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IR2104 + IRF540 MOS电机驱动全桥

IR2104 + IRF540 MOS电机驱动全桥
IR2104 + IRF540 MOS电机驱动全桥

R2104 + IRF540 MOS电机驱动全桥学习与实践过程

https://www.wendangku.net/doc/111810881.html,/bbs/article_1012_130178.html

使用L293或L298等全桥芯片来控制直流电机虽然简便而且成本低廉,但由于它们的内阻较大,在控制大电流的马达时芯片常常过热,导致系统的整体效率较低。在电动车上,马达控制芯片的内阻过大会导致车子的加速度变小。

本人设想在暑假制作一个大的轮式或者履带式机器人,并且希望它能跑到公交车那么快,于是开始研究如何使用MOS管来控制更大电流的电机。

首先,本人参考了《大功率直流马达的驱动——ABU ROBOCON 2005比赛之动力方案》一文中的电路图(原文地址 https://www.wendangku.net/doc/111810881.html,/article.php?sid=192 )

按照这个原理图,我热转印制作了单个全桥的实验电路。个别的电阻电容值有所变动。

上电并给予有效的持续高电平信号后发现电路不能驱动马达,而2104开始发烫,540没有任何反应。于是更换2104,但仍出现同样的现象。通过示波器检测发现,高端MOS没有被驱动,而低端MOS的G端信号正常,因而桥没有被导通。更换信号方向,另外半桥仍然出现相同的现象。

本人开始怀疑是BOOTSTRAP电容的问题,于是实验了不同的电容值。但无论怎么变换,问题仍然没有被解决。由于手头没有4148,使用了IN5819作为续流二极管,按道理5819只会比4148更好,不应该成为问题的原因。

由于手头2104只有6片,而所有的都上电并且发热过,于是重新购买了一批2104。在这里感谢周顺同学,那天刚好他毕业考考好,帮我到科技京城买了2104。

更换2104后,电路工作正常。周顺看了看我原来的2104,恍然大悟:原来的芯片是97年前的旧货。

马达欢快地转了起来。由于540的内阻要比298小很多,马达的加速度明显提高,变向时电刷更是发出了闪亮的火星。

回到家后用示波器开始研究高端MOS的G端驱动电压波形。发现在EN端为高的初期,高端MOS的驱动电压突然升至比VCC高10V。此时强推动作用起效。但随着时间的流逝,该电压逐渐衰减为VCC,MOS的导通程度越来越不完全。直到下一个脉冲到来,G端电压又恢复为VCC+10V,但又逐渐衰减。也就是说,用持续的高电平信号来驱动MOS会导致MOS不能被完全导通,致使MOS 发热,马达的实际功率低下。使用PWM信号则可以解决这个问题,它使BOOTSTRAP电容反复充电放电,使高端驱动电压始终维持在一个比较高的水平。倘若想让马达全速前进,不能使用持续的高

电平,而需要用3%左右占空比的PWM,这是驱动2104与驱动298等全桥芯片的最大差别。

不同的BOOTSTRAP电容值适应于不同频率的PWM信号与不同的MOS。电容值大的充电和放电时间都比较大,电压衰减得也比较慢,因而适合较低频率的PWM;电容值小的充电放电时间比较短,适合于较高频率的PWM。虽然IR给出过一个BOOTSTRAP电容的计算公式,但本人更倾向于通过实验来寻找合适的电容值。这样做既避免了繁杂的计算,又可以通过实验来了解它的工作原理,而且还可以适应板载电容。

通过实验,本人确定了1UF的电容值。该电容采用了旦电容,以减少漏电。但如果没有旦电容,其他漏电较大的电容影响也并非很大。相对于高频的PWM,在如此短的时间内漏电的影响是微乎其微的。但从理论上来说,BOOTSTRAP电容漏电会导致高端MOS的导通电阻变大。

总结了以上经验,本人又制作了一块双电机的MOS驱动电路。电路没有太大的改变,只是把续流二极管改为原图所说的4148,把阻容换成了贴片封装,并且采用了1UF旦电容作为BOOTSTRAP

电容。

点击此处下载热转印用PCB文档(DXP)

该电路制作好后成功地驱动了我的机器人小车。小车在全速启动以及突然反向运动时的性能明显比使用298要好。主要原因为突然变向的电流很大,而298的驱动能力有限,导致变向的电流较小,加速度较小。

实验并没有发现该电路有什么问题,于是电路基本定型,转向于研究设计印刷电路板。由于TO-220封装的MOS管直立很占空间,而且还需要散热器,于是本人决定采用贴片的D2PAK封装的IRF540,其他元件也都改为贴片封状。另外为了散热,本人还在芯片的上面设计了散热器和风扇。降低MOS温度可以大大提高工作效率。

一周后我拿到了印刷电路板,同时我也去购买贴片元件。IRF540S(S是贴片,N是TO-220)并没有买到正品,而是买到了打磨后重新刻字的拆机件,其他元件都买到了正品。回家焊接好后,电路工作正常,绿的散热器很漂亮。

点击此处下载PCB以及SCH

虽然该电路工作正常,但总感觉拆机的MOS管发热很大。于是我决定将TO220的正品540改为D2PAK封装,以做对比实验。

首先,用凿子将BACK凿到合适的位置

剪去一个脚

用老虎钳弯到合适的位置再剪到合适的长短

改装好的540与D2PAK封装的7805对比

我将这些改装好的正品540焊接到了电路上,而且没有安装散热器。由于急于想看到实验结果,在使用完焊锡膏后我没有洗板就上电了,结果2104突然冒火,被烧成两半。我急忙断电,但为时已晚。更换2104后,电路仍不能正常工作。通过检测发现,问题出在74HC00上。更换74HC00并洗板后,电路工作正常。我突然意识到74HC00的剩余引脚没有接地,而焊锡膏则可能导致漏电。因而我将这次事故的主要原因归结为:CMOS剩余引脚没有接地,而焊锡膏漏电导致惨剧发生。

电路修理好后,通过驱动同一马达,我发现正品540没有任何感觉得到的升温,而拆机540则明显升温。我断定,拆机540并非540,而是其他电流较小的MOS打磨后冒充540。

我来到科技京城,到处寻找IRF540S,但所有的商家都告诉我,只有假的,真的没有。而其他的贴片MOS,电流都比较小。因此我意识到只能采用手工加工540N的办法来获得540S。。。。。真是无奈啊。

