直流電機驅動電路設計的一些知識

2022-06-26 05:51:03 字數 1987 閱讀 7282

不能用lm339或其他任何開路輸出的比較器代替運放,因為開路輸出的高電平狀態輸出阻抗在1千歐以上,壓降較大,後面一級的三極體將無法截止。

2.柵極驅動部分:

後面三極體和電阻,穩壓管組成的電路進一步放大訊號,驅動場效電晶體的柵極並利用場效電晶體本身的柵極電容(大約1000pf)進行延時,防止h橋上下兩臂的場效電晶體同時導通(「共態導通」)造成電源短路。

當運放輸出端為低電平(約為1v至2v,不能完全達到零)時,下面的三極體截止,場效電晶體導通。上面的三極體導通,場效電晶體截止,輸出為高電平。當運放輸出端為高電平(約為vcc-(1v至2v),不能完全達到vcc)時,下面的三極體導通,場效電晶體截止。

上面的三極體截止,場效電晶體導通,輸出為低電平。

上面的分析是靜態的,下面討論開關轉換的動態過程:三極體導通電阻遠小於2千歐,因此三極體由截止轉換到導通時場效電晶體柵極電容上的電荷可以迅速釋放,場效電晶體迅速截止。但是三極體由導通轉換到截止時場效電晶體柵極通過2千歐電阻充電卻需要一定的時間。

相應的,場效電晶體由導通轉換到截止的速度要比由截止轉換到導通的速度快。假如兩個三極體的開關動作是同時發生的,這個電路可以讓上下兩臂的場效電晶體先斷後通,消除共態導通現象。

實際上,運放輸出電壓變化需要一定的時間,這段時間內運放輸出電壓處於正負電源電壓之間的中間值。這時兩個三極體同時導通,場效電晶體就同時截止了。所以實際的電路比這種理想情況還要安全一些。

場效電晶體柵極的12v穩壓二極體用於防止場效電晶體柵極過壓擊穿。一般的場效電晶體柵極的耐壓是18v或20v,直接加上24v電壓將會擊穿,因此這個穩壓二極體不能用普通的二極體代替,但是可以用2千歐的電阻代替,同樣能得到12v的分壓。

3.場效電晶體輸出部分:

大功率場效電晶體內部在源極和漏極之間反向併聯有二極體,接成h橋使用時,相當於輸出端已經併聯了消除電壓尖峰用的四個二極體,因此這裡就沒有外接二極體。輸出端併聯乙個小電容(out1和out2之間)對降低電機產生的尖峰電壓有一定的好處,但是在使用pwm時有產生尖峰電流的***,因此容量不宜過大。在使用小功率電機時這個電容可以略去。

如果加這個電容的話,一定要用高耐壓的,普通的瓷片電容可能會出現擊穿短路的故障。

輸出端併聯的由電阻和發光二極體,電容組成的電路指示電機的轉動方向.

4.效能指標:

電源電壓15~30 v,最大持續輸出電流5a/每個電機,短時間(10秒)可以達到10a,pwm頻率最高可以用到30khz(一般用1到10khz)。電路板包含4個邏輯上獨立的,輸出端兩兩接成h橋的功率放大單元,可以直接用微控制器控制。實現電機的雙向轉動和調速。

5.佈線:

大電流線路要盡量的短粗,並且盡量避免經過過孔,一定要經過過孔的話要把過孔做大一些(>1mm)並且在焊盤上做一圈小的過孔,在焊接時用焊錫填滿,否則可能會燒斷。另外,如果使用了穩壓管,場效電晶體源極對電源和地的導線要盡可能的短粗,否則在大電流時,這段導線上的壓降可能會經過正偏的穩壓管和導通的三極體將其燒毀。在一開始的設計中,nmos管的源極於地之間曾經接入乙個0.

15歐的電阻用來檢測電流,這個電阻就成了不斷燒毀板子的罪魁禍首。當然如果把穩壓管換成電阻就不存在這個問題了。

在2023年的robocon比賽中,我們主要採用了這個電路用以電機驅動。

三、 低壓驅動電路的簡易柵極驅動

一般功率場效電晶體的最高柵源電壓為20v左右,所以在24v應用中要保證柵源電壓不能超過20v,增加了電路的複雜程度。但在12v或更低電壓的應用中,電路就可以大大簡化。

左圖就是乙個12v驅動橋的一邊,上面電路的三極體部分被兩個二極體和兩個電阻代替。(注意,跟上圖邏輯是反的)由於場效電晶體柵極電容的存在,通過r3,r4向柵極電容充電使場效電晶體延緩導通;而通過二極體直接將柵極電容放電使場效電晶體立即截止,從而避免了共態導通。

這個電路要求在in端輸入的是邊緣陡峭的方波脈衝,因此控制訊號從微控制器或者其他開路輸出的裝置接入後,要經過施密特觸發器(比如555)或者推挽輸出的高速比較器才能接到in端。如果輸入邊緣過緩,二極體延時電路也就失去了作用。

r3,r4的選取與in訊號邊沿公升降速度有關,訊號邊緣越陡峭,r3,r4可以選的越小,開關速度也就可以做的越快。robocon比賽使用的公升壓電路(原理相似)中,in前用的是555。

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