功率接口电路

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1、3.7功率驱动电路3.7.1直流电机驱动接口电路1、直流电机电枢的调速原理根据电机学可知，直流电机转速n的表达式为：ｎ=（Ｕ—ＩＲ）/（ＫΦ）(3.7.1)式中Ｕ——电枢端电压；Ｉ——电枢电流；Ｒ——电枢电路总电阻；Φ——每极磁通量；Ｋ——电动机结构参数。由式(3.7.1)可知，直流电动机的转速控制方法可分为两大类：对励磁磁通进行控制的励磁控制法，和对电枢电压进行控制的电枢控制法。其中励磁控制法在低速时受磁极饱和的限制，在高速时受换向火花和换向器结构强度的限制，并且励磁线圈电感较大，动态响应较差，所以这种控制

2、方法较少使用。现在，大多数应用场合都使用电枢电压控制法。本节介绍的是在保证励磁恒定不变的情况下，采用PWM来实现直流电动机的调速方法。在对直流电动机电枢电压的控制和驱动中，半导体功率器件在使用上可以分为两种方式：线性放大驱动方式和开关驱动方式。在线性放大驱动方式，半导体功率器件工作在线性区，优点是：控制原理简单，输出波动小，线性好，对邻近电路干扰小。但是功率器件工作在线性区，效率低和散热问题严重。开关驱动方式是使半导体功率器件工作在开关状态，通过脉宽调制（PWM）来控制电动机的电枢电压，从而实现电动机转速的控

3、制。图3.7.1.PWM调速控制原理和电压波形图直流电动机PWM调速控制原理图和输入输出电压波形如图3.7.1所示。在图3.7.1(a)中，当开关管的驱动信号为高电平时，开关管导通，直流电动机电枢绕组两端有电压US。t1秒后，驱动信号变为低电平，开关管截止，电动机电枢两端电压为0。t2秒后，驱动信号重新变为高电平，开关管的动作重复前面的过程。对应输入电平的67高低，直流电动机电枢绕组两端的电压波形如图3.7.1(b)所示。电动机的电枢绕组两端的电压平均值UO为：UO=(t1×US+0)/(t1+t2)=(t1

4、×US)/T=DUS(3.7.2)式中D为占空比,D=t1/T。占空比D表示了在一个周期T里开关管导通的时间与周期的比值。D的变化范围为0≤D≤1。由式(3.7.2)可知，当电源电压US不变的情况下，电枢两端电压的平均值UO取决于占空比D的大小，改变D值也就改变了电枢两端电压的平均值，从而达到控制电动机转速的目的，即实现PWM调速。在PWM调速时，占空比D是一个重要参数。改变占空比的方法有定宽调频法、调宽调频法和定频调宽法等。在定频调宽法，同时改变t1和t2，但周期T（或频率）保持不变。2、直流电机电枢调速的

5、电路设计直流电动机驱动电路主要用来控制直流电动机的转动方向和转动速度。改变直流电动机两端的电压可以控制电动机的转动方向。控制直流电动机的转速，有不同的方案。竞赛中对玩具电机控制，可以采用由小功率三极管8050和8550组成的H型PWM电路。图3.7.2直流电动机PWM驱动电路直流电动机PWM驱动电路如图3.7.2所示，电路采用功率三极管8050和8550，以满足电动机启动瞬间的大电流要求。当Iso/DcOut1输入为低电平，Iso/DcOut2输入为高电平时，晶体管功率放大器Q9、Q8导通，Q10、Q7截止。

6、Q9、Q8与直流电机一起形成一个回路，驱动电机正转。当Iso/DcOut1输入为高电平，Iso/DcOut2输入为低电平时，晶体管功率放大器Q9、Q8截止，Q10、Q7导通，Q10、Q7与直流电机形成回路，驱动电机反转。四个二极管起到保护晶体管的作用。功率晶体管采用P521光耦器驱动，将控制部分与电动机驱动部分隔离。光耦器的电源VCC为＋5V，H型驱动电路中晶体管功率放大器Q9、Q10的发射极所加的电源为12V。673、FPGA产生PWM波形利用FPGA产生PWM波的VHDL程序如下：libraryIEEE;

7、useIEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;useIEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL;useIEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;entitydriver_pwmisPort(clk:instd_logic;reset:instd_logic;sel:instd_logic_vector(1downto0);speed:instd_logic_vector(2downto0);pwm_out_P:outstd_logic;pwm_out_N:outstd_logic)

8、;enddriver_pwm;architectureBehavioralofdriver_pwmissignalcoefficent:integer;signalreg_pwm_N,reg_pwm_P:std_logic;beginprocess(speed)begincasespeediswhen"001"=>coefficent<=15000000;when"010"=>coefficent<