直流伺服電動機用功率運算放大器的驅(qū)動方法
李 峻 張俊儒 (大連鐵道學(xué)院116022)
in8510系列集成電路是英特西爾(in-tersil)公司生產(chǎn)的功率運算放大器，這些功率運算放大器是專門設(shè)計用來驅(qū)動直流伺服電動機、直線的或旋轉(zhuǎn)的執(zhí)行機構(gòu)、電控閥門和x-y打印機電機。這種系列集成電路有三種型號，分別是in8510，in8520，in8530，它們的工作電源電壓都是±35v，但連續(xù)輸出的工作電流不一樣，in8510為ia，in8520為2a，in8530為3a。用它們驅(qū)動直流伺服電機時，放大器的快速性非常好，因此特別適合要求精度高的位置控制，它們還能與英特西爾生產(chǎn)的d/a變換器配套使用，實現(xiàn)對電機的數(shù)字控制。放大器經(jīng)得住輸出端的長時間對地短路，也能承受電機堵轉(zhuǎn)、起動和電機反向運轉(zhuǎn)引起的過電流沖擊。
1 功率運算放大器的結(jié)構(gòu)和主要特點
1.1結(jié)構(gòu)
in8510運算放大器是8腳t0-3封裝，它的內(nèi)部電路原理圖如圖1所示，從圖中可以看出，它的輸入電路是一個普及型的741差分放大器，電路的其余部分相當(dāng)于線性傳輸型的功率放大器。這種器件在使用±30v電源時，放大器可為一個lofl的負(fù)載提供幅度達(dá)±26v的電匝。元件是屬于有偏壓的ab類放大器，無載時靜態(tài)工作電流典型值是20ma。頻率響應(yīng)、輸入失調(diào)電壓、輸入失調(diào)電流和偏置電流等參數(shù)都和741運放相同。in8510內(nèi)部有741輸出電壓和電流提高電路，以便驅(qū)動內(nèi)部的功率晶體管。
1.2主要特點
a．殼體不與任何一個管腳相連，是屬于絕緣型體，散熱性好，可以多個功率運放安裝在同一個散熱器上，這樣便于功率運放并聯(lián)使用。在一個控制系統(tǒng)中使用多個功率運算放大器，而裝置用一個散熱器，減小裝置的體積和重量，有利于裝置的小型化。
b．具有輸出短路保護(hù)功能，功率運放在使用的時候，必須要保證工作在安全工作區(qū)，這樣才不會損壞。但在應(yīng)用過程中不可避免會出現(xiàn)功率運放輸出端對地直接短路，在這種情況下器件若不被損壞，可以使用圖2a所示電路，在in8510的5腳和6腳、7腳和6腳之間分別接一個0. 68ω的電阻，限制輸出短路電流，組成安全區(qū)限制裝置，這樣，器件就有如圖2b所示的輸出電流限制特性曲線。
從特性曲線中可以看出，在輸出電壓為正時，腳7和腳6之間的0. 68cz電阻起作用，在輸出電壓為負(fù)時，腳5和腳6之間的0. 68ω電阻起限流作用，輸出電流的****值不會超過1. 5a，限流值與輸出電壓為線性關(guān)系，對任一極性的vout，隨著vout的．，減小voutt限制值下降。當(dāng)驅(qū)動24～28v直流電動機時，能輸出****驅(qū)動功率，在正常情況下限流電阻不影響電機的驅(qū)動電流。當(dāng)輸出端出現(xiàn)故障短路時，不會損壞功率運放，當(dāng)故障排除時能自動恢復(fù)正常工作。
c．功率運放可以使用雙電源±35v，也可以使用單電源+35v或- 35v，工作電源的電壓可以根據(jù)驅(qū)動電機的要求低于上述 值。因此功率運算的輸出電壓可為正，也可為負(fù)，使用雙電源可驅(qū)動電機正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)。
d．易于引入電流負(fù)反饋。在圖2中，電機的電樞一端與地之間串聯(lián)一個電阻rs，當(dāng)電樞電流通過rs時，在rs兩端產(chǎn)生一個與電樞電流成正比的電壓v1，這個電壓用- 30kω，的電阻引入功卒運放的反相輸入端就構(gòu)成電流負(fù)反饋，使電機運行時的工作電流基本上不受負(fù)載轉(zhuǎn)矩的影響。
2 用in8510組成直流電動機功率dac控制
功率運放的線性特性允許與d/a變換器配合使用，構(gòu)成控制精度很高的功率dac控制系統(tǒng)。英特西爾公司生產(chǎn)的二種低耗dac7520和7105可以與in8510系列功率運放聯(lián)用，組成一個十分有用的電機控制組合部件，即一個數(shù)字可編程功率驅(qū)動器，這個功率dac與微處理機或計算機接口，就組成一個完整的微機控制系統(tǒng)。
2.1與7520構(gòu)成的dac功率驅(qū)動器
in8510與7520構(gòu)成的典型功率dac驅(qū)動器如圖3所示，電路中7520是10位2進(jìn)制相乘型數(shù)／模轉(zhuǎn)換器，電路采用cmos電流開關(guān)和驅(qū)動電路，轉(zhuǎn)換精度為1/2lsb，分辨率為10位，溫度系數(shù)為2×10-5／℃，參考電壓范圍-10v≤vref≤+10v圖中的7520和1n8510之間的101a放大器起緩沖和隔離作用，101a的反饋電阻在7520芯片上，約為15kω。in8510的反饋電阻為30kω，功率運放的放大倍數(shù)等于3。
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