測(cè)控電路（第7版）課件：執(zhí)行器控制與驅(qū)動(dòng)電路

執(zhí)行器控制與驅(qū)動(dòng)電路9.1取樣電路與誤差電路9.2功率放大電路9.3脈寬調(diào)制（PWM）控制電路9.4逆變電路及其驅(qū)動(dòng)9.5典型執(zhí)行器的控制與驅(qū)動(dòng)電路實(shí)例本章知識(shí)點(diǎn)執(zhí)行器控制與驅(qū)動(dòng)電路基本組成取樣電路與誤差放大電路、三種功率放大電路PWM控制基本原理、兩種逆變電路9.1取樣電路與誤差電路9.1.1取樣電路9.1.2誤差放大電路9.1.1取樣電路取樣電路的作用是根據(jù)功率放大電路的輸出電壓或輸出電流，產(chǎn)生成比例的反饋電壓，提供給誤差放大電路以構(gòu)成反饋控制。圖9-2電壓取樣電路9.1.2誤差放大電路誤差放大電路為差動(dòng)接法的運(yùn)算放大器電路將控制電壓uCV與取樣電路輸出的反饋電壓uFB的進(jìn)行比較放大，輸出誤差放大信號(hào)uERR該信號(hào)將被送到功率放大電路中調(diào)整管的控制端，調(diào)節(jié)并使功率放大電路輸出電壓或電流的穩(wěn)定。為保證較高的靈敏度和輸出電壓穩(wěn)定性，所采用的運(yùn)算放大器應(yīng)該具有盡可能高的開(kāi)環(huán)電壓放大倍數(shù)。9.2功率放大電路9.2.1直流負(fù)載功率放大電路9.2.2互補(bǔ)功率放大電路9.2.3橋式推挽功率放大電路9.2.1直流負(fù)載功率放大電路執(zhí)行器負(fù)載為單極性時(shí)，可采用直流負(fù)載功率放大電路，包括電壓輸出型和電流輸出型兩種形式。9.2.2互補(bǔ)功率放大電路當(dāng)執(zhí)行器負(fù)載為雙極性時(shí)，可采用互補(bǔ)功率放大電路。9.2.3橋式推挽功率放大電路橋式推挽功率放大電路：由兩個(gè)互補(bǔ)功率放大電路組合而成。橋式推挽功率放大電路的優(yōu)點(diǎn)在于只需單電源供電即可實(shí)現(xiàn)雙極性的功率放大；缺點(diǎn)在于所使用的晶體管最多，難以做到特性理想對(duì)稱(chēng)，且總損耗大、轉(zhuǎn)換效率降低。9.3脈寬調(diào)制（PWM）控制電路9.3.1PWM控制的基本原理9.3.2異步調(diào)制與同步調(diào)制9.3.3PWM電路9.3脈寬調(diào)制（PWM）控制電路脈寬調(diào)制（PulseWidthModulation,PWM）控制電路的功能是產(chǎn)生PWM波形，并用其控制逆變電路中半導(dǎo)體功率晶體管或晶閘管等開(kāi)關(guān)器件的通斷，實(shí)現(xiàn)變壓或變頻的電功率輸出。采用PWM控制電路構(gòu)成開(kāi)關(guān)式執(zhí)行器控制與驅(qū)動(dòng)電路，具有電源能量利用充分、功率調(diào)節(jié)效率高等優(yōu)點(diǎn)。9.3.1PWM控制的基本原理PWM控制的理論基礎(chǔ)是采樣控制理論中的面積等效原理，即沖量相等而形狀不同的窄脈沖（如矩形脈沖、三角形脈沖、正弦半波脈沖、單位脈沖等）加在具有慣性的環(huán)節(jié)上時(shí)，輸出響應(yīng)波形基本相同，其中所謂沖量是指窄脈沖的面積。如果用傅里葉變換分析上述窄脈沖，會(huì)發(fā)現(xiàn)其低頻段非常接近，僅在高頻段略有差異。利用該原理，可以用由寬度不同的矩形脈沖構(gòu)成的PWM波形來(lái)代替正弦波。當(dāng)需要改變等效輸出正弦波的幅值時(shí)，只要按照同一比例系數(shù)改變PWM波形中各脈沖的寬度即可。9.3.2異步調(diào)制與同步調(diào)制根據(jù)調(diào)制時(shí)PWM波形中載波和信號(hào)波是否同步變化，PWM可分成異步調(diào)制與同步調(diào)制兩種方式。9.3.3PWM電路采用調(diào)制法實(shí)現(xiàn)的PWM電路通常采用由分立元件構(gòu)成，由波形發(fā)生電路和求和型電平比較電路兩部分組成。