直流電機(jī)調(diào)速的設(shè)計

發(fā)布時間：2025-10-22 | 來源：互聯(lián)網(wǎng)轉(zhuǎn)載和整理

一.電機(jī)調(diào)速模塊.

我們的設(shè)計思路是先產(chǎn)生占空比可調(diào)的方波(方法有多種,一是用555構(gòu)成多諧振蕩器.二可以利用單片機(jī)產(chǎn)生PWM方波)+4功率器件構(gòu)成的H橋電路,用以驅(qū)動直流電機(jī)轉(zhuǎn)動.當(dāng)然還許多驅(qū)動方案,比如三極管-電阻作柵極驅(qū)動\低壓驅(qū)動電路的簡易柵極驅(qū)動,還有可以直接用個MCU產(chǎn)生PWM外加一個MOS管驅(qū)動也可以.

1.1直流電機(jī)驅(qū)動電路的設(shè)計目標(biāo)

在直流電機(jī)驅(qū)動電路的設(shè)計中，主要考慮一下幾點(diǎn)：

1．功能：電機(jī)是單向還是雙向轉(zhuǎn)動？需不需要調(diào)速？對于單向的電機(jī)驅(qū)動，只要用一個大功率三極管或場效應(yīng)管或繼電器直接帶動電機(jī)即可，當(dāng)電機(jī)需要雙向轉(zhuǎn)動時，可以使用由4個功率元件組成的H橋電路或者使用一個雙刀雙擲的繼電器。如果不需要調(diào)速，只要使用繼電器即可；但如果需要調(diào)速，可以使用三極管，場效應(yīng)管等開關(guān)元件實(shí)現(xiàn)PWM（脈沖寬度調(diào)制）調(diào)速。

2.性能：對于PWM調(diào)速的電機(jī)驅(qū)動電路，主要有以下性能指標(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，也會減少驅(qū)動電路的發(fā)熱。要提高電路的效率，可以從保證功率器件的開關(guān)工作狀態(tài)和防止共態(tài)導(dǎo)通（H橋或推挽電路可能出現(xiàn)的一個問題，即兩個功率器件同時導(dǎo)通使電源短路）入手。

3）對控制輸入端的影響。功率電路對其輸入端應(yīng)有良好的信號隔離，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；大的電流可能導(dǎo)致地線電位浮動。

5）可靠性。電機(jī)驅(qū)動電路應(yīng)該盡可能做到，無論加上何種控制信號，何種無源負(fù)載，電路都是安全的。

考慮到以上的因素我們采用555多諧振蕩器產(chǎn)生占空比可調(diào)的方波+4功率器件構(gòu)成的H橋來驅(qū)動直流電機(jī).電路圖如下:

1.2、電機(jī)調(diào)速模塊的電路圖功能分析

555通過可調(diào)電阻可以實(shí)現(xiàn)占空比可調(diào)的方波，即組成占空比可調(diào)的多諧振蕩器。

多諧振蕩器實(shí)現(xiàn)占空比可調(diào)的方波的功能分析：

電源接通瞬間，電容C2上的初始電壓為0，施密特觸發(fā)器輸出電壓為U為高電平，與此同時由于集電極開路輸出端（7腳）對地斷開，電源通過R5、R7開始對電容C充電，電路進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)I狀態(tài)。此后電路按下列四個階段周而復(fù)始地循環(huán)，產(chǎn)生周期性的輸出脈沖。

（1）暫穩(wěn)態(tài)I階段，VCC通過R5。R7向電容C充電，電容C的電壓Uc按指數(shù)上升，在UC高于2/3VCC之前，定時器暫時維持‘1’的狀態(tài)，輸出為高電位。

（2）翻轉(zhuǎn)I階段，電容C繼續(xù)充電，當(dāng)Uc高于2/3VCC后，定時器翻轉(zhuǎn)為‘0’的狀態(tài)，輸出為低電位。此時集電極開路輸出端（7腳）由對地斷開變?yōu)閷?dǎo)通。

（3）暫穩(wěn)態(tài)II階段，電容C開始經(jīng)歷R7、R6對地（7腳）放電，Uc按照指數(shù)下降，在Uc低于1/3VCC之前，定時器依然維持‘0’的狀態(tài)。輸出為低電位。

（4）翻轉(zhuǎn)II階段，電容C繼續(xù)放電，當(dāng)Uc低于1/3VCC后，定時器翻轉(zhuǎn)為‘1’狀態(tài)，輸出為高電位。此時集電極開路輸出端（7腳）由對地導(dǎo)通變?yōu)閷Φ財嚅_。此后振蕩器又回復(fù)到暫穩(wěn)態(tài)I狀態(tài)。

