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1、西南民族大学学报·自然科学版第36卷第4期Jul.2010___________________________________________________________________JournalofSouthwestUniversityforNationalities⋅NaturalScienceEdition文章编号:1003-2843(2010)04-0649-06较大功率直流电机驱动电路的设计与实现1211汪华章,宰文姣,马亚宁,郑志高(1.西南民族大学电气信息学院,四川成都610041;2.四川师范大学
2、工学院,四川成都610064)摘要：基于直流电机H桥的驱动和控制原理,本文详细分析和探讨了电路设计过程中可能出现的各种问题,提出了切实可行的解决手段.该电路采用NMOS场效应管作为功率输出器件,设计并实现了较大功率的直流电机H桥驱动电路,并对额定电压为24伏,额定电流为3.8A的25D60-24A直流电机进行闭环控制,电路的抗干扰能力强,鲁棒性好.关键词：直流电机;驱动电路;闭环控制中图分类号:TM33文献标识码:A1引言直流电机具有优良的调速特性,调速平滑、方便、调速范围广,过载能力强,可以实现频繁的无级快速启动、制动和
3、反转,能满足生产过程中自动化系统各种不同的特殊运行要求,因此在工业控制领域,直流电机得到了[1-2]广泛的应用.许多半导体公司推出了直流电机专用驱动芯片,但这些芯片多数只适合小功率直流电机,对于大功率直流电机的驱动,其集成芯片价格昂贵.基于此,本文详细分析和探讨了较大功率直流电机驱动电路设计中可能出现的各种问题,有针对性设计和实现了一款基于25D60-24A的直流电机驱动电路.该电路驱动功率大,抗干扰能力强,具有广泛的应用前景.2H桥功率驱动电路的设计在直流电机中,可以采用GTR集电极输出型和射极输出性驱动电路实现电机的驱
4、动,但是它们都属于不可逆变速控制,其电流不能反向,无制动能力,也不能反向驱动,电机只能单方向旋转,因此这种驱动电路受到了[3-4][2]很大的限制.对于可逆变速控制,H桥型互补对称式驱动电路使用最为广泛.可逆驱动允许电流反向,可以实现直流电机的四象限运行,有效实现电机的正、反转控制.而电机速度的控制主要有三种,调节电枢电压、减弱励磁磁通、改变电枢回路电阻.三种方法各有优缺点,改变电枢回路电阻只能实现有级调速,减弱磁通虽然能实现平滑调速,但这种方法的调速范围不大,一般都是配合变压调速使用.因此在直流调速系统中,都是以变压调速
5、为主,通过PWM(PulseWidthModulation)信号占空比的调节改变电枢电压的大小,从而实现电机的平滑调速.2.1H桥驱动原理要控制电机的正反转,需要给电机提供正反向电压,这就需要四路开关去控制电机两个输入端的电压.当开关S1和S4闭合时,电流从电机左端流向电机的右端,电机沿一个方向旋转；当开关S2和S3闭合时,电流从电机右端流向电机左端,电机沿另一个方向旋转,H桥驱动原理等效电路图如图1所示.___________________________收稿日期：2010-03-16作者简介：汪华章(1976-),西
6、南民族大学电气信息学院讲师.基金项目：本项目受西南民族大学中央高校基本科研业务费专项资金资助(09NZYZJ05).___________________________________________________________________650西南民族大学学报·自然科学版第36卷图1H桥驱动原理电路图2.2开关器件的选择及H桥电路设计常用的电子开关器件有继电器,三极管,MOS管,IGBT等.普通继电器属机械器件,开关次数有限,开关速度比较慢.而且继电器内部为感性负载,对电路的干扰比较大.但继电器可以把控制部分与
7、被控制部分分开,实现由小信号控制大信号,高压控制中经常会用到继电器.三极管属于电流驱动型器件,设基极电流为IB,集电极电流为IC,三极管的放大系数为β,如果,IB*β>=IC,则三极管处于饱和状态,可以当作开关使用.要使三极管处于开关状态,IB=IC/β,三极管驱动管的电流跟三极管输出端的电流成正比,如果三极管输出端电流比较大,对三极管驱动端的要求也比较高.MOS管属于电压驱动型器件,对于NMOS来说,只要栅极电压高于源极电压即可实现NMOS的饱和导通,MOS管开启与关断的能量损失仅是对栅极和源极之间的寄生电容的充放电,对
8、MOS管驱动端要求不高.同时MOS端可以做到很大的电流输出,因此一般用于需要大电流的场所.IGBT则是结合了三极管和MOS管的优点制造的器件,一般用于200V以上的情况.在本设计中,电机工作电流为3.8A,工作电压24V,电机驱动的控制端为51系列单片机,最大灌电流为30mA.因此采用MOS管作为H桥的