回家后我开始实验较大电流的驱动,我将驱动电压和2104工作电压设为同路的12V,由一个2A的稳压电源供电,并且将限流开到最大。驱动信号为97%高电平的PWM,每隔1秒反转马达。当马达反转时,意想不到的事情发生了:马达停了下来,电流却被限制在了2A!此时板上的元件一定开始发热了!我迅速地将电源关闭。摸了下2104,滚烫!不过还好没有烧毁。重新上电驱动小马达一切正常。但一反转大马达,同样的事情再次发生。经过反复思考,我将该问题归结于电源的限流。由于马达反转时电流巨大,拉低了电压,使2104工作电压低于了正常范围(10V-20V),最低甚至到达了3V,而此时外围电路却在继续工作,2104极有可能发生错乱而导致发热。因此本人建议:2104的VCC最好能单独供电,千万不能因为马达而拉低电压,否则后果很可能是毁灭性的!

解决了该问题后,我想到电路的设计电流过小,50MIL的线顶多只能通过5A的电流,而540却能驱动30个安培,该电路对它的驱动能力造成了极大的浪费,因此决定重新设计。

在重新设计的电路板上,我没有改变任何的电路,而是把心思放在了走线以及散热上。我在每个MOS的正面和反面都采用了长方形的敷铜充当散热片,并且在MOS安装的地方用数量众多的过孔将两片敷铜连接起来,使正面的热量能够迅速传递到反面进行散热。另外在大电流的网络中,我还运用了SOLDER层去除阻焊层,使之能够镀锡以提供更大的电流。

昨天我拿到了PCB板,迫不及待地进行了焊接,洗板以及上电实验,一切顺利。电路自身的散热性能极佳。

可以看到MOS反面的散热敷铜以及热传导用的过孔

焊接好的板子(正面)

焊接好的板子(反面)

MOS的研究基本上告以段落,因此作该文以分享我研究过程中的经验以及快乐。有一些多余的打印好的热转印纸和5张第一板的PCB可以送给大家,请需要的人跟贴。前提是你在索取之前已经进行过一些相关的学习和实验,并乐意将自己的快乐与大家分享。

无刷直流电机的驱动及控制

无刷直流电机驱动 James P. Johnson, Caterpiller公司 本章的题目是无刷直流电动机及其驱动。无刷直流电动机(BLDC)的运行仿效了有刷并励直流电动机或是永磁直流电动机的运行。通过将原直流电动机的定子、转子内外对调—变成采用包含电枢绕组的交流定子和产生磁场的转子使得该仿效得以可能。正如本章中要进一步讨论的,输入到BLDC定子绕组中的交流电流必须与转子位置同步更变,以便保持磁场定向,或优化定子电流与转子磁通的相互作用,类似于有刷直流电动机中换向器、电刷对绕组的作用。该原理的实际运用只能在开关电子学新发展的今天方可出现。BLDC电机控制是今天世界上发展最快的运动控制技术。可以预见,随着BLDC的优点愈益被大家所熟知且燃油成本持续增加,BLDC必然会进一步广泛运用。 2011-01-30 23.1 BLDC基本原理 在众文献中无刷直流电动机有许多定义。NEMA标准《运动/定位控制电动机和控制》中对“无刷直流电动机”的定义是:“无刷直流电动机是具有永久磁铁转子并具有转轴位置监测来实施电子换向的旋转自同步电机。不论其驱动电子装置是否与电动机集成在一起还是彼此分离,只要满足这一定义均为所指。”

图23.1 无刷直流电机构形 2011-01-31 若干类型的电机和驱动被归类于无刷直流电机,它们包括: 1 永磁同步电机(PMSMs); 2 梯形反电势(back - EMF)表面安装磁铁无刷直流电机; 3 正弦形表面安装磁铁无刷直流电机; 4 内嵌式磁铁无刷直流电机; 5 电机与驱动装置组合式无刷直流电机; 6 轴向磁通无刷直流电机。 图23.1给出了几种较常见的无刷直流电机的构形图。永磁同步电机反电势是正弦形的,其绕组如同其他交流电机一样通常不是满距,或是接近满距的集中式绕组。许多无刷直流电

直流无刷电机驱动说明书

BLDC SERVO DRIVERS 无刷直流调速驱动器 使用手册1.3 系统上电前请仔细阅读手册 DBLS-01系列 直流无刷电机驱动说明书 一、概述 本控制驱动器为闭环速度型控制器,采用最近型IGBT和MOS功率器,利用直流无刷电机的霍尔信号进行倍频后进行闭环速度控制,控制环节设有PID速度调节器,系统控制稳定可靠,尤其是在低速下总能达到最大转矩,速度控制范围150~6000rpm。 二、特点 1、PID速度、电流双环调节器 2、高性能低价格 3、20KHZ 斩波频率 4、电气刹车功能,使电机反应迅速 5、过载倍数大于2,在低速下转矩总能达到最大 6、具有过压、欠压、过流、过温、霍尔信号非法等故障报警功能 三、电气指标 标准输入电压:24VDC\36VDC\48VDC 三种 最大输入过载保护电流:5A\15A两种 加速时间常数出厂值:0.2秒其他可定制 四、端子接口说明

1、电源输入端 引角序号引角名中文定义 1 V+ 直流+24V输入 2 GND 直流0V输入 2、电机输入端 引角序号引角名中文定义 1 MA 电机A相 2 MB 电机B相 3 MC 电机C相 4 GND 地线 5 HA 霍尔信号A相输入端 6 HB 霍尔信号B相输入端 7 HC 霍尔信号C相输入端 8 +6.25 霍尔信号的电源线 3、控制信号部分 GND:信号地 F/R:正、反转控制,接GND反转,不接正转,正反转切换时,应先关断EN EN:使能控制:EN接地,电机转(联机状态),EN不接,电机不转(脱机状态) BK:刹车控制:当不接地正常工作,当接地时,电机电气刹车,当负载惯量较大时,应采用脉宽信号方式,通过调整脉宽幅值来控制刹车效果。 SV ADJ:外部速度衰减:可以衰减从0~100%,当外部速度指令接6.25V时,通过该电位器可以调速试机 PG:电机速度脉冲输出:当极对数为P时,每转输出6P个脉冲(OC门输入) ALM:报警输出:当电路处于报警状态时,输出低电平(OC门输出) +6.25V:调速电压输出,可用电位器在SV和GND形成连续可调 拔码开关说明:四个档位为OFF时,电机不运行,SW1为ON状态时,电机转速为100%,SW2为ON状态时,电机转速为80%,SW3为ON状态时,电机转速为40%,SW4为ON状态时,电机转速为20%。 4.机械安装:

