机械电子技术第五章

第五章功率驱动电路5.1模拟量功率放大电路5.2数字量功率驱动电路5.3电动机控制驱动电路5.1模拟量功率放大电路1.模拟量功率放大电路概述2.甲类（A类）功放3.乙类（B类）功放4.甲乙类（AB类）功放5.丙类（C类）功放6.丁类（D类）功放7.集成功率放大器1.模拟量功率放大电路概述做放大电路的输出级，以驱动执行机构。功率放大器的要求：

功率放大器的作用：１、功率输出大。

电压和电流幅度大，管子接近极限运用状态，输出（供给负载）功率大。

２、效率要高，效率指电路最大输出功率与电源损耗的平均功率之比。电路本身损耗的功率尽可能小，静态时功放管的集电极电流近似为0。。

３、非线性失真小。

大信号易产生非线性失真

４、要考虑散热问题。

集电结消耗功率大，管子温度高，要采取散热措施，一般需加散热器。

５、大信号工作要用图解法分析(6-4)功率放大器的分类按照输入信号频率的不同，功率放大器可分为低频功率放大器和高频功率放大器。低频功率放大器常常又可以按照以下几种方式分类:1.按照功率放大器与负载之间的耦合方式不同，可分为：(1)变压器耦合功率放大器；(2)电容耦合功率放大器，也称无输出变压器功率放大器，即OTL功率放大器；(3)直接耦合功率放大器，也称无输出电容功率放大器，即OCL功率放大器。(4))桥接式功率放大器，即BTL功率放大器。2.根据功放电路是否集成，可分为:分立元件式和集成功放。3、根据功放管导通时间的长短,可分为：甲类（A类），乙类（B类），甲乙类（AB类），丙类（C类）和丁类（D类）(6-5)功放三极管在信号的整个周期内都有电流流过。Q静态工作点位于交流负载线的中间，静态(输入信号为0)时电源仍然消耗功率，效率最大只能达到50%。单管甲类功率放大器由于效率低（一般在20%），一般不适合做功率放大器效率最大只能达到50%。效率最大只能达到50%。2.甲类（A类）功放：晶体管仅在信号的半个周期处于导通状态Q放大一个周期的信号，必须采用两个晶体管分别对信号的正负半周放大。在理想状态下静态管耗为零，效率可达到80％左右。1)变压器耦合乙类推挽电路信号的正半周T1导通、T2截止；负半周T2导通、T1截止。3.乙类（B类）功放输入电压的正半周：＋VCC→T1→C→RL→地

C充电。输入电压的负半周：

C

的“＋”→T2→地→RL→C“－”C放电。C足够大，才能认为其对交流信号相当于短路。OTL电路低频特性差。因变压器耦合功放笨重、自身损耗大，故选用OTL电路。2)OTL电路

输入电压的正半周：＋VCC→T1→RL→地输入电压的负半周：

地→RL→T2→－VCC两只管子交替导通，两路电源交替供电，双向跟随。静态时，UEQ＝UBQ＝0。3)OCL电路输入电压的正半周：＋VCC→T1→

RL→T4→地输入电压的负半周：＋VCC→T2→

RL→T3→地①是双端输入、双端输出形式，输入信号、负载电阻均无接地点。②4只管子以推挽方式工作：4)BTL电路

变压器耦合乙类推挽：单电源供电，笨重，效率低，低频特性差。OTL电路：单电源供电，输出需大电容，低频特性差。OCL电路：双电源供电，效率高，低频特性好。BTL电路：可单、双电源供电，低频特性好；双端输入双端输出。几种乙类推挽电路的比较：

乙类电路交越失真问题：

输入信号小于三级管的死区电压是，三级管截止，无输出电压就会产生失真，就叫交越失真。在三级管发射结加上很小的正向电压，让它微导通，这样三级管处于甲乙类状态。三极管在信号的大半个周期，有电流流过。QR1D1D2R2+USC-USCULuiiLRLT1T2

静态时T1、T2两管发射结电位分别为二极管D1，D2的正向导通压降，致使两管均处于微弱导通状态；4.甲乙类（AB类）功放(6-12)

为更换好地和T1、T2两发射结电位配合，克服交越失真电路中的D1、D2两二极管可以用UBE电压倍增电路替代。UBE电压倍增电路B1B2+-BER1R2UIBIUUBE

合理选择R1、R2大小，B1、B2间便可得到UBE任意倍数的电压。

图中B1、B2分别接T1、T2的基极。假设I>>IB，则达林顿驱动电路（复合管）为提高驱动电流，输出电路采取由多对两个三极管组成的达林顿复合管构成提高三极管增益。达林顿驱动器具有高输入阻抗、高增益、输出功率大的特点，适用于功放电路。达林顿电路有四种接法：NPN+NPN,PNP+PNP(方式1)；NPN+PNP，PNP+NPN（方式2）cbeT1T2ibicbecibicic1=

