繼電器及電機(jī)的驅(qū)動(dòng)技術(shù)

關(guān)于繼電器及電機(jī)的驅(qū)動(dòng)技術(shù)3.1直流繼電器的驅(qū)動(dòng)及泄流

直流繼電器一直是控制系統(tǒng)中開(kāi)關(guān)控制元件的主流

驅(qū)動(dòng)電流較大時(shí)，應(yīng)使用光耦進(jìn)行隔離（1）用7406、7407、ULN2003/ULN2803等（2）光耦驅(qū)動(dòng)（3）光耦＋2003圖3.1繼電器的續(xù)流二極管直流繼電器泄流圖3.1繼電器的續(xù)流二極管第2頁(yè),共91頁(yè)，2024年2月25日，星期天泄流、續(xù)流二極管直流繼電器在線圈斷電后會(huì)繼續(xù)保持較大的電流，線圈中積蓄的能量通過(guò)該持續(xù)的電流釋放掉(稱泄流)。如果沒(méi)有相應(yīng)的電流釋放回路，則可能產(chǎn)生較高的反壓加到驅(qū)動(dòng)器上使驅(qū)動(dòng)器損壞。所以直流繼電器必須并聯(lián)一個(gè)反置的二極管，以使線圈斷電后能正常泄流。該二極管常稱為續(xù)流二極管。第3頁(yè),共91頁(yè)，2024年2月25日，星期天3.1直流繼電器的驅(qū)動(dòng)及泄流驅(qū)動(dòng)電流較大時(shí)，應(yīng)使用光耦進(jìn)行隔離驅(qū)動(dòng)方法：（1）用7406、7407、ULN2003/ULN2803等（2）光耦驅(qū)動(dòng)（3）光耦＋20031、微型繼電器的驅(qū)動(dòng)微型繼電器最長(zhǎng)邊尺寸不大于10mm的繼電器微型繼電器超小型繼電器最長(zhǎng)邊尺寸大于10mm，但不大于25mm的繼電器小型繼電器最長(zhǎng)邊尺寸大于25mm，但不大于50mm的繼電器多數(shù)微型直流繼電器的驅(qū)動(dòng)電流很小。在控制系統(tǒng)中，使用+5V供電最為方便，這時(shí)小到數(shù)毫安，大到幾十毫安的驅(qū)動(dòng)電流足夠驅(qū)動(dòng)大多數(shù)微型直流繼電器甚至小型繼電器

第4頁(yè),共91頁(yè)，2024年2月25日，星期天注意：驅(qū)動(dòng)直流繼電器時(shí)，COM端務(wù)必接到繼電器的供電電源端。第5頁(yè),共91頁(yè)，2024年2月25日，星期天（1）用7406、7407、ULN200X等直接驅(qū)動(dòng)直流繼電器驅(qū)動(dòng)供電電壓：+5V、6V、9V、12V、24V電流：幾——幾十mA適用于驅(qū)動(dòng)少路圖3.2ULN2003/ULN2004的內(nèi)部結(jié)構(gòu)輸出端C輸入端B第6頁(yè),共91頁(yè)，2024年2月25日，星期天ULN2003ULN2003/ULN2803/ULN2004/ULN2804適于與TTL、CMOS輸出器件接口，應(yīng)用廣泛。TTL輸出驅(qū)動(dòng)ULN2003/ULN2803時(shí)，只能驅(qū)動(dòng)一路，不能驅(qū)動(dòng)多路

ULN2003的輸入部分與TTL及CMOS兼容，因而可直接連接TTL輸出或CMOS輸出，輸出部分相當(dāng)于OC門，所驅(qū)動(dòng)的繼電器，可以連接到較高的電源電壓上而不需要額外的電路。當(dāng)所連繼電器數(shù)目較多或驅(qū)動(dòng)電流較大時(shí)，應(yīng)考慮讓繼電器使用獨(dú)立的驅(qū)動(dòng)電源，必要時(shí)還應(yīng)使用隔離電源。使用隔離電源時(shí)，應(yīng)在ULN2003前設(shè)置光電隔離電路第7頁(yè),共91頁(yè)，2024年2月25日，星期天VCCVDD7406（2）用光耦直接驅(qū)動(dòng)1）二極管的作用2）限流電阻R1的計(jì)算第8頁(yè),共91頁(yè)，2024年2月25日，星期天（3）用光耦+2003驅(qū)動(dòng)VCCVDDVXX200374062003內(nèi)部含有續(xù)流二極管第9頁(yè),共91頁(yè)，2024年2月25日，星期天2、大型繼電器或電磁閥的驅(qū)動(dòng)（1）三級(jí)管擴(kuò)流后驅(qū)動(dòng)由于大繼電器導(dǎo)通和關(guān)斷時(shí)都會(huì)產(chǎn)生較大的電磁干擾，所以使用三極管擴(kuò)流后驅(qū)動(dòng)大繼電器應(yīng)考慮光電隔離

VCVCC7406+5VR1第10頁(yè),共91頁(yè)，2024年2月25日，星期天（2）用小繼電器中繼小繼電器的線圈與觸點(diǎn)間本身就有很好的隔離特性，因此應(yīng)該是首選方案。而且在用小繼電器中繼的方式中，大繼電器的線圈可以是直流或交流，對(duì)電壓也沒(méi)有什么要求(通常小于240V即可)，因而使用更為方便