无刷直流电机驱动电路 dsp

基于 DSP 的无刷直流电机控制系统的设计
2010-1-13 22:24:00 来源:
摘 要:介绍了以高性能 TMS320F2812 DSP 芯片为核心的无刷直流电机控制系统的设 计和实现,主要包括系统硬件电路的主要构成,电机的控制策略及软件结构。 实验 表明,该系统结构简单紧凑,控制精度高,具有良好的静态和动态性能。 关键词:无刷直流电机;TMS320F2812;控制系统 Design of Control System of Brushless DC Motor Based on DSP WANG Chen-yang, ZHANG Qi, XIONG Jiu-long Abstract: The design and implementation of brushless DC motor control system based on high performance DSP TMS320F2812 is introduced in this paper, it is made up of three aspects, the main structure of system hardware, the strategy of motor controlling and software structure。 Experimental results show that the system has a simple and compact structure,high control precision and good dynamic and static characteristics. Key Words:brushless DC motor;TMS320F2812;control system 1. 引言 无刷直流电机利用电子换向器取代了传统直流电机中的机械电刷和机械换向器, 因此不仅保留了直流电动机运行效率高和调速性能好等优点, 又具有交流电动机的结 构简单、运行可靠、维护方便等优点。由于不受机械换向限制,易于做到大容量、高 转速,目前在航天、军工、数控、冶金、医疗器械等领域已得到大量应用。 TMSF2812 DSP 是 TI 公司新推出的基于 TMS320C2xx 内核的定点数字信号处理器。器件上集成了 多种先进的外设,具有灵活、可靠的控制和通信模块,完全可以采用单芯片实现电机 控制系统的控制和通信功能,使得电机控制系统简单化、模块化,为电机及其他运动 控制领域应用的实现提供了良好的平台。 本文设计和实现了基于 TI 公司 TMS320F2812 DSP 芯片的无刷直流电机控制系统,整个系统结构紧凑,功能完善。 2. 系统硬件设计 系统的硬件框图如图 1 所示,可以看出基本上包括一个以 TMS320F2812 DSP 为核 心的 DSP 控制板,一块配套的功率驱动板和一台无刷直流电机。

三相直流无刷电机驱动程序

1.检测霍尔传感器的值可以判断出转子的位置,再使能相应的上下桥臂,则能驱动电机运动;若要让电机持续转动,则必须再次检测传感器值及使能相应的上下桥臂。这里采用的是将霍尔传感器输出的三根线相边的IO口配置成外部中断,并且为边沿触发,在中断函数中加入传感器检测与上下桥臂切换程序,如此电机就能持续运转了。 2.上桥臂的控制采用IO口置高低电平来控制上桥臂的通断,下桥臂则使用单片机内部集成的三路PWM波来控制,通过控制PWM波的占空比,可以实现对电机的调速了。实际测得,占空比与电机的速度成正比例关系,在PWM波频率为20KHz时,占空比增加1%,速度增加60rpm,并在占空比为53%时达到额定转速3000rpm(空载)。 3.速度测量则采用如下公式: 电机每转一圈,霍尔值改变6次x5个周期=30次,记录边沿触发的中断次数N/30=电机转过的圈数,设运转时间为t(s)则电机转速v=N/30/t*60 rpm。即动转时间为2s时,霍尔值改变次数即为速度值,单位rpm。 4.调速:给定速度,由电机驱动板自动由当前速度平滑过渡到给定速度。实际测试发现,速度变化量很大时,电机会有突然加速或减速时的冲击;因此,调速应有一个缓冲的过程。即加速或减速应以小步进缓慢增加或减少占空比来让速度渐渐达到最终值。 #include "stm32f10x.h" #include "driver_motor.h" #define PWM_PERIOD_T 400 #define U_Up_On GPIOB->BSRR = GPIO_Pin_13 #define U_Up_Off GPIOB->BRR = GPIO_Pin_13 #define U_Dn_On GPIOA->BSRR = GPIO_Pin_8 #define U_Dn_Off GPIOA->BRR = GPIO_Pin_8 #define V_Up_On GPIOB->BSRR = GPIO_Pin_14 #define V_Up_Off GPIOB->BRR = GPIO_Pin_14 #define V_Dn_On GPIOA->BSRR = GPIO_Pin_9 #define V_Dn_Off GPIOA->BRR = GPIO_Pin_9 #define W_Up_On GPIOB->BSRR = GPIO_Pin_15 #define W_Up_Off GPIOB->BRR = GPIO_Pin_15 #define W_Dn_On GPIOA->BSRR = GPIO_Pin_10 #define W_Dn_Off GPIOA->BRR = GPIO_Pin_10 #define SU_HOR GPIOA->IDR & GPIO_Pin_15 #define SV_HOR GPIOA->IDR & GPIO_Pin_12 #define SW_HOR GPIOA->IDR & GPIO_Pin_11 //u8 Motor_Dir=0; //u8 Motor_EN=0;