1ib,ib2=ie1=(1+

1)ib,ic2=

2ib2,ic=ic1+ic2=[

1+2(1+1)]ib.方式1NPN型(6-14)cbeT1T2ibicbecibic

复合管构成方式很多。不论哪种等效方式，要保证各管能工作于放大状态，等效后晶体管的性能均如下确定：

1

2晶体管的类型由复合管中的第一支管子决定。{方式2达林顿电路的四种接法(6-16)OCL准互补输出功放电路+USC-USCR1R2RLuiT1T2T3T4T5T6T1：电压推动级T1、R1、R2：

UBE倍增电路T3、T4、T5、T6：复合管构成的输出级准互补：两个功放管不完全对称

输出级中的T4、T6均为NPN型晶体管，两者特性容易对称。(6-17)

实际功放电路：

这里介绍一个实用的OCL准互补功放电路。其中主要环节有：

恒流源式差动放大输入级（T1、T2、T3）；偏置电路（R1、D1、D2）；恒流源负载（T5）；

OCL准互补功放输出级（T7、T8、T9、T10）；负反馈电路（Rf、C1、Rb2构成交流电压串联负反馈）；共射放大级（T4）；校正环节（C5、R4）；

UBE倍增电路（T6、R2、R3）；调整输出级工作点元件（Re7、Rc8、Re9、Re10）。(6-18)实用的OCL准互补功放电路+24vuiRLT7T8RC8-24vR2R3T6Rc1T1T2Rb1Rb2C1RfR1D1D2T3Re3T4Re4C2T5Re5C3C4T9T10Re10Re7Re9C5R4BX差动放大级偏置电路恒流源负载UBE倍增电路准互补功放级共射放大级反馈级保险管(6-19)实用的OCL准互补功放电路差动放大级反馈级偏置电路共射放大级UBE倍增电路恒流源负载准互补功放级保险管负载+24vuiRLT7T8RC8-24vR2R3T6Rc1T1T2Rb1Rb2C1RfR1D1D2T3Re3T4Re4C2T5Re5C3C4T9T10Re10Re7Re9C5R4BX(6-20)输出功率的估算输出电压的最大值约为19.7v设负载

RL=8

则最大输出功率为：PMAX=实际输出功率约为20W。注：该实用功放电路的详细分析计算请参考《模拟电子技术基础》（童诗白主编）

丙类放大器电流的流通角则小于180o

信号的小半个周期有电流流过三极管。+ub-CL+uc1-icRp+uCE-+uBE_它的工作点在截止区。晶体管的导通时间小于半个周期，丙类放大器的电流波形失真太大，因而不能用于低频功率放大，只能用于采用调谐回路作为负载的谐振功率放大。由于调谐回路具有滤波能力，回路电流与电压仍然极近于正弦波形，失真很小。丙类功放多用于通信电路中对高频信号的放大，属于高频功放。5.丙类（C类）功放称数字式放大器：信号为调制脉冲，功放管工作在开关状态。基本原理：功放由1.脉冲宽度调制PWM(PulseWidthModulation),2.D类功放和3.低通滤波器三部分组成：6.丁类（D类）功放1）PWM（脉宽调制）原理：PWM是利用比较器将输入音频信号与以固定载波频率工作的三角波或斜波进行比较，产生一串脉冲。在每个载波周期内，PWM脉冲的占空比正比于音频信号的幅度。PWM载波频率一般为信号最高频率的5-10倍。(几百千赫)AIC2B+–IC3IC1uO+VSCCuiL-VSCCT1T2丁类功放（D类）原理：2）开关功放由T1T2构成，（IC2，IC3为驱动）将PWM信号变成高电压、大电流的大功率PWM信号。D类功放放大元件处于开关工作状态。无信号输入时放大器处于截止状态，不耗电（有电压、无电流）。工作时，输入信号让晶体管进入饱和导通状态，相当于一个接通的开关（有电流、无电压），把电源与负载直接接通。本身仍不耗电。实际上晶体管总会有很小的饱和压降而消耗部分电能。所以特别有利于超大功率的场合。3)低通滤波器但由于此时电流很大，RC结构的低通滤波器电阻会耗能，不能采用，必须使用LC低通滤波器。当占空比大于1：1的脉冲到来时，C的充电时间大于放电时间，输出电平上升；窄脉冲到来时，放电时间长，输出电平下降，正好与原音频信号的幅度变化相一致，所以原音频信号被恢复出来。作用:将大功率PWM波形中的音频信息还原出来。构成：L、C。(6-26)工作可靠、使用方便。只需在器件外部适当连线，即可向负载提供一定的功率。特点：功率驱动集成电路主要生产商:WWW.IRF.COMWWW.ST.COMWWW.NXP.COMWWW.ONSEMI.COMWWW.FAIRCHILDSEMI.COM芯片简介：集成功放芯片，以AB类、D类功放为主，输出功率：5W~50W；种类繁多，使用方便。7.集成功率放大器集成功放LM384生产厂家：美国半导体器件公司电路形式：OTL输出功率：8

