电动自行车调速系统的设计

1、电动自行车调速系统的设计第一章引言电动车的发展史比燃油汽车更长，世界上第一辆机动车就是电动车。后来，由于燃油汽车技术的迅速发展，而电动车在能源技术和行驶里程的研制上长期未能取得突破，从 20 世纪 20 年代初至 60 年代末，电动车的发展进入了一个沉寂期。 进入 70 年代以来，由于中东石油危机的爆发以及人类对自然环境的日益关注， 电动车才再度成为技术发展的热点。近几十年来，主要工业化国家为电动车的开发投入了大量的人力和财力，电动车的各项相关技术也取得了重大的进展。尽管电动车在能源和行驶里程的研制方面，至今尚未取得突破性的进展， 但是电动车的美好前景仍然激励着人们锲而不舍地开发新型电动车，改

2、善其性能处于世纪之交的今天，能源和环境对人类的压力越来越大，要求尽快改善人类生存环境的呼声越来越高。为了适应这个发展趋势，世界各国的政府、学术界、工业界正在加大对电动车开发的投资力度，加快电动车的商品化步伐。虽然目前电动车在能源和行驶里程方面还未能尽如人意，但已足以满足人们的基本需要。从技术发展的角度来看，在走过了漫长而艰难的发展历程之后，电动车正面临着重大的技术突破，有望成为21世纪的重要交通工具。现代电动车是融合了电力、电子、机械控制、材料科学以及化工技术等多种高新技术的综合产品。整体的运行性能、经济性等首先取决于电池系统和电机驱动控制系统。电动车的电机驱动系统一般由4 个主要部分组成，即

3、控制器、功率变换器、电动机及传感器。目前电动车中使用的电动机一般有直流电动机、感应电动机、开关磁阻电动机以及永磁无刷电动机等。1第二章系统要求2.1电动车对电动机的基本要求电动车的运行，与一般的工业应用不同，非常复杂。因此，对驱动系统的要求是很高的。2.1.1电动车用电动机应具有瞬时功率大，过载能力强、过载系数应为(3 4) ，加速性能好，使用寿命长的特点。2.1.2电动车用电动机应具有宽广的调速范围，包括恒转矩区和恒功率区。在恒转矩区，要求低速运行时具有大转矩，以满足起动和爬坡的要求；在恒功率区，要求低转矩时具有高的速度，以满足车在平坦的路面能够高速行驶的要求。2.1.3电动车用电动机应能够

4、在车减速时实现再生制动，将能量回收并反馈回蓄电池，使得电汽车具有最佳能量的利用率，这在内燃机的摩托车上是不能实现的。2.1.4电动车用电动机应在整个运行范围内，具有高的效率，以提高1 次充电的续驶里程。另外还要求电动车用电动机可靠性好，能够在较恶劣的环境下长期工作，结构简单适应大批量生产，运行时噪声低，使用维修方便，价格便宜等。2.2鉴于电动车对电动机的基本要求采用永磁无刷直流电动机。2.2.1 永磁无刷直流电动机的基本性能。永磁无刷直流电动机是一种高性能的电动机。它的最大特点就是具有直流电动机的外特性而没有刷组成的机械接触结构。加之，它采用永磁体转子，没有励磁损耗：发热的电枢绕组又装在外面的

5、定子上，散热容易，因此，永磁无刷直流电动机没有换向火花，没有无线电干扰， 寿命长，运行可靠， 维修简便。此外，它的转速不受机械换向的限制，如果采用空气轴承或磁悬浮轴承，可以在每分钟高达几十万转运行。永磁无刷直流电动机机系统相比具有更高的能量密度和更高的效率，在电动车中有着很好的应用前景。2.2.2永磁无刷直流电动机的控制系统。典型的永磁无刷直流电动机是一种准解耦矢量控制系统，由于永磁体只能产生固定幅值磁场，因而永磁无刷直流电动机系统非常适合于运行在恒转矩区域，一般采用电流滞环控制或电流反馈型SPWM法来完成。为进一步扩充转速，永磁无刷直流电动机也可以采用弱磁控制。弱磁控制的实质是使相电流相位角

