【導(dǎo)讀】輸出電流和電壓范圍，效率，對(duì)控制輸入端的影響，對(duì)電源的影響以及可靠性都是PWM調(diào)速的直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路要考慮的主要性能指標(biāo)。本文將圖文講解一種可調(diào)速的雙向直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路。
對(duì)于PWM調(diào)速的直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路，主要考慮以下性能指標(biāo)：
1、輸出電流和電壓范圍。它決定著電路能驅(qū)動(dòng)多大功率的電機(jī)；
2、效率。高的效率不僅意味著節(jié)省電源，也會(huì)減少驅(qū)動(dòng)電路的發(fā)熱。要提高電路的效率，可以從保證功率器件的開(kāi)關(guān)工作狀態(tài)和防止共態(tài)導(dǎo)通(H橋電路可能出現(xiàn)的一個(gè)問(wèn)題，即兩個(gè)功率器件同時(shí)導(dǎo)通使電源短路)入手；
3、對(duì)控制輸入端的影響。功率電路對(duì)其輸入端應(yīng)有良好的信號(hào)隔離，防止有高電壓大電流進(jìn)入主控電路，這可以用高的輸入阻抗或者光電耦合器實(shí)現(xiàn)隔離；
4、對(duì)電源的影響。共態(tài)導(dǎo)通可以引起電源電壓的瞬間下降造成高頻電源污染，大電流可能導(dǎo)致地線(xiàn)電位浮動(dòng)；
5、可靠性。電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路應(yīng)該盡可能做到：無(wú)論加上何種控制信號(hào)，何種無(wú)源負(fù)載，電路都是安全的。
筆者經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期實(shí)驗(yàn)，得到一種可調(diào)速的雙向直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路，電路如附圖所示。
圖1 可調(diào)速的雙向直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路
輸入與電平轉(zhuǎn)換部分
輸入信號(hào)線(xiàn)由Port引入，Port1腳是電機(jī)方向信號(hào)輸入端，Port2腳是PWM信號(hào)輸入端，Port3腳是地線(xiàn)。注意Port3腳對(duì)地連接了一個(gè)2kΩ的電阻。當(dāng)驅(qū)動(dòng)板與單片機(jī)分別供電時(shí)，這個(gè)電阻可以提供信號(hào)電流回流的通路。當(dāng)驅(qū)動(dòng)板與單片機(jī)共用一組電源時(shí)，這個(gè)電阻可以防止大電流沿著連線(xiàn)流入單片機(jī)主板的地線(xiàn)造成干擾。或者說(shuō)，相當(dāng)于把驅(qū)動(dòng)板的地線(xiàn)與單片機(jī)的地線(xiàn)隔開(kāi)，實(shí)現(xiàn)“一點(diǎn)接地”。電容C1防止電機(jī)突然啟動(dòng)造成電壓的突降。
與非門(mén)U1A實(shí)現(xiàn)PWM信號(hào)與電機(jī)方向信號(hào)的調(diào)制，轉(zhuǎn)換成接近功率電源電壓幅度的方波信號(hào)。
三極管驅(qū)動(dòng)部分
三極管和電阻、二極管組成的電路驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)直流電機(jī)可調(diào)速正反轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)。四個(gè)二極管起保護(hù)三極管的作用，防止感性元件(電機(jī))產(chǎn)生的負(fù)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)對(duì)三極管的沖擊。
當(dāng)74LS00輸出端為低電平時(shí)，Q2、Q4截止，Q1、Q3導(dǎo)通，輸出為高電平。當(dāng)74LS00輸出端為高電平時(shí)，Q2、Q4導(dǎo)通，Q1、Q3截止，輸出為低電平。
性能指標(biāo)
電源電壓15—30v，最大持續(xù)輸出電流500mA／每個(gè)電機(jī)，短時(shí)間(10秒)可以達(dá)到700mA，PWM頻率最高可以用到30kHz(一般用1—10kHz)。
布線(xiàn)
大電流線(xiàn)路要盡量的短粗，并且盡量避免經(jīng)過(guò)過(guò)孔，一定要經(jīng)過(guò)過(guò)孔的話(huà)要把過(guò)孔做大一些(>1mm)，并且在焊盤(pán)上做一圈小的過(guò)孔，在焊接時(shí)用焊錫填滿(mǎn)，否則可能會(huì)燒斷。另外，如果使用了穩(wěn)壓管，三極管射極、集電極對(duì)電源和地的導(dǎo)線(xiàn)要盡可能的短粗，否則在大電流時(shí)，這段導(dǎo)線(xiàn)上的壓降可能會(huì)經(jīng)過(guò)二極管和導(dǎo)通的三極管將其燒毀。
PWM調(diào)速的實(shí)現(xiàn)
產(chǎn)生PWM信號(hào)可以由定時(shí)器來(lái)完成，但是由于51內(nèi)部只提供了兩個(gè)定時(shí)器，因此，如果要向三個(gè)或更多的直流電機(jī)輸出不同占空比的信號(hào)，要反復(fù)設(shè)置定時(shí)器，實(shí)現(xiàn)較為復(fù)雜，我們采用一種比較簡(jiǎn)單的方法不僅可以實(shí)現(xiàn)對(duì)更多的直流電機(jī)提供不同的占空比輸入信號(hào)，而且只占用一個(gè)定時(shí)器資源。這種方法可以簡(jiǎn)單表述如下：
在內(nèi)存的某段空間內(nèi)存放各個(gè)直流電機(jī)所需的輸入信號(hào)占空比信息，如果占空比為1則保存0FFH(11111111B)；占空比為0.5則保存0F0H(11110000B)或任何二進(jìn)制數(shù)中包括4個(gè)0和4個(gè)1。即占空比=1的個(gè)數(shù)/8。
具體選取什么樣的二進(jìn)制數(shù)要看輸出頻率的要求。若要對(duì)此直流電機(jī)輸出PWM信號(hào)。只要每個(gè)時(shí)間片移位一次取出其中固定的一位(可以用位尋址或進(jìn)位標(biāo)志C實(shí)現(xiàn))送到電機(jī)端口上即可。另外，移位算法是一種對(duì)以前結(jié)果依賴(lài)的算法，所以最好定期檢查或重置被移位的數(shù)，防止移錯(cuò)導(dǎo)致一直錯(cuò)下去。
這種算法的優(yōu)點(diǎn)是獨(dú)立進(jìn)程，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)多個(gè)電機(jī)的控制，缺點(diǎn)是占用資源較大，PWM頻率較低。
