下图:图3-6 电流走向图瞬态下的电路真值表:表3-1 电路真值电路输入状态T1T2T6T4T5T3U2 SN7404高电平导通导通导通截止截止截止低低电平截止截止截止导通导通导通高(4)假设我们在输入信号加上方波信号之后, 输入信号就会不断在高低电平下跳变,那么T1,T2,T6,T4,T5,T3,U2的状态,就会不断的在导通和截止之间进行切换,那么电机就会在正转和反转之间进行切换。在这种
37、情况下,我们理论上要求两组控制信号完全 互补的信号波形,具体见如图所示:图3-7 信号波形(5)电机,其实里面最主要的就是线圈,因为是线圈,那么在外加电场变化的情况下,线圈必然会产生电动势来反抗电路里面的这种变化,在电路设计中为了能够给这种的反向电动势提供导通的回流,我们均在控制三极管的发射级和集电极并接了续流二极管,电机的驱动电流不仅可以通过主开关管流通,而且还可以通过续流二极管流通,当电机处于制动状态时,电机便产生了反向电动势,电机内部的转子电流必须通过续流二极管流通形成具有电位差的回路,否则电机就会发热,严重时烧毁。(6)上面的分析,我们的高低电平的跳变,是建立在理论基础上的,
38、但实际上还在数字电路里面,电平的变换,是需要一定时间的,这时因为所有的晶体管都是有PN节组成,PN节只有在外加电场到达一定程度之后在发生变化(PN节有势垒电压)。我们从模拟电路的角度来看数字电路,也就是这个数字电路所存在的实际问题之所在,正是因为信号变化所存在的滞后效应问题。可能在H桥里面电路动作所需要的时间,实际上就是我们电路的滞后效应,由于每个元件都存在导通和截止的时间问题,所以理论上要求的绝对互补控制逻辑 在实际电路里面就存在死区的问题。比如在,T1,T2,T6导通的时候,而T4,T5,T3,U2也导通中,那么在这个时候就存在交错的问题。如下图所示:图3-7 电流走向图图3-8
39、 导通图因此,为了避免交错直通短路问题,必须要保证每个开关管动作之间的同步性和协同性,两组控制的信号在理论上必须要求互为倒相的关系,而实际上却要相差一个足够的死区时间。这个死区的问题,H桥设计电路所设计的关键问题。解决死区问题,可以通过硬件的方式实现,在电路出现死区以后做电流缓存协防回流,保证在前一个状态下的电流泄放完成以后,切换到后面一个状态的电流状态下。也可以通过软件的方式实现,及就是在两个通路里面分别增加控制两组信号直接增加延迟,通过延迟来解决死去问题。3.4 H桥设计电路经常遇到的问题(1) 开关管的选择对驱动电路的影响很大,开关管的选择宜遵循以下原则:(1)关断
40、时间和开关管的开通应尽可能要小;(2)由于驱动电路是功率输出,要求开关管输出功率较大;(3)由于电机使用的电源电压要求不高,因此开关管的饱和压降应该尽量小。在实际的制作中,我们选用大功率的达林顿管TIP122和场效应管IRF530,效果都相对较好,为了使电路更简化,建议使用集成有桥式电路要求的电机专用驱动芯片,性能会比较稳定和可靠。(2)因为电机在正常运转的时侯对电源的干扰会很大,如果只用一个电源时会影响其他的电路正常工作,所以我们选择使用双电源来供电。专门用一组电源用来给电机的驱动电路提供电源。在电机驱动部分和控制部分之间用光耦隔开,避免影响控制部分电源的质量,并且在达林顿管的基极加三极管的
41、驱动,可以给达林顿管供应足够大的基极电流。3.5解决死区舜时短路问题的办法从前面的电路分析中可得,在桥式驱动的电路中,由于开关管有关断和开通时间,因此存在上桥臂和下桥臂直通短路的问题。直通短路的存在,会使开关管发热,严重的时候会烧毁开关管,这时也增加了开关管的能量损耗,浪费了电源的能量。因为现在的集成驱动芯片内部已经内置了死区保护,这里主要介绍的是利用开关管等分立元件以及没有死区保护的集成芯片制作驱动电路时增加死区的方法。对于死区时间的问题,只有在正转变为反转的时候才会存在,而在正转启动和反转启动的时候并没有存在,因此不需要改正。如果开关管的关断和开通时间非常小,或者在硬件电路中增加延时环节,