IR2104 + IRF540 MOS电机驱动全桥

R2104 + IRF540 MOS电机驱动全桥学习与实践过程 https://www.wendangku.net/doc/111810881.html,/bbs/article_1012_130178.html 使用L293或L298等全桥芯片来控制直流电机虽然简便而且成本低廉,但由于它们的内阻较大,在控制大电流的马达时芯片常常过热,导致系统的整体效率较低。在电动车上,马达控制芯片的内阻过大会导致车子的加速度变小。 本人设想在暑假制作一个大的轮式或者履带式机器人,并且希望它能跑到公交车那么快,于是开始研究如何使用MOS管来控制更大电流的电机。 首先,本人参考了《大功率直流马达的驱动——ABU ROBOCON 2005比赛之动力方案》一文中的电路图(原文地址 https://www.wendangku.net/doc/111810881.html,/article.php?sid=192 ) 按照这个原理图,我热转印制作了单个全桥的实验电路。个别的电阻电容值有所变动。 上电并给予有效的持续高电平信号后发现电路不能驱动马达,而2104开始发烫,540没有任何反应。于是更换2104,但仍出现同样的现象。通过示波器检测发现,高端MOS没有被驱动,而低端MOS的G端信号正常,因而桥没有被导通。更换信号方向,另外半桥仍然出现相同的现象。 本人开始怀疑是BOOTSTRAP电容的问题,于是实验了不同的电容值。但无论怎么变换,问题仍然没有被解决。由于手头没有4148,使用了IN5819作为续流二极管,按道理5819只会比4148更好,不应该成为问题的原因。 由于手头2104只有6片,而所有的都上电并且发热过,于是重新购买了一批2104。在这里感谢周顺同学,那天刚好他毕业考考好,帮我到科技京城买了2104。 更换2104后,电路工作正常。周顺看了看我原来的2104,恍然大悟:原来的芯片是97年前的旧货。 马达欢快地转了起来。由于540的内阻要比298小很多,马达的加速度明显提高,变向时电刷更是发出了闪亮的火星。 回到家后用示波器开始研究高端MOS的G端驱动电压波形。发现在EN端为高的初期,高端MOS的驱动电压突然升至比VCC高10V。此时强推动作用起效。但随着时间的流逝,该电压逐渐衰减为VCC,MOS的导通程度越来越不完全。直到下一个脉冲到来,G端电压又恢复为VCC+10V,但又逐渐衰减。也就是说,用持续的高电平信号来驱动MOS会导致MOS不能被完全导通,致使MOS 发热,马达的实际功率低下。使用PWM信号则可以解决这个问题,它使BOOTSTRAP电容反复充电放电,使高端驱动电压始终维持在一个比较高的水平。倘若想让马达全速前进,不能使用持续的高

基于MC33035芯片的无刷直流电机驱动系统设计

基于MC33035的无刷直流电机驱动控制系统设计 摘要 随着社会的发展和人民的生活水平提高,人们对交通工具的需求也在不断发展和提高。电动自行车作为一种“绿色产品”已经在全国各省市悄然兴起,进入千家万户,成为人们,特别是中老年人和女士们理想的交通工具,受到广大使用者的喜爱。 MC33035的典型控制功能包括PWM开环速度控制、使能控制(起动或停止) 、正反转控制和能耗制动控制。此芯片具有过流保护、欠压保护、欠流保护、又因此芯片低成本、高智能化、从而简化系统构成、降低系统成本、增强系统性能、满足更多应用场合的需要。 设计的直流无刷电机控制器是采用 MC33035 芯片控制的,以本次设计结果表明,MC33035的典型控制功能带有可选时间延迟锁存关断模式的逐周限流特性以及内部热关断等特性。电动自行车作为一种新型交通工具已经在社会上引起很大的影响并受到广大使用者的喜爱。 关键词:电动自行车,无刷直流电机,MC33035,位置传感器

THE BRUSHLESS DC MOTOR DRIVE SYSTEM DESIGN BASED ON MC33035 CHIP ABSTRACT With the rapid development of technology, new energy technologies in recent years have been widely used. For example, the small size, light weight, high efficiency, low noise, large capacity and high reliability features such as permanent magnet brushless DC motor-driven bike. MC33035 Typical control functions include open loop PWM speed control so that it can control (start or stop), reversing control and braking control. This chip is overcurrent protection, undervoltage protection, under current protection, and therefore chip cost, high intelligence, which simplifies the system structure, lower system costs, increase system performance to meet the needs of more applications. The design of the brushless DC motor controller is controlled by MC33035 chip to this design results show that, MC33035 typical time delay control with an optional latch-by-week shutdown mode current limiting characteristics, and internal thermal shutdown characteristics. Electric bicycles as a mode of transportation has caused a great impact on society and loved by the majority of users. KEY WORDS: electric-bicycle, brushless DC motor, MC33035, position sensors

电机驱动及控制模块

电机驱动及控制模块

3.3电机驱动及控制模块 331 电机特性 —小车前进的动力是通过直流电机来驱动的,直流电机是最早出现的电动机, 也是最早能实现调速的电动机。长期以来,直流电动机一直占据着调速控制的 统治地位。它具有良 图7主、从单片机小系统应用电路 好的线性调速特性,简单的控制性能, 较高的效率,优异的动态特性。系统 选用的大谷基础车的260马达作为驱动电机。其额定电压为 3-12V ,额定功率 0.02KW 额定转速 3000r/min 。 近年来,直流电动机的结构和控制方式都发生了很大变化, 随着计算机进入 控制领域,以及新型的电力电子功率元件的不断出现,使采用全控制型的开关 功率元件进行脉冲调制(Pulse Width Modulation 简称PWM 控制方式已经成 为主流,这种控制方式容易在单片机控制中实现。 BE yr CAPCAP 2+ CAP + CiP I * EP Z CAP b HT-OVTl rr-xrr: T-m TDU rae.-[tfi E-C'UTL 化UT2 H 山习4 F21TF 匸曲 ~IF P22 vcc P22 m 酯T KX1WXI Pi - ? TTCZ'JPJL Pl? YT 11 T m 電 XTALi P14 nffo/pss F13 D1TLJP3J P12 JP34 P1J PLD PA 回■! P 討TCAO PM 时 ow P 禹 PIO Vcc P]1 FOCUADQ P32 POL/ADL E>JJ ! Plfl Pt3(AD3 P]5 P 】6 f :^AD5 P17 P0*'AD6 PB7/AD7 RST Tmjpsi EX LVD^ fiZRST2 AL&FI 5 曲朗 卜⑷PJ 4 wwu TflrP34 ri 郴 PIT PM 廻p 北 F35 FiZiiP]! F24 F33 xrAi.3 P]3 j^TALL P.3L Pin tr 空【 时 LED T 级, 厂:1巧处4打"卜单怜机 VCC 鱼T Z? 1. P ■ ■ ?一 ■■ ■ ■ b w 1 ? 3 *?!>rr ? .1 L I I I I r —PF p p Lp

