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直流电机几种驱动电路设计思路

2016年08月04日 16:14 次阅读

  直流电机驱动电路图

  以上是直流电机驱动电路图,下面为您详细介绍直流电机驱动设计需要注意的事项,低压驱动电路的简易栅极驱动、边沿延时驱动电路图解及其设计思路。

  一、 直流电机驱动电路的设计目标

  在直流电机驱动电路的设计中,主要考虑一下几点:

  1. 功能:电机是单向还是双向转动?需不需要调速?对于单向的电机驱动,只要用一个大功率三极管或场效应管或继电器直接带动电机即可,当电机需要双向转动时,可以使用由4个功率元件组成的H桥电路或者使用一个双刀双掷的继电器。如果不需要调速,只要使用继电器即可;但如果需要调速,可以使用三极管,场效应管等开关元件实现PWM(脉冲宽度调制)调速。

  2. 性能:对于PWM调速的电机驱动电路,主要有以下性能指标。

  1)输出电流和电压范围,它决定着电路能驱动多大功率的电机。

  2)效率,高的效率不仅意味着节省电源,也会减少驱动电路的发热。要提高电路的效率,可以从保证功率器件的开关工作状态和防止共态导通(H桥或推挽电路可能出现的一个问题,即两个功率器件同时导通使电源短路)入手。

  3)对控制输入端的影响。功率电路对其输入端应有良好的信号隔离,防止有高电压大电流进入主控电路,这可以用高的输入阻抗或者光电耦合器实现隔离。

  4)对电源的影响。共态导通可以引起电源电压的瞬间下降造成高频电源污染;大的电流可能导致地线电位浮动。

  5)可靠性。电机驱动电路应该尽可能做到,无论加上何种控制信号,何种无源负载,电路都是安全的。

  1.输入与电平转换部分:

  输入信号线由DATA引入,1脚是地线,其余是信号线。注意1脚对地连接了一个2K欧的电阻。当驱动板与单片机分别供电时,这个电阻可以提供信号电流回流的通路。当驱动板与单片机共用一组电源时,这个电阻可以防止大电流沿着连线流入单片机主板的地线造成干扰。或者说,相当于把驱动板的地线与单片机的地线隔开,实现“一点接地”。

  高速运放KF347(也可以用TL084)的作用是比较器,把输入逻辑信号同来自指示灯和一个二极管的2.7V基准电压比较,转换成接近功率电源电压幅度的方波信号。KF347的输入电压范围不能接近负电源电压,否则会出错。因此在运放输入端增加了防止电压范围溢出的二极管。输入端的两个电阻一个用来限流,一个用来在输入悬空时把输入端拉到低电平。

  不能用LM339或其他任何开路输出的比较器代替运放,因为开路输出的高电平状态输出阻抗在1千欧以上,压降较大,后面一级的三极管将无法截止。

  2.栅极驱动部分:

  后面三极管和电阻,稳压管组成的电路进一步放大信号,驱动场效应管的栅极并利用场效应管本身的栅极电容(大约1000pF)进行延时,防止H桥上下两臂的场效应管同时导通(“共态导通”)造成电源短路。

  当运放输出端为低电平(约为1V至2V,不能完全达到零)时,下面的三极管截止,场效应管导通。上面的三极管导通,场效应管截止,输出为高电平。当运放输出端为高电平(约为VCC-(1V至2V),不能完全达到VCC)时,下面的三极管导通,场效应管截止。上面的三极管截止,场效应管导通,输出为低电平。

  上面的分析是静态的,下面讨论开关转换的动态过程:三极管导通电阻远小于2千欧,因此三极管由截止转换到导通时场效应管栅极电容上的电荷可以迅速释放,场效应管迅速截止。但是三极管由导通转换到截止时场效应管栅极通过2千欧电阻充电却需要一定的时间。相应的,场效应管由导通转换到截止的速度要比由截止转换到导通的速度快。假如两个三极管的开关动作是同时发生的,这个电路可以让上下两臂的场效应管先断后通,消除共态导通现象。

  实际上,运放输出电压变化需要一定的时间,这段时间内运放输出电压处于正负电源电压之间的中间值。这时两个三极管同时导通,场效应管就同时截止了。所以实际的电路比这种理想情况还要安全一些。

  场效应管栅极的12V稳压二极管用于防止场效应管栅极过压击穿。一般的场效应管栅极的耐压是18V或20V,直接加上24V电压将会击穿,因此这个稳压二极管不能用普通的二极管代替,但是可以用2千欧的电阻代替,同样能得到12V的分压。

  3.场效应管输出部分:

  大功率场效应管内部在源极和漏极之间反向并联有二极管,接成H桥使用时,相当于输出端已经并联了消除电压尖峰用的四个二极管,因此这里就没有外接二极管。输出端并联一个小电容(out1和out2之间)对降低电机产生的尖峰电压有一定的好处,但是在使用PWM时有产生尖峰电流的副作用,因此容量不宜过大。在使用小功率电机时这个电容可以略去。如果加这个电容的话,一定要用高耐压的,普通的瓷片电容可能会出现击穿短路的故障。

  输出端并联的由电阻和发光二极管,电容组成的电路指示电机的转动方向.