（5）可以通過調(diào)節(jié)R6的大小來調(diào)節(jié)定時器輸出方波的占空比。

Uln2003芯片是16腳七路電機(jī)驅(qū)動芯片，這塊芯片在這里可以看作是七非門芯片，作用是保證10腳和14腳的輸出SINGLE1和SINGLE2的輸出為一高一低。芯片中的二極管起到分流的作用。電路圖的右部分的作用是通過調(diào)節(jié)電機(jī)的正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)來調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，當(dāng)SINGLE1為高SINGLE2為低時，三極管Q2,Q3,Q5導(dǎo)通，Q1,Q4,Q6截止，電機(jī)1端通過Q5接地，Vcc通過Q2直接押在電機(jī)2端，此時電機(jī)2端電位高于1端，電機(jī)反轉(zhuǎn)；當(dāng)SINGLE1為低SINGLE2為高時，電機(jī)正轉(zhuǎn)。當(dāng)某一時刻占空比大于50％時，電機(jī)呈現(xiàn)正轉(zhuǎn)加速或是反轉(zhuǎn)減速狀態(tài)；某一時刻占空比小于50％時，電機(jī)呈現(xiàn)正轉(zhuǎn)減速或是反轉(zhuǎn)加速狀態(tài)。電機(jī)就是通過矩形波占空比的不同來調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速的，電機(jī)呈現(xiàn)出來的轉(zhuǎn)速是平均速度。

二.電機(jī)測速模塊電路以及功能分析

我們的設(shè)計思路是利用光電隔離器件以及BCD計數(shù)器實(shí)現(xiàn)直流電機(jī)測速模塊電路.利用電機(jī)轉(zhuǎn)動時帶動紙片遮擋光耦,使其發(fā)光二極管發(fā)出的紅外光被其中的光敏三極管所接收,通過BCD計數(shù)器最后將在單位時間內(nèi)轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)數(shù)給顯示出來.

電路圖如下:

1.3、電機(jī)測速模塊整個電路以及其他功能分析

1.3.1芯片功能分析

CD40192:

可預(yù)置BCD加/減計數(shù)器(雙時鐘)NSC\TI///J1J2J3J4是可以預(yù)設(shè)數(shù)字的輸入，Q1Q2Q3Q4是加減計數(shù)的輸出。C0是進(jìn)位端接高位的UP（加計數(shù)器）。BO是借位端圖上不接，為空腳。ENABLE是使能端。VSS接地，VCC接電源。DOWN是減計數(shù)器。

CD4511BCD鎖存、7段譯碼,驅(qū)動器：

//A、B、C、D分別接BCD加減計數(shù)器的輸出端，鎖存數(shù)字。再7段譯碼將其輸出到數(shù)碼管。

CD40106六施密特觸發(fā)器：

NSC\TI//輸入信號為A，輸出信號為A反，對輸入的脈沖進(jìn)行整形并取反，使高位計數(shù)器的加計數(shù)能夠計數(shù)。

1.4、接受板子整個電路圖功能分析

光電耦合器OPTOISO1，當(dāng)其接受到光信號，LED放光，三極管飽和導(dǎo)通，晶體管Q1導(dǎo)通，因?yàn)殡娮鑂3為47K，大部分的電壓分壓在電阻上了，A為低電平。若沒有接受到光的話，A為一高點(diǎn)平，這樣在A端形成了一個負(fù)脈沖，再經(jīng)過CD40106六施密特觸發(fā)器對脈沖進(jìn)行整形并且取反，得到A的非為一正脈沖（指的是沒有光的時候?yàn)榈碗娖?，有光信號的時候?yàn)楦唠娖剑?/p>

經(jīng)過六施密特觸發(fā)器的脈沖信號再接到CD40192的UP端使BCD計數(shù)器件1為加計數(shù)器。又兩個CD40192ENABLE是使能端一起接在enable信號上。

REST信號也相連一起通過按鍵S1接VCC高電平/通過R910K接地。這樣只要按S1就可以實(shí)現(xiàn)REST重置清零。不按S1的就照常計數(shù)。

Enable使能信號的產(chǎn)生:是通過按鍵S1和555芯片以及相應(yīng)的RC電路,實(shí)現(xiàn)一定時間的延時,也就是意味著一按S1,在定時T(由RC值確定)的時間內(nèi),計數(shù)器在計數(shù),將光電耦合器接受到的恒定脈沖個人給計數(shù),定時時間到的話就停止.這樣的話可以將電機(jī)的速度給測出來.定時時間為0.5S~1.0S.

驅(qū)動CD40192工作,我們對照圖2來分析這個定時器的功能。當(dāng)一上電的時候,3(OUT)腳輸出一個高電平,