直流電動機(jī)的脈寬調(diào)制功放電路
柏桂珍（哈爾濱工業(yè)大學(xué)）
1引言
由晶體管組成的線性功率放大器有很多優(yōu)點(diǎn)，但它有一個(gè)****的缺點(diǎn)就是效率底，特別是在電動機(jī)低轉(zhuǎn)速、大轉(zhuǎn)矩運(yùn)行時(shí)，需要的是低電壓，大電流，效率低這個(gè)缺點(diǎn)表現(xiàn)得更為明顯。而采用分立元件組成的脈寬調(diào)制型(pwm)功率放大器使用的元件較多，調(diào)試比較麻煩。筆者采用集成電路組成pwm功率放大器，加40v電壓可長期輸出3a電流。該電路的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、調(diào)試方便、具有電流負(fù)反饋線路和可靠的限流保護(hù)措施。該電路在一些高精度位置伺服系統(tǒng)中作為驅(qū)動力矩電動機(jī)的功率放大器，性能良好，運(yùn)行可靠。pwm電路的靜態(tài)特性.
常見的pwm功放包括雙極性輸出和單極性輸出兩種，其中雙極性輸出的pwm功放電路的輸出雒。是寬度可調(diào)的正、負(fù)矩形波電壓信號，如圖1所示。把矩形波電壓信號展開成傅里葉級數(shù)可得：
式中uo-輸出電壓的平均值
γ——矩形波的占空比，且有
f為放大器的開關(guān)頻率，t為開關(guān)周期，且有
由式(l)知pwm放大器的輸出電壓可以看成是一個(gè)直流電壓分量uo與一系列高頻率的交流電壓分量之和，如果功放的負(fù)載是直流電動機(jī)，由于開關(guān)頻率f遠(yuǎn)高于電動機(jī)的頻帶和共振區(qū)，因此可認(rèn)為所有高頻交流電壓完全被電機(jī)所衰減，對電機(jī)轉(zhuǎn)速起作用的只是直流分量，即輸出的矩形波電壓的平均值uo，uo就可看成是pwm功放的輸出電壓。
pwm功放的輸出電壓uo與輸入電壓ui的關(guān)系是：
k為pwm功率放大器的放大系數(shù)。由式(4)知pwm功放的輸出電壓uo的大小和正負(fù)完全取決于輸入電壓信號ui的大小和正負(fù)。
與純直流電壓相比，直流電動機(jī)運(yùn)行在高頻矩形波電壓下，電機(jī)電樞回路的功率損耗要大一些，所增加的這一部分功率損耗稱為電機(jī)的附加損耗。可以證明附加損耗與開關(guān)頻率廠平方成反比。開關(guān)頻率越高，交變電壓對電機(jī)和整個(gè)伺服系統(tǒng)的影響也越小。當(dāng)開關(guān)頻率超出聲頻時(shí)，又可降低工作環(huán)境的噪聲�？梢�，希望提高開關(guān)頻率，但是由于直流電動機(jī)的脈寬調(diào)制功放電路半導(dǎo)體元器件本身頻率特性的限制，使開關(guān)頻率不能選的太高，同時(shí)功放電路本身的開關(guān)損耗也與開關(guān)頻率，成正比，過大的損耗將使有關(guān)電子元件過熱。一般是綜合考慮這些互相矛盾的因素，選擇適當(dāng)?shù)拈_關(guān)頻率。常見的pwm功放的開頻率為幾千赫至十幾千赫。
2電路組成
圖2是電路原理圖。圖中a11、a12、a13和a14為四遠(yuǎn)放tl084，a2為單運(yùn)放0907，a3、a4是反相器，t1、t2是三極管3dk4，作為功放的推動級，左1/2和右1/2是stk465集成電路塊。輸入信號ui由a11的反相輸入端引入，輸出電壓u o由輸出級的m-m端引出。
整個(gè)功放電路包括：
a．輸出級
放大器采用stk465雙通道音頻功率放大集成電路作為輸出級。這種集成電路本來是供收音機(jī)、電視機(jī)等做音頻功放用的專用集成電路，通過幾年的實(shí)際使用覺得用它來組成功放驅(qū)動直流電動機(jī)也很適用。二級管d6—d9是續(xù)流二級管，當(dāng)輸出電壓uo由正變負(fù)或由負(fù)變正時(shí)，它們?yōu)殡姍C(jī)中的電流提供了續(xù)流回路，同時(shí)把輸出端的電位鉗在40v或0v，避免電機(jī)電流發(fā)生突變時(shí)電機(jī)繞組電感引起的高壓自感電勢擊穿集成放大器。二極管d6～d9的****平均整流電流應(yīng)大于功放電路的額定輸出電流3a。r27和r34是0. 5ω的線繞電阻，其上的電壓與功放的輸出電流成正比，供電流負(fù)反饋用。f1、f2是保險(xiǎn)絲，h1、h2是發(fā)光二極管，其它的有關(guān)電阻電容是stk465電路所要求的。
b．三角波發(fā)生器
由運(yùn)算放大器al3和a14組成三角波發(fā)生器。其中al4組成基 |