  4.性能指标:

  电源电压15~30 V,最大持续输出电流5A/每个电机,短时间(10秒)可以达到10A,PWM频率最高可以用到30KHz(一般用1到10KHz)。电路板包含4个逻辑上独立的,输出端两两接成H桥的功率放大单元,可以直接用单片机控制。实现电机的双向转动和调速。

  5.布线:

  大电流线路要尽量的短粗,并且尽量避免经过过孔,一定要经过过孔的话要把过孔做大一些(>1mm)并且在焊盘上做一圈小的过孔,在焊接时用焊锡填满,否则可能会烧断。另外,如果使用了稳压管,场效应管源极对电源和地的导线要尽可能的短粗,否则在大电流时,这段导线上的压降可能会经过正偏的稳压管和导通的三极管将其烧毁。在一开始的设计中,NMOS管的源极于地之间曾经接入一个0.15欧的电阻用来检测电流,这个电阻就成了不断烧毁板子的罪魁祸首。当然如果把稳压管换成电阻就不存在这个问题了。

  在2004年的Robocon比赛中,我们主要采用了这个电路用以电机驱动。

  二、 低压驱动电路的简易栅极驱动

  一般功率场效应管的最高栅源电压为20V左右,所以在24V应用中要保证栅源电压不能超过20V,增加了电路的复杂程度。但在12V或更低电压的应用中,电路就可以大大简化。

  左图就是一个12V驱动桥的一边,上面电路的三极管部分被两个二极管和两个电阻代替。(注意,跟上图逻辑是反的)由于场效应管栅极电容的存在,通过R3,R4向栅极电容充电使场效应管延缓导通;而通过二极管直接将栅极电容放电使场效应管立即截止,从而避免了共态导通。

  这个电路要求在IN端输入的是边缘陡峭的方波脉冲,因此控制信号从单片机或者其他开路输出的设备接入后,要经过施密特触发器(比如555)或者推挽输出的高速比较器才能接到IN端。如果输入边缘过缓,二极管延时电路也就失去了作用。

  R3,R4的选取与IN信号边沿升降速度有关,信号边缘越陡峭,R3,R4可以选的越小,开关速度也就可以做的越快。Robocon比赛使用的升压电路(原理相似)中,IN前用的是555。

  三、 边沿延时驱动电路

  在前级逻辑电路里,有意地对控制PMOS的下降沿和控制NMOS的上升沿进行延时,再整形成方波,也可以避免场效应管的共态导通。另外,这样做可以使后级的栅极驱动电路简化,可以是低阻推挽驱动栅极,不必考虑栅极电容,可以较好的适应不同的场效应管。2003年Robocon比赛采用的就是这种驱动电路。下图是两种边沿的延时电路:


 

  下图是对应的NMOS,PMOS栅极驱动电路:


 

  这个栅极驱动电路由两级三极管组成:前级提供驱动场效应管栅极所需的正确电压,后级是一级射极跟随器,降低输出阻抗,消除栅极电容的影响。为了保证不共态导通,输入的边沿要比较陡,上述先延时再整形的电路就可以做到。

  五、 其它几种驱动电路

  1. 继电器+半导体功率器件的想法

  继电器有着电流大,工作稳定的优点,可以大大简化驱动电路的设计。在需要实现调速的电机驱动电路中,也可以充分利用继电器。有一个方案就是利用继电器来控制电流方向来改变电机转向,而用单个的特大电流场效应管(比如IRF3205,一般只有N型特大电流的管子)来实现PWM调速,如下右图所示。这样是实现特别大电流驱动的一个方法。换向的继电器要使用双刀双掷型的,接线如下左图,线圈接线如下中图:


 

 

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发表于 2016-11-23 17:59 388次阅读
深度剖析电动机振动10大原因、危害及解决方案

干货!LED去电源化设计

去电源化设计是针对照明设计专用驱动电路,在有些数细分市场不能被专用驱动IC所覆盖,还是会使用开关电源...

发表于 2016-10-26 16:03 1037次阅读
干货!LED去电源化设计

他励型压电扩音器和压电振动板的两种驱动电路

他励型的压电扩音器和压电振动板,通过在产品的两个端子之间外加交流电压而鸣动。以标准的驱动电路范例来说...

发表于 2016-10-10 10:40 324次阅读
他励型压电扩音器和压电振动板的两种驱动电路

Allegro MicroSystems, LL...