圖3.3大繼電器的中繼驅(qū)動(dòng)第11頁(yè),共91頁(yè)，2024年2月25日，星期天小型或微型繼電器的觸點(diǎn)可以選擇一組或兩組觸點(diǎn)，觸點(diǎn)形式也有多種可選，但以1Z或2Z為多見(jiàn)。1Z觸點(diǎn)指一組二個(gè)觸點(diǎn)的觸點(diǎn)形式，一個(gè)為常開(kāi)觸點(diǎn)，另一個(gè)為常閉觸點(diǎn)。2Z觸點(diǎn)則有兩組1Z觸點(diǎn)。這樣就更方便硬件設(shè)計(jì)。圖3.3為使用中繼方式連接大繼電器的電路，其中小繼電器帶有兩組Z型觸點(diǎn)(即2Z)，使用了一組，另一組可派作它用。兩組觸點(diǎn)也可并聯(lián)連接，以增大觸點(diǎn)電流。

（3）固態(tài)繼電器驅(qū)動(dòng)、如雙向可控硅第12頁(yè),共91頁(yè)，2024年2月25日，星期天3.2直流固態(tài)繼電器(DCSSR)及驅(qū)動(dòng)固態(tài)繼電器的主要特點(diǎn)體積小、無(wú)觸點(diǎn)、開(kāi)關(guān)速度快，可由CMOS/TTL電路直接驅(qū)動(dòng)固態(tài)繼電器是經(jīng)光電隔離的直流或交流驅(qū)動(dòng)模塊。模塊通常由光電隔離部件、達(dá)林頓晶體管或可控硅驅(qū)動(dòng)器、續(xù)流保護(hù)電路及散熱部件組成但更多的在大電流工作時(shí)(10A以上)需外加散熱器，以防止過(guò)熱而燒壞。

圖3.4某型固態(tài)繼電器外形第13頁(yè),共91頁(yè)，2024年2月25日，星期天直流固態(tài)繼電器的驅(qū)動(dòng)模式

固態(tài)繼電器的驅(qū)動(dòng)一般很簡(jiǎn)單，與驅(qū)動(dòng)一個(gè)發(fā)光二極管相同，大多數(shù)驅(qū)動(dòng)電流5~15mA即可。直流固態(tài)繼電器只能驅(qū)動(dòng)直流器件，不可用于交流電路。使用時(shí)還需注意額定電壓與額定電流，切忌過(guò)流或過(guò)壓使用。

第14頁(yè),共91頁(yè)，2024年2月25日，星期天1、原理圖整形放大負(fù)載直流電源＋－VC光電隔離部件、達(dá)林頓晶體管或可控硅驅(qū)動(dòng)器、續(xù)流保護(hù)電路及散熱部件用于直流大功率驅(qū)動(dòng)場(chǎng)合，如直流電機(jī)、直流電磁閥、步進(jìn)電機(jī)、大功率繼電器等注意：不能超過(guò)額定電壓和額定電流第15頁(yè),共91頁(yè)，2024年2月25日，星期天2、直流固態(tài)繼電器的性能參數(shù)(P49表3.1）控制電壓：3～15V控制電流：2～30mA通斷時(shí)間：<0.2mS負(fù)載電壓：12～400V最大負(fù)載電流：5A通態(tài)壓降：<1.3V第16頁(yè),共91頁(yè)，2024年2月25日，星期天第17頁(yè),共91頁(yè)，2024年2月25日，星期天步進(jìn)電機(jī)控制原理圖3、應(yīng)用舉例+5VDC-SSRR1DC-SSRR27406DC-SSRR3+27VP1.0P1.1P1.2第18頁(yè),共91頁(yè)，2024年2月25日，星期天步進(jìn)電機(jī)原理圖第19頁(yè),共91頁(yè)，2024年2月25日，星期天交流固態(tài)繼電器(ACSSR)及驅(qū)動(dòng)

交流固態(tài)繼電器是一種無(wú)觸點(diǎn)繼電器，在這方面，大大優(yōu)于觸點(diǎn)繼電器，使用壽命也明顯長(zhǎng)于觸點(diǎn)繼電器作為交流開(kāi)關(guān)使用的，以雙向可控硅較為方便可控硅導(dǎo)通，需兩個(gè)條件：可控硅兩端必須加上一定的電壓，同時(shí)控制端必須加上一定的觸發(fā)電壓?？煽毓枰坏?dǎo)通，就不再需要控制端的控制電壓，可一直維持導(dǎo)通狀態(tài)，直到可控硅兩端的電壓降為零便自動(dòng)截止。交流固態(tài)繼電器與直流固態(tài)繼電器類似，只是用雙向可控硅代替達(dá)林頓晶體管或IGBT驅(qū)動(dòng)器，用于控制交流電的導(dǎo)通或截止。由于導(dǎo)通瞬間，交流電供電過(guò)程有可能正好在較高電壓狀態(tài)，如果負(fù)載較大，或?yàn)楦行载?fù)載，則容易產(chǎn)生電網(wǎng)干擾，所以有一種過(guò)零觸發(fā)的交流固態(tài)繼電器，專門用于消除這一干擾。第20頁(yè),共91頁(yè)，2024年2月25日，星期天3.3交流固態(tài)繼電器（ACSSR)及驅(qū)動(dòng)

（

1）隨機(jī)導(dǎo)通型——阻性負(fù)載

（2）過(guò)零型——負(fù)載較大或感性負(fù)載

MOC3041:過(guò)零觸發(fā)的交流固態(tài)繼電器。該器件僅能控制1A以下的電流，不能直接用于大功率器件的驅(qū)動(dòng)。用MOC3041再驅(qū)動(dòng)大功率雙向可控硅，雙向可控硅可大到50A以上