负载上可得到5W功率电源电压：最大为28V集成功放LM384管脚说明:14、

--电源端（Vcc）3、4、5、7、--接地端（GND）10、11、12、--接地端（GND）2、6

、--输入端（一般2脚接地）

8、--输出端（经500

电容接负载）)12345678910111213141、--接旁路电容（5

）

9、13、--空脚（NC）(6-28)集成功放LM384外部电路典型接法500

-+0.12.78146215

Vccui8

(6-29)D810系列集成功率放大器输出功率：5-10W

内部电路简图提高集成功放输出功率的方法：可以由两个完全相同的OTL或OCL电路按图示的方式组成一个BTL电路；可成倍提高输出功率。原理：电路输出以推挽方式轮流工作，共同完成对信号的放大。如正半个周期内，V1，V4导通，负载两端的电压为2△uo1。在理想情况下，△uO1=VCC；在另半个周期内，同理。即负载上的最大峰值电压为电源电压的两倍。由于输出功率与输出电压的平方成正比，因此在同样条件下，BTL的输出功率可为OTL或OCL电路的4倍(6-31)由两个集成功放5G37组成的BTL电路；三极管T担任倒相器。(6-32)一般集成功放构成的BTL电路(6-33)

静态电流：﹥50mA

输出功率：30W

谐波失真：﹥0.02%额定增益：26dB工作电压：±25V

转换速率：18V/μS

输出峰值电流：4A集成功放--LM1875LM1875的引脚排列

1—同相输入端，2—反相输入端，3—负电源端，4—输出端，5—正电源端。

LM1875主要参数：

16～电压范围：

LM1875集成功放构成的BTL电路

60V(6-34)LM1875集成功放构成的OCL电路

LM1875集成功放构成的OTL电路(6-35)集成D类功放电路——MAX9703(单通道),

MAX9704(双通道)特点：1.

10V-25V单电源供电2.负载8欧时，输出功率可达15W3.内涵低通滤波器。引脚图：引脚说明：(6-37)MXA9703应用电路mxa9704应用电路5.2

功率驱动电路1

三极管驱动电路

2

继电器驱动电路

3

晶闸管驱动电路

4

固态继电器驱动电路

引言数字量输出通道简称

DO通道，它的任务是把计算机输出的微弱数字信号转换成能对生产过程进行控制的数字驱动信号。根据现场负荷的不同，如指示灯、继电器、接触器、电机、阀门等，可以选用不同的功率放大器件构成不同的开关量驱动输出通道。常用的有三极管输出驱动电路、继电器输出驱动电路、晶闸管输出驱动电路、固态继电器输出驱动电路等。1

三极管驱动电路对于低压情况下的小电流开关量，用功率三极管就可作开关驱动组件，其输出电流就是输入电流与三极管增益的乘积。

当驱动电流只有十几mA或几十mA时，只要采用一个普通的功率三极管就能构成驱动电路，如图所示。1)普通三极管驱动电路设计要点:

合理确定Ui、R与T的电流放大系数

值之间的数值关系，充分满足

I

b

I

L/

，可确保T导通时工作于饱和区，以降低V的导通电阻及减小功耗。2)功率场效应管驱动电路：功率场效应管在制造中采用V沟道工艺，简称VMOS其改进型称TMOS场效应管，具有输入电阻高（栅极无电流），D-S间电流容量大，耐压能力强，开关速度快等特点，开启电压（阈值电压）为2V-6V;其内部二极管VDS是在制造中形成；D—S不能反接。工作原理：当输入电压Ui高于开启电压时VMOS导通；低于开启电压VMOS的D—S间断开;稳压管VS和电阻形成保护电路，限制栅极电压过高。3)达林顿驱动电路

当驱动电流需要达到几百毫安时，如驱动中功率继电器、电磁开关等装置，输出电路多采取达林顿阵列驱动器，如：MC1416MC1416的结构图，内含7对达林顿复合管，每个复合管的集电极电流可达500mA，截止时能承受100V电压，其输入输出端均有箝位二极管，输出箝位二极管D2抑制高电位上发生的正向过冲，D1、D3可抑制低电平上的负向过冲。图为达林顿阵列驱动中的一路驱动电路，当CPU数据线Di输出数字“0”即低电平时，经7406反相锁存器变为高电平，使达林顿复合管导通，产生的几百毫安集电极电流足以驱动负载线圈，而且利用复合管内的保护二极管构成了负荷线圈断电时产生的反向电动势的泄流回路。2继电器驱动电路

电磁继电器主要由线圈、铁心、衔铁和触点等部件组成，分为电压继电器、电流继电器、中间继电器等几种类型。继电器方式的开关量输出是一种最常用的输出方式，通过弱电控制外界交流或直流的高电压、大电流设备。继电器驱动电路的设计要根据所用继电器线圈的吸合电压和电流而定，控制电流一定要大于继电器的吸合电流才能使继电器可靠地工作。

由于继电器线圈是电感性负载，当电路突然关断时，会出现较高的电感性浪涌电压，为了保护驱动器件，应在继电器线圈两端并联一个续流二极管，为电感线圈提供一个电流泄放回路。