Allegro MicroSystems, LLC发布全新40 V电机驱动器IC A5989,它能够...

发表于 2016-09-07 14:17 438次阅读
Allegro MicroSystems, LL...

基于DSP的三相8极无刷直流电机控制设计

本文给出了基于TMS320F28335 DSP的无刷直流电机的控制系统设计方案,对控制系统的主要硬件...

发表于 2016-08-25 15:17 1136次阅读
基于DSP的三相8极无刷直流电机控制设计

全桥驱动电路工作原理详述

本文为您介绍全桥驱动电路工作原理,全桥驱动电路原理是什么,H桥式驱动电路在逆变器电路和直流电机电路中...

发表于 2016-08-05 18:36 5968次阅读
全桥驱动电路工作原理详述

半桥驱动电路工作原理及作用

本文为您介绍半桥驱动电路工作原理、半桥驱动电路的作用以及半桥驱动电路需要注意问题、特点。

发表于 2016-08-05 18:17 8948次阅读
半桥驱动电路工作原理及作用

数码管驱动电路的作用、分类及驱动电路设计

本文为您介绍数码管驱动电路的作用,数码管驱动电路有什么作用,数码管的分类及驱动电路设计、原理图。

发表于 2016-08-05 17:50 9559次阅读
数码管驱动电路的作用、分类及驱动电路设计

电机驱动电路的作用与电路原理图

本文为您介绍电机驱动电路的作用,电机驱动电路有什么用以及电机驱动电路原理图及相关内容讲解。

发表于 2016-08-05 16:49 9064次阅读
电机驱动电路的作用与电路原理图

IGBT驱动电路的作用、工作特性与使用要求

IGBT驱动电路的作用主要是将单片机脉冲输出的功率进行放大,以达到驱动IGBT功率器件的目的。在保证...

发表于 2016-08-05 16:16 4682次阅读
IGBT驱动电路的作用、工作特性与使用要求

led驱动电路的作用与拓扑结构

LED是一种由过剩能量引发的光子发射,当在led两端加上正向电压时,半导体内的少数载流子和多数载流子...

发表于 2016-08-05 15:59 981次阅读
led驱动电路的作用与拓扑结构

采用自举升压结构设计双电压mosfet驱动电路

自举升压电路的原理图如图1所示。所谓的自举升压原理就是,在输入端IN输入一个方波信号,利用电容Cbo...

发表于 2016-08-04 18:41 1271次阅读
采用自举升压结构设计双电压mosfet驱动电路

功率mos管工作原理与几种常见驱动电路图

本文介绍功率mosfet工作原理、几种常见的mosfet驱动电路设计,功率mosfet驱动电路原理图...

发表于 2016-08-04 18:15 7699次阅读
功率mos管工作原理与几种常见驱动电路图

几种IGBT驱动电路的保护电路原理图

本文为您介绍几种常见的IGBT驱动电路原理及其保护电路,EXB841/840、M57959L/M57...

发表于 2016-08-04 17:48 3593次阅读
几种IGBT驱动电路的保护电路原理图

十几种常用led驱动电路图

本文为你提供十多种常用led驱动电路图、led驱动电路原理图。包括并行LED数码管静态显示电路(共阳...

发表于 2016-08-04 17:17 2448次阅读
十几种常用led驱动电路图

IR2104芯片驱动电路实现智能车差速控制方案

常用的电机驱动有两种方式:一、采用集成电机驱动芯片;二、采用MOSFET和专用栅极驱动芯片自己搭。集...

发表于 2016-08-04 16:37 2631次阅读
IR2104芯片驱动电路实现智能车差速控制方案

Diodes 公司无刷直流全桥电机驱动器 提供P...

Diodes 公司推出AM9468和AM9469无刷直流电机驱动器产品,具有桥接负载驱动架构以最小化...

发表于 2016-06-08 14:38 400次阅读
Diodes 公司无刷直流全桥电机驱动器 提供P...

变频器逆变模块损坏故障处理技巧

变频器逆变模块损坏多半是由于驱动电路损坏致使1个桥臂上的2个开关器件同一时间导通所造成的。

发表于 2016-05-26 11:12 495次阅读
变频器逆变模块损坏故障处理技巧

Diodes 40V车用MOSFET适用于电机控...

Diodes公司 (Diodes Incorporated) 新推出的两款40V车用MOSFET D...

发表于 2016-03-23 11:41 387次阅读
Diodes 40V车用MOSFET适用于电机控...

或许你并不了解新能源汽车

现在不管是各大网站、报纸,还是新闻电视台,有关新能源汽车的新闻铺天盖地,但又有多少人真正知道新能源汽...

