精密微電機(jī)三相驅(qū)動(dòng)電源
陳本竹（船舶總公司長(zhǎng)平機(jī)械廠）
l引言
電氣設(shè)備的可靠度r(t)越來(lái)越成為設(shè)計(jì)者所關(guān)注的一項(xiàng)重要技術(shù)指標(biāo)，其簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)也就成為設(shè)備可靠性設(shè)計(jì)中的重要一環(huán)。簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)是多方面的，其中除應(yīng)去掉可有可無(wú)的電路或元器件和采用盡可能簡(jiǎn)單的電路形式之外，還應(yīng)盡可能地選用集成電路取代分立元件電路，選用高穩(wěn)定性電路，增設(shè)保護(hù)電路，減少損壞性故障。集成功率運(yùn)算放大器融運(yùn)算放大器、功率放大器和過(guò)熱過(guò)流保護(hù)等環(huán)節(jié)于一體，當(dāng)反相輸入端引入深度電壓負(fù)反饋后，電路的性能指標(biāo)幾乎完全取決于外接電阻和電容等無(wú)源元件的參數(shù)。因此，集成功率運(yùn)算放大器有極高的穩(wěn)定可靠性，而外型尺寸卻僅如一個(gè)同等功率的普通晶體管一樣大。采用集成功率運(yùn)放制作的微電機(jī)驅(qū)動(dòng)電源，很容易實(shí)現(xiàn)機(jī)內(nèi)各環(huán)節(jié)的集成化和系列化，滿足其應(yīng)用不斷擴(kuò)大的各種規(guī)格微電機(jī)的需要。
2工作原理
精密微電機(jī)三相驅(qū)動(dòng)電源的電路結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。直流32v輸給穩(wěn)壓環(huán)節(jié)，分別輸出24v和12v的穩(wěn)定直流電壓。12v作為振蕩、分頻環(huán)節(jié)和環(huán)形分配環(huán)節(jié)的供電電源；24v則作為三相開(kāi)關(guān)功率放大環(huán)節(jié)的供電電源，以輸出穩(wěn)定的三相方波電壓。
驅(qū)動(dòng)電源隙功放環(huán)節(jié)采用集成功率運(yùn)放之外，其它3個(gè)環(huán)節(jié)的全部有源器件也都采用集成電路，因此整個(gè)電路顯得極為簡(jiǎn)單。圖2所示電路為穩(wěn)壓環(huán)節(jié)的電原理圖。兩個(gè)3 端穩(wěn)壓器n1和n2分別采用集成化的7824和7812。7824額定輸出電流為1. 5a; 7812可選0. 5a的器件，因?yàn)樗膶?shí)際工作電流很小，不過(guò)幾十毫安。振蕩、分頻和環(huán)形分配環(huán)節(jié)的電原理圖示于圖3。為了盡可能地縮小印刷電路板的面積和整體電源的體積，采用了高集成化的內(nèi)部已置入振蕩器的計(jì)數(shù)器cc4060集成電路作為振蕩和分頻環(huán)節(jié)n3，n3有14級(jí)2進(jìn)制計(jì)數(shù)電路，****分頻數(shù)為214=16384。這給選用超小型石英晶體諧振器創(chuàng)造了條件。當(dāng) n3的10腳和1 1腳均接上諧振頻率為2. 4576mhz的石英諧振器時(shí)，其內(nèi)部有準(zhǔn)確的高頻方波信號(hào)輸?shù)礁骷?jí)計(jì)數(shù)器上。當(dāng)輸出信號(hào)由n3的第10個(gè)2分頻級(jí)q10端（也即第15腳）引出時(shí)，分頻系數(shù)就是210=-1024。2457600hz/1024=2400hz。
由cmos集成電路構(gòu)成的環(huán)形分配器n4，采用專為電機(jī)控制驅(qū)動(dòng)電路而設(shè)計(jì)的 ch250b。它可以將（即第7腳）輸入的方波電壓信號(hào)，六分頻后由q1、q2和q3端子即第11、12和13腳輸出準(zhǔn)確的三相正方波電壓信號(hào)。由于僅將它用于固定相序輸出，有些端子可以商接并入手、負(fù)迫源線上，從而成為外圍元件最少的一種應(yīng)用形式。r端子（即第10腳）接在電容器c4和電阻r2之間，實(shí)現(xiàn)開(kāi)機(jī)復(fù)位，保證n4處于有脈沖輸入，即有400hz的三相輸出這樣一種工作狀態(tài)。
由環(huán)形分配器n輸出的方波電壓幅值接近nz3端穩(wěn)壓器的額定輸出電壓12v，電流僅為ima，必須施行電壓及電流放大才行。三相開(kāi)關(guān)功放環(huán)節(jié)的 電原理圖如圖4所示。集成功率運(yùn)放n5、n6和n7均接成反相開(kāi)關(guān)放大器的形式，放大倍數(shù)為-10。3個(gè)正相輸入端接在一起，固定在24v/3 -8v的電位上，調(diào)整r3與r4電阻的比值，即可調(diào)整該點(diǎn)電位。當(dāng)反相輸入端輸入幅值接近l2v的方波電壓(大于8v)時(shí)，輸出端即有反相幅值接近24v的方波電壓輸出，輸出電流將取決于負(fù)載大小和集成功率運(yùn)放的負(fù)載能力。當(dāng)n5—n7運(yùn)放選用美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司出品的lm1875功率運(yùn)放時(shí)，輸出電流可達(dá)1a。lm1875給出的****電流值為3a，可靠性設(shè)計(jì)原則規(guī)定應(yīng)降額為1/3使用。
在3個(gè)運(yùn)放的輸出端，以及電源正、負(fù)端之間，都并接了反接的二極管，它為電動(dòng)機(jī)的滯后電流提供通道，減小尖峰電壓，同時(shí)也提高了電源效率。
3波形分析
精密三相驅(qū)動(dòng)電源的各部位電壓波形示于圖5。其中砜為振蕩、分頻環(huán)節(jié)n3的輸出電壓，頻率為2400hz。ua、ub和uc則分別為環(huán)形分配環(huán)節(jié)n4的三相輸出電壓信號(hào)波形，它們的電壓幅值接近12v。都是對(duì)電源負(fù)端（零電位）而言的。ua、ub和uc三相方波電壓系對(duì)ua、ub和uc的開(kāi)關(guān)放大，放大后的幅值取決于功率運(yùn)放n5～n7的供電電壓，而相位與ua、ub和uc分別相差180度。n5、n6和n7輸出的線電壓o-ab、ubc和uca系ua 、ub和uc的矢 |