圖3.6過(guò)零觸發(fā)的雙向可控硅驅(qū)動(dòng)電路第21頁(yè),共91頁(yè)，2024年2月25日，星期天

（1）隨機(jī)導(dǎo)通型——阻性負(fù)載圖3.7K3PH40C25/40/50DA系列三相交流固態(tài)繼電器外形圖3.8K3PH40C25/40/50DA系列三相交流固態(tài)繼電器內(nèi)部等效電路第22頁(yè),共91頁(yè)，2024年2月25日，星期天（2）過(guò)零型——負(fù)載較大或感性負(fù)載1為輸入電路，2光電開(kāi)關(guān)，3過(guò)零檢測(cè)電路，4雙向可控硅觸發(fā)電路，5保護(hù)電路?？刂聘行载?fù)載時(shí)，輸出端并聯(lián)1~1.5μF負(fù)載電容有利于導(dǎo)通前沿的平滑。

圖3.9KL20CXX系列固態(tài)繼電器外形圖3.10KL20CXX系列固態(tài)繼電器內(nèi)部等效電路第23頁(yè),共91頁(yè)，2024年2月25日，星期天2、應(yīng)用舉例VCCAC-SSRRAC-SSRRP1.07404RpCpRmRm~220VABC（2）交流電機(jī)控制原理圖第24頁(yè),共91頁(yè)，2024年2月25日，星期天3、使用注意事項(xiàng)1）交流固態(tài)繼電器輸入端的串并聯(lián)串聯(lián)時(shí)驅(qū)動(dòng)電壓要大于多個(gè)開(kāi)啟電壓之和并聯(lián)時(shí)驅(qū)動(dòng)電流應(yīng)大于多個(gè)輸入電流之和2）RC吸收回路和斷態(tài)漏電流內(nèi)部RC回路會(huì)帶來(lái)斷態(tài)漏電流，但影響不大對(duì)于大感性負(fù)載場(chǎng)合，應(yīng)在固態(tài)繼電器輸出端并接RC吸收回路第25頁(yè),共91頁(yè)，2024年2月25日，星期天3）固態(tài)繼電器電壓等級(jí)的選取及過(guò)壓保護(hù)阻性負(fù)載——將耐壓值提高20%

感性負(fù)載——220V應(yīng)選用耐壓280V的固態(tài)繼電器

380V應(yīng)選用耐壓480V的固態(tài)繼電器過(guò)壓保護(hù)——并接壓敏電阻

壓敏電阻的耐壓值應(yīng)為電源電壓有效值的1.6～1.9倍第26頁(yè),共91頁(yè)，2024年2月25日，星期天4）電流等級(jí)的選取及過(guò)流保護(hù)阻性負(fù)載——電流等級(jí)應(yīng)>=2倍的負(fù)載額定電流交流電機(jī)負(fù)載——空載啟動(dòng)，電流等級(jí)應(yīng)按4～5倍的負(fù)載額定電流選取，否則按6～7倍選取其他感性負(fù)載——按4～5倍的負(fù)載額定電流選取過(guò)流保護(hù)——快速熔斷器和空氣開(kāi)關(guān)5）交流固態(tài)繼電器的發(fā)熱與散熱當(dāng)固態(tài)繼電器的功率損耗較大時(shí)，必須考慮固態(tài)繼電器的散熱。是否需加散熱裝置與固態(tài)繼電器的工作電流、封裝形式、工作環(huán)境等因素有關(guān)。10A以下的固態(tài)繼電器通常不需要加裝散熱塊。第27頁(yè),共91頁(yè)，2024年2月25日，星期天使用注意事項(xiàng)單相交流固態(tài)繼電器在導(dǎo)通時(shí)的最大發(fā)熱量按實(shí)際工作電流×1.5W/A來(lái)計(jì)算，在散熱設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)考慮到環(huán)境溫度，通風(fēng)條件(自然冷卻、風(fēng)扇冷卻)及交流固態(tài)繼電器安裝密度等因素。固態(tài)繼電器與散熱器安裝面間須涂一薄層導(dǎo)熱硅脂。6電網(wǎng)頻率交流固態(tài)繼電器應(yīng)用于50Hz或60Hz的工頻電網(wǎng)上,不宜用于低頻或高次諧波分量大的場(chǎng)合第28頁(yè),共91頁(yè)，2024年2月25日，星期天3.4直流電機(jī)的PWM(脈寬調(diào)制輸出)驅(qū)動(dòng)