6、超前，提供直轴去磁磁势来削弱定子绕组中的磁链。2.2.3 永磁无刷直流电动机的不足。永磁无刷直流电动机受到永磁材料工艺的影响和限制，使得永磁无刷直流电动机的功率范围较小，最大功率仅几十千瓦。永磁材料在受到振动、高温和过载电流作用时，其导磁性能可能会下降或发生退磁现象，将降低永磁电动机的性能，严重时还会损坏电2动机，在使用中必须严格控制， 使其不发生过载。 永磁无刷直流电动机在恒功率模式下，操纵复杂，需要一套复杂的控制系统，从而使得永磁无刷直流电动机的驱动系统造价很高。第三章总体规划对于电动自行车控制系统设计主要有三个方面：一、控制电路的设计；二、传感器3选择以及安放设计；三、显示电路的设计；四

7、、程序设计。从总的方面来考虑，传感器的使用应该尽量减少单片机的信号处理量，但是又必须能使车行驶自如。控制电路要根据选用的电机和传感器来设计，主要考虑稳定性，抗干扰性。控制核心采用51 单片机，控制系统与电路用光耦完全隔离以避免干扰。控制上采用分时复用技术，仅用一块单片机就实现了信号采集，电机控制和转速显示。如图3-1 所示控制电路直流电动机驱动单片机显示部分转速传感器图 3-1电动自行车的基本原理是：由蓄电池提供电能，电动机驱动自行车。第四章电路设计控制电路主要有电源电路、电机驱动电路、单片机接口电路、显示电路四个部分。考虑到电机的起动电流和制动时比较大，会造成电源电压不稳定容易对单片机和传感

8、器4的工作产生干扰，所以，电机驱动电路和单片机以及传感器电路用光耦隔离。传感器的电源直接使用 24V蓄电池，单片机的电源则通过三端稳压器78L05 将 24V电源转换到 5V。41 电源电路24V 直流电源经三端稳牙器74L05 输出即为单片机所要求的+5V 电源。电路中接入电容 C1、C2 是用来实现频率补偿的，可防止稳压器产生高频自激振荡并抑制电路引入的高频干扰。大容量的 C3 是电解电容，以减小稳压电源输出端由输入电源引入的低频干扰。D 是保护二极管，当输入端意外短路时，给输出电容器C3 一个放电通路，防止C3 两端电压作用于调整管的be 结，造成调整管be 结击穿而损坏。三端稳压器78

9、L0531Vin+5VC3DNG24VC1C210F5V0.33 F0.33 F2图 4-1-142 显示电路显示部分采用单片机串口通讯，以节省单片机的端口，单片机通过中断的方式为显示服务。直流电动机的额定转速为190 转每分大约需要三位数码显示。驱动器采用74LS164串接 510 欧的限流电阻。见图 4-2-1 43 控制电路打开系统电源后由电位器控制电动机转速，IN0-IN6 线上那一路模拟电压被转换成数字量由 ADDA-ADDC线上的地址决定。 ADDC0809内部“地址锁存与译码”电路便能把 IN0 线上模拟电压送入 8 位 A/D 转换器此时，若单片机使 STAR线处于高电平，则

10、ADC0809 便开始 A/D 转换，一旦 A/D 转换完成， ADC0809一方面把 A/D 转换后的数字量送入它的三态输出缓冲器另一方面又使 EOC线变为高电平向单片机提出中断请求。 单片机检测和响应该中断请求后就通过使 rd 非变为低电平而使 OE线变高，以便可以从 2-1 -2 -8 引线上取走 A/D 转换后的数字量。单片机根据 A/D 转换后的数字量输出相应的巨型脉冲信号。脉冲信号经 74LS245放大后经光电藕荷控制继电器。 见附图 4-3-1 。44 驱动电路及原理5下面主要对驱动电路进行一下介绍：电动自行车使用 24V直流电机， 对于这种小功率直流电机的调速方法一般有两种。一

