基本單元電路設(shè)計(jì)(三)

基本單元電路設(shè)計(jì)

（三）功率驅(qū)動(dòng)電路直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)接口電路直流電動(dòng)機(jī)電樞的調(diào)速原理根據(jù)電機(jī)學(xué)可知，直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速n的表達(dá)式為：其中U為電樞端電壓I為電樞電流R為電樞電路總電阻Φ為每極磁通量K為電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)功率驅(qū)動(dòng)電路直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)接口電路直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速控制方法對勵(lì)磁磁通進(jìn)行控制的勵(lì)磁控制法控制受到限制，動(dòng)態(tài)響應(yīng)差對電樞電壓進(jìn)行控制的電樞控制法控制方便，此為常用控制法通常情況下，采用PWM(脈寬調(diào)制)來實(shí)現(xiàn)直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速利用電樞電壓控制的方法中，半導(dǎo)體功率器件在使用上可以分為兩種方式：線性放大驅(qū)動(dòng)方式開關(guān)驅(qū)動(dòng)方式功率驅(qū)動(dòng)電路直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)接口電路線性放大驅(qū)動(dòng)方式控制原理簡單、輸入波動(dòng)小、線性好、對鄰近電路干擾??；由于工作在線性區(qū)，效率低、發(fā)熱嚴(yán)重不常采用開關(guān)驅(qū)動(dòng)方式使半導(dǎo)體功率器件工作于開關(guān)狀態(tài)，通過脈寬調(diào)制(PWM)來控制電動(dòng)機(jī)電壓，從而實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的控制。功率驅(qū)動(dòng)電路直流電動(dòng)機(jī)PWM調(diào)速原理功率驅(qū)動(dòng)電路直流電動(dòng)機(jī)PWM調(diào)速原理電樞繞組兩端電壓為：D為占空比，表示在一個(gè)周期T里開關(guān)管導(dǎo)通的時(shí)間與周期的比值，電樞兩端電壓取決于D的大小，從而達(dá)到調(diào)速的目的改變占空比的方法定寬調(diào)頻法調(diào)寬調(diào)頻法定頻調(diào)寬法功率驅(qū)動(dòng)電路直流電動(dòng)機(jī)電樞調(diào)速典型電路H橋PWM電路（分立元件）功率驅(qū)動(dòng)電路直流電動(dòng)機(jī)電樞調(diào)速波形功率驅(qū)動(dòng)電路直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速注意事項(xiàng)PWM頻率不能太低，一般在1KHz以上起動(dòng)扭矩與占空比之間的關(guān)系負(fù)載、轉(zhuǎn)速與占空比的關(guān)系過流保護(hù)功率驅(qū)動(dòng)電路直流電動(dòng)機(jī)電樞調(diào)速典型電路L298，雙H橋（集成電路）功率驅(qū)動(dòng)電路步進(jìn)電機(jī)及驅(qū)動(dòng)電路步進(jìn)電機(jī)是數(shù)字信號(hào)控制的電動(dòng)設(shè)備，每輸入一個(gè)脈沖信號(hào)，步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子就旋轉(zhuǎn)一步按相數(shù)分類單相兩相三相功率驅(qū)動(dòng)電路步進(jìn)電機(jī)及驅(qū)動(dòng)電路步進(jìn)電機(jī)的工作方式單三拍工作方式A-B-C-A雙三拍工作方式AB-BC-CA-AB功率驅(qū)動(dòng)電路步進(jìn)電機(jī)及驅(qū)動(dòng)電路步進(jìn)電機(jī)的工作方式六拍工作方式A-AB-B-BC-C-CA-A功率驅(qū)動(dòng)電路步進(jìn)電機(jī)及驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)電路單電壓驅(qū)動(dòng)集成步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器根據(jù)不同性質(zhì)的步進(jìn)電機(jī)，設(shè)計(jì)專用的驅(qū)動(dòng)器。