直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速取決于驅(qū)動(dòng)電流的有效值

PWM波第29頁(yè),共91頁(yè)，2024年2月25日，星期天常用方法3.4直流電機(jī)的PWM(脈寬調(diào)制輸出)驅(qū)動(dòng)（1）光電隔離器+大功率場(chǎng)效應(yīng)管（功率晶體管/IGBT）（2）固態(tài)繼電器（3）專用接口芯片——價(jià)格比較貴（4）專用接口板——用于STD或PC總線控制機(jī)系統(tǒng)第30頁(yè),共91頁(yè)，2024年2月25日，星期天1）用功率晶體管驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)注意結(jié)構(gòu)，驅(qū)動(dòng)電流較小時(shí)，Q2也可用單極管；用于電感負(fù)載時(shí)，可不加續(xù)流二極管D2,D1用于加快功率管的截止速度。用達(dá)林頓晶體管功率模塊驅(qū)動(dòng)直接驅(qū)動(dòng)圖3.13達(dá)林頓晶體管驅(qū)動(dòng)模塊圖3.14功率晶體管模塊的直接驅(qū)動(dòng)第31頁(yè),共91頁(yè)，2024年2月25日，星期天通常使用PNP三極管驅(qū)動(dòng)達(dá)林頓達(dá)晶體管，直接驅(qū)動(dòng)電路見(jiàn)圖，圖中Q2為達(dá)林頓晶體管驅(qū)動(dòng)模塊。功率晶體管的驅(qū)動(dòng)電壓通常比較大，因此，必須使用高壓輸出的OC門驅(qū)動(dòng)。經(jīng)Q1反相驅(qū)動(dòng)后，驅(qū)動(dòng)電流進(jìn)入功率晶體管基極。R3用于限流，應(yīng)根據(jù)Q2的直流放大倍數(shù)確定，R4用于關(guān)斷時(shí)的基極泄流，以加快Q2的截止速度。OC門電路U1也可由三極管或達(dá)林頓達(dá)晶體管陣列驅(qū)動(dòng)器代替，耐壓值必須大于VCCX。其電流可達(dá)100-200A第32頁(yè),共91頁(yè)，2024年2月25日，星期天用帶光電隔離功率晶體管模塊直接驅(qū)動(dòng)電機(jī)由于TLP521的集電極-發(fā)射極耐壓為55V，所以當(dāng)VCCX大于55V時(shí)，該電路還應(yīng)加限壓電路。方法一是給驅(qū)動(dòng)管Q1的發(fā)射極加獨(dú)立電源，通常12V即可；當(dāng)VCCX不很高時(shí)，也可用穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓

VCCVCCXP107406MTLP521-1R1R2R3R4VCQ1Q2圖3.15功率晶體管模塊直接驅(qū)動(dòng)耐壓值為55V第33頁(yè),共91頁(yè)，2024年2月25日，星期天2）用大功率場(chǎng)效應(yīng)管驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)VCCVCP10IRFZ407406VCCXM特點(diǎn)——輸入阻抗高，通態(tài)電阻低，關(guān)斷漏電流小，響應(yīng)速度快（導(dǎo)通和關(guān)斷時(shí)間短），與同功率的繼電器相比，體積小，價(jià)格便宜

第34頁(yè),共91頁(yè)，2024年2月25日，星期天大功率場(chǎng)效應(yīng)管特點(diǎn)——輸入阻抗高。關(guān)斷漏電流小，響應(yīng)速度快，與同功率的繼電器相比，體積小，價(jià)格便宜

+27VVCCVCP1.2P1.1P10IRF640第35頁(yè),共91頁(yè)，2024年2月25日，星期天大功率場(chǎng)效應(yīng)管加OC門驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)特點(diǎn)——輸入阻抗高，關(guān)斷漏電流小，響應(yīng)速度快，與同功率的繼電器相比，體積小，價(jià)格便宜

提高驅(qū)動(dòng)電壓,Q1導(dǎo)通條件：高電平為提高開(kāi)關(guān)速度加推挽電路圖3.16場(chǎng)效應(yīng)晶體管的驅(qū)動(dòng)圖3.17場(chǎng)效應(yīng)晶體管的推挽驅(qū)動(dòng)第36頁(yè),共91頁(yè)，2024年2月25日，星期天3）用繼電器驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)+5VDC-SSRR1P1.0VCCXM第37頁(yè),共91頁(yè)，2024年2月25日，星期天IGBT

功率可達(dá)100KW以上,電流可達(dá)10KA以上,電壓可達(dá)100KV以上，如此的驅(qū)動(dòng)模塊通常很難想象，不過(guò)IGBT可以做到

圖3.18三菱七路IGBT模塊PM100RSE60外形第38頁(yè),共91頁(yè)，2024年2月25日，星期天IGBT全稱絕緣柵雙極晶體管，是MOSFET和GTR(功率晶管)相結(jié)合的產(chǎn)物。它的三個(gè)極分別是集電極(C)、發(fā)射極(E)和柵極(G)

IGBT的等效電路如圖1所示。由圖1可知,若在IGBT的柵極和發(fā)射極之間加上驅(qū)動(dòng)正電壓,則MOSFET導(dǎo)通,這樣PNP晶體管的集電極與基極之間成低阻狀態(tài)而使得晶體管導(dǎo)通;若IGBT的柵極和發(fā)射極之間電壓為0V,則MOSFET截止,切斷PNP晶體管基極電流的供給,使得晶體管截止。這是什么東西？第39頁(yè),共91頁(yè)，2024年2月25日，星期天本質(zhì)上是場(chǎng)效應(yīng)晶體管，突出特點(diǎn)：3.5IGBT（1）大功率、極高的耐壓、極高的過(guò)載能力（2）開(kāi)關(guān)速度高（3）導(dǎo)通電阻極?。?）封裝尺寸小、許多器件還集成了多種保護(hù)措施（5）對(duì)驅(qū)動(dòng)電路的要求比較高，需專門的驅(qū)動(dòng)器絕緣柵雙極型晶體管第40頁(yè),共91頁(yè)，2024年2月25日，星期天7路封裝模塊U,V,W為輸出UP,VP,WP為輸入圖3.19PM100RSE60功能框圖第41頁(yè),共91頁(yè)，2024年2月25日，星期天1、IGBT對(duì)驅(qū)動(dòng)電路的要求（1）驅(qū)動(dòng)電路與IGBT連線要盡量短由于IGBT與場(chǎng)效應(yīng)晶體管都是電壓驅(qū)動(dòng)的，都具有一個(gè)2.5~5V的閾值電壓，有一個(gè)容性輸入阻抗，因此IGBT對(duì)柵極電荷非常敏感，所以驅(qū)動(dòng)電路必須穩(wěn)定可靠；要保證有一條低阻抗值的放電回路，即驅(qū)動(dòng)電路與IGBT的連線要盡量短