11、种线性型：使用功率三极管作为功率放大器的输出控制直流电机。线性型驱动的电路结构和原理简单，成本低，加速能力强，但功率损耗大，特别是低速大转距运行时，通过电阻 R的电流大，发热厉害，损耗大。另一种脉宽调制型：脉宽调速（ PULSE WIDE MODULATION PWM）较常用的一种调速方式，这种调速方式有调速特性优良、调整平滑、调速范围广、过载能力大，能承受频繁的负载冲击，还可以实现频繁的无级快速启动、制动和反转的等优点。因此决定采用 PWM方式控制直流电机。永磁式直流电机脉宽调速原理 永磁式直流电动机电机转速由电枢电压 UD 决定，电枢电 UD越高电机转速越快，电枢电压 UD 降为 0V，电

12、机就停转。直流电机的具体调速过程是：先让它启动一段时间，然后切断电源，电动机因惯性而降速转动。在转速降到一定限度时使电动机再次接通电动机因此而再次加速。不断的给电枢两端送入脉动电压源（即脉动信号） 就可以使电动机的转速控制在指定的范围内。如图 4-4-1 所示：脉冲信号：tT转速：VMAXVDVMIN图 4-4-1VMAX为电动机的最大转速值。 VMIN为电动机的最小转速值。 VD为二者的平均值。 VD=D * VMAX 式中 D=t/T 称为占空比 D 越大 VD 就越大反之亦然。平均转速和电枢上的脉冲占空比 D之间的关系如 4-4-2 图：VD（平均速度）600.51 D（占空比）图 4-

13、4-2由图可知，平均转速与占空比并非完全的线性关系，但可以近似的看成是线性关系。因此电动机的平均转速VD就可以有占空比D加以控制。PWM调速分为双向式和单向式两种双向式：在一个脉冲周期内(T=Ta Tb) ，T1 和 T3 导通的时间为 Ta， T2 和 T4 导通的时间为 Tb，这样在 Ta 这段时间内，电机通过的是正向电流， 在 Tb 这段时间内为反相电流。当 Ta=Tb时电机停转， TaTb时电机正转， Ta Tb则电动机正转。通过改变 Ta 、Tb 的占空比即可改变转速。4.5 总电路图见附图 4-5-1 第五章主要器件性能及原理电动车的性能指标一般包括：驱动性能、驾驶性能、车载能源系

14、统性能三部份，其中驱动性能取决于电机功率因素，车载能源系统性能取决于电池的容量，驾驶性能指标主要包括：加速性能、最大爬坡性能、刹车性能及驾驶里程性能等驾驶模式，驾驶性能指标的优劣取决于控制系统驾驶模式的技术51 MCS-51 单片机内部结构8051 是 MCS-51系列单片机的典型产品，我们以这一代表性的机型进行系统的讲解。8051 单片机包含中央处理器、程序存储器(ROM)、数据存储器 (RAM)、定时 / 计数器、并行接口、串行接口和中断系统等几大单元及数据总线、地址总线和控制总线等三9大总线，现在我们分别加以说明：5.1.1 中央处理器中央处理器 (CPU)是整个单片机的核心部件，是8

15、位数据宽度的处理器，能处理8位二进制数据或代码， CPU负责控制、指挥和调度整个单元系统协调的工作，完成运算和控制输入输出功能等操作。5.1.2数据存储器 (RAM)8051 内部有 128 个 8 位用户数据存储单元和128 个专用寄存器单元，它们是统一编址的，专用寄存器只能用于存放控制指令数据，用户只能访问，而不能用于存放用户数据，所以，用户能使用的的RAM只有 128 个，可存放读写的数据，运算的中间结果或用户定义的字型表。5.1.3程序存储器 (ROM)8051 共有 4096 个 8 位掩膜 ROM，用于存放用户程序，原始数据或表格。5.1.4定时 / 计数器 (ROM)8051 有