发表于 2016-02-17 10:35 288次阅读
或许你并不了解新能源汽车

三种IGBT驱动电路和保护方法详解

本文着重介绍三个IGBT驱动电路。驱动电路的作用是将单片机输出的脉冲进行功率放大,以驱动IGBT,保...

发表于 2015-12-31 09:07 26160次阅读
三种IGBT驱动电路和保护方法详解

智能手机控制系统方案

移动互联网时代,智能手机是主要的应用平台。在家居环境中,智能手机可以作为控制终端,控制家里的每一个智...

发表于 2015-11-30 16:21 511次阅读
智能手机控制系统方案

详解LED驱动电路集锦—电路图天天读(268)

在通常的直流值流转换器应用中,控制电路采用由一只电感和一只电容构成的功率级,并通过一个电阻分压网络的...

发表于 2015-10-26 10:46 10077次阅读
详解LED驱动电路集锦—电路图天天读(268)

详解步进电机驱动电路设计—电路图天天读(257)

步进电机在控制系统中具有广泛的应用。它可以把脉冲信号转换成角位移,并且可用作电磁制动轮、电磁差分器、...

发表于 2015-10-10 11:39 17459次阅读
详解步进电机驱动电路设计—电路图天天读(257)

继电器的工作原理以及驱动电路解析 —电路图天天读...

继电器是一种电子控制器件,它具有控制系统(又称输入回路)和被控制系统(又称输出回路),通常应用于自动...

发表于 2015-09-15 10:59 13887次阅读
继电器的工作原理以及驱动电路解析 —电路图天天读...

D类功率放大器电路设计与调试

D类放大器是一种将输入模拟音频信号或PCM数字信息变换成PWM或PDM的脉冲信号,然后用PWM的脉冲...

发表于 2015-09-14 14:28 973次阅读
D类功率放大器电路设计与调试

无线调光系统电路设计与方案详解

不少终端系统厂商从目前白炽灯的市场出发,利用无线技术,完成可控硅调节白炽灯的改造。然而照明接收端的无...

发表于 2015-08-24 09:47 2526次阅读
无线调光系统电路设计与方案详解

LED性能如何优化?

  本文介绍了成本,设计简洁,功耗和长寿之间的权衡,在高驱动电流运行一个给定的LED应用。

发表于 2015-08-19 09:42 771次阅读
LED性能如何优化?

D类功放系统结构与电路设计解析 —电路图天天读(...

本系统由高效率功率放大器、信号变换电路、外接测试仪表组成,是一种将输入模拟音频信号或PCM数字信息变...

发表于 2015-08-18 11:36 6410次阅读
D类功放系统结构与电路设计解析 —电路图天天读(...

工程师十年总结:LED设计经典问题解答

近年来,LED制造工艺的不断进步和新材料(氮化物晶体和荧光粉)的开发和应用,各种颜色的超高亮度LED...

发表于 2015-08-17 16:16 6770次阅读
工程师十年总结:LED设计经典问题解答

汽车电子电路设计图集锦 —电路图天天读(223)

随着汽车工业的发展,汽车上的电子控制系统数量呈指数增长,以ECU为核心的车载电子控制系统逐步取代了被...

发表于 2015-08-13 15:07 12205次阅读
汽车电子电路设计图集锦 —电路图天天读(223)

放大器与ADC驱动器电路设计精华 —电路图天天读...

本文将介绍几种放大与驱动电路设计,涉及到具体芯片的应用电路,供读者设计参考,LT6350 是一款具快...

发表于 2015-08-12 16:56 2050次阅读
放大器与ADC驱动器电路设计精华 —电路图天天读...

智能插座电子电路设计详解 —电路图天天读(220...

本文主要介绍了一种智能插座的设计方法,该设计的计算机智能节能插座利用主机的开机和关机来带动其他设备的...

发表于 2015-08-10 11:23 4717次阅读
智能插座电子电路设计详解 —电路图天天读(220...

驱动与耦合电子电路设计详解 —电路图天天读(21...

本文讨论了几种单片机I/O的常用驱动和耦合电路的设计方法,对合理地设计电气控制系统,提高电路的接口能...

发表于 2015-08-05 10:58 3942次阅读
驱动与耦合电子电路设计详解 —电路图天天读(21...

LED照明电源电路拓扑结构设计详解 —电路图天天...

大多数的LED驱动电路都属于下列拓扑类型:降压型、升压型、降压-升压型、SEPIC和反激式拓扑,除这...

发表于 2015-08-03 09:48 2941次阅读
LED照明电源电路拓扑结构设计详解 —电路图天天...

LED驱动控制系统电路模块深度解析 —电路图天天...

本文详细的解析了高电压脉冲宽度调制(PWM)LED驱动器控制器电路图,LED器件对驱动电源的要求近乎...

发表于 2015-07-03 11:50 4954次阅读
LED驱动控制系统电路模块深度解析 —电路图天天...