直流无刷电机驱动原理

直流无刷电机的工作原理 直流无刷电机的优越性 直流电机具有响应快速、较大的起动转矩、从零转速至额定转速具备可提供额定转矩的性能,但直流电机的优点也正是它的缺点,因为直流电机要产生额定负载下恒定转矩的性能,则电 枢磁场与转子磁场须恒维持90°,这就要藉由碳刷及整流子。碳刷及整流子在电机转动时会 产生火花、碳粉因此除了会造成组件损坏之外,使用场合也受到限制。交流电机没有碳刷及 整流子,免维护、坚固、应用广,但特性上若要达到相当于直流电机的性能须用复杂控制技 术才能达到。现今半导体发展迅速功率组件切换频率加快许多,提升驱动电机的性能。微处 理机速度亦越来越快,可实现将交流电机控制置于一旋转的两轴直交坐标系统中,适当控制 交流电机在两轴电流分量,达到类似直流电机控制并有与直流电机相当的性能。 此外已有很多微处理机将控制电机必需的功能做在芯片中,而且体积越来越小;像模拟/数字转换器(Analog-to-digital converter,ADC)、脉冲宽度调制(pulse wide modulator,PWM)…等。直流无刷电机即是以电子方式控制交流电机换相,得到类似直流电机特性又没有直流电机机构上缺失的一种应用。 直流无刷电机的控制结构 直流无刷电机是同步电机的一种,也就是说电机转子的转速受电机定子旋转磁场的速度及转 子极数(P)影响: N=120.f / P。在转子极数固定情况下,改变定子旋转磁场的频率就可以改变转子的转速。直 流无刷电机即是将同步电机加上电子式控制(驱动器),控制定子旋转磁场的频率并将电机转子 的转速回授至控制中心反复校正,以期达到接近直流电机特性的方式。也就是说直流无刷电 机能够在额定负载范围内当负载变化时仍可以控制电机转子维持一定的转速。 直流无刷驱动器包括电源部及控制部如图(1) :电源部提供三相电源给电机,控制部则依需 求转换输入电源频率。

步进电机驱动之全桥驱动与斩波恒流

步进电机驱动之全桥驱动与斩波恒流 先看两相绕组的全桥驱动电路,四路基本相同的驱动电路,抓取一组电路来分析: 全桥驱动电路,其中Q7和Q8基极和发射极短接,相当于一个反向的二极管。 为了便于分析,将原理图简化后如下所示:

查看IM2000S芯片手册,对全桥驱动芯片输入脚的定义如下: 以上四个输入端:B相高低端全桥控制信号,用来控制离散的PN,NN的全桥或者半桥IC. 从上述可以知道,输出的是一个离散量,那么,是怎样控制电机,使电机获得一个sin和cos 的电流信号而驱动电机的呢? 这里要深入理解一个概念:斩波恒流! 斩波恒流的原理是:当环形分配器导通的时候,IC2使得TL和TH导通,电源通过TH和TL 和电机向下有电流输出,此时R左端的电压上升,当电流上升到给定电平时,比较器反转,输出为低,使得IC1截止,此时电感使电流缓慢下降,此时通过TL采样的电压变低,当电压低于给定电平时候,比较器反转,使得IC1再次导通,这样可以快速的波动,而使电感上的电流保持一个恒定的值。当环形分配器给出低电平时,IC1和IC2截止,电流通过D2流入电源,从而实现节能。 此时,再看上图,会发现: 1、BHO和ALO为一个通路,AHO和BLO为一个通路,实现电流的正向和反向。 2、BHO和AHO的开关频率会比BL0,ALO大很多,BL0和ALO只有在正向和负方向反转的时 候出现跳变,而BHO和AHO的频率会很快以实现恒流。

这里值得注意的一点是,上述过程仅仅是在一个细分时候,一个数模转换量上保持的恒流。如果整步为256细分,则在256细分的每一个细分阶段实际上过程就是上文红色字体运行一遍的一个过程,而要使整个电机转动一圈,则需要完成一个SIN和COS的整个过程,如果上面的过程仍然无法理解,请参看步进电机细分方面的内容。 从整个驱动电路的系统上看, 整个闭环是按照如下进行工作的:

几种电机驱动的比较

智能车竞赛中直流电机调速系统的设计与比较 王名发,江智军,邹会权 时间:2009年12月04日 字 体: 大中小关键词:直流电机调速系统MC33886VNH3SP30BTS7960BDT340IIRF3205 摘 要:针对大学生智能车竞赛中直流电机的驱动设计了6种方案,经过实验比较分析了各种方案的优缺点,最后确立了一套驱动能力强、体积小、性能稳定的驱动方法,可广泛应用于40 V以下的大功率直流电机驱 动的场合。 关键词:直流电机;调速系统; MC33886; VNH3SP30; BTS7960B; DT340I; IRF3205 目前大电流直流电机多采用达林顿管或MOS管搭制H桥PWM脉宽调制,因此体积较大;另一方面,由于分立器件的特性不同,使得驱动器的特性具有一定的离散性;此外,由于功率管的开关电阻比较大,因此功耗也很大,需要功率的散热片,这无疑进一步加大了驱动器的体积。随着技术的迅猛发展,基于大功率MOS管的H桥驱动芯片逐渐显现出其不可替代的优势。但目前能提供较大电流输出的集成芯片不是很多。例如飞思卡尔半导体公司推出的全桥驱动芯片MC33886和33887、意法半导体公司推出的全桥驱动芯片VNH3SP30、英飞凌公司推出的高电流PN半桥驱动芯片BTS7960。ST微电子公司推出的TD340驱动器芯片是一种用于直流电机的控制器件,可用于驱动N沟道MOSFET管。 本文在第三、四届大学生智能车大赛中分别尝试了上面提到的5块电机驱动芯片设计的驱动电路,通过现场调试发现它们的优缺点,确定了驱动能力强、性能稳定的驱动方案,并得到了很好的应用。 1 直流电机驱动原理 目前直流电机的驱动方式主要有2种形式:线性驱动方式和开关驱动方式。其中线性驱动方式可以看成一个数控电压源。该驱动方式的优点是驱动电机的力矩纹波很小,可应用于对电机转速要求非常高的场合;缺点是该方式通常比较复杂,成本较高,尤其是要提高驱动的功率时,相应的电路成本将提升很多[1]。本文针对H桥驱动电路在智能车竞赛中的应用加以分析。 目前的H桥驱动主要有3种方式。图1(a)中H桥的4个桥臂都使用N沟道增强型MOS管;图1(b)中H 桥的4个桥臂都使用P沟道增强型MOS管;图1(c)中上H桥臂分别使用P沟道增强型MOS管和N沟道增强MOS管。由于P沟道MOS管的品种少、价格较高,导通电阻和开关速度等都不如N沟道MOS管,因此最理想的情况应该是在H桥的4个桥臂都使用N沟道MOS管。但是在如图1(a)中可以看到,为了使电机正转,Q1和Q4应该导通,因此S4电压应该高于Q4的源极电压,S1电压应该高于Q1的源极电压,由于此时Q1的源极电压近似等于Vcc,因此就要求S1必须大于(Vcc+Vgs)。在很多电路中除非作一个升压电路否则是比较困难得到的,因此图1(a)这种连接方式比较少见。同理,图1(b)中为了使电机正转,S4电压就必须低于0V- VGS,在使用时也不方便。因此最常用的是图1(c)的电路,该电路结合了上述2种电路各自的优点,使用方便。本文针对3种形式电路进行设计,并进行实验比较分析。

