驅動電路的性能很大程度上影響整個系統(tǒng)的工作性能。有許多問題需要慎重設計,例如,導通延時、泵升保護、過壓過流保護、開關頻率、附加電感的選擇等。
1.開關頻率和主回路附加電感的選擇
力矩波動也即電流波動,由系統(tǒng)設計給定的力矩波動指標為ΔI/IN,對有刷直流電動機而言,通常在(5~10)%左右。為了便于分析可認為
ΔI/IN=ΔI/(Us/Rd) (1)
式中Rd為電樞回路總電阻。代入前面各種驅動控制方式的ΔI表達式中,消去Us,可求出:
對于單極性控制
Ld/Rd≥5T~2.5T(可逆或不可逆) (2)
對于雙極性控制
Ld/Rd≥10T~5T (3)
式中T為功率開關的開關周期。
對于有刷直流電動機,電磁時間常數Ld/Rd一般在10ms至幾十毫秒。若采用GTR,開關頻率可取2KHz左右,T=0.5ms。若采用IGBT,開關頻率可取18KHz以上,所以上式均能滿足。若采用GTO或可控硅功率器件,由于工作頻率只有100Hz左右,此時應考慮在主回路附加電抗器,且
Ld=Lf+La (4)
對不可逆系統(tǒng)還應進一步檢查臨界電流,IaL=UsT/8Ld≤Ia0應小于電機空載電流,防止空載失控。
對于低慣量電機、力矩電動機,由于電磁時間常數很小(幾個毫秒或更?。?,此時應考慮采用開關頻率高的IGBT功率開關器件。
2. 功率驅動電路的選擇
圖1 H橋開關電路(Ⅰ) 圖2 H橋開關電路(Ⅱ){{分頁}}
小功率驅動電路可以采用如圖1所示的H橋開關電路。UA和UB是互補的雙極性或單極性驅動信號,TTL電平。開關晶體管的耐壓應大于1.5倍Us以上。由于大功率PNP晶體管價格高,難實現,所以這個電路只在小功率電機驅動中使用。當四個功率開關全用NPN晶體管時,需要解決兩個上橋臂晶體管(BG1和BG3)的基極電平偏移問題。圖2中H橋開關電路利用兩個晶體管實現了上橋臂晶體管的電平偏移。但電阻R上的損耗較大,所以也只能在小功率電機驅動中使用。
當驅動功率比較大時,一般橋臂電壓也比較高,例如直接取工頻電壓,單相220V,或三相380V。為了安全和可靠,希望驅動回路(主回路)與控制回路絕緣。此時,主回路必須采用浮地前置驅動。圖3所示的浮地前置驅動電路都是互相獨立的,并由獨立的電源供電。由于前置驅動電路中采用了光電耦合,使控制信號
分別與各自的前置驅動電路電氣絕緣,于是使控制信號對主回路浮地(或不共地)。圖3 大功率驅動電路
3. 具有光電耦合絕緣的前置驅動電路
對于大功率驅動系統(tǒng),希望將主回路與控制回路之間實行電氣隔離,此時常采用光電耦合電路來實現。有三種常用的光電耦合電路如圖4所示,其中普通型的典型型號是4N25、117等,高速型的典型型號有985C,高電流傳輸比型也稱達林頓型,典型型號有113等。
圖4 典型光電耦合器電路{{分頁}}
圖中,普通型光耦的Ic/Id=0.1~0.3;高速型光耦采用光敏二極管;高電流傳輸比型光耦的Ic/Id=0.5;它們的上升延時時間和關斷延時時間分別為tr,ts>4~5µs;tr,ts<1.5µs;tr,ts為10µs左右。
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