文档介绍：直流电机调速
苏州市职业大学
直流电动机控制电路的设计
院系班级 08电气3 姓名沈雪马环环金小伟指导老师叶国平
应用专用芯片SG2731实现的直流电动机调速系统
一、设计任务与要求
1、较宽的电压工作范围,可以单极性电源工作,也可以双极性电源工作,当控制电压在±12V范围内变化时,驱动输出级电源电压在±22V范围内变化时,均可正常工作。
2、较强的负载能力:双通道双向脉宽调制输出,每个通道最大输出电流为100mA ,可直接驱动继电器、指示灯、微型直流电机和小功率晶体管单相桥式逆变器等。
3、宽频带的工作范围:其输出频率可在5~350KHz范围内任意调节。
4、带有脉冲封锁端,便于进行非正常情况下的保护。
5、主要参数限制:
①控制电源电压±Vs : ±15V
②输出功放级电源±Vo :±22V
③工作频率fs :350KHz
④工作温度范围T:-25℃~+85℃
二、方案设计
选用芯片SG2731(直流电动机PWM控制单片集成电路) ,SG2731以输入误差信号幅值和极性控制输出两路脉冲调节信号控制H桥输出,控制H桥输出。H桥的输出连接到电机上。
电机驱动电压能在较大的范围内进行调整,可实现直流电动机的4象限控制,可用于精确位置伺服控制和速度控制,可以通过外部电路实现过流保护。
SG2731应用电路简单,控制方便,系统成本低,可广泛适用于有、无位置反馈直流电机驱动系统中。
工作原理:
输出电压由芯片SG2731中的PWM调制器控制外部H桥电路通断改变电压,
PWM信号输出管脚为12,13。管脚12,13接到H桥上控制功率管开关电路。由H桥上的输出电压提供电机电压。电机转速由H桥输出的平均电压决定。
输出电压调节是通过SG2731管脚3控制PWM宽度,通过改变管脚3上的电压即可改变PWM宽度。管脚3上的电压可以由可调电阻来调节。
三、单元电路设计
1、电源部分设计
由于SG2731芯片需要一对±12V的电压,而LM7812能够输出一个
+12V的电压,LM7912能够输出-12V的电压,满足设计要求。电源电路原理图如下:
图(1)
2、主电路部分
(1)主电路原理图如下:
图(2)
(2)元件介绍
①SG2731结构及原理
SG2731是一种高性能直流电机驱动芯片,内部有二角波发生器、误差电压放大器、脉宽调制器、PWM补偿电路,H桥驱动电路和瞬间保护电路等,如图(3)所示。二角波发生器由两个电压比较器、一个RS触发器、一个双向5OOuA恒流源和外接定时器电容组成。正基准电压V△+和负基准电压V△-由外部从2和7引脚接入,决定了三角波的幅值电压。在正常情况下,正负基准电压相等,三角波形对称。由于决定三角波斜率的定时电容充电和放电是以5OOuA恒流源进行的,所以三角波的两个斜坡完全对称。从而得到三角波的振荡周期计算公式:
T osc=2C dV/0. 0005=2C(V△+- V△-
)/0. 0005
图(3)
误差放大器:它是一个有内补偿的低输出阻抗运算放大器,其输入和输出端由引脚引出,在应用中可以根据需要采用反馈补偿技术,以控制闭环系统的增益特性。
PWM调制器:从RS触发器输出的三角波信号与误差放大器输出的误差电压相加,衰减1/ 2,在两个比较器与门槛电压-VT和+VT进行比较,从而得到两路PWM信号,控制两个半桥的输出OUTPUTA(13引脚)和输出OUTPUTB (12引脚)。门槛电压从1和 8脚输入。
脉宽调制可分为有死区和无死区2种工作方式,这两种工作方式的选择是通过+VT和+V△的比较来决定的,当+VT >+V△时为有死区的工作方式。当误差电压为零时,三角波与门槛电压没有交叉,输出A和B保持低电平。当误差电压足够大时,三角波向上平移与门槛电压周期性相交,输出OUTPUT A有PWM输出。此脉冲占空比与误差电压成正比关系,直到100%占空比。同样在负误差电压下,输出OUTPUT B被调制,如图(4)所示。如果为无死区工作方式,输出OUTPUT A和输出OUTPUT B出现两列相互差为180°的激励脉冲,有利于消除系统的机械死区。
图(4)
两路输出驱动级为推挽结构半桥驱动,输出和吸入电流为100m A ,最大值为200m A , 4个二极管起续流的作用。采用非饱和、准补偿技术,输入级为高压施密特触发器电路,正反馈加速了开关时间。
②SG2731引脚的排列、名称、功能和用法
SG2731采用标准双列直插式16引脚DIP-16大规模集成电路封装。它的引脚排列如下图所示:
SG2731的引脚排列
引脚简单介绍:
引脚1(+VT)和引脚8