「電路分析」PWM速度控制5

這是連載系列文章中的第五篇。

當(dāng)您突然增加需求速度時(shí)，控制器不希望立即響應(yīng)。這個(gè)問題的一個(gè)很好的例子就是輸入設(shè)備是腳踏板。把你的腳放在油門上，車輛快速向前傾斜，你的身體向后仰，這樣你的腳就減少了對(duì)踏板的壓力。結(jié)果被稱為袋鼠電氣！

類似的論點(diǎn)也適用于減速，因?yàn)榭刂破饔性偕苿?dòng)。

因此，只要輸入變化很快，控制器就必須以可控的速率響應(yīng)。對(duì)于什么樣的加速率是“最佳”的，有很多爭(zhēng)論：簡(jiǎn)單的回答是沒有最佳的，理想的響應(yīng)取決于車輛和駕駛員。

2QD只有一個(gè)簡(jiǎn)單的CR坡道，220K和C8。這并不理想：它可以在加速，但斜坡率取決于應(yīng)用的輸入水平，因此減速是非常緩慢的，因?yàn)榭刂破鹘咏闼俣?。它也不可調(diào)。

TEC庫(kù)有一頁(yè)斜坡電路可供會(huì)員使用. 這是我們?cè)诖蠖鄶?shù)控制器上使用的電路8。

這給出了線性斜坡（恒定dV/dt），可在相當(dāng)可觀的范圍內(nèi)，分別針對(duì)正（加速）和負(fù)（減速）斜坡進(jìn)行調(diào)整。

這個(gè)恒定的dV/dt似乎是大多數(shù)低速車輛最可接受的坡道之一，并在工業(yè)中廣泛使用。但是隨著車速的增加，它變得不理想。這樣做的原因是你需要一個(gè)更低的dV/dt，這樣加速就可以持續(xù)更長(zhǎng)的時(shí)間。但是加速度斜坡從零輸出開始?，F(xiàn)在，任何負(fù)載的電機(jī)都不會(huì)開始工作，直到電流達(dá)到一個(gè)取決于機(jī)器機(jī)械的值。當(dāng)從零開始加速時(shí)，在騎手能夠察覺到的任何事情發(fā)生之前，會(huì)有一個(gè)停頓。然后，電機(jī)電流將開始增大，直到機(jī)器以與電壓斜坡相同的速度加速。此時(shí)，機(jī)器將以恒定的電機(jī)電流加速，直到接近全速。

從這一點(diǎn)可以明顯看出，理想的斜坡是相當(dāng)復(fù)雜的-并且正確設(shè)置它需要安裝人員的大量技術(shù)意識(shí)，即使制造商提供了一個(gè)合適的可編程系統(tǒng)！所以常數(shù)dV/dt是最常用的折衷方法。

在許多應(yīng)用中，沒有理由說(shuō)明為什么車輛駕駛員在想要倒車時(shí)不能簡(jiǎn)單地拋出一個(gè)雙極轉(zhuǎn)換開關(guān)，這正是許多模型機(jī)車系統(tǒng)所做的。當(dāng)然，你不能在機(jī)器移動(dòng)的時(shí)候改變方向：這應(yīng)該是不言而喻的，如果有人把他們的汽車引擎或變速箱扔到倒車檔，沒有人會(huì)同情他們。但由于某些原因，如果一個(gè)電動(dòng)汽車控制器或電機(jī)可能會(huì)因?yàn)樵噲D在高速下倒車而遭到破壞，這似乎應(yīng)該歸咎于控制器。所以倒車控制器必須安全地這樣做。為了安全倒車，您必須在電機(jī)停止或緩慢旋轉(zhuǎn)的情況下進(jìn)行。在大多數(shù)商用控制器中，這涉及到測(cè)量電機(jī)速度，并且只允許在零電樞電壓下反轉(zhuǎn)。

我們?cè)缙诘牡管嚳刂破魇褂貌煌南到y(tǒng)：只有在需求速度（經(jīng)過斜坡處理后）為零時(shí)，它們才會(huì)改變方向。這是“預(yù)選”倒車，因?yàn)樵谟脩魧⑺俣冉抵亮阒?，方向開關(guān)根本不起作用。然后，車輛將按預(yù)先選定的方向重新起動(dòng)。這個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行良好，可以在今天使用，但有一次它是不可接受的。

考慮一個(gè)操縱桿控制的系統(tǒng)。在這里，很容易從前進(jìn)到后退快速搖動(dòng)棍子。如果這樣做了，那么預(yù)選將不會(huì)做任何事情，因?yàn)樗俣葲]有保持在零足夠長(zhǎng)的時(shí)間被接受，所以操縱桿不會(huì)反轉(zhuǎn)！所需要的是一個(gè)方向鎖存器（無(wú)論如何都需要，因?yàn)樾枨蠓较蚩梢噪S時(shí)改變，并且必須記住當(dāng)前方向）和某種比較器，它將需求方向與鎖定方向進(jìn)行比較，并在發(fā)生沖突時(shí)給出輸出。當(dāng)方向閂鎖可以改變時(shí)，“改變方向”請(qǐng)求必須使需求速度下降到零，然后“改變方向”請(qǐng)求將為零。然后控制器在新方向上以所需的速度爬升。

這是“雙坡道”倒車。幾乎通用的系統(tǒng)，用于任何倒車控制器。它看起來(lái)比2QD要復(fù)雜一點(diǎn)！然而，并非所有這些都與斜坡和倒車有關(guān)。

我們現(xiàn)在可以介紹NCC系列控制器電路 .

