3.7 功率接口电路.doc

### 功率接口电路知识点详解 #### 一、直流电机驱动接口电路概述 **直流电机电枢的调速原理** 直流电机的转速控制可以通过调节电枢电压或励磁磁通来实现。根据直流电机的基本理论，电机转速\( n \)与电枢端电压\( U \)、电枢电流\( I \)、电枢电路总电阻\( R \)以及每极磁通量\( Φ \)之间的关系可表示为： \[ n = \frac{U - IR}{KΦ} \] 其中，\( K \)为电机的结构参数。 从上述公式可以看出，直流电机的转速可以通过改变电枢电压\( U \)或励磁磁通量\( Φ \)来控制。实际应用中，由于励磁控制法受到磁极饱和、换向火花等因素的限制，其动态响应也相对较差，因此更为常见的方法是对电枢电压进行控制。 #### 二、PWM调速技术 **PWM调速原理** PWM（Pulse Width Modulation，脉冲宽度调制）是一种常用的电机调速方法，通过调整脉冲的宽度来改变电机的平均电压，进而控制电机的转速。PWM调速的基本原理如图3.7.1所示： - 当开关管导通时，直流电机两端的电压为电源电压\( US \)； - 在导通时间\( t1 \)后，开关管截止，电机两端的电压降为0； - 经过一段时间\( t2 \)后，开关管再次导通，重复上述过程。 电机两端电压的平均值\( UO \)可以通过以下公式计算得出： \[ UO = \frac{t1 \times US}{T} = D \times US \] 其中，\( T = t1 + t2 \)，而\( D \)（占空比）定义为\( \frac{t1}{T} \)。通过改变占空比\( D \)，可以在电源电压\( US \)不变的情况下，调节电机两端电压的平均值，从而实现电机转速的控制。 **改变占空比的方法** 改变占空比通常有三种方法： 1. **定宽调频法**：保持导通时间\( t1 \)不变，改变周期\( T \)； 2. **调宽调频法**：同时改变导通时间和周期； 3. **定频调宽法**：保持周期\( T \)不变，仅改变导通时间\( t1 \)。 其中，**定频调宽法**是最常用的一种方式，因为它能够提供较好的稳定性。 #### 三、直流电机电枢调速的电路设计 **电路设计** 为了实现对直流电机的有效控制，设计了一个基于小功率三极管8050和8550的H型PWM驱动电路。该电路的特点包括： - **正反转控制**：通过控制两个输入信号（Iso/DcOut1和Iso/DcOut2）的电平状态，可以实现电机的正反转； - **大电流支持**：采用8050和8550功率三极管以满足电机启动时的大电流需求； - **保护措施**：电路中加入四个二极管用于保护晶体管免受反向电流的影响； - **隔离设计**：使用P521光耦器实现控制信号与电机驱动信号之间的电气隔离，提高系统的安全性。 #### 四、利用FPGA实现PWM波形 **FPGA实现PWM波形** 除了传统的硬件电路实现外，还可以利用可编程逻辑器件（如FPGA）来产生PWM波形。这种方式具有更高的灵活性和可配置性。下面给出了一段简化的VHDL代码示例，展示了如何在FPGA中实现PWM波形生成： ```vhdl entity driver_pwm is Port(clk : in std_logic; reset : in std_logic; sel : in std_logic_vector(1 downto 0); speed : in std_logic_vector(2 downto 0); pwm_out_P : out std_logic; pwm_out_N : out std_logic); end driver_pwm; architecture Behavioral of driver_pwm is signal coefficent : integer; signal reg_pwm_N, reg_pwm_P : std_logic; begin process (clk, reset, speed, sel) ``` 此段代码定义了一个名为`driver_pwm`的实体，包含多个输入输出端口，并在架构体中通过进程来实现PWM波形的生成。具体的细节（如内部信号的处理逻辑等）需要根据具体的应用场景进一步完善。 直流电机的PWM调速方法不仅具有良好的控制性能，而且通过合理的电路设计和FPGA等数字逻辑的辅助，可以实现更加精确和灵活的控制。