一种24V直流电机驱动器设计

 

　　传统的直流电机调速方法很多，如调压调速、弱磁调速等，它们存在着调速响应慢、精度差、调速装置复杂等缺点。随着全控式电力电子器件技术的发展， 以大功率晶体管作为开关器件的直流脉宽调制(PWM)调速系统已成为直流调速系统的主要发展方向。

　　为配套24V直流电机，设计了一种直流无刷电机驱动器。采用美国Microchip公司的PIC16F690单片机作为控制器， MOSFET为驱动元件， 配以相应的控制软件构成控制系统。实践表明，整个系统的精度、快速性以及可靠性等指标都能满足实际需求。

　　1 PWM 直流调速原理

　　在PWM 调速系统中，一般可以采用定宽调频、调宽调频、定频调宽3 种方法改变控制脉冲的占空比，但是前两种方法在调速时改变了控制脉宽的周期，从而引起控制脉冲频率的改变， 当该频率与系统的固有频率接近时将会引起振荡。为避免之，设计采用定频调宽改变占空比的方法来调节直流电动机电枢两端电压。

　　定频调宽法的基本原理是按一个固定频率来接通和断开电源，并根据需要改变一个周期内接通和断开的时间比(占空比)来改变直流电机电枢上电压的占空比，从而改变平均电压，控制电机的转速。在PWM 调速系统中，当电机通电时其速度增加，电机断电时其速度减低。只要按照一定的规律改变通、断电的时间，即可控制电机转速。而且采用PWM 技术构成的无级调速系统，启停时对直流系统无冲击， 并且具有启动功耗小、运行稳定的优点。为了说明问题，现假定电机始终接通电源时，电机最大转速为Vmax, 占空比为D = t /T, 则电机的平均速度Vd = D*Vmax, 由公式可知，当改变占空比D = t /T 时，就可以得到不同的电机平均速度Vd,从而达到调速的目的。

　　在一般应用中，可将平均速度与占空比D 近似地看成线性关系。

　　2 系统硬件设计

　　2.1 总体设计原理

　　系统要求电机能够按照设定值运转，并能实现正反转控制，根据直流电机的PWM 控制要求，控制系统的硬件部分主要包括单片机控制电路、光电隔离电路、驱动电路等几个部分，系统的硬件原理框图，如图1所示。控制信号送入PIC 单片机模拟口，经过处理后，输出PWM控制脉冲，为了提高系统的抗干扰性，在单片机控制电路和电机驱动电路之间用光电耦合器( TLP521) 实现电气隔离， 隔离后的控制信号经电机驱动逻辑电路产生电机逻辑控制信号， 分别控制H桥的上下臂，从而实现电机的正反转和调速的目的， 同时电机的转速能通过编码器反馈给单片机， 实现速度的闭环控制。

　　

 

　　图1 控制系统原理框图