继电器及电机驱动技术

1、驱动电流较大时，应使用光耦进行隔离驱动电流较大时，应使用光耦进行隔离（1）用）用7406 、7407、ULN2003/ULN2803等等（2）光耦驱动）光耦驱动（3）光耦）光耦2003图图3.1继电器的续流二极管继电器的续流二极管直流继电器泄流直流继电器泄流图3.1 继电器的续流二极管驱动电流较大时，应使用光耦进行隔离驱动电流较大时，应使用光耦进行隔离驱动方法：驱动方法：（1）用）用7406 、7407、ULN2003/ULN2803等等（2）光耦驱动）光耦驱动（3）光耦）光耦2003直流继电器驱动直流继电器驱动供电电压：供电电压：+5V、6V、9V、12V、24V电流：几电流：几几十几十mA

2、适用于驱动少路适用于驱动少路图3.2 ULN2003/ULN2004的内部结构输出端C输入端BVCCVDD74061）二极管的作用）二极管的作用2）限流电阻）限流电阻R1的计的计算算VCCVDDVXX200374062003内部含有续流二极管内部含有续流二极管（1）三级管扩流后驱动）三级管扩流后驱动由于大继电器导通和关断时都会产生较大的电磁干扰，所以使用三极管扩由于大继电器导通和关断时都会产生较大的电磁干扰，所以使用三极管扩流后驱动大继电器应考虑光电隔离流后驱动大继电器应考虑光电隔离 VCVCC7406+5VR1图3.3 大继电器的中继驱动小型或微型继电器的触点可以选择一组或两组触点，触点小型

3、或微型继电器的触点可以选择一组或两组触点，触点形式也有多种可选，但以形式也有多种可选，但以1Z或或2Z为多见。为多见。1Z触点指一组触点指一组二个触点的触点形式，一个为二个触点的触点形式，一个为常开触点常开触点，另一个为，另一个为常闭触常闭触点点。2Z触点则有两组触点则有两组1Z触点。这样就更方便硬件设计。图触点。这样就更方便硬件设计。图3.3为使用中继方式连接大继电器的电路，其中小继电器带为使用中继方式连接大继电器的电路，其中小继电器带有两组有两组Z型触点型触点(即即2Z)，使用了一组，另一组可派作它用。，使用了一组，另一组可派作它用。两组触点也可两组触点也可并联并联连接，以连接，以增大触点

4、电流增大触点电流。 （3）固态继电器驱动）固态继电器驱动 、如双向可控硅、如双向可控硅图3.4 某型固态继电器外形整形放大负载直流电源直流电源VC光电隔离部件、达林顿晶体管或可控硅驱动器、续流保护电路及散热部件光电隔离部件、达林顿晶体管或可控硅驱动器、续流保护电路及散热部件用于用于直流大功率驱动直流大功率驱动场合，如直流电机、直流电磁阀、步进电机、场合，如直流电机、直流电磁阀、步进电机、 大功率继电器等大功率继电器等注意：不能超过额定电压和额定电流注意：不能超过额定电压和额定电流控制电压：控制电压：315V控制电流：控制电流：230mA通断时间：0.2mS负载电压负载电压：12400V最大负载

5、电流最大负载电流：5A通态压降：=2倍倍的负载额定电流的负载额定电流 交流电机负载交流电机负载空载启动，电流等级应按空载启动，电流等级应按45倍倍的负载额的负载额定电流选取，否则按定电流选取，否则按67倍倍选取选取 其他感性负载其他感性负载按按45倍倍的负载额定电流选取的负载额定电流选取 过流保护过流保护快速熔断器和空气开关快速熔断器和空气开关5）交流固态继电器的发热与散热交流固态继电器的发热与散热当固态继电器的功率损耗较大时，必须考虑固态继电器的散热。当固态继电器的功率损耗较大时，必须考虑固态继电器的散热。是否需加散热装置与固态继电器的工作电流、封装形式、工作是否需加散热装置与固态继电器的工

6、作电流、封装形式、工作环境等因素有关。环境等因素有关。10A以下以下的固态继电器通常不需要加装散热的固态继电器通常不需要加装散热块。块。PWM波波（1）光电隔离器）光电隔离器+大功率场效应管（功率晶体管大功率场效应管（功率晶体管/IGBT）（2）固态继电器）固态继电器（3）专用接口芯片）专用接口芯片价格比较贵价格比较贵（4）专用接口板）专用接口板用于用于STD或或PC总线控制机系统总线控制机系统1）用功率晶体管驱动直流电机）用功率晶体管驱动直流电机注意结构，驱动电流较小时，注意结构，驱动电流较小时，Q2也可用单极管；也可用单极管； 用于电感负载时，可不加续流二极管用于电感负载时，可不加续流二极