點(diǎn)火開關(guān)向Tr3的底座施加電壓，使其和Tr 2接通。Tr3打開電流源（Tr6和Tr7），使控制器通電。當(dāng)Tr2不導(dǎo)電時(shí)，允許電流從9v電源流過其10K集電極電阻和二極管，進(jìn)入Tr25的底部，Tr25是速度鉗（雙斜坡?lián)Q向電路的一部分）。結(jié)果是，當(dāng)點(diǎn)火開關(guān)關(guān)閉時(shí)，Tr25被打開，并導(dǎo)致需求速度降到零，所以控制器會(huì)降低到零速度。

在Tr3的集電極中，還有一個(gè)4K7電阻器。它由輸出電荷泵供電，因此當(dāng)輸出切換時(shí)，4μ7（電路上靠近Tr5）保持完全充電。當(dāng)點(diǎn)火開關(guān)關(guān)閉時(shí)，該電容器上的電荷保持電流源，因此當(dāng)控制器下降到零速度時(shí)，9v軌道保持不變。只有當(dāng)輸出關(guān)閉時(shí)（9v）才停止。

關(guān)閉過程中有一點(diǎn)延遲：這是必要的，因?yàn)樵谌傧?，控制器沒有切換，因此如果沒有延遲，控制器將在點(diǎn)火開關(guān)關(guān)閉后立即斷電。延遲應(yīng)該（如果增益設(shè)置正確的話）允許控制器有時(shí)間從全速開始略微下降，所以在這個(gè)延遲到期之前它是切換的。

斷電也是一種安全功能。如果MOSFET熔斷，那么（很可能）驅(qū)動(dòng)MOSFET發(fā)生短路故障。這是危險(xiǎn)的，也是所有控制器制造商擔(dān)心的故障模式（幸運(yùn)的是非常罕見），因?yàn)闄C(jī)器無(wú)法全速運(yùn)轉(zhuǎn)。但在這種情況下，輸出不會(huì)切換，因此繼電器將在延遲時(shí)間后斷電，通過短路電機(jī)使機(jī)器緊急停機(jī)。

事實(shí)上，我們已經(jīng)有控制器“失敗”到全速。但到目前為止，這是由水進(jìn)入電路板或類似事件引起的。當(dāng)然，沒有一個(gè)控制器制造商能夠針對(duì)水污染進(jìn)行設(shè)計(jì)，盡管我們確實(shí)把每一塊板都浸在防水保形涂層中。

IC1a只是一個(gè)輸入緩沖器，用來(lái)驅(qū)動(dòng)斜坡電路。TR1S通常硬啟動(dòng)，因此引腳1被10電阻拉高到9v。零速時(shí)，針腳1低。當(dāng)速度增加時(shí)，IC1A引腳1將變高。Tr21的集電極將上升，電流將流過Accel預(yù)設(shè)值，在Tr21的基礎(chǔ)上改變4μ7。但如果通過預(yù)設(shè)的電流過大，Tr21將變?yōu)閛t，導(dǎo)致Tr20搶流。因此，4μ7的充電電流（其控制dV/dT）由預(yù)設(shè)值控制。

減速時(shí)，引腳1低，Tr22集電極的二極管攜帶4μ7斜坡電容器的放電電流。所以放電速度由減速預(yù)設(shè)控制。

Tr1由速度電位計(jì)中的電流打開。如果速度電位器中的電流過低，Tr1將關(guān)閉，并且不再有任何東西拉起IC1a的引腳1，因此需求速度降為零。如果一根電線斷了，或者鍋的軌道斷了，那么鍋電流就會(huì)變低。然后，該電路確保pot和接線故障都是故障安全的。

Tr25是“斜坡夾鉗”。它使IC1a引腳1短路，使需求速度降低到零，無(wú)論何時(shí)開啟。當(dāng)點(diǎn)火開關(guān)關(guān)閉時(shí)，由方向改變請(qǐng)求電路的輸出或點(diǎn)火電路的信號(hào)接通。在任何一種情況下，關(guān)閉需求速度都會(huì)導(dǎo)致控制器下降到零速度。

您還可以注意到pwm振蕩器（IC1b）與2QD上使用的不同。這兩種電路都在4QD-TEC上進(jìn)行了描述PWM調(diào)制器第頁(yè)。二極管振蕩器使用的元件比以前的少，由于其和槽電平依賴于obe二極管而不是兩個(gè)電阻，因此更容易預(yù)測(cè)，并且波形在使用前不需要電平偏移。