16、两个 16 位的可编程定时 / 计数器，以实现定时或计数产生中断用于控制程序转向。5.1.5 并行输入输出 (I/O) 口8051 共有 4 组 8 位 I/O 口(P0、 P1 、 P2或 P3)，用于对外部数据的传输。5.1.6全双工串行口8051 内置一个全双工串行通信口， 用于与其它设备间的串行数据传送，该串行口既可以用作异步通信收发器，也可以当同步移位器使用。5.1.7中断系统8051 具备较完善的中断功能，有两个外中断、两个定时/ 计数器中断和一个串行中断，可满足不同的控制要求，并具有2 级的优先级别选择。5.1.8时钟电路8051 内置最高频率达12MHz的时钟电路，用于产生整个

17、单片机运行的脉冲时序，但8051 单片机需外置振荡电容。10单片机的结构有两种类型，一种是程序存储器和数据存储器分开的形式，即哈佛(Harvard) 结构，另一种是采用通用计算机广泛使用的程序存储器与数据存储器合二为一的结构，即普林斯顿 (Princeton) 结构。 INTEL 的 MCS-51系列单片机采用的是哈佛结构的形式，而后续产品 16 位的 MCS-96系列单片机则采用普林斯顿结构。下图是 MCS-51系列单片机的内部结构示意图。5.1.9MCS-51 的引脚说明MCS-51系列单片机中的8031、8051 及 8751 均采用 40Pin 封装的双列直接 DIP 结构，右图是它们

18、的引脚配置， 40 个引脚中，正电源和地线两根， 外置石英振荡器的时钟线两根，114 组 8 位共 32 个 I/O 口，中断口线与P3 口线复用。现在我们对这些引脚的功能加以说明： Pin20: 接地脚。 Pin40: 正电源脚，正常工作或对片内 EPROM烧写程序时，接 +5V电源。 Pin18: 时钟 XTAL2脚，片内振荡电路的输出端。8051 的时钟有两种方式， 一种是片内时钟振荡方式， 但需在 18 和 19 脚外接石英晶体(2-12MHz) 和振荡电容， 振荡电容的值一般取 10p-30p。另外一种是外部时钟方式， 即将 XTAL1接地，外部时钟信号从 XTAL2脚输入。 MCS

19、-51系列单片机中的 8031、8051 及8751 均采用 40Pin 封装的双列直接 DIP 结构，右图是它们的引脚配置， 40 个引脚中，正电源和地线两根， 外置石英振荡器的时钟线两根， 4 组 8 位共 32 个 I/O 口，中断口线与 P3 口线复用。现在我们对这些引脚的功能加以说明： Pin20: 接地脚。 Pin40: 正电源脚，正常工作或对片内 EPROM烧写程序时，接 +5V电源。 Pin19: 时钟 XTAL1脚，片内振荡电路的输入端。 Pin18: 时钟 XTAL2脚，片内振荡电路的输出端。8051 的时钟有两种方式， 一种是片内时钟振荡方式， 但需在 18 和 19 脚

20、外接石英晶体 (2-12MHz) 和振荡电容，振荡电容的值一般取 10p-30p。另外一种是外部时钟方式，即将 XTAL1接地，外部时钟信号从 XTAL2脚输入。输入输出 (I/O) 引脚：Pin39-Pin32 为 P0.0-P0.7 输入输出脚， Pin1-Pin1 为 P1.0-P1.7 输入输出脚， Pin21-Pin28 为 P2.0-P2.7 输入输出脚， Pin10-Pin17 为 P3.0-P3.7 输入输出脚，这些输入输出脚的功能说明将在以下内容阐述。Pin9:RESET/Vpd 复位信号复用脚，当8051 通电，时钟电路开始工作，在RESET引脚上出现 24 个时钟周期以上

