24 V直流電機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)中，要求電壓和電流信號(hào)都能作為控制信號(hào)，達(dá)到控制電機(jī)的轉(zhuǎn)向及轉(zhuǎn)速目的，為此先設(shè)計(jì)了一個(gè)電流／電壓轉(zhuǎn)換電路，如圖2所示。若輸入4～20 mA控制電流，則可以在采樣電阻R44上形成0．4～2 V的電壓值，輸入到單片機(jī)中進(jìn)行處理。在采樣電阻的兩端并聯(lián)一個(gè)瞬態(tài)二極管，起到保護(hù)的作用，電容的存在可以起到濾波作用，令輸入到單片機(jī)的電壓信號(hào)更加穩(wěn)定。

由于電機(jī)在正常工作時(shí)對(duì)電源的干擾很大，如果只用一組電源會(huì)影響單片機(jī)的正常工作，所以選用雙電源供電。電源系統(tǒng)采用DC／DC轉(zhuǎn)換芯片IBl215LS-1W和IBl209LS-1W，電路設(shè)計(jì)，如圖3所示。為防止瞬時(shí)輸入電壓過大，在電源入口放置穩(wěn)壓芯片7818，再經(jīng)過瞬態(tài)二極管的降壓，最后進(jìn)入DC／DC芯片，得到兩路電壓15 V和9 V，電感L1和L2的作用是組成“LC”濾波網(wǎng)絡(luò)，可以進(jìn)一步減少輸入輸出紋波，利用這兩路電壓經(jīng)過三端穩(wěn)壓芯片78L05就可以得到需要的5 V和+5 V兩路電源系統(tǒng)，分別給單片機(jī)控制電路和驅(qū)動(dòng)電路供電。
2．3 驅(qū)動(dòng)電路
由于功率MOSFET是壓控元件，具有輸入阻抗大、開關(guān)速度快、無二次擊穿現(xiàn)象等特點(diǎn)，滿足高速開關(guān)動(dòng)作需求，因此采用IR公司的場效應(yīng)管IRF9540和IRF540構(gòu)成H橋電路的橋臂。H橋電路中的4個(gè)功率MOSFET分別采用n溝道型和p溝道型，設(shè)計(jì)的電路原理，如圖4所示。

數(shù)字電平上下跳變時(shí)，集成電路耗電發(fā)生突變，引起電源產(chǎn)生毛刺。數(shù)字電路越復(fù)雜，數(shù)據(jù)速率越高，累計(jì)的電流跳變?cè)綇?qiáng)烈，高頻分量越豐富，而普通印刷電路板不能完全吸收邏輯電平跳變產(chǎn)生的電壓毛刺，這種噪聲會(huì)嚴(yán)重干擾電路。為了實(shí)現(xiàn)模擬電路和數(shù)字電路的隔離，提高信噪比，有效的抑制噪聲對(duì)模擬電路的干擾，在PWM信號(hào)從控制系統(tǒng)引出之后，需要經(jīng)過光電隔離，才能送入驅(qū)動(dòng)電路。在不影響驅(qū)動(dòng)器整體性能的前提下，使用TLP521-1光電耦合器，主要考慮的是價(jià)格因素。
運(yùn)放2902在電路中用作比較器，把輸入邏輯信號(hào)同基準(zhǔn)電壓比較，轉(zhuǎn)換成接近功率電源電壓幅度的方波信號(hào)。運(yùn)放的輸入電壓范圍不能接近負(fù)電源電壓，否則會(huì)出錯(cuò)。因此在運(yùn)放輸入端增加了防止電壓范圍溢出的二極管D13。輸入端的電阻R50用于限流，R66用于在輸入懸空時(shí)把輸入端降為低電平。
當(dāng)運(yùn)放2902輸出端為低電平時(shí)，三極管Q25截止，場效應(yīng)管Q23導(dǎo)通。三極管Q16導(dǎo)通，場效應(yīng)管Q19截止，輸出為高電平。當(dāng)運(yùn)放輸出端為高電平時(shí)，三極管Q24導(dǎo)通，場效應(yīng)管Q23截止。三極管Q16截止，場效應(yīng)管Q19導(dǎo)通，輸出為低電平。