IC2d將需求速度與二極管得出的200mV參考電壓進(jìn)行比較。當(dāng)需求速度低于此閾值時(shí)，針腳14低。銷14控制方向鎖閂的鎖緊，并操作駐車制動(dòng)器驅(qū)動(dòng)器Tr 31和Tr32。有一個(gè)二極管/電容器輸入到制動(dòng)驅(qū)動(dòng)器，使其快速通電（向駐車制動(dòng)器施加功率，以釋放），但緩慢斷電，在短時(shí)間延遲后切斷駐車制動(dòng)器的電源（并應(yīng)用）。

IC2c是一個(gè)逆變器，因?yàn)槲覀冃枰容^所需的方向和鎖存的方向。需要反向，所以有兩個(gè)信號(hào)，一個(gè)高用于正向請(qǐng)求，另一個(gè)高用于反向請(qǐng)求。

反向方向開關(guān)閉合，Tr10反向?qū)?，IC2c引腳10低。因此，針腳13對(duì)于倒檔為高，對(duì)于正向請(qǐng)求方向?yàn)榈汀?/p>

這些信號(hào)被輸入到方向改變請(qǐng)求邏輯，引腳13也為方向鎖存器供電。

可逆比較器由兩個(gè)icflop構(gòu)成。這個(gè)鎖存器似乎沒有合適的名稱：它有3種狀態(tài)：兩種輸出都關(guān)閉，一種是高電平，另一種是高電平。當(dāng)引腳5和7（由需求零點(diǎn)探測(cè)器驅(qū)動(dòng)）較低或沒有需求速度時(shí)，兩者都（低）關(guān)閉。當(dāng)有需要的速度時(shí)，閂鎖會(huì)根據(jù)插腳13的狀態(tài)翻轉(zhuǎn)或翻轉(zhuǎn)。

有一個(gè)二極管電橋連接到方向鎖存器的輸出端。這實(shí)際上是兩個(gè)二極管電阻和柵極，其他兩個(gè)二極管形成一個(gè)或門，因此當(dāng)正向和反向或反向和正向時(shí)，輸出很高，其中一個(gè)反向是需求，另一個(gè)是鎖存。二極管是不是很棒。。。。

閂鎖的輸出驅(qū)動(dòng)兩個(gè)繼電器驅(qū)動(dòng)器。這些是互補(bǔ)的達(dá)林頓安排（tr29和Tr30，Tr28和Tr28）。他們是達(dá)林頓，因?yàn)?，雖然繼電器電流永遠(yuǎn)不會(huì)超過100毫安，我們需要一個(gè)高輸入阻抗（100千電阻）或鎖存器的高狀態(tài)不會(huì)操作斜坡鉗位二極管邏輯門。

IC2a的輸出（定義為反向）驅(qū)動(dòng)Tr26的基座。這會(huì)將一個(gè)10K電阻切換到斜坡需求速度線。斜坡跟隨器（Tr14）和調(diào)制器輸入之間有一個(gè)10K電阻，因此當(dāng)半速接通時(shí)，所需速度減半。有一個(gè)針狀割臺(tái)，可以拆下它來(lái)禁用倒檔減速。

為了理解限流器的工作方式，可以考慮簡(jiǎn)化電路，對(duì)嗎。我們?cè)囍袘?yīng)底部MOSFET中的電流。當(dāng)這個(gè)MOSFET導(dǎo)電時(shí)，它的電壓降（Vs）等于I乘以Rds（開），因?yàn)閷?dǎo)電的mosfet是電阻的。這個(gè)電壓“提升”了分壓器鏈R3、R4、D1的一端，因此比較器引腳10上的電壓隨著電機(jī)驅(qū)動(dòng)電流的增加而升高。

當(dāng)MOSFET關(guān)閉時(shí)，會(huì)有一個(gè)高電壓穿過它，就像它在開關(guān)期間一樣，所以在這些時(shí)間段，電路會(huì)打開顯示為Tr15的晶體管，這樣感應(yīng)被禁用。二極管D1當(dāng)然是Tr15能夠工作所必需的（Tr15本身就是試圖驅(qū)動(dòng)馬達(dá)的！）。

向比較器的另一個(gè)輸入引腳（11）提供參考電壓。該電壓和感應(yīng)電壓均來(lái)自9v1油軌。現(xiàn)在我們?cè)诟袦y(cè)路徑上有一個(gè)二極管（D1），二極管上的壓降與溫度有很強(qiáng)的關(guān)系。因此，另一個(gè)二極管，D2，被包含在參考分壓器中，這樣兩個(gè)二極管的溫度變化互相跟蹤，抵消，所以不會(huì)影響電路的工作。

電流限制的實(shí)際值可以通過改變R1或R2來(lái)改變。該電路將自動(dòng)補(bǔ)償各種各樣的mosfet，因?yàn)樗褂肕SFET作為自己的傳感器。

然而，Rds（開）隨著MOSFET結(jié)溫度的變化，MOSFET的電流會(huì)隨著MOSFET的加熱而自動(dòng)減小。這意味著電路非常安全，可以可靠地推到接近MOSFET公布的限值，但這也意味著該方法不能用于精確的電流傳感，除非MOSFET電流保持在足夠低的水平，以至于結(jié)加熱不明顯。