（2）驅(qū)動(dòng)電壓前后沿要足夠陡必要時(shí)應(yīng)使用施密特觸發(fā)器整形，使IGBT的開(kāi)關(guān)損耗盡量小

（3）正驅(qū)動(dòng)電源一般選取為12V~20V，關(guān)斷可加一負(fù)偏壓受IGBT的G~E間最大反向耐壓限制，可取0~-10V

（4）驅(qū)動(dòng)電路與控制電路必須隔離IGBT在電力電子設(shè)備中多用于高壓場(chǎng)合第42頁(yè),共91頁(yè)，2024年2月25日，星期天2、IGBT智能功率模塊（1）MIG400J101H（2路）用于控制直流電機(jī)控制（2）PM100RSE060（7路）多用于交流電機(jī)控制，也可用于直流電機(jī)

集成了驅(qū)動(dòng)和保護(hù)電路，使用時(shí)只需用光隔驅(qū)動(dòng)即可第43頁(yè),共91頁(yè)，2024年2月25日，星期天VIN輸入低電平時(shí)，IGBT導(dǎo)通高電平時(shí)，IGBT截止MIG400J101H（2路）圖2.23帶驅(qū)動(dòng)的2路IGBT模塊MIG400J101H的測(cè)試電路第44頁(yè),共91頁(yè)，2024年2月25日，星期天圖2.247路IGBT功率模塊PM100RSE060的應(yīng)用電路（三相交流電機(jī)變頻控制）135462第45頁(yè),共91頁(yè)，2024年2月25日，星期天UVWPNV1V3V5V2V6V4第46頁(yè),共91頁(yè)，2024年2月25日，星期天3.IGBT專用驅(qū)動(dòng)器EXB850、851EXB840、841圖3.20東芝EXB系列IGBT驅(qū)動(dòng)器過(guò)電流保護(hù)電路過(guò)電流保護(hù)電路第47頁(yè),共91頁(yè)，2024年2月25日，星期天富士的EXB850、851、840、841即是這種驅(qū)動(dòng)元件

第48頁(yè),共91頁(yè)，2024年2月25日，星期天引腳信號(hào)定義引腳信號(hào)定義1連接用于反向偏置電源的濾波電容9電源地(0V)2電源(+20V)10不接3驅(qū)動(dòng)輸出11不接4連接外部電容，以防止過(guò)流保護(hù)電路誤動(dòng)作(絕大部分場(chǎng)合不需要電容。)12無(wú)5過(guò)流保護(hù)輸出13無(wú)6集電極電壓監(jiān)視14驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸入(-)7不接15驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸入(+)8不接第49頁(yè),共91頁(yè)，2024年2月25日，星期天EXB850驅(qū)動(dòng)IGBT相當(dāng)方便，僅需提供10mA的開(kāi)關(guān)信號(hào)即可驅(qū)動(dòng)IGBT導(dǎo)通。器件的20V工作電源需與驅(qū)動(dòng)側(cè)隔離。需監(jiān)視過(guò)流保護(hù)狀態(tài)，則應(yīng)提供TLP521光耦一路。另加一個(gè)二極管和二個(gè)電容即可

圖3.21EXB850驅(qū)動(dòng)IGBT實(shí)例*1：快恢復(fù)二極管*2：光耦隔離電源過(guò)流檢測(cè)輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)雙絞線*2TLP521或等效電路第50頁(yè),共91頁(yè)，2024年2月25日，星期天3、IGBT模塊使用注意事項(xiàng)（1）IGBT模塊的選定模塊額定電壓按工作電壓的3倍左右選擇交流220V整流后供電的場(chǎng)合，宜選用600V模塊，交流380V整流后供電的場(chǎng)合，宜選用1200V模塊

電流按最大靜態(tài)電流選擇，適當(dāng)留有余量（2）防止靜電

VGE的耐壓值±20V在模塊的柵極-發(fā)射極之間(G-E端)加上超出耐壓值的電壓會(huì)導(dǎo)致器件永久損壞，使用時(shí)務(wù)必注意。

第51頁(yè),共91頁(yè)，2024年2月25日，星期天3.6直流電機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制（1）H橋直流電機(jī)正反轉(zhuǎn)控制電路（2）正負(fù)供電直流電機(jī)正反轉(zhuǎn)控制電路（3）使用繼電器換向電路——用于電機(jī)停轉(zhuǎn)時(shí)換向第52頁(yè),共91頁(yè)，2024年2月25日，星期天有刷直流電機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制第53頁(yè),共91頁(yè)，2024年2月25日，星期天1、H橋直流電機(jī)正反轉(zhuǎn)控制電路功率驅(qū)動(dòng)模塊可以是達(dá)林頓晶體管、功率場(chǎng)效應(yīng)管或IGBT