功率驅(qū)動(dòng)電路與步進(jìn)電機(jī)相關(guān)的幾個(gè)問題步數(shù)指步進(jìn)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)一周所需要的脈沖數(shù)：200、400集成步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器可對步數(shù)設(shè)置失步通俗的講，就是步進(jìn)電機(jī)行進(jìn)的步數(shù)比給予的脈沖數(shù)少的現(xiàn)象原因：驅(qū)動(dòng)脈沖頻率與步進(jìn)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)頻率不匹配驅(qū)動(dòng)脈沖頻率步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)脈沖頻率，慢——快——慢，呈梯形曲線功率驅(qū)動(dòng)電路繼電器電路典型的電磁繼電器驅(qū)動(dòng)電路功率驅(qū)動(dòng)電路可控硅電路單向可控硅A陽極K陰極G門極導(dǎo)通讓門極相對陰極成正極性，使產(chǎn)生門極電流，當(dāng)門極電壓達(dá)到閥值電壓VGT，并導(dǎo)致門極電流達(dá)到閥值IGT，經(jīng)過很短時(shí)間tgt（稱作門極控制導(dǎo)通時(shí)間）負(fù)載電流從正極流向陰極。當(dāng)負(fù)載電流達(dá)到閘流管的閂鎖電流值IL時(shí)，即使斷開門極電流，負(fù)載電流將維持不變。只要有足夠的電流繼續(xù)流動(dòng)，閘流管將繼續(xù)在沒有門極電流的條件下導(dǎo)通。這種狀態(tài)稱作閂鎖狀態(tài)。功率驅(qū)動(dòng)電路可控硅電路單向可控硅截止要斷開閘流管的電流，需把負(fù)載電流降到維持電流IH之下，并歷經(jīng)必要時(shí)間，讓所有的載流子撤出結(jié)。在直流電路中可用“強(qiáng)迫換向”，而在交流電路中則在導(dǎo)通半周終點(diǎn)實(shí)現(xiàn)。（負(fù)載電路使負(fù)載電流降到零，導(dǎo)致閘流管斷開，稱作強(qiáng)迫換向。）然后，閘流管將回復(fù)至完全截止的狀態(tài)功率驅(qū)動(dòng)電路可控硅電路雙向可控硅G門極MT2主端子MT1主端子導(dǎo)通可用門極和MT1的正向或負(fù)向電流觸發(fā)，在負(fù)載電流過零時(shí)，門極用直流或單極脈沖觸發(fā)，優(yōu)先采用負(fù)的門極電流截止交流電路中在導(dǎo)通半周終點(diǎn)實(shí)現(xiàn)強(qiáng)迫換向。然后，閘流管將回復(fù)至完全截止的狀態(tài)功率驅(qū)動(dòng)電路可控硅應(yīng)用電路——弱電控制強(qiáng)電單向可控硅控制門極的電平就可以控制可控硅的通斷雙向可控硅利用光耦實(shí)現(xiàn)隔離驅(qū)動(dòng)隨機(jī)觸發(fā)型可控硅驅(qū)動(dòng)光耦過零觸發(fā)型可控硅驅(qū)動(dòng)光耦功率驅(qū)動(dòng)電路固態(tài)繼電器電路固態(tài)繼電器是一種無觸點(diǎn)通斷型電子開關(guān)，四端口有源器件采用高耐壓的專用耦合器實(shí)現(xiàn)輸入與輸出之間的電氣隔離并可以實(shí)現(xiàn)類似電磁繼電器的開關(guān)功能顯示電路LED顯示靜態(tài)顯示顯示電路LED顯示靜態(tài)顯示方法直接用可編程芯片I/O口驅(qū)動(dòng)利用并行擴(kuò)展芯片或串行擴(kuò)展芯片驅(qū)動(dòng)常用的并行擴(kuò)展芯片MSM8255SN74HC245、SN74HC573常用的串行擴(kuò)展芯片SN74HC164SN74HC595顯示電路LED顯示動(dòng)態(tài)顯示（非譯碼方式）顯示電路LED顯示動(dòng)態(tài)顯示（非譯碼方式）顯示電路LED顯示動(dòng)態(tài)顯示（非譯碼方式）顯示電路LED顯示動(dòng)態(tài)顯示（譯碼方式）利用74HC48、74HC49、CD4511等LED譯碼驅(qū)動(dòng)電路來控制顯示，節(jié)約I/O口資源。利用集成LED顯示控制芯片顯示MAX7219MSM82C79ZLG7290顯示電路LCD顯示采用成品液晶顯示電路字符型控制器：HD4478016×2、20×2、20×4、40×4圖形型T6963C、HD61202、SED1335128×64、240×64、240×128、320×240觸摸屏型A/D轉(zhuǎn)換電路分類積分型將輸入電壓轉(zhuǎn)換成時(shí)間（脈沖寬度信號(hào)）或頻率（脈沖頻率），然后由定時(shí)器/計(jì)數(shù)器獲得數(shù)字值；優(yōu)點(diǎn)：分辨率高，達(dá)16位以上缺點(diǎn)：轉(zhuǎn)換精度依賴于積分時(shí)間，轉(zhuǎn)換速率低典型芯片：TLC7135A/