21、的高电平，系统即初始复位。初始化后，程序计数器PC 指向0000H，P0-P3 输出口全部为高电平，堆栈指钟写入07H，其它专用寄存器被清“0”。RESET由高电平下降为低电平后，系统即从0000H地址开始执行程序。然而，初始复位12不改变 RAM（包括工作寄存器R0-R7）的状态， 8051 的初始态如下表：8051 的复位方式可以是自动复位， 也特殊功能寄存器初始态 特殊功能寄存器初始态可以是手动复位，见下图。此外，RESET/V 还是一复用脚，V 掉电其ACC00HB00Hpdcc间，此脚可接上备用电源，以保证单PSW00HSP07H片机内部 RAM的数据不丢失。DPH00HTH000H

22、5. 2 A/D转换芯片ADC0809芯片是最常用的 8 位模数转换器。 它的模数转换原理采用逐次逼进型， 芯片由单个 5V 电源供电，可以分时对 8 路输入模拟量进行 AD 转换，典型的 A D 转换时间为 100 微妙左右。在同类型产品中， ADC0809模数转换器的分辨率、转换速度和价位都属于居中位置。内部逻辑结构，如图5-2-1 所示。图 5-2-1 ADC0809 内部结构引脚功能说明：D7 D0：8 位数字量输出， AD转换结果。IN0 IN7：8 路模拟电量输入，可以是：0 5V或者 5V 5V 或者 10V+10V。+VREF：正极性参考电源。 VREF：负极性参考电源。13S

23、TART：启动 A D转换控制输入，高电平有效。CLK：外部输入的工作时钟，典型频率为500KHz。ALE：地址锁存控制输入，高电平开启接收3 位地址码，低电平锁存地址。CBA：3 位地址输入，其8 个地址值分别选中8 路输入模拟量 IN0IN7 之一进行模数转换。 C 是高位地址， A 是最低位地址。OE：数字量输出使能控制，输入高有效，输出A D转换结果 D7 D0。EOC：模数转换状态输出。当模数转换未完成时，EOC输出低电平；当模数转换完成时， EOC输出高电平。 EOC输出信号可以作为中断请求或者查询控制。Vcc：芯片工作电源 5V。GND：芯片接地端。53 永磁无刷直流电动机5.3

24、.1稀土永磁无刷直流电动机的基本工作原理无刷直流电动机由电动机主体和驱动器组成，是一种典型的机电一体化产品。动机的定子绕组多做成三相对称星形接法，同三相异步电动机十分相似。电动机的转子上粘有已充磁的永磁体，为了检测电动机转子的极性，在电动机内装有位置传感器。驱动器由功率电子器件和集成电路等构成，其功能是：接受电动机的启动、停止、制动信号，以控制电动机的启动、停止和制动；接受位置传感器信号和正反转信号，用来控制逆变桥各功率管的通断，产生连续转矩；接受速度指令和速度反馈信号，用来控制和调整转速；提供保护和显示等等。无刷直流电动机的原理简图如图5-3-1 所示图 5-3-114：主电路是一个典型的电

25、压型交 - 直- 交电路，逆变器提供等幅等频 5-26KHZ调制波的对称交变矩形波。永磁体 N-S 交替交换，使位置传感器产生相位差120 的 U、V、W方波，结合正 / 反转信号产生有效的六状态编码信号：101、100、110、010、 011、001，通过逻辑组件处理产生 T1-T4 导通、 T1-T6 导通、 T3-T6 导通、 T3-T2 导通、 T5-T2 导通、 T5-T4 导通，也就是说将直流母线电压依次加在A+B-、A+C-、B+C-、B+A-、C+A-、C+B-上，这样转子每转过一对 N-S 极， T1-T6 功率管即按固定组合成六种状态的依次导通。每种状态下，仅有两相绕组通