VCCVCP1.1P10IRF640＋27VV1V2V1V3V4第54頁(yè),共91頁(yè)，2024年2月25日，星期天H橋直流電機(jī)控制電路圖3.26用兩塊雙路IGBT模塊構(gòu)成H橋直流電機(jī)控制電路第55頁(yè),共91頁(yè)，2024年2月25日，星期天3.27用6路IGBT模塊的H橋電機(jī)控制電路圖2、用IGBT智能功率模塊組成H橋直流電機(jī)正反轉(zhuǎn)控制電路第56頁(yè),共91頁(yè)，2024年2月25日，星期天3正負(fù)供電直流電機(jī)正反轉(zhuǎn)控制電路圖3.28正負(fù)供電直流電機(jī)正反轉(zhuǎn)控制電路第57頁(yè),共91頁(yè)，2024年2月25日，星期天圖3.29繼電器控制直流電機(jī)正反轉(zhuǎn)電路第58頁(yè),共91頁(yè)，2024年2月25日，星期天直流電機(jī)的PWM控制邏輯。功率驅(qū)動(dòng)模塊AM功率驅(qū)動(dòng)模塊B功率驅(qū)動(dòng)模塊C功率驅(qū)動(dòng)模塊D圖3.25H橋直流電機(jī)正反轉(zhuǎn)控制電路無(wú)論是H橋直流電機(jī)控制電路，還是正負(fù)電源供電的直流電機(jī)控制電路，同一邊的功率模塊(圖中功率驅(qū)動(dòng)模塊A和功率驅(qū)動(dòng)模塊C)同時(shí)導(dǎo)通時(shí)，可能會(huì)燒毀功率模塊。所以直流電機(jī)的控制邏輯以圖3.30模式為多見(jiàn)第59頁(yè),共91頁(yè)，2024年2月25日，星期天4、直流電機(jī)的PWM控制邏輯由于功率模塊的發(fā)熱損耗在通、斷過(guò)程中為最大，所以對(duì)模擬正弦輸出的PWM脈沖，或PWM脈沖頻率在1kHz以上的場(chǎng)合，可以讓模塊C或模塊D常通，以減小發(fā)熱損耗。圖3.30直流電機(jī)PWM控制邏輯電路PWM脈沖正/反P1.0正轉(zhuǎn)脈沖(V1、V4)反轉(zhuǎn)脈沖(V2、V3)第60頁(yè),共91頁(yè)，2024年2月25日，星期天直流電機(jī)的PWM控制邏輯

H橋單邊上下模塊的同時(shí)導(dǎo)通會(huì)在短時(shí)內(nèi)燒毀功率模塊，因此在正反轉(zhuǎn)切換時(shí)，暫停PWM的脈沖輸出是必要的，通常稱為插入死區(qū)時(shí)間。一般應(yīng)用中，插入死區(qū)時(shí)間通常不會(huì)影響電機(jī)的控制動(dòng)作。圖3.30直流電機(jī)PWM控制邏輯圖3.31直流電機(jī)PWM控制邏輯的變化第61頁(yè),共91頁(yè)，2024年2月25日，星期天3.7交流電機(jī)的PWM控制交流電機(jī)的速度控制不由電壓有效值決定，而由頻率決定。方波輸出的PWM時(shí)序如圖3.32。電機(jī)的轉(zhuǎn)速將正比于方波輸出頻率。圖3.32方波輸出的三相PWM波形第62頁(yè),共91頁(yè)，2024年2月25日，星期天模擬正弦波輸出的三相PWM波形

由于電機(jī)為感性負(fù)載，理想的電壓波形為正弦波。方波中的高頻成分對(duì)提高電機(jī)的驅(qū)動(dòng)能力并無(wú)顯著作用，但卻將增加電機(jī)發(fā)熱。所以，為使電機(jī)性能最佳，使用模擬正弦的PWM信號(hào)(SPWM)較理想，這時(shí)電機(jī)的轉(zhuǎn)速由模擬正弦頻率決定但由于電機(jī)的負(fù)荷特性，當(dāng)PWM的模擬正弦的頻率減小時(shí)，直流有效值應(yīng)作相應(yīng)調(diào)整，以防止電機(jī)電流過(guò)大而燒壞。由軟件進(jìn)行PWM頻率調(diào)整和有效值調(diào)整，通常并不容易，要求處理器有較高的數(shù)據(jù)處理能力。使用專用三相PWM脈沖發(fā)生器是方便易行的方法。HEF4752是常用的模擬正弦三相PWM脈沖發(fā)生器專用集成電路第63頁(yè),共91頁(yè)，2024年2月25日，星期天HEF4752HEF4752的主要特點(diǎn)如下：(1)能產(chǎn)生三對(duì)相位差120°的互補(bǔ)SPWM主控脈沖，適用于三相橋結(jié)構(gòu)的逆變器；(2)采用多載波比自動(dòng)切換方式，隨著逆變器的輸出頻率降低，有級(jí)地自動(dòng)增加載波比，從而抑制低頻輸出時(shí)因高次諧波產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩脈沖和噪聲等所造成的惡劣影響。調(diào)制頻率可調(diào)范圍為0～100Hz，且能使逆變器輸出電壓同步調(diào)節(jié)；(3)為防止逆變器上下橋臂直通，在每相主控脈沖間插入死區(qū)間隔，間隔時(shí)間連續(xù)可調(diào)。

HEF4752為28腳雙列直插式標(biāo)準(zhǔn)封裝DIP芯片，它有7個(gè)控制輸入，4個(gè)時(shí)鐘輸入，12個(gè)驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸出，3個(gè)控制輸出。第64頁(yè),共91頁(yè)，2024年2月25日，星期天（1）能產(chǎn)生三對(duì)相位差120的互補(bǔ)SPWM主控脈沖（2）采用多載波比自動(dòng)切換方式（3）為防止上下橋直通，在每相主控脈沖間插入死區(qū)間隔HEF4752(PWM脈沖發(fā)生器）1、模擬正弦波輸出的三相PWM波形圖3.33模擬正弦波輸出的三相PWM波形圖3.34HEP4752V引腳圖第65頁(yè),共91頁(yè)，2024年2月25日，星期天2、模擬正弦三相PWM脈沖發(fā)生器第66頁(yè),共91頁(yè)，2024年2月25日，星期天圖3.35HEF44752應(yīng)用框圖濾波整流平滑電容模擬控制器逆變器放大器第67頁(yè),共91頁(yè)，2024年2月25日，星期天第68頁(yè),共91頁(yè)，2024年2月25日，星期天3.8驅(qū)動(dòng)模塊的封裝