7、管D2, D1用于加快功率管的截止用于加快功率管的截止速度。速度。用达林顿晶体管功率模块驱动用达林顿晶体管功率模块驱动直接驱动直接驱动图3.13 达林顿晶体管驱动模块图3.14功率晶体管模块的直接驱动用带光电隔离功率晶体管模块直接驱动电机用带光电隔离功率晶体管模块直接驱动电机由于由于TLP521的集电极的集电极-发射极耐压为发射极耐压为55V，所以当，所以当VCCX大于大于55V时，时，该电路还应加限压电路。方法一是给驱动管该电路还应加限压电路。方法一是给驱动管Q1的发射极加独立电源，通的发射极加独立电源，通常常12V即可；当即可；当VCCX不很高时，也可用稳压二极管稳压不很高时，也可用稳压二

8、极管稳压 VCCVCCXP107406MTLP521-1R1R2R3R4VCQ1Q2图图3.15 功率晶体管模块直接驱动功率晶体管模块直接驱动耐压值为55V2）用大功率场效应管驱动直流电机）用大功率场效应管驱动直流电机VCCVCP10IRFZ407406VCCXM+27VVCCVCP1.2P1.1P10IRF640大功率场效应管加大功率场效应管加OC门驱动直流电机门驱动直流电机提高驱动电压,Q1导通条件：高电平为提高开关速度加推挽电路图3.16 场效应晶体管的驱动图3.17 场效应晶体管的推挽驱动3）用继电器驱动直流电机）用继电器驱动直流电机+5VDC-SSRR1P1.0VCCXM图3.18

9、三菱七路IGBT模块PM100RSE60外形（1）大功率、极高的耐压、极高的过载能力）大功率、极高的耐压、极高的过载能力（2）开关速度高）开关速度高（3）导通电阻极小）导通电阻极小（4）封装尺寸小、许多器件还集成了多种保护措施）封装尺寸小、许多器件还集成了多种保护措施（5）对驱动电路的要求比较高，需专门的驱动器）对驱动电路的要求比较高，需专门的驱动器绝缘栅双极型晶体管绝缘栅双极型晶体管U,V,W为输出UP,VP,WP为输入图3.19 PM100RSE60功能框图1、IGBT对驱动电路的要求对驱动电路的要求（1）驱动电路与）驱动电路与IGBT连线要尽量短连线要尽量短由于由于IGBT与场效应晶体管

10、都是电压驱动的，都具有一个与场效应晶体管都是电压驱动的，都具有一个2.55V的阈值电压，有的阈值电压，有一个容性输入阻抗，因此一个容性输入阻抗，因此IGBT对栅极电荷非常敏感，所以驱动电路必须稳定可对栅极电荷非常敏感，所以驱动电路必须稳定可靠；要保证有一条低阻抗值的放电回路，即驱动电路与靠；要保证有一条低阻抗值的放电回路，即驱动电路与IGBT的连线要尽量短的连线要尽量短 （2）驱动电压）驱动电压前后沿要足够陡前后沿要足够陡必要时应使用施密特触发器整形，使必要时应使用施密特触发器整形，使IGBT的开关损耗尽量小的开关损耗尽量小 （3）正驱动电源一般选取为）正驱动电源一般选取为12V20V，关断可

11、加一负偏压，关断可加一负偏压受受IGBT的的GE间最大反向耐压限制，可取间最大反向耐压限制，可取0 -10V （4）驱动电路与控制电路必须隔离）驱动电路与控制电路必须隔离IGBT在电力电子设备中多用于在电力电子设备中多用于 高压场合高压场合2、IGBT智能功率模块智能功率模块（1）MIG400J101H（2路）路） 用于控制用于控制直流电机直流电机控制控制（2）PM100RSE060（7路）路） 多用于多用于交流电机交流电机控制，也可用于直流电机控制，也可用于直流电机 集成了驱动和保护电路，使用时只需用光隔驱动即可集成了驱动和保护电路，使用时只需用光隔驱动即可VIN输入低电平时，输入低电平时，