三角波PWM電路9.4逆變電路及其驅(qū)動(dòng)9.4.1半橋逆變電路9.4.2全橋逆變電路9.4.3開(kāi)關(guān)器件驅(qū)動(dòng)電路9.4.1半橋逆變電路半橋電壓型逆變電路包括兩個(gè)橋臂，分別由開(kāi)關(guān)器件（V1/V2）和反向并聯(lián)的二極管（VD1/VD2）組成。9.4.2全橋逆變電路全橋電壓型逆變電路由兩個(gè)半橋電壓型逆變電路組合而成，包括四個(gè)橋臂，每個(gè)橋臂由一個(gè)開(kāi)關(guān)器件和一個(gè)反向并聯(lián)的二極管組成。雙全橋芯片L298構(gòu)成的全橋逆變電路9.4.3逆變電路驅(qū)動(dòng)逆變電路中常用的開(kāi)關(guān)器件包括場(chǎng)效應(yīng)管、晶閘管、門(mén)極可關(guān)斷晶閘管（GTO）、電力MOSFET、絕緣柵雙極晶體管（IGBT）等。其中晶閘管屬于半控型器件，能夠通過(guò)門(mén)極電壓控制其導(dǎo)通，但不能控制其關(guān)斷。門(mén)極可關(guān)斷晶閘管（GTO）、電力MOSFET、絕緣柵雙極晶體管（IGBT）等屬于全控型器件，可以控制其導(dǎo)通和關(guān)斷。采用IR2104芯片驅(qū)動(dòng)場(chǎng)效應(yīng)管構(gòu)成的半橋逆變電路9.5典型執(zhí)行器的控制與驅(qū)動(dòng)電路實(shí)例9.5.1音圈電機(jī)的控制與驅(qū)動(dòng)電路9.5.2直流電動(dòng)機(jī)的控制與驅(qū)動(dòng)電路9.5.3步進(jìn)電機(jī)的控制與驅(qū)動(dòng)電路9.5.4繼電器/電磁閥的控制與驅(qū)動(dòng)電路9.5.1音圈電機(jī)的控制與驅(qū)動(dòng)電路音圈電機(jī)的控制與驅(qū)動(dòng)電路可以采用線性執(zhí)行器控制與驅(qū)動(dòng)電路結(jié)構(gòu)9.5.1音圈電機(jī)的控制與驅(qū)動(dòng)電路音圈電機(jī)的控制與驅(qū)動(dòng)電路可以采用線性執(zhí)行器控制與驅(qū)動(dòng)電路結(jié)構(gòu)9.5.2直流電動(dòng)機(jī)的控制與驅(qū)動(dòng)電路直流電動(dòng)機(jī)的控制驅(qū)動(dòng)可以采用開(kāi)環(huán)和閉環(huán)兩種形式。9.5.2直流電動(dòng)機(jī)的控制與驅(qū)動(dòng)電路直流電動(dòng)機(jī)控制與驅(qū)動(dòng)電路由PWM控制電路和逆變電路兩部分組成9.5.3步進(jìn)電機(jī)的控制與驅(qū)動(dòng)電路步進(jìn)電機(jī)的控制與驅(qū)動(dòng)電路由環(huán)形分配電路和多路逆變電路組成1、環(huán)形分配電路環(huán)形分配電路主要由二進(jìn)制可逆計(jì)數(shù)器和譯碼器構(gòu)成2、細(xì)分環(huán)形分配電路在環(huán)形分配電路的基礎(chǔ)上，將譯碼器替換成了存儲(chǔ)器、DA轉(zhuǎn)換器和PWM電路。根據(jù)二進(jìn)制可逆計(jì)數(shù)器的技術(shù)結(jié)果，在存儲(chǔ)器中查表，輸出對(duì)應(yīng)的數(shù)字電壓信號(hào)，并通過(guò)DA轉(zhuǎn)換器輸出為模擬電壓信號(hào)。然后，通過(guò)PWM電路和柵極驅(qū)動(dòng)電路，轉(zhuǎn)換成控制逆變電路的PWM信號(hào)。3、單片集成的步進(jìn)電機(jī)控制與驅(qū)動(dòng)器單片集成的步進(jìn)電機(jī)控制與驅(qū)動(dòng)器芯片集成了細(xì)分環(huán)形分配電路、驅(qū)動(dòng)電路、逆變電路、保護(hù)及診斷電路等。常見(jiàn)的步進(jìn)電機(jī)控制與驅(qū)動(dòng)器芯片包括Allegro公司的A39XX系列和A49XX系列、德州儀器（TI）公司的DRV88XX系列、意法半導(dǎo)體（ST）公司的L62XX系列和L6