直流电机驱动电路设计讲解之二
其他几种驱动电路
01 继电器+半导体功率器件
继电器有着电流大,工作稳定的优点,可以大大简化驱动电路的设计。在需要实现调速的电机驱动电路中,也可以充分利用继电器。有一个方案就是利用继电器来控制电流方向来改变电机转向,而用单个的特大电流场效应管(比如IRF3205,一般只有N型特大电流的管子)来实现PWM调速,如下右图所示。这样是实现特别大电流驱动的一个方法。换向的继电器要使用双刀双掷型的,接线如下左图;线圈接线如下中图。
02 步进电机驱动
▶小功率4相步进电机的驱动
下面是一种驱动电路框图:
达林顿管阵列ULN2803分别从锁存器取出第0、2、4、6位和1、3、5、7位去驱动两个步进电机。四相步进电机的通电顺序可以有几种:A、B、C、D(4相4拍);AB、BC、CD、DA(4相双4拍);A、AB、B、BC、C、CD、D、DA(4相8拍)。为了兼顾稳定性,转矩和功耗,一般采用4相8拍方式。所有这些方式都可以通过循环移位实现(也要有定期监控),为了使4相8拍容易实现,锁存器与驱动部分采用了交叉连接。
步进电机工作在四相八拍模式,对应每个步进电机要有四个信号输入端,理论上向端口输出信号可以控制两个步进电机的工作。寄存器循环移位奇偶位分别作两个步进电机的驱动端的做法,其思想如下:
LOOP: MOV A,#1110000B;在A寄存器中置入11100000
RR A;右移位
AJMPLOOP;循环右移位
这样在寄存器A中存储的值会有如下循环:
11100000→01110000→00111000→00011100→00001110→00000111→10000011→11000001→11100000
其奇数位有如下循环:
1000→1100→0100→0110→0010→0011→0001→1001→1000
其偶数位有如下循环:
1100→0100→0110→0010→0011→0001→1001→1000→1100
将A输出到P0端口,则奇数位和偶数位正是我们所需要的步进电机输入信号。
而事实上每个电机的动作是不同的,为此我们在RAM中为每个电机开辟一个byte的状态字节用以循环移位。在每一个电机周期里,根据需要对每个电机的byte进行移位,并用ANL指令将两个电机的状态合成到一个字节里输出,此时的A同时可以控制两个电机了。
步进电机的速度由驱动脉冲的频率决定,移位的周期不同,电机的速度也就不同了。前面提到的电机周期,应该取各种可能的周期的最大公约数。换句话说,一旦电机周期取定,每个电机移位的周期应该是它的倍数。
在程序中,对每个电机的相应时刻设定相应的分频比值,同时用一个变量进行加一计数:每到一个电机周期若计数变量<分频比值,则计数变量加1;若相等,则移位,计数变量清零。这样就实现了分频调速,可以让多个电机同时以不同的速度运转。
另外,也可以采用传统的查表方式进行驱动,程序稍长,但也比较稳定,这种方法非常适合三相步进电机。
▶步进电机的智能驱动方案
步进电机有可以精确控制的优点,但是功耗大、效率低、力矩小。如果选用大功率步进电机,为了降低功耗,可以采取PWM恒流控制的方法。
基本思路是,用带反馈的高频PWM根据输出功率的要求对每相恒流驱动,总体电流顺序又符合转动顺序。需要力矩小的时候应及时减小电流,以降低功耗。该方案实现的电路,可以采用独立的单片机或CPLD加场效应管驱动电路以及电流采样反馈电路。
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