12、IGBT 导通导通 高电平时，高电平时，IGBT截止截止MIG400J101H（2路）路）图图2.23 带驱动的带驱动的2路路IGBT模块模块MIG400J101H的测试电路的测试电路图图2.24 7路路IGBT功率模块功率模块PM100RSE060的应用电路的应用电路（三相交流电（三相交流电机变频控制）机变频控制）135462UVWPNV1V3V5V2V6V4EXB850、851EXB840、841图3.20 东芝EXB系列IGBT驱动器过电流保护电路过电流保护电路图3.21 EXB850驱动IGBT实例*1：快恢复二极管*2：光耦隔离电源过流检测输出驱动信号双绞线*2 TLP521或等效电

13、路3、IGBT模块使用注意事项模块使用注意事项（1）IGBT模块的选定模块的选定 模块额定电压按工作电压的模块额定电压按工作电压的3倍左右选择倍左右选择交流交流220V整整流后供电的场合，宜选用流后供电的场合，宜选用600V模块，交流模块，交流380V整流后供电的场合，宜选用整流后供电的场合，宜选用1200V模块模块 电流按最大静态电流选择，适当留有余量电流按最大静态电流选择，适当留有余量（2）防止静电）防止静电 VGE的耐压值的耐压值 20V在模块的栅极在模块的栅极-发射极之间发射极之间(G-E端端)加上加上超出耐压值的电压会导致器件永久损坏，使用时务必注意。超出耐压值的电压会导致器件永久损

14、坏，使用时务必注意。 （1） H桥直流电机正反转控制电路桥直流电机正反转控制电路（2）正负供电直流电机正反转控制电路）正负供电直流电机正反转控制电路（3）使用继电器换向电路）使用继电器换向电路用于电机停转时换向用于电机停转时换向功率驱动模块可以是功率驱动模块可以是达林顿晶体管、功率场效应管或达林顿晶体管、功率场效应管或IGBT VCCVCP1.1P10IRF64027VV1V2V1V3V4图3.26 用两块双路IGBT模块构成H桥直流电机控制电路3.27 用用6路路IGBT模块的模块的H桥电桥电机控制电路图机控制电路图图图3.28正负供电直流电机正反转控制电路正负供电直流电机正反转控制电路图3

15、.29 继电器控制直流电机正反转电路功率驱动模块AM功率驱动模块B功率驱动模块C功率驱动模块D图3.25 H桥直流电机正反转控制电路图图3.30 直流电机直流电机PWM控制逻辑电路控制逻辑电路PWM脉冲正/反P1.0正转脉冲(V1、V4)反转脉冲(V2、V3)H桥单边上下模块的同时导通会在短时内烧毁功率模块，因此在正反转切换时，暂停PWM的脉冲输出是必要的，通常称为插入死区时间。一般应用中，插入死区时间通常不会影响电机的控制动作。图3.30 直流电机PWM控制逻辑图3.31 直流电机PWM控制逻辑的变化交流电机的速度控制不由电压有效值决定，而由交流电机的速度控制不由电压有效值决定，而由频率频率

16、决定。方波输出的决定。方波输出的PWM时序如图时序如图3.32。电机的转速将正比于方波输出频率电机的转速将正比于方波输出频率。图3.32 方波输出的三相PWM波形（1）能产生三对相位差）能产生三对相位差120的互补的互补SPWM主控脉冲主控脉冲（2）采用多载波比自动切换方式）采用多载波比自动切换方式（3）为防止上下桥直通，在每相主控脉冲间插入死区）为防止上下桥直通，在每相主控脉冲间插入死区间隔间隔HEF4752 (PWM脉冲发生器）脉冲发生器）图3.33 模拟正弦波输出的三相PWM波形图3.34 HEP4752V 引脚图图图3.35 HEF44752应用框图应用框图滤波整流平滑电容模拟控制器逆

17、变器放大器制动试验台滚筒受电机驱动而转动，当转速恒定时，如果不计机械部分的摩擦力，也没有其它力作用，则驱动电机处于动态平衡状态，这时反力传感器上的力为零(见图3.37)。实际系统机械部分总有一定阻力，但这种阻力通常很小，不影响测试精度。当车轮压在滚筒上并踩下制动踏板后，重力G产生摩擦力Fb和Ff ，摩擦力使滚筒失去平衡，从而使电机整体产生转动趋势。实际系统由于传感器的约束，电机整体是不可能转动的，但传感器上即产生了一定平衡力。该平衡力对电机轴产 生的力矩与轮胎摩擦力对电机轴产生的力矩平衡。也即传感器的力的大小与制动摩擦力的大小成正比，测出该力就可确定制动摩擦力的大小。在轮胎与滚筒间的摩擦系数足够大时