42、都可以降低开关管的发热和损耗。当然,通过软件避免直通短路是最好的办法,它的操作比较简单,控制很灵活。通过软件去实现死区时间,就是在突然换向时,放入一个延时的环节,等待开关管关断之后,再开通应该去开通的开关管。在开关管每次要换向的时候,不会立即进行方向的切换,而是要先使开关管关断一段时间,会使其完全关断后再换向打开另外的开关管。这个关断时间会由软件延时实现。4 结论4.1电路设计在电路设计方面,比如在布局中做到科学的摆放元器件,怎样布线可以使得电路看起来更美观,工作效率更好,刚开始,我自己设计了一个电路,但是经过仿真,电路总是不能通过,出现了很多问题,后来在老师的帮助下,吸取了电路走不通的原因,终于做出了比较完整的电路,并成功运行。4.2 仿真设计在仿真PWM电路时,我遇到了比较多的问题,其中包括每个元器件的功能,元器件在整个电路中起到的作用,在刚开始仿真时,我所设计的电路波形比较糟糕,不论怎么调试,都达不到本身设计的方波图样,而是参差不齐的波形,后来经过老师的讲解,我把有些不必要的元器件去掉,用别的元器件代替,改变了个别元器件的参数,并用上了大功率的三极管。经过不断的调试,终于调试出了正确的方波波形。4.3 电路焊接因为在大学课程中,我学习过电路焊接,所以在焊接电路方面没有很大的问题,但是还是出现了一些毛病,刚开始往PCB板上完插元件后,准备焊接的时候,发现有
温馨提示
- 1. 本站所有资源如无特殊说明,都需要本地电脑安装OFFICE2007和PDF阅读器。图纸软件为CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.压缩文件请下载最新的WinRAR软件解压。
- 2. 本站的文档不包含任何第三方提供的附件图纸等,如果需要附件,请联系上传者。文件的所有权益归上传用户所有。
- 3. 本站RAR压缩包中若带图纸,网页内容里面会有图纸预览,若没有图纸预览就没有图纸。
- 4. 未经权益所有人同意不得将文件中的内容挪作商业或盈利用途。
- 5. 人人文库网仅提供信息存储空间,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对用户上传分享的文档内容本身不做任何修改或编辑,并不能对任何下载内容负责。
- 6. 下载文件中如有侵权或不适当内容,请与我们联系,我们立即纠正。
- 7. 本站不保证下载资源的准确性、安全性和完整性, 同时也不承担用户因使用这些下载资源对自己和他人造成任何形式的伤害或损失。
最新文档
- 2025年度文化产业发展基金担保合同范本3篇
- 个人融资借款利息合同样本版B版
- 专用实验仪器采购合同范本2024版B版
- 高等职业学校办学条件重点监测指标
- 2025年海南鲜品品牌IP授权与开发合同3篇
- 2024年适用最高限额担保合同范本一
- 福建省南平市松溪县郑墩中学2020-2021学年高二数学理月考试题含解析
- 2024年沥青物资采购协议样本版
- 2024年项目借调人员合同集
- 2024年物业服务管理合同标的说明
- 2024年10月自考04532财务会计专题试题及答案含解析
- 医院行政人员礼仪培训
- 暨南大学珠海校区财务办招考财务工作人员易考易错模拟试题(共500题)试卷后附参考答案
- 羊水少治疗护理查房
- DB21-T 3874-2023 海水鱼工厂化循环水养殖池设计规范
- DB43T 523-2010 蕹菜栽培技术规程
- 2024年全国统一高考英语试卷(新课标Ⅰ卷)含答案
- OQC培训资料教学课件
- 2024年8月CCAA国家注册审核员OHSMS职业健康安全管理体系基础知识考试题目含解析
- 防溺水课件教学课件
- 专题05 阅读-2023-2024学年六年级英语寒假专项提升(人教PEP版)
评论
0/150
提交评论