DSP无刷直流电动机驱动控制程序

2.4 无刷直流电动机驱动控制程序 //########################################################################## ###/// //无刷电机控制源程序 //TMS320F2812 // //########################################################################## ### //===================================================================== //头文件调用 //===================================================================== #include "DSP28_Device.h" #include "math.h" #include "float.h" //===================================================================== //常量附值 //===================================================================== #define Idc_max 3000 //电流给定最大值 #define Idc_min 0 //电流给定最小值 //===================================================================== //标志位 //===================================================================== char Iab_Data=0; struct Flag_Bits { // bits description

散热风扇v直流无刷电动机驱动电路完整版

散热风扇v直流无刷电 动机驱动电路 HEN system office room 【HEN16H-HENS2AHENS8Q8-HENH1688】

散热风扇12V直流无刷电机驱动电路 作者:佚名??文章来源:本站原创??点击数342??更新时间:2009-11-3 9:08:03??文章录入:随影清风??责任编辑:随影清风 电脑机箱内少不了大小几个散热风扇,电源盒里一个散热风扇、CPU一个散热风扇、显卡一个散热风扇,机箱上一般也有散热风扇。下面给出两款12V散热风扇无刷电机驱动电路 电源、机箱散热风扇电机驱动电路(两引线,无检测端口) CPU散热风扇电机驱动电路(三引线,带检测端口) 风冷散热器的工作噪音主要有三个来源:轴承的摩擦与振动、扇叶的振动、风噪。 1.轴承的摩擦与振动:不但产生噪音,而且影响性能,缩短器件寿命,降低能源利用效率,是产品设计中尽量解决的关键技术问题。 2.扇叶的振动:一般采用塑料制作的风扇扇叶具有一定的韧性,可以承受一定程度的物理形变,同样也会在推动空气过程中因受力发生振动,但幅度一般较小。另一种较为严重的振动则是由于扇叶质量分布不均,质心与旋转轴心存在偏心距所致。当扇叶面积(质量)或偏心距较大的情况下,可能会带动风扇甚至散热器整体发生振动,进而波及整个机箱。如果发生此类现象,则应怀疑风扇品质与工作状态。 3.风噪:流动的空气之间互相冲扰,与周围物体发生摩擦,叶片对气流的分离作用,周期性送风的脉动力等,都会产生噪音。空气流速越快,湍流越多,往往风噪也越大,而且会随着风速的提高呈加速度增大。普通的轴流风扇会在扇叶与外框间的空隙处产生反激气流,产生较大风噪的同时,更会对风量造成不利影响,也正因此出现了折缘、侧进风等改良设计。 噪音的主要影响就体现在使用者的身心健康与安全之上,而与噪音相伴的振动则可能导致芯片磨损、接口松动、盘片划伤等危及使用的现象。

H桥式电机驱动电路

本文摘自:《机器人探索》 一、H桥式电机驱动电路 图4.12中所示为一个典型的直流电机控制电路。电路得名于“H桥式驱动电路”是因为它的形状酷似字母H。4个三极管组成H的4条垂直腿,而电机就是H中的横杠(注意:图4.12及随后的两个图都只是示意图,而不是完整的电路图,其中三极管的驱动电路没有画出来)。 如图所示,H桥式电机驱动电路包括4个三极管和一个电机。要使电机运转,必须导通对角线上的一对三极管。根据不同三极管对的导通情况,电流可能会从左至右或从右至左流过电机,从而控制电机的转向。 图4.12 H桥式电机驱动电路 要使电机运转,必须使对角线上的一对三极管导通。例如,如图4.13所示,当Q1管和Q4管导通时,电流就从电源正极经Q1从左至右穿过电机,然后再经Q4回到电源负极。按图中电流箭头所示,该流向的电流将驱动电机顺时针转动。 当三极管Q1和Q4导通时,电流将从左至右流过电机,从而驱动电机按特定方向转动(电机周围的箭头指示为顺时针方向)。

图4.13 H桥电路驱动电机顺时针转动 图4.14所示为另一对三极管Q2和Q3导通的情况,电流将从右至左流过电机。 当三极管Q2和Q3导通时,电流将从右至左流过电机,从而驱动电机沿另一方向转动(电机周围的箭头表示为逆时针方向)。 图4.14 H桥电路驱动电机逆时针转动 二、使能控制和方向逻辑 驱动电机时,保证H桥上两个同侧的三极管不会同时导通非常重要。如果三极管Q1和Q2同时导通,那么电流就会从正极穿过两个三极管直接回到负极。此时,电路中除了三极管外没有其他任何负载,因此电路