26、电， 依次改变一种状态， 定子绕组产生的磁场轴线在空间转动60电角器 U、V、W按约定产生一组新编码，新的编码又改变了功率管的导通组合，使定子绕组产生的磁场轴再前进 60电角度， 如此循环，无刷直流电动机将产生连续转矩， 拖动负载作连续旋转。正因为无刷直流电动机的换向是自身产生的，而不是由逆变器强制换向的，所以也称作自控式同步电动机。无刷直流电动机的位置传感器编码使通电的两相绕组合成磁场轴线位置超前转子磁场轴线位置，所以不论转子的起始位置处在何处，电动机在启动瞬间就会产生足够大的启动转矩，因此转子上不需另设启动绕组。由于定子磁场轴线可视作同转子轴线垂直，在铁芯不饱和的情况下，产生的平均电磁转矩

27、与绕组电流成正比，这正是他励直流电动机的电流 - 转矩特性。电动机的转矩正比于绕组平均电流：Tm=KtIav （ N m）电动机两相绕组反电势的差正比于电动机的角速度：ELL=Ke （ V）所以电动机绕组中的平均电流为：Iav= （Vm-ELL） /2Ra （A）其中， Vm= VDC是加在电动机线间电压平均值，VDC是直流母线电压，是调制波的占空比， Ra为每相绕组电阻。由此可以得到直流电动机的电磁转矩：Tm=（ VDC Kt/2Ra ） -Kt （ Ke/2Ra）15Kt 、Ke 是电动机的结构常数，为电动机的角速度（rad/s ），所以，在一定的时，改变占空比，就可以线性地改变电动机的电

28、磁转矩，得到与他励直流电动机电枢电压控制相同的控制特性和机械特性。无刷直流电动机的转速设定，取决于速度指令Vc 的高低，如果速度指令最大值为+5V对应的最高转速： Vc（max）n max，那么， +5V以下任何电平即对应相当的转速n，这就实现了变速设定。当 Vc 设定以后，无论是负载变化、电源电压变化，还是环境温度变化，当转速低于指令转速时，反馈电压 Vfb 变小，调制波的占空比就会变大，电枢电流变大，使电动机产生的电磁转矩增大而产生加速度， 直到电动机的实际转速与指令转速相等为止；反之，如果电动机实际转速比指令转速高时，减小， Tm减小，发生减速度，直至实际转速与指令转速相等为止。可以说，

29、无刷直流电动机在允许的电压波动范围内，在允许的过载能力以下， 其稳态转速与指令转速相差在 1%左右，并可以实现在调速范围内恒转矩运行。由于无刷直流电动机的励磁来源于永磁体， 所以不象异步机那样需要从电网吸取励磁电流；由于转子中无交变磁通，其转子上既无铜耗又无铁耗，所以效率比同容量异步电动机高 10%左右，一般来说，无刷直流电动机的力能指针（ cos）比同容量三相异步电动机高 12%-20%。电动机采用无锡市日驰电机有限公司生产的永磁无刷直流电动机型号额定电压（ V）额定转速（ r/min)额定功率（ W）效率（ %）SWX006241901407454 三端式稳压器 78L05 三端式稳压器7

30、8L05 的工作原理16图 5-4-1电路如图 5-4-1 所示，三端式稳压器由启动电路、基准电压电路、取样比较放大电路、调整电路和保护电路等部分组成。下面对各部分电路作简单介绍。5.4.1 启动电路在集成稳压器中，常常采用许多恒流源，当输入电压V1 接通后，这些恒流源难以自行导通，以致输出电压较难建立。因此，必须用启动电路给恒流源的BJT T4、T5 提供基极电流。启动电路由T1、T2、DZ1 组成。当输入电压V1 高于稳压管 DZ1 的稳定电压时，有电流通过 T1、 T2 ，使 T3 基极电位上升而导通，同时恒流源T4、T5 也工作。 T4 的集电极电流通过 DZ2以建立起正常工作电压，