D轉(zhuǎn)換電路分類逐次逼近型由一個(gè)比較器和D/A轉(zhuǎn)換器通過逐次比較邏輯構(gòu)成，從高位開始，順序的對每一位將輸入電壓與內(nèi)置D/A轉(zhuǎn)換器輸出進(jìn)行比較，經(jīng)過N次比較而輸出數(shù)字值優(yōu)點(diǎn)：速度高、功耗低、價(jià)格便宜（<12位）缺點(diǎn)：高精度（>12位）價(jià)格很高典型芯片：TLC0831A/D轉(zhuǎn)換電路分類并行比較型采用多個(gè)比較器，僅做一次比較而實(shí)行轉(zhuǎn)換，由于轉(zhuǎn)換速率極高，適用于視頻A/D轉(zhuǎn)換等速度要求特別高的領(lǐng)域優(yōu)點(diǎn)：速度極高缺點(diǎn)：N位的轉(zhuǎn)換需要2N－1個(gè)比較器，電路規(guī)模極大，價(jià)格高典型芯片：TLC5510（20M）A/D轉(zhuǎn)換電路分類Σ－Δ調(diào)制型由積分器、比較器、1位D/A轉(zhuǎn)換器和數(shù)字濾波器等組成，將輸入電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成時(shí)間信號(hào)，用數(shù)字濾波器處理后得到數(shù)字值優(yōu)點(diǎn)：高分辨率，適合做測量缺點(diǎn)：速度較慢典型芯片：AD7705（24位）A/D轉(zhuǎn)換電路主要技術(shù)指標(biāo)分辨率數(shù)字量變化一個(gè)最小量時(shí)模擬信號(hào)的變化量，定義位滿刻度與2N的比值，又稱精度轉(zhuǎn)換速率完成一次從模擬轉(zhuǎn)換到數(shù)字的A/D轉(zhuǎn)換所需的時(shí)間的倒數(shù)積分型轉(zhuǎn)換時(shí)間是毫秒級逐次比較型轉(zhuǎn)換時(shí)間是微秒級并行可達(dá)納秒級采樣時(shí)間（采樣速率）指兩次轉(zhuǎn)換的時(shí)間間隔，為了保證轉(zhuǎn)換的正確完成，采樣速率必須小于或等于轉(zhuǎn)換速率，常用單位ks/s，Ms/sA/D轉(zhuǎn)換電路主要技術(shù)指標(biāo)量化誤差由A/D的有限分辨率而引起的誤差偏移誤差輸入信號(hào)為零時(shí)輸出信號(hào)不為零的值滿刻度誤差滿度輸出時(shí)對應(yīng)的輸入信號(hào)與理想信號(hào)值之差線性度實(shí)際轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)移函數(shù)與理想直線的最大偏移，但不包括以上三種誤差A(yù)/D轉(zhuǎn)換電路不同類型A/D轉(zhuǎn)換器的比較A/D轉(zhuǎn)換電路A/D轉(zhuǎn)換器的選用依據(jù)A/D轉(zhuǎn)換器用于什么系統(tǒng)、輸出的數(shù)據(jù)位數(shù)、系統(tǒng)的精度、線性輸入的模擬信號(hào)類型，包括模擬輸入信號(hào)的范圍、極性（單、雙）、信號(hào)的驅(qū)動(dòng)能力、信號(hào)的變化快慢后續(xù)電路對A/D轉(zhuǎn)換器輸出數(shù)字邏輯電平的要求、輸出方式（串并）、是否需要數(shù)據(jù)鎖存、與哪種CPU或數(shù)字電路（三態(tài)門邏輯、TTL還是CMOS）接口、驅(qū)動(dòng)電路系統(tǒng)工作在動(dòng)態(tài)條件還是靜態(tài)條件、帶寬要求、要求A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換時(shí)間、采樣速率、是高速應(yīng)用還是低速應(yīng)用等基準(zhǔn)電壓源的來源?；鶞?zhǔn)電壓源的幅度、極性及穩(wěn)定性、電壓是固定的還是可調(diào)的，外部提供還是A/D轉(zhuǎn)換芯片內(nèi)部提供成本及芯片來源等因素A/D轉(zhuǎn)換電路A/D轉(zhuǎn)換器配套應(yīng)用芯片放大器電路大多數(shù)A/D的模擬輸入電壓在1~10V，而外輸入電壓較小，需使用模擬放大器，一般采用集成運(yùn)算放大器，也可使用儀表放大器和隔離放大器多路模擬開關(guān)三選一、四選一、八選一注意模擬開關(guān)的電阻，有必要時(shí)要在A/D輸入端加入高輸入阻抗的電壓跟隨器CD4051、CD4053、AD7501、AD7506，MAX4501采樣/保持器保持前一次采樣結(jié)束時(shí)刻的瞬間輸入模擬信號(hào)，直到下一次采樣狀態(tài)結(jié)束有利于保證A/D轉(zhuǎn)換芯片轉(zhuǎn)換的準(zhǔn)確性A/D轉(zhuǎn)換電路A/D轉(zhuǎn)換器使用注意事項(xiàng)電源和接地A/D是模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)混合電路。數(shù)字信號(hào)的脈沖信號(hào)工作，信號(hào)幅度