上的电流就可能达到最大值(该电流仅受电源性能限制),甚至烧坏三极管。 基于上述原因,在实际驱动电路中通常要用硬件电路方便地控制三极管的开关。 图4.155所示就是基于这种考虑的改进电路,它在基本H桥电路的基础上增加了4个与门和2个非门。4个与门同一个“使能”导通信号相接,这样,用这一个信号就能控制整个电路的开关。而2个非门通过提供 (与本节前面的示意图一样,一种方向输人,可以保证任何时候在H桥的同侧腿上都只有一个三极管能导通。 图4.15所示也不是一个完整的电路图,特别是图中与门和三极管直接连接是不能正常工作的。) 图4.15 具有使能控制和方向逻辑的H桥电路 采用以上方法,电机的运转就只需要用三个信号控制:两个方向信号和一个使能信号。如果DIR-L信号为0,DIR-R信号为1,并且使能信号是1,那么三极管Q1和Q4导通,电流从左至右流经电机(如图4.16所示);如果DIR-L信号变为1,而DIR-R信号变为0,那么Q2和Q3将导通,电流则反向流过电机。 图4.16 使能信号与方向信号的使用 实际使用的时候,用分立件制作H桥式是很麻烦的,好在现在市面上有很多封装好的H桥集成电路,接上电源、电机和控制信号就可以使用了,在额定的电压和电流内使用非常方便可靠。比如常用的L293D、L298N、TA7257P、SN754410等。 在典型H型驱动电路的基础上,给出了增加两只二极管保护驱动管的改进电路,并对其原理和特点进行了分析和讨论. 驱动电路的性能很大程度上影响整个系统的工作性能。有许多问题需要慎重设计,例如,

散热风扇12v直流无刷电动机驱动电路

散热风扇12V直流无刷电机驱动电路 作者:佚名文章来源:本站原创点击数342 更新时间:2009-11-3 9:08:03 文章录入:随影清风责任编辑:随影清 风 电脑机箱内少不了大小几个散热风扇,电源盒里一个散热风扇、CPU一个散热风扇、显卡一个散热风扇,机箱上一般也有散热风扇。下面给出两款12V散热风扇无刷电机驱动电路 电源、机箱散热风扇电机驱动电路(两引线,无检测端口) CPU散热风扇电机驱动电路(三引线,带检测端口)

风冷散热器的工作噪音主要有三个来源:轴承的摩擦与振动、扇叶的振动、风噪。 1.轴承的摩擦与振动:不但产生噪音,而且影响性能,缩短器件寿命,降低能源利用效率,是产品设计中尽量解决的关键技术问题。 2.扇叶的振动:一般采用塑料制作的风扇扇叶具有一定的韧性,可以承受一定程度的物理形变,同样也会在推动空气过程中因受力发生振动,但幅度一般较小。另一种较为严重的振动则是由于扇叶质量分布不均,质心与旋转轴心存在偏心距所致。当扇叶面积(质量)或偏心距较大的情况下,可能会带动风扇甚至散热器整体发生振动,进而波及整个机箱。如果发生此类现象,则应怀疑风扇品质与工作状态。 3.风噪:流动的空气之间互相冲扰,与周围物体发生摩擦,叶片对气流的分离作用,周期性送风的脉动力等,都会产生噪音。空气流速越快,湍流越多,往往风噪也越大,而且会随着风速的提高呈加速度增大。普通的轴流风扇会在扇叶与外框间的空隙处产生反激气流,产生较大风噪的同时,更会对风量造成不利影响,也正因此出现了折缘、侧进风等改良设计。

噪音的主要影响就体现在使用者的身心健康与安全之上,而与噪音相伴的振动则可能导致芯片磨损、接口松动、盘片划伤等危及使用的现象。 选择风扇时,应当关注风扇的工作噪音,要求自然是越小越好。但厂家在产品参数中所提供的噪音数据,往往与实际使用中的效果存在一定差距,不可直接以之为准,这主要是由于工业标准测试方法与实际使用环境存在差别所致。 1.首先,日常生活中的背景噪音远高于静音室中15dBA的背景噪音。一般城市,非靠近交通干道的居民小区,深夜的背景噪音在30~35dBA之间,而日间则在40~50dBA。 2.其次,静音室内壁材料具有吸音、隔音的效果,于进风侧测量无法反映出风扇送出气流产生的声压,而实际使用中用户无法回避。 3.再者,风扇单独工作与安装到散热片上的工作噪音差别巨大。有经验的用户都知道:风冷散热器的噪音大部分来自气流高速通过散热鳍片时产生的风噪与摩擦音,而风扇本身的工作噪音只占较小的一部分。多数散热器所标注的噪音也仅是所配风扇单独工作噪音,而非整体工作噪音,厂家没有明确说明则略有误导之嫌。 4.此外,实际使用中用户与散热器风扇间的距离一般都在

全桥驱动原理

5.2.1 全桥驱动原理 全桥驱动又称H桥驱动,下面介绍一下H桥的工作原理: H桥一共有四个臂,分别为B1~B4,每个臂由一个开关控制,示例中为三极管Q1~Q4。 如果让Q1、Q2导通Q3、Q4关断,如图5-8所示,此时电流将会流经Q1、负载、Q2组成的回路,电机正转。 图5-8 B1、B2工作时的H桥电路简图图5-9 B3、B4工作时的H桥电路简图如果让Q1、Q2关断Q3、Q4导通,如图5-9所示,此时电流将会流经Q3、负载、Q4组成的回路,电机反转。 如果让Q1、Q2关断Q3、Q4也关断,负载Load两端悬空,如图5-10所示,此时电机停转。这样就实现了电机的正转、反转、停止三态控制。 如果让Q1、Q2导通Q3、Q4也导通,那么电流将会流经Q1、Q4组成的回路以及Q2和Q3组成的回路,如图5-11所示,这时桥臂上会出现很大的短路电流。在实际应用时注意避免出现桥臂短路的情况,这会给电路带来很大的危害,严重会烧毁电路

图5-10 B1~B4全部停止工作时的H桥简图图5-11 B1~B4全部工作时的H桥简图 6.2 程序中需要说明的几个问题 在程序中有几个地方不易理解,需要特别说明一下: 首先,小车有没有被训练过是怎么知道的? 在这里利用了一个特殊的Flash单元,语音模型存储区首单元(该示例程序中为0xe000单元)。当Flash在初始化以后,或者在擦除后为0xffff,在成功训练并存储后为0x0055(该值由辨识器自动生成)。这样就可以根据这个单元的值来判断是否经过训练。 其次,为什么已经训练过的系统在重新运行时还要进行模型装载? 在首次训练完成之后,辨识器中保存着训练的模型,但是系统一旦复位辨识器中的模型就会丢失,所以在重新运行时必须把存储在Flash中的语音模型装载到辨识器(RAM)中去。 第三,在转弯时为什么前轮要先做一个反方向的摆动? 这是为了克服车体的限制,由于前轮电机的驱动能力有限,有时会出现前轮偏转不到位的情况,所以在转弯前首先让前轮朝反方向摆动,然后再朝目标方向摆动。这样前轮的摆动范围更大,惯性更大,摆幅也最大,能更好实现转弯。