图为经光耦隔离器的继电器输出驱动电路，当CPU数据线Di输出数字“1”即高电平时，经7406反相驱动器变为低电平，光耦隔离器的发光二极管导通且发光，使光敏三极管导通，继电器线圈KA得电，动合触点闭合，从而驱动大型负荷设备。3晶闸管驱动电路晶闸管又称可控硅（SCR），是一种大功率的半导体器件，具有用小功率控制大功率、无触点开关等特点，在交直流电机调速系统、调功系统、随动系统中应用广泛。单向晶闸管符号晶闸管有单向晶闸管和双向晶闸管两种类型。单向晶闸管结构、特性晶闸管导通条件：晶闸管的导通与关断条件：晶闸管关断条件：主电极阳极A与阴极K之间的电流小于其维持电流IH（或ＶＡＫ＜０在阳、阴极间施加反向电压），晶闸管即进入关断状态。在阳极A与阴极C之间加正向电压，同时在门极G与阴极C之间加正向电压（触发），两管B-B间形成正反馈电流，使两管迅速饱和导通，这样A与C之间即进入导通状态。晶闸管一旦导通，只要阳极A与阴极C之间的电流不小于其维持电流IH，门极G与阴极K之间是否还存在正向电压，对已经导通的晶闸管完全没有影响。在门极G与阴极K之间的电压VG=0时；VA电压作用下必有一个PN结截止，使IA=0。双向晶闸管符号双向晶闸管也叫三端双向可控硅，在结构上相当于两个单向晶闸管的反向并联，但共享一个控制极，结构如图所示。当两个电极T1、T2之间的电压大于1.5V时，不论极性如何，均可利用控制极G触发电流控制其导通。双向晶闸管具有双向导通功能，因此特别适用于交流大电流场合。双向晶闸管亦称双向半导体开关元件（TRIAC）

4固态继电器驱动电路

固态继电器SSR（SolidStateRelay）是一种新型的无触点开关的电子继电器。特点：１.实现了控制回路与负载回路之间的电隔离和信号耦合，而且没有任何可动部件或触点，却能实现电磁继电器的功能，故称为固态继电器。２.它具有体积小、开关速度快、无机械噪声、无抖动和回跳、寿命长等传统继电器无法比拟的优点，得到广泛的应用。固态继电器SSR是一个四端组件，有两个输入端、两个输出端，其内部结构类似于晶闸管输出驱动电路。其结构原理图，共由五部分组成。光耦隔离电路的作用是在输入与输出之间起信号传递作用，同时使两端在电气上完全隔离；控制触发电路是为后级提供一个触发信号，使电子开关（三极管或晶闸管）能可靠地导通；电子开关电路用来接通或关断直流或交流负载电源；吸收保护电路的功能是为了防止电源的尖峰和浪涌对开关电路产生干扰造成开关的误动作或损害，一般由RC串联网络和压敏电阻组成；零压检测电路是为交流型SSR过零触发而设置的

SSR的输入端与晶体管、TTL、CMOS电路兼容，输出端利用器件内的电子开关来接通和断开负载。工作时只要在输入端施加一定的弱电信号，就可以控制输出端大电流负载的通断。

SSR的输出端可以是直流也可以是交流，分别称为直流型SSR和交流型SSR。直流型SSR内部的开关组件为功率三极管交流型SSR内部的开关组件为双向晶闸管。交流型SSR按控制触发方式不同又可分为过零型和移相型两种，其中应用最广泛的是过零型。过零型交流SSR是指当输入端加入控制信号后，需等待负载电源电压过零时，SSR才为导通状态；而断开控制信号后，也要等待交流电压过零时，SSR才为断开状态。移相型交流SSR的断开条件同过零型交流SSR，但其导通条件简单，只要加入控制信号，不管负载电流相位如何，立即导通。DC-SSR原理图整形放大负载直流电源＋－VC

用于直流大功率驱动场合，如直流电机、直流电磁阀、步进电机、大功率继电器等注意：不能超过额定电压和额定电流DC-SSR实现电路原理：无输入信号时，GD截止，T1饱和导通使T2截止，SSR断开。当有输入信号时，GD饱和，T1截止使T2饱和导通，SSR开通。步进电机控制原理图DC_SSR应用举例+5VDC-SSRR1DC-SSRR27406DC-SSRR3+27VP1.0P1.1P1.2直流型SSR的输入控制信号与输出完全同步。直流型SSR一般取输入电压为:4~32V，输入电流:5~10mA。它的输出端为晶体管输出，输出工作电压为:30~180V。