31、当 DZ2 达到和 DZ1 相等的稳压值， 整个电路进入正常工作状态，电路启动完毕。与此同时，T2 因发射结电压为零而截止，切断了启动电路与放大电路的联系，从而保证T2 左边出现的纹波与噪声不致影响基准电压源。5.4.2 基准电压电路基准电压电路由T4、DZ2、 T3 、R1、R3 及 D1、D2 组成，电路中的基准电压为式中 VZ2 为 DZ2 的稳定电压， VBE为 T3、D1、D2 发射结（ D1、D2 为由发射结构成的二极管）的正向电压值。在电路设计和工艺上使具有正温度系数的R1 、R2 、DZ2 与具有负温度系数的T3 、D1、D2 发射结互相补偿，可使基准电压VREF基本上不随温度

32、变化。同时，对稳压管DZ2采用恒流源供电，从而保证基准电压不受输入电压波动的影响。5.4.3 取样比较放大电路和调整电路。这部分电路由T4T11 组成，其中 T10、T11 组成复合调整管； R12、R13 组成取样电路；T7 、T8 和 T6 组成带恒流源的差分式放大电路；T4、T5 组成的电流源作为它的有源负载。T9 、R9 的作用说明如下：如果没有T9、R9，恒流源管 T5 的电流 I C5=I C8+I B10，当调整管满载时 I B10最大，而 I C8最小；而当负载开路时 I O=0，I B10 也趋于零，这时 I C5几乎全部流入 T8 ，使得 I C8的变化范围大， 这对比较放

33、大电路来说是不允许的， 为此接入由 T9 、R9 级成的缓冲电路。当 I O减小时， I B10 减小， I C8 增大，待 I C8增大到0.6V 时，则 T9 导通起分流作用。这样就减轻了T8 的过多负担使 I C8的变化范围缩小。5.4.4 减流式保护电路减流式保护电路由T12、R11、R15、R14 和 DZ3、 DZ4 组成， R11 为检流电阻。保护的目的主要是使调整管（主要是 T11）能在安全区以内工作， 特别要注意使它的功耗不超过额定值17PCM。首先考虑一种简单的情况。 假设图 1 中的 DZ3、DZ4 和 R14 不存在， R15 两端短路。这时，如果稳压电路工作正常，即P

34、CPCM并且输出电流 I O在额定值以内，流过R11 的电流使=I OR110.6V 时，使 T12 管导通。由于它的分流作用，减小了 T10 的基极电流，从而限制了输出电流。这种简单限流保护电路的不足之处是只能将输出电流限制在额定值以内。由于调整管的耗散功率PCM=I CVCE，只有既考虑通过它的电流和它的管压降 VCE值，又使 PC（VZ3+ VZ4），则 DZ3、DZ4击穿，导致 T12 管发射结承受正向电压而导通。 VBE12的值为经整理后得显然，（VI VO）越大，即调整管的 VCE值越大，则 I O越小，从而使调整管的功耗限制在允许范围内。由于 I O的减小，故上述保护称为减流式保

35、护。5.4.5 过热保护电路过热保护电路电路由DZ2、T3、T14 和 T13 组成。在常温时， R3 上的压降仅为 0.4V 左右，T14、T13 是截止的，对电路工作没有影响。当某种原因（过载或环境温升）使芯片温度上升到某一极限值时， R3 上的压降随 DZ2 的工作电压升高而升高，而 T14 的发射结电压 VBE14 下降，导致 T14 导通， T13 也随之导通。调整管 T10 的基极电流 I B10 被 T13 分流，输出电流 I O 下降，从而达到过热保护的目的。电路中 R10 的作用是给 T10 管的 I CEO10和 T11 管的 I CBO11一条分流通路，以改善温度稳定性。

36、值得指出的是：当出现故障时，上述几种保护电路是互相关联的。图 5-4-2三端稳压器的典型接法18图 5-4-2 是应用 78L05 输出固定电压 VO 的典型电路图。正常工作时，输入、输出电压差应大于 2 3V。电路中接入电容 C1 、C2 是用来实现频率补偿的，可防止稳压器产生高频自激振荡并抑制电路引入的高频干扰。 C3 是电解电容，以减小稳压电源输出端由输入电源引入的低频干扰。 D是保护二极管，当输入端意外短路时，给输出电容器 C3 一个放电通路，防止 C3 两端电压作用于调整管的 be 结，造成调整管 be 结击穿而损坏。三端稳压器的参数参 数单位7805输出电压范围V4.85.2最大输