制動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)是專門檢測(cè)汽車制動(dòng)力的設(shè)備。汽車檢測(cè)線一般使用反力式制動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)

制動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)滾筒受電機(jī)驅(qū)動(dòng)而轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)轉(zhuǎn)速恒定時(shí)，如果不計(jì)機(jī)械部分的摩擦力，也沒(méi)有其它力作用，則驅(qū)動(dòng)電機(jī)處于動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)，這時(shí)反力傳感器上的力為零(見(jiàn)圖3.37)。實(shí)際系統(tǒng)機(jī)械部分總有一定阻力，但這種阻力通常很小，不影響測(cè)試精度。當(dāng)車輪壓在滾筒上并踩下制動(dòng)踏板后，重力G產(chǎn)生摩擦力Fb和Ff，摩擦力使?jié)L筒失去平衡，從而使電機(jī)整體產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)趨勢(shì)。實(shí)際系統(tǒng)由于傳感器的約束，電機(jī)整體是不可能轉(zhuǎn)動(dòng)的，但傳感器上即產(chǎn)生了一定平衡力。該平衡力對(duì)電機(jī)軸產(chǎn)生的力矩與輪胎摩擦力對(duì)電機(jī)軸產(chǎn)生的力矩平衡。也即傳感器的力的大小與制動(dòng)摩擦力的大小成正比，測(cè)出該力就可確定制動(dòng)摩擦力的大小。在輪胎與滾筒間的摩擦系數(shù)足夠大時(shí)，制動(dòng)摩擦力的大小等于制動(dòng)力的大小。

第69頁(yè),共91頁(yè)，2024年2月25日，星期天制動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)電機(jī)控制電路設(shè)計(jì)

當(dāng)汽車制動(dòng)時(shí)，輪胎會(huì)因?yàn)橹苿?dòng)力的增大而停轉(zhuǎn)(稱車輪抱死)。如果車輪抱死后驅(qū)動(dòng)電機(jī)不停機(jī)，不僅會(huì)使輪胎過(guò)度磨損，試驗(yàn)臺(tái)滾筒也會(huì)因過(guò)度磨損而縮短壽命，嚴(yán)重的會(huì)因負(fù)載過(guò)大而引起驅(qū)動(dòng)電機(jī)過(guò)熱損壞，所以必須有必要的輪胎轉(zhuǎn)速檢測(cè)電路和電機(jī)停機(jī)控制裝置控制板由兩路轉(zhuǎn)速脈沖輸入、兩路車輪到位狀態(tài)輸入、電機(jī)啟?？刂戚斎搿⒃囼?yàn)/檢測(cè)控制輸入等信號(hào)輸入。全部輸入信號(hào)均為開(kāi)關(guān)量。其中脈沖輸入及車輪到位狀態(tài)輸入使用接近開(kāi)關(guān)作為檢測(cè)傳感器第70頁(yè),共91頁(yè)，2024年2月25日，星期天3.9實(shí)例：制動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)電機(jī)控制電路設(shè)計(jì)應(yīng)用：檢測(cè)汽車制動(dòng)力第71頁(yè),共91頁(yè)，2024年2月25日，星期天1.接近開(kāi)關(guān)及接口電路

接近開(kāi)關(guān)是常用的位置檢測(cè)元件,以前常用行程開(kāi)關(guān)

電感式：由LC高頻振蕩器和放大處理電路所檢測(cè)的物體必須是金屬導(dǎo)電體電容式：測(cè)量頭和被測(cè)物體構(gòu)成兩個(gè)極板，所檢測(cè)的物體比較廣泛接近開(kāi)關(guān):按工作原理分

其他類型接近開(kāi)關(guān)：光電式、霍爾開(kāi)關(guān)、磁性開(kāi)關(guān)等第72頁(yè),共91頁(yè)，2024年2月25日，星期天最常用的接近開(kāi)關(guān)分NPN型和PNP型，輸出形式又各分常開(kāi)和常閉兩類。RL為負(fù)載電阻。兩種輸出形式通常都可提供20mA以上的電流。顯然，它們相當(dāng)于集電極開(kāi)路輸出，使用時(shí)必須正確選擇型號(hào)。NPN型輸出的VCC可以與接近開(kāi)關(guān)的供電電壓不同，可以高于接近開(kāi)關(guān)的供電電壓，也可以低于接近開(kāi)關(guān)的供電電壓，因而比較靈活。PNP型的VCC即是接近開(kāi)關(guān)的供電電壓，但RL與地相接，因而在某些場(chǎng)合應(yīng)該選擇PNP型。當(dāng)開(kāi)關(guān)無(wú)接近物時(shí)，三極管導(dǎo)通的，稱常閉型，否則稱常開(kāi)型。實(shí)際應(yīng)用中，以常開(kāi)型多見(jiàn)盡管各種接近開(kāi)關(guān)的供電電壓有所不同，但大多具有較寬的供電范圍。一般在10~18V范圍內(nèi)可以正常工作，有些器件可工作在30V的電壓下第73頁(yè),共91頁(yè)，2024年2月25日，星期天1.接近開(kāi)關(guān)及接口電路接近開(kāi)關(guān)輸出形式：以電平和電流輸出為主圖3.40電子輸出：NPN和PNP常開(kāi)輸出：無(wú)接近物時(shí)，三極管不通常閉輸出：無(wú)接近物時(shí)，三極管導(dǎo)通第74頁(yè),共91頁(yè)，2024年2月25日，星期天2.轉(zhuǎn)速測(cè)試傳感器及測(cè)試原理測(cè)速原理：計(jì)數(shù)式測(cè)速-測(cè)給定時(shí)間的脈沖數(shù)；