过零型原理图过零电路负载交流电源＋－VCAC-SSR原理图交流型SSR主要用于交流大功率控制。一般取输入电压为4.32V，输入电流小于500mA。它的输出端为双向晶闸管，一般额定电流在1A~几百A范围内，电压多为：220V~480V。AC-SSR原理图AC-SSR过零型原理图无输入信号时，T1饱和旁路了T3的控制电流，T3关断；SSR呈断开。信号输入时，T1截止，T3的状态取决T2；T2为负载电流的零点检测器，当采样电阻R6上电压>0,7V;T2导通使T3关断；SSR仍呈断开。只有输入信号加入同时负载电压处于零电压附近导致T2截止时，T3才能注入控制电流而导通，使双向晶闸管导通，开通SSR。移相型交流SSR的原理图原理与过零型原理类似。其中：R7、C构成吸收电路，防止电网浪涌电流对晶闸管的损害。AC-SSR应用举例VCCAC-SSR1RAC-SSR2RP1.07404RpCpRmRm~220VABC单相交流电机正反转控制原理图原理：P1.0高电平时，SSR1接通，SSR2断开；电机线圈A为主绕组，B为副绕组，电机正转；P1.0高电平时，主副绕组对调，电机反转。Rm为压敏电阻，构成过压保护，Rp、Cp构成吸收回路，构成感性负载的续流通路。图为一种常用的固态继电器驱动电路，当输入为“０”时，SSR输入端得电则输出端接通大型交流负荷设备SSR多路驱动1）固态继电器电压等级的选取及过压保护阻性负载——将耐压值提高20%

感性负载——220V应选用耐压280V的固态继电器。380V应选用耐压480V的固态继电器过压保护——并接压敏电阻。压敏电阻的耐压值应为电源电压有效值的1.6～1.9倍2）电流等级的选取及过流保护阻性负载——电流等级应>=2倍的负载额定电流交流电机负载——空载启动，电流等级应按4～5倍的负载额定电流选取，否则按6～7倍选取其他感性负载——按4～5倍的负载额定电流选取过流保护——快速熔断器和空气开关固态继电器驱动电路设计要点5.3电动机控制驱动电路1直流电机驱动电路2步进电机驱动电路3变频控制电路电机是最常用的执行机构驱动器件（1）可以驱动各种执行器件，用于各种场合；（2）行程大；（3）变速范围大；（4）输出力矩大；（5）控制灵活方便。伺服电动机（执行电机）的类型：（1）直流电机：调速容易，是转矩比较大，需要电刷。（2）步进电机：可将电脉冲信号转变为角位移或线位移，实现位置控制，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数。运动不连续、不平稳。（3）交流电机：制造比较便宜，运行平稳，控制相对复杂。目前矢量控制理论和变频技术的发展，控制技术已较成熟。（1）用带光电隔离功率晶体管直接驱动电机VCCVCCXP107406MTLP521-1R1R2R3R4Q1Q2（2）用继电器驱动直流电机+5VDC-SSRR1P1.0VCCXM当直流电机不需要调速，且单向运行（不可逆）时，可采用（1）（2）驱动方式。1．直流电机驱动电路如:正负供电直流电机正反转控制电路当直流电机不需要调速，可双向运行（可逆）时，可采用专用接口芯片驱动方式。（3）专用接口芯片驱动当直流电机需要调速时，采用脉宽调制(PWM)控制电路。（4）脉宽调制(PWM)控制电路脉宽调制(PulseWidthModulation)控制电路，通常称为PWM控制电路，是利用半导体功率晶体管或晶闸管等开关器件的导通和关断，把直流电压变成一系列幅值相等的电压脉冲，通过控制电压脉冲的宽度以达到变压目的，或者控制电压脉冲宽度和脉冲列的周期以达到变压变频目的的一种变换电路。为什么采用脉宽调制,而不用电压调速?1)脉宽调制可以用于直流和交流电机调速,还可以与调频相结合，通用性强;2)在电机驱动中功率放大器工作在非线性状态，脉宽调制让功率放大器工作在开关状态，可以减小有功功率消耗，获得较高的效率与较好的线性;3)

让电机始终处在有电状态,对于电机动态特性有利。典型脉宽调制电路三角波发生器+-N1+∞∞N2-++R3R1R2CRPR5R6R7R9R8R10R13R11R14R12R15R16R17R18VS1VS2VD1VD2baV1V2V3V4V5uc+Ecuo1-Ecuo2uPR4三角波脉宽调制器迟滞比较器积分器形成一定死区三角波脉宽调制器+1.2V-1.2Vttttttttt000000000uo1uo1uo1uo2uo2uo2uc-uPuc-uPuc-uPucuca)uc=0b)uc>0

