电机控制技术（双极晶体管PWM直流调压电路）

1、专业专注专心工作单位：邢台职业技术学院主讲：李光举1.BJT可逆供电电路的形式12.PWM直流电路的控制方式22）电压比较器53.BJT-PWM直流调压的工作原理31）锯齿波发射器43）功率放大器6双极晶体管脉宽调制型直流调压电路 随着双极晶体管(BJT)的容量和技术性能的提高、价格的降低，以及脉宽调制(PWM)专用集成电路的日益完善，使得BJT-PWM控制系统日益增多。下面介绍双极晶体管脉宽调制型直流调压电路。共分以下三项内容：BJT可逆供电电路的形式PWM直流电路的控制方式BJTPWM直流调压的工作原理 双极晶体管(BJT)-脉宽调制(PWM)型直流调压电路双极晶体管供电电路常采用“脉冲宽

2、度调制”控制，又称PWM(Pulse Width Modulation)控制。PWM调压控制的基本原理是利用双极晶体管的开关作用，将直流电源电压转换成频率约为2000Hz的方波脉冲电压，然后通过对方波脉冲宽度的控制来改变PWM型直流电压的平均值与极性。 PWM型直流调压供电线路主要由锯齿波(或三角波)发生器、比较器和BJT供电电路三个部分组成，如图1所示。控制电压 与锯齿波电压 比较，通过比较器形成调制方波。增设偏置电压的目的是使 波形的中间位置在横轴以上，以使控制电压 为零时，输出平均电压 为零。iusubsuu iuavU图1 BJT-PWM直流调压电路的组成1. BJT可逆供电电路的形式

3、在BJT可逆供电电路中，通常采用T形和H形两种电路，如图2所示。 图2 BJT可逆供电电路1)T形电路的优点是开关元件少、线路简单，电动机一端可接地，便于引出反馈信号。缺点是需要正、负两个极性电源，BJT元件要承受两倍电源电压。T型电路工作时，如果 导通电动机承受正向电压，如果 导通，电动机承受反向电压。任何时候都只能有一个开关管导通，决不允许两个开关管同时导通。 2V1V2)H形电路虽然元件多些，电枢两端浮地；但元件耐压要求低，且只需单极性电源，所以实际中应用较多。图中V1V4为作开关用的BJT元件，VD1VD4为续流二极管。在H型电路中，如果 和 导通， 关断，电动机M承受正向电压；如果

4、和 关断， 导通，电动机M承受反向电压。1V4V2V3V1V4V2V3V2. PWM直流电路的控制方式在PWM可逆供电电路的控制方式上，又分双极性和单极性。图3a、b为双极性和单极性控制时PWM直流可逆供电电路输出电压的波形。 图3 PWM直流可逆供电电路输出电压波形图3a为双极性PWM控制方式的输出电压的波形。改变正负脉冲的宽度的差值，就能改变输出电压的平均值。若正脉冲宽度大于负脉冲宽度，则输出电压的平均值为正值。若正脉冲宽度小于负脉冲宽度，则输出电压平均值为负。图3b为单极性控制方式输出电压的波形，它的特点是只有单极性（正或负）脉冲，改变正负脉冲的宽度即可改变输出正负电压的平均值。这两种控

5、制方式相比，双极性控制的优点是电流连续，低压时晶体管仍能可靠导通，若用于电动机调速，则低速时能平稳运行，使调速范围宽(可达 左右)。它的缺点是晶体管损耗多，且易发生上、下两个晶体管同时导通造成的短路事故。41023.BJT-PWM直流调压的工作原理该电路的三个部分的工作原理是：1)第一部分是一个由单结晶体自激振荡电路构成的锯齿波发生器。图4中晶体管工作于放大区，由 提供一个恒定的偏置电压，由 构成一个恒流源。电源经 向电容C充电时，由于电流恒定，电容电压将直线上升。当电容电压达到单结晶体管的峰值电压时，单结晶体管导通，电容C将通过单结晶体管放电。由于放电回路电阻很小，电容电压将瞬间变为零。放完

6、之后电容又充电放电。这样在电容C两端得到锯齿波型的电压。锯齿波电压经过V3构成的射极输出器，在V3的发射及得到相同形状的锯齿波。锯齿波信号 被送到比较器和 、 进行叠加。1VD1V1Vsuiubu2)第二部分是控制部分，它是一个由运算放大电路构成的电压比较器。运放电路未设反馈阻抗，是一个开环放大器，因此，只要有微小的输入电压，其输出电压即达饱和值(或限幅值)。它的输入端有锯齿波电压 、控制电压 和偏置电压 等三个电压信号综合。由于三个信号的输入回路电阻相等(均为51k)，因此其输入综合电压 即为三个电压的代数和，(即 )。由于是由反向输入端输入，因此当综合电压u0时，其输出电压 将为负饱和值；

7、反之，u0时输出电压 将为正饱和值。uibsuuuuouousuiubu为了使当控制电压 时，比较器输出的电压的正负半波的宽度相等(输出的平均电压为零)，偏置电压 取锯齿波电压最大值 的一半，极性与 相反， 即 。0iubusmususmbbuUu21图5为比较器输出电压与综合输入电压的波形图。由图5可以看出：当 时，比较器输出电压的正负半周时间相同，输出电压的平均值为零。当 时，比较器输出电压为负值的时间较长，输出电压 的平均值为负值。当 时，比较器输出电压为正值的时间较长，输出电压的平均值为正值。综上所述，调节控制电压 的值，就可以调节比较器输出电压正负半周的时间比，就可以改变比较器输出电

8、压的平均值。若 减小，输出电压的平均值增大；若 增大，输出电压的平均值减小。0u iouiuiuiu0iu0u i3)第三部分为开关电路功率放大部分，有正负电源和两组功率放大电路组成。图4中的 和 为推拉式开关管，设置稳压管 和 是为了提供正反门槛电压，防止干扰信号使开关管 和 错误导通。 、 和 、 为双极晶体管组成的复合管，由他们组成功率放大电路。当比较器的输出电压为正时，晶体管 和复合管 、 导通，电动机接通负电源，电枢电压为负值；当比较器的输出电压为负时，晶体管 和复合管 、 导通，电动机接通正电源，电枢电压为正值。图中的 、 为续流二极管，起保护作用。以防止当复合双极晶体管关断时电动机电枢产生过高的感应电动势将另一组双极晶体管反向击穿。4V5V1VS2VS4V5V6V8V7V9V5V7V9V4V6V8V2VD3VD4) 在图4所示的电路中，驱动的负载是一小功率的直流伺服电动机，调制的电压频率为2000Hz。由双极晶体管组成的脉宽调制型可逆供电电路，供电脉冲的频率可以高达 ，经电枢电感滤波后的脉动电流很小，故