計(jì)時(shí)式測(cè)速-測(cè)給定脈沖數(shù)所用時(shí)間測(cè)試精度：使用霍爾開(kāi)關(guān)的傳感器，檢測(cè)工作頻率可達(dá)5000Hz，宜使用計(jì)時(shí)式第75頁(yè),共91頁(yè)，2024年2月25日，星期天磁電式傳感器是常用的計(jì)數(shù)式測(cè)速傳感器

利用帶磁芯的線圈，當(dāng)磁場(chǎng)強(qiáng)弱變化時(shí)，輸出感應(yīng)電流的原理工作。被檢測(cè)物體必須使用導(dǎo)磁材料制造，為使輸出信號(hào)接近正弦波，被檢測(cè)物體通常做成模數(shù)m=2的齒輪。磁芯與檢測(cè)齒輪的間隙為0.5~1mm。磁電式傳感器不需要供電，輸出電壓與轉(zhuǎn)速成正比。當(dāng)轉(zhuǎn)速太低時(shí)，輸出電壓過(guò)低，轉(zhuǎn)速將無(wú)法正常檢測(cè)。圖3.42為常用的磁電式傳感器檢測(cè)電路。磁電式傳感器通常使用齒輪檢測(cè)脈沖信號(hào)。一個(gè)模數(shù)m=2的齒輪，齒數(shù)通常在30~60。傳感器的工作頻率一般在5000Hz，所以適宜檢測(cè)的轉(zhuǎn)速為100轉(zhuǎn)/秒左右，即6000轉(zhuǎn)/分。對(duì)一般應(yīng)用場(chǎng)合已夠用，更高的轉(zhuǎn)速可以用霍爾開(kāi)關(guān)檢測(cè)。第76頁(yè),共91頁(yè)，2024年2月25日，星期天2.轉(zhuǎn)速測(cè)試傳感器及測(cè)試原理計(jì)數(shù)式傳感器輸入信號(hào)經(jīng)適當(dāng)濾波后輸入運(yùn)算放大器。放大器接成正反饋比較器模式，模擬施密特觸發(fā)器。放大器必須選用工作頻率較高的器件，此處選用CA3140，也可使用電壓比較器。D7和D8為輸出鉗位電路，將輸出電壓鉗位到(GND-0.3V)~(VCC+0.3V)。。

第77頁(yè),共91頁(yè)，2024年2月25日，星期天2.轉(zhuǎn)速測(cè)試傳感器及測(cè)試原理使用單5V供電方式時(shí)，輸出端可按圖3.43方式連接一鉗位穩(wěn)壓二極管，以便可以直接與TTL器件連接

第78頁(yè),共91頁(yè)，2024年2月25日，星期天接近開(kāi)關(guān)不僅可作為位置檢測(cè)元件使用，還常作為轉(zhuǎn)速測(cè)試傳感器使用。但接近開(kāi)關(guān)的工作頻率不高，通常為50Hz~1000Hz由于本系統(tǒng)檢測(cè)的轉(zhuǎn)速不高，不超過(guò)30轉(zhuǎn)/秒，每轉(zhuǎn)四個(gè)脈沖，即檢測(cè)脈沖頻率不超過(guò)120Hz，所以選用價(jià)格相對(duì)便宜的接近開(kāi)關(guān)，但必須選用工作頻率120Hz以上的產(chǎn)品。圖3.44為其工作原理圖。圖中，接近開(kāi)關(guān)為NPN型，使用光電隔離輸入，接近開(kāi)關(guān)的工作電源電壓為12V。兩路轉(zhuǎn)速脈沖輸入(轉(zhuǎn)速0、轉(zhuǎn)速1)、兩路位置狀態(tài)輸入(位置0、位置1)使用相當(dāng)?shù)碾娐?。指示用發(fā)光二極管與光耦的發(fā)光二極管串聯(lián)，接近開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)光耦的同時(shí)，指示用發(fā)光二極管點(diǎn)亮，以利于系統(tǒng)調(diào)試及維修。輸出端INO0~INO3經(jīng)上拉電阻(阻值為10kΩ的排阻)上拉后直接連單片機(jī)的輸入端口。第79頁(yè),共91頁(yè)，2024年2月25日，星期天2.轉(zhuǎn)速測(cè)試傳感器及測(cè)試原理圖3.44轉(zhuǎn)速及位置輸入電路第80頁(yè),共91頁(yè)，2024年2月25日，星期天驅(qū)動(dòng)繼電器的線圈采用過(guò)零觸發(fā)型雙向可控硅，六個(gè)繼電器依次交替啟動(dòng)(其中二個(gè)為總控)。圖中僅畫出驅(qū)動(dòng)電路的一路。D1用于工作指示，與MOC3041的發(fā)光二極管串聯(lián)。ACCOM為交流供電的公共端，AC0為輸出端，驅(qū)動(dòng)220V線圈的40A繼電器(交流接觸器)。其它路電路相同

圖3.45繼電器驅(qū)動(dòng)電路第81頁(yè),共91頁(yè)，2024年2月25日，星期天實(shí)際的繼電器控制電路還加入硬件互鎖。為防止星形控制繼電器與三角形控制繼電器同時(shí)吸合，使用大繼