c)uc<0

脉冲宽度受于控制电压uc工作原理简单的不可逆PWM控制电路E加到电动机电枢两端

b）电流和电压波形a）电路原理图tOTτVD1M-ubVD2V+iaED+ECiaua,EuaUaEDia靠VD1续流电机平均电压为：占空比在，仅靠感应电势维持ia减小。不能反转、不能制动（电流不能反向通过电枢）H型双极式可逆PWM控制电路b)电压电流波形a)电路原理图ub1,ub4411-E2211tttttOOOOOub2,ub3TτEiauABia3（重载）（轻载）4ub2ub44M2V1V3V4V2VD3VD2VD1VD4ub1ub3EiaAB130≤t<τ期间，V1、V4饱和导通，V2、V3截止，E加在电枢AB两端，UAB=+E（1路）；τ≤t<T期间，V1、V4截止，但V2、V3并不能立即导通，电枢电流ia沿回路经VD2、VD3续流（2路）。若电动机的负载较重，即电枢电流ia大，在续流阶段电流始终为正，则电动机始终工作在电动状态，ia只流经1、2两支回路，如图中“重载”情况所示。若负载轻，则ia小，续流时电流可能很快衰减到零，于是V2、V3在电源电压和反电动势的共同作用下导通，电枢电流反向，沿回路3流通，电动机处于反接制动状态。仅仅是制动，产生反向力矩，还不是反转。在t>T时，ub1、ub4变正，但由于电枢反电动势的作用，V1、V4不能立即导通，ia沿回路经VD4、VD1续流。反向电流ia降至零后，VD4、VD1切断，V1、V4导通。电流ia流经1、2、3、4四支回路。双极式可逆PWM控制电路的可逆性由正、负脉冲电压的宽窄而定。当正脉冲宽度τ>T/2时，电枢两端的平均电压为正，电动机正转；当τ<T/2时，平均电压为负，电动机反转；当τ=T/2时，平均电压为零，电动机停转。驱动电路设计SEMIKRON（西门康）公司的SKHI22AH4模块是应用变压器驱动原理的驱动器件，它的最大工作频率可达100kHz，电路原理图如图原理图中，虚线方框是SKHI22AH4模块结构简图，模块中分初级和次级两个部分，这两个部分是绝缘的，使得驱动电路具有良好的输入输出电隔离能力;SKHI22AH4模块中还有针对短路、过流和电压不稳等错误的测量装置和错误信息储存装置，用来实现多种电路保护功能。SKHI22AH4模块的工作原理是：PWM控制信号加在变压器初级，变压器次级输出放大的驱动信号驱动IGBT(InsulatedGateBipolarTransistor)，绝缘栅双极型晶体管，是由BJT(双极型三极管)和MOS(绝缘栅型场效应管)组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件SKHI22AH4模块的供电电压是+15V，当其驱动2MB1300D-140型号的IGBT时，其驱动输出的导通电压可达+14.2V、关闭电压可达-2V，完全满足减小IGBT动态对开通、关断的要求。H型双极模式PWM控制的功率转换电路（５）直流电机集成芯片驱动电路小功率直流电机作为常见驱动设备，在控制系统中广泛采用。传统小功率直流电机控制采用线性集成电路如LB298，但功耗太大，为此可采用开关集成电路MC33886。MC33886作为一个单片电路H-桥，是理想的功率分流直流马达和双向推力电磁铁控制器特点：工作电压：5-40V导通电阻：120毫欧姆输入信号：TTL/CMOS调速方式：PWM，

频率：<10KHz具有短路保护、欠压保护、过温保护等；驱动芯片MC33886内部具有短路保护、欠压保护、过温保护等功能。MC33886部集成有两个半桥驱动电路芯片的封装：内部结构：各个引脚的功能：MC33886控制电机转向——真值表MC33886典型应用电路其中D1、D2是MC33886的使能端，IN1、IN2为输入端，OUT1、OUT2为其输出端。单片机通过PWM通道的占空比控制电机速度，分别接到IN2和IN1上，并控制电机的正转和反转速度（电机工作频率小于10KHz），正转可为小车加速，利用反转PWM波可控制电机的减速；D1和D2接到单片机的IO口上控制电机运行使能（正转或反转）。6.步进电机驱动步进电机，可在开环条件下将数字系统的脉冲数转变成与其相对应的角位移或线位移，是控制系统中常用的化执行元件。步进电机和一般的电机不同，之接电源步进电机不能转动，而每加一个点脉冲仅转动一定的角度，另外，改变脉冲的频率时，步进电机的速率也跟着改变。步进电机按电磁转距产生机理的不同可以分为反应式步进电机，永磁式步进电机和混合式步进电机，而按绕组的相数又可以分为单相，两相，三相。五相………

步进电机的励磁方式

1：一相励磁：通电的绕组只有一相，依次切换相电流产生旋转，这种励磁方式，脉冲到来时响应有振动，高频时会产生失步。2：两相励磁：两相同时流通电流，也采用依次切换相电流的方法，二相历次的总电流增大2倍，能获得高的转速，过度性能好。3：一，二相励磁：这是一种交替进行一相励磁，二相励磁的方法，励磁电流变大，过度性能好。步进电动机控制电路框图脉冲分配电路亦称环行分配器，用来对输入的步进脉冲进行逻辑变换，产生给定工作方式所需的各相脉冲序列信号。功率放大电路对脉冲分配电路输出的信号进行放大，产生使电动机旋转所需的激磁电流。步进方向信号指定各相导通的先后次序，用以改变电机旋转方向。电源控制信号用来在必要时使各相电流为零，以达到降低功耗等。(6-82)

脉冲分配电路可用数字电路组合、软件序列分配、专门单片集成元件、GAL器件等构成。

功率放大电路的特性对步进电机的性能有极其明显的影响。功率放大电路有单电压、双电压、斩波稳流、步距细分等类型。

（1）单电压功率放大电路步进电机每相绕组的供电都是由功率开关电路来执行的，三相步进电机应有三个功率放大电路单元

(6-83)绕组电流I

L的波形a）Ui频率低时b）问题:Ui频率高时,负载电流（感性）不能可靠截止。1)可使步进电机转速高时丢步。2）电机功耗增，降低了效率，使电源体积庞大；另一方面引起电气部件发热，增大系统故障的发生率。为此，发展了双电压、斩波稳流等驱动电路(6-84)（2）斩波稳流式功率放大电路