无刷直流电机驱动器说明书

无刷驱动器DBLS-02 一概述: 本控制驱动器为闭环速度型控制器,采用最近型IGBT和MOS功率器,利用直流无刷电机的霍尔信号进行倍频后进行闭环速度控制,控制环节设有PID速度调节器,系统控制稳定可靠,尤其是在低速下总能达到最大转矩,速度控制范围150~10000rpm。 二产品特征: 1、PID速度、电流双环调节器 2、高性能低价格 3、20KHZ斩波频率 4、电气刹车功能,使电机反应迅速 5、过载倍数大于2,在低速下转矩总能达到最大 6、具有过压、欠压、过流、过温、霍尔信号非法等故障报警功能 三电气指标 标准输入电压:24VDC~48VDC,最大电压不超过60VDC。最大输入过载保护电流:15A、30A两款连续输出电流:15A 加速时间常数出厂值:秒其他可定制 四端子接口说明: 1、电源输入端: 引角序号引角名中文定义 1V+直流+24~48VDC输入 2GND GND输入 引角序号引角名中文定义 1MA电机A相 2MB电机B相

3MC电机C相 4GND地线 5HA霍尔信号A相输入端 6HB霍尔信号B相输入端 7HC霍尔信号C相输入端 8+5V霍尔信号的电源线 G ND:信号地F/R:正、反转控制,接GND反转,不接正转,正反转切换时,应先关断EN E N:使能控制:EN接地,电机转(联机状态),EN不接,电机不转(脱机状态)B K:刹车控制:当不接地正常工作,当接地时,电机电气刹车,当负载惯量较大时,应采用脉宽信号方式,通过调整脉宽幅值来控制刹车效果。S V ADJ:外部速度衰减:可以衰减从0~100%,当外部速度指令接时,通过该电位器可以调速试机P G:电机速度脉冲输出:当极对数为P时,每转输出6P个脉冲(OC门输入)A LM:报警输出:当电路处于报警状态时,输出低电平(OC门输出)+5V:调速电压输出,可用电位器在SV和GND形成连续可调内置电位器:调节电机速度增益,可以从0~100%范围内调速。 五驱动器与无刷电机接线图 六机械安装:

IR2104_+_IRF540_MOS电机驱动全桥_学习与实践过程

IR2104 + IRF540 MOS电机驱动全桥学习与实践过程 使用L293或L298等全桥芯片来控制直流电机虽然简便而且成本低廉,但由于它们的内阻较大,在控制大电流的马达时芯片常常过热,导致系统的整体效率较低。在电动车上,马达控制芯片的内阻过大会导致车子的加速度变小。 本人设想在暑假制作一个大的轮式或者履带式机器人,并且希望它能跑到公交车那么快,于是开始研究如何使用MOS管来控制更大电流的电机。 首先,本人参考了《大功率直流马达的驱动——ABU ROBOCON 2005比赛之动力方案》一文中的电路图(原文地址 https://www.wendangku.net/doc/111810881.html,/article.php?sid=192 ) 按照这个原理图,我热转印制作了单个全桥的实验电路。个别的电阻电容值有所变动。

上电并给予有效的持续高电平信号后发现电路不能驱动马达,而2104开始发烫,540没有任何反应。于是更换2104,但仍出现同样的现象。通过示波器检测发现,高端MOS没有被驱动,而低端MOS的G 端信号正常,因而桥没有被导通。更换信号方向,另外半桥仍然出现相同的现象。 本人开始怀疑是BOOTSTRAP电容的问题,于是实验了不同的电容值。但无论怎么变换,问题仍然没有被解决。由于手头没有4148,使用了IN5819作为续流二极管,按道理5819只会比4148更好,不应该成为问题的原因。 由于手头2104只有6片,而所有的都上电并且发热过,于是重新购买了一批2104。在这里感谢周顺同学,那天刚好他毕业考考好,帮我到科技京城买了2104。 更换2104后,电路工作正常。周顺看了看我原来的2104,恍然大悟:原来的芯片是97年前的旧货。 马达欢快地转了起来。由于540的内阻要比298小很多,马达的加速度明显提高,变向时电刷更是发出了闪亮的火星。 回到家后用示波器开始研究高端MOS的G端驱动电压波形。发现在EN端为高的初期,高端MOS的驱动电压突然升至比VCC高10V。此时强推动作用起效。但随着时间的流逝,该电压逐渐衰减为VCC,MOS的导通程度越来越不完全。直到下一个脉冲到来,G端电压又恢复为VCC+10V,但又逐渐衰减。也就是说,用持续的高电平信号来驱动MOS会导致MOS不能被完全导通,致使MOS发热,马达的实际功率低下。使用PWM信号则可以解决这个问题,它使BOOTSTRAP电容反复充电放电,使高端驱动电压始终维持在一个比较高的水平。倘若想让马达全速前进,不能使用持续的高电平,而需要用3%左右占空比的PWM,这是驱动2104与驱动298等全桥芯片的最大差别。 不同的BOOTSTRAP电容值适应于不同频率的PWM信号与不同的MOS。电容值大的充电和放电时间都比较大,电压衰减得也比较慢,因而适合较低频率的PWM;电容值小的充电放电时间比较短,适合于较高频率的PWM。虽然IR给出过一个BOOTSTRAP电容的计算公式,但本人更倾向于通过实验来寻找合适的电容值。这样做既避免了繁杂的计算,又可以通过实验来了解它的工作原理,而且还可以适应板载电容。 通过实验,本人确定了1UF的电容值。该电容采用了旦电容,以减少漏电。但如果没有旦电容,其他漏电较大的电容影响也并非很大。相对于高频的PWM,在如此短的时间内漏电的影响是微乎其微的。但从理论上来说,BOOTSTRAP电容漏电会导致高端MOS的导通电阻变大。 总结了以上经验,本人又制作了一块双电机的MOS驱动电路。电路没有太大的改变,只是把续流二极管改为原图所说的4148,把阻容换成了贴片封装,并且采用了1UF旦电容作为BOOTSTRAP电容。 点击此处下载热转印用PCB文档(DXP)

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