37、入电压V35最大输出电流A1.5V0(I0 变化引起 )mV100(I0=5mA1.5A)V0(Vi 变化引起 )mV50(Vi=725V) V0( 温度变化引起 ) mV/ 0.6(I0=500mA)器件压降 (Vi-V0)V22.5(I0=lA)偏置电流mA6输出电阻m1719输出噪声电压V40(10100kHz)55 集成转速传感器KMI15-1集成转速传感器具有灵敏度高、测量范围宽、抗干扰能力强、外围电路简单等优点，是传统的分立式转速传感器的升级换代产品。下面是 KMI15系列磁阻式集成转速传感器的工作原理与典型应用。转速属于常规电测参数。 测量转速时经常采用磁阻式传感器或光电式传感器

38、进行非接触性测量，传统的磁阻式传感器是由磁钢、线圈等分立元件构成的，亦可用耳塞机改装而成。但这种传感器存在一些缺点：第一，灵敏度低，传感器与转动齿轮的最大间隙（亦称磁感应距离）只有零点几毫米；第二，在测量高速旋转物体的转速时，因安装不牢固或受机械振动，容易与齿轮发生碰撞，安全性较差；第三，这种传感器所产生的是幅度很低且变化缓慢的模拟电压信号，因此，需要经过放大、整形后变成沿口陡直的数字频率信号，才能送给数字转速仪或数字频率计测量转速，而且外围电路比较复杂；第四，它无法测量非常低（接近于零）的转速，因为这时磁阻式传感器可能检测不到转速20信号。目前，转速传感器正朝着高灵敏度、高可靠性和全集成化的

39、方向发展5.5.1型传感器的性能特点芯片内含高性能磁钢、磁敏电阻传感器和。它利用来完成信号变换功能，其输出的电流信号频率与被测转速成正比，电流信号的变化幅度为。由于其外围电路比较简单，因而很容易配二次仪表测量转速。器件的测量范围宽，灵敏度高，它的齿轮转动频率范围是，而且即使在转动频率接近于零时，它也能够进行测量。传感器与齿轮的最大磁感应距离为（典型值） ，由于与齿轮相距较远，因此使用比较安全。该传感器抗干扰能力强，同时具有方向性，它对轴向振动不敏感。另外，芯片内部还有电磁干扰（）滤波器、电压控制器以及恒流源，从而保证了其工作特性不受外界因素的影响。的体积较小，其最大外形尺寸为，能可靠固定在齿轮

40、附近。采用电源供电（典型值） ，最高不超过。工作温度范围宽达。工作原理型集成转速传感器的外形如图所示，它的两个引脚分别为（接电源端）和（方波电流信号输出端）。为使信号变换器处于较低21的环境温度中，设计时专门将与传感元件分开，以改善传感器的高温工作性能。该传感器的简化电路如图所示。其内部主要包括以下六部分：磁敏电阻传感器；前置放大器；施密特触发器；开关控制式电流源；恒流源；电压控制器。实际上，该传感器是由只磁敏电阻构成的一个桥路，可固定在靠近齿轮的地方，其测量原理如图所示。当齿轮沿轴方向转动时，由于气隙处的磁力线发生变化，磁路中的磁阻也随之改变，从而可在传感器上产生电信号。此外，该传感器具有很强的方向性，它对沿轴转动的物体十分敏感，而对沿轴方向的振动或抖动量很不敏感。这正是测量转速所需要的。工作时，传感器产生的电信号首先通过滤波器滤除高频电磁干扰，然后经过前置放大器，再利用施密特触发器进行整形以获得控制信号，并将其加到开关控制式电流源的控制端。的输出电流