V1、V2:为功率场效应管；L、RL为电机绕组的电感和电阻；VS1、VS2为拑位稳压管；VD1、VD2为续流二极管；Ui为步进脉冲；VP为斩波脉冲；VP频率是Vi最高频率的5~10倍，一般在20KHz以上的超声波段。步进电机任意一相驱动电路:步进电机的集成专用驱动芯片L297H和L298，L297芯片是意大利SGS公司生产的一种步进电机控制集成芯片，可以产生四相驱动信号，应用于微机控制两相双极和四相单极步进电机，能以单四拍、双四拍、四相八拍方式工作。同时其中的晶片内含PWM斩波稳流电路，以开关信号形式控制电流。此芯片是只需要时钟，方向和模式输入信号。相位由内部电路产生，可与L298组成组合电路或者于与分立的三极管和达林顿管电路连接使用。L298引脚图：L297内部结构图：L297电气参数：

L298N简介：为SGS公司生产的双全桥步进电机驱动芯片；可同时驱动两个二相或一个四相步进电机。内含两个H桥的驱动器。内部结构如图

L298N引脚封装：

L298N引脚功能：

L298N电气特性：

L298N电气特性：

L298N外形：

L297、L298N典型应用电路：应用电路实例同步电机3变频控制电路

基本原理和分类异步电机p

——

电动机极对数；f——

定子电源频率(Hz)；n0

——

同步转速(r/min)；

s——转差率。通过调频可以在宽范围内实现无级调速

E1——定子相电动势(V)；

N1——定子相绕组串联总匝数；

k1——基波绕组系数(V•s•Wb-1)；

Φ——每极气隙磁通(Wb)。

忽略定子阻抗压降时，加到定子上的相电压

如电源电压U1不变，随着电源频率f增加，磁通Φ将减小引起电动机输出转矩的减小，在调频同时需要调压

基本原理和分类

1）

基本原理和分类M+可控整流器逆变器~不控整流器+M逆变器a)PAM控制方式b)PWM控制方式~~~~~幅值控制脉宽控制

电流型AC-DC-AC变频器

U/f调整器电压调节器环形计数器压控振荡器电流调节器发电路脉冲变压器逆变器晶闸管门极控制电路整流器晶闸管门极控制电路VF指令-+-+移相触CdV4V3VD5C6V1VD3VD1V6V5V2VD4VD6～MVD2～+可控整流器调频逆变器电流检测器电压检测器C5C1C3C2C4LIdABCV1~V6主晶闸管C1~C6换流电容器VD1~VD6隔离二极管

2）

PAM变频器

电流型AC-DC-AC变频器

U/f调整器电压调节器环形计数器压控振荡器电流调节器发电路脉冲变压器逆变器晶闸管门极控制电路整流器晶闸管门极控制电路VF指令-+-+移相触电流检测器器电压检测获得所需频率信号

Ub5Ub4Ub1Ub2Ub6DDQSD1DQQDSD2SD3DQD4SQDQRD5RD6光电耦合驱动电路STARTLDUb1≥1Ub3111100011110001111111001110011100111

电流型AC-DC-AC变频器环形计数器

逆变器晶闸管门极控制电路IdCdV4V3VD5C6V1VD3VD1V6V5V2VD4VD6～MVD2～+可控整流器调频逆变器电流检测器电压检测器C5C1C3C2C4LABC逆变器晶闸管门极控制电路

电流型AC-DC-AC变频器

电流型AC-DC-AC变频器

U/f调整器电压调节器环形计数器压控振荡器电流调节器发电路脉冲变压器逆变器晶闸管门极控制电路整流器晶闸管门极控制电路VF指令-+-+移相触电流检测器器电压检测根据f确定所需U以满足力矩要求通过与实际测量得到的U比较进行电压调节通过与实际测量得到的电流比较实现过载保护控制可控整流器的导通角CdV4V3VD5C6V1VD3VD1V6V5V2VD4VD6～MVD2～+可控整流器调频逆变器电流检测器电压检测器C5C1C3C2C4LIdABC控制可控整流器的导通角

电流型AC-DC-AC变频器

电流型AC-DC-AC变频器初始状态V1、V2导通电枢电流A－CCdV4V3VD5C6V1VD3VD1V6V5V2VD4VD6～MVD2～+可控整流器调频逆变器

U/f调整器电压调节器环形计数器压控振荡器电流调节器发电路脉冲变压器逆变器晶闸管门极控制电路整流器晶闸管门极控制电路VF指令-+-+电流检测器电压检测器移相触C5C1C3C2C4LIdABC++----++++--电容充电极性如图

电流型AC-DC-AC变频器V3、V2导通B1电位升高使V1截止C1促使换流电枢电流B－CCdV4V3VD5C6V1VD3VD1V6V5V2VD4VD6～MVD2～+可控整流器调频逆变器

U/f调整器电压调节器环形计数器压控振荡器电流调节器发电路脉冲变压器逆变器晶闸管门极控制电路整流器晶闸管门极控制电路VF指令-+-+电流检测器电压检测器移相触C5C1C3C2C4LIdABC++--B1----++++

电流型AC-DC-AC变频器V3、V2导通电枢电流B－CC1、C4极性改变CdV4V3VD5C6V1VD3VD1V6V5V2VD4VD6～MVD2～+可控整流器调频逆变器

U/f调整器电压调节器环形计数器压控振荡器电流调节器发电路脉冲变压器逆变器晶闸管门极控制电路整流器晶闸管门极控制电路VF指令-+-+电流检测器电压检测器移相触C5C1C3C2C4LIdABC-+-+B1+--+-++-

电流型AC-DC-AC变频器V3、V4导通A1电位下降使V2截止电枢电流B－ACdV4V3VD5C6V1VD3VD1V6V5V2VD4VD6～MVD2～+可控整流器调频逆变器

U/f调整器电压调节器环形计数器压控振荡器电流调节器发电路脉冲变压器逆变器晶闸管门极控制电路整流器晶闸管门极控制电路VF指令-+-+电流检测器电压检测器移相触C5C1C3C2C4LIdABC-+-+B1+--+++--A1

电流型AC-DC-AC变频器CdV4V3VD5C6V1VD3VD1V6V5V2VD4VD6～MVD2～+可控整流器调频逆变器

U/f调整器电压调节器环形计数器压控振荡器电流调节器发电路脉冲变压器逆变器晶闸管门极控制电路整流器晶闸管门极控制电路VF指令-+-+电流检测器电压检测器移相触C5C1C3C2C4LIdABCV3、V4导通电枢电流B－AC2、C5极性改变-+-+B1+--+++--A1

电流型AC-DC-AC变频器V5、V4导通电枢电流C－AC1电位升高使V3截止CdV4V3VD5C6V1VD3VD1V6V5V2VD4VD6～MVD2～+可控整流器调频逆变器

U/f调整器电压调节器环形计数器压控振荡器电流调节器发电路脉冲变压器逆变器晶闸管门极控制电路整流器晶闸管门极控制电路VF指令-+-+电流检测器电压检测器移相触C5C1C3C2C4LIdABC-+-+B1+--+++--A1C1

电流型AC-DC-AC变频器V5、V4导通电枢电流C－AC3、C6极性改变CdV4V3VD5C6V1VD3VD1V6V5V2VD4VD6～MVD2～+可控整流器调频逆变器

U/f调整器电压调节器环形计数器压控振荡器电流调节器发电路脉冲变压器逆变器晶闸管门极控制电路整流器晶闸管门极控制电路VF指令-+-+电流检测器电压检测器移相触C5C1C3C2C4LIdABC-+-+B1+-+-++--A1C1

电流型AC-DC-AC变频器V5、V6导通电枢电流C－BB电位下降使V4截止CdV4V3VD5C6V1VD3VD1V6V5V2VD4VD6～MVD2～+可控整流器调频逆变器

U/f调整器电压调节器环形计数器压控振荡器电流调节器发电路脉冲变压器逆变器晶闸管门极控制电路整流器晶闸管门极控制电路VF指令-+-+电流检测器电压检测器移相触C5C1C3C2C4LIdABC-+-+B1+-+-++--A1C1

电流型AC-DC-AC变频器V5、V6导通电枢电流C－BC1、C4极性改变CdV4V3VD5C6V1VD3VD1V6V5V2VD4VD6～MVD2～+可控整流器调频逆变器

U/f调整器电压调节器环形计数器压控振荡器电流调节器发电路脉冲变压器逆变器晶闸管门极控制电路整流器晶闸管门极控制电路VF指令-+-+电流检测器电压检测器移相触C5C1C3C2C4LIdABC++--B1+-+-+--+A1C1

电流型AC-DC-AC变频器V1、V6导通电枢电流A－BA电位升高使V5截止CdV4V3VD5C6V1VD3VD1V6V5V2VD4VD6～MVD2～+可控整流器调频逆变器

U/f调整器电压调节器环形计数器压控振荡器电流调节器发电路脉冲变压器逆变器晶闸管门极控制电路整流器晶闸管门极控制电路VF指令-+-+电流检测器电压检测器移相触C5C1C3C2C4LIdABC++--B1+-+-+--+A1C1

电流型AC-DC-AC变频器V1、V6导通电枢电流A－BC2、C5极性改变CdV4V3VD5C6V1VD3VD1V6V5V2VD4VD6～MVD2～+可控整流器调频逆变器

U/f调整器电压调节器环形计数器压控振荡器电流调节器发电路脉冲变压器逆变器晶闸管门极控制电路整流器晶闸管门极控制电路VF指令-+-+电流检测器电压检测器移相触C5C1C3C2C4LIdABC+-+-B1+-+---++A1C1