【導(dǎo)讀】輸出電流和電壓范圍，效率，對控制輸入端的影響，對電源的影響以及可靠性都是PWM調(diào)速的直流電機(jī)驅(qū)動電路要考慮的主要性能指標(biāo)。本文將圖文講解一種可調(diào)速的雙向直流電機(jī)驅(qū)動電路。
對于PWM調(diào)速的直流電機(jī)驅(qū)動電路，主要考慮以下性能指標(biāo)：
1、輸出電流和電壓范圍。它決定著電路能驅(qū)動多大功率的電機(jī)；
2、效率。高的效率不僅意味著節(jié)省電源，也會減少驅(qū)動電路的發(fā)熱。要提高電路的效率，可以從保證功率器件的開關(guān)工作狀態(tài)和防止共態(tài)導(dǎo)通(H橋電路可能出現(xiàn)的一個問題，即兩個功率器件同時導(dǎo)通使電源短路)入手；
3、對控制輸入端的影響。功率電路對其輸入端應(yīng)有良好的信號隔離，防止有高電壓大電流進(jìn)入主控電路，這可以用高的輸入阻抗或者光電耦合器實現(xiàn)隔離；
4、對電源的影響。共態(tài)導(dǎo)通可以引起電源電壓的瞬間下降造成高頻電源污染，大電流可能導(dǎo)致地線電位浮動；
5、可靠性。電機(jī)驅(qū)動電路應(yīng)該盡可能做到：無論加上何種控制信號，何種無源負(fù)載，電路都是安全的。
筆者經(jīng)過長期實驗，得到一種可調(diào)速的雙向直流電機(jī)驅(qū)動電路，電路如附圖所示。
圖1 可調(diào)速的雙向直流電機(jī)驅(qū)動電路
輸入與電平轉(zhuǎn)換部分
輸入信號線由Port引入，Port1腳是電機(jī)方向信號輸入端，Port2腳是PWM信號輸入端，Port3腳是地線。注意Port3腳對地連接了一個2kΩ的電阻。當(dāng)驅(qū)動板與單片機(jī)分別供電時，這個電阻可以提供信號電流回流的通路。當(dāng)驅(qū)動板與單片機(jī)共用一組電源時，這個電阻可以防止大電流沿著連線流入單片機(jī)主板的地線造成干擾?；蛘哒f，相當(dāng)于把驅(qū)動板的地線與單片機(jī)的地線隔開，實現(xiàn)“一點接地”。電容C1防止電機(jī)突然啟動造成電壓的突降。
與非門U1A實現(xiàn)PWM信號與電機(jī)方向信號的調(diào)制，轉(zhuǎn)換成接近功率電源電壓幅度的方波信號。
三極管驅(qū)動部分
三極管和電阻、二極管組成的電路驅(qū)動，實現(xiàn)對直流電機(jī)可調(diào)速正反轉(zhuǎn)驅(qū)動。四個二極管起保護(hù)三極管的作用，防止感性元件(電機(jī))產(chǎn)生的負(fù)感應(yīng)電動勢對三極管的沖擊。
當(dāng)74LS00輸出端為低電平時，Q2、Q4截止，Q1、Q3導(dǎo)通，輸出為高電平。當(dāng)74LS00輸出端為高電平時，Q2、Q4導(dǎo)通，Q1、Q3截止，輸出為低電平。
性能指標(biāo)
電源電壓15—30v，最大持續(xù)輸出電流500mA／每個電機(jī)，短時間(10秒)可以達(dá)到700mA，PWM頻率最高可以用到30kHz(一般用1—10kHz)。
布線
大電流線路要盡量的短粗，并且盡量避免經(jīng)過過孔，一定要經(jīng)過過孔的話要把過孔做大一些(>1mm)，并且在焊盤上做一圈小的過孔，在焊接時用焊錫填滿，否則可能會燒斷。另外，如果使用了穩(wěn)壓管，三極管射極、集電極對電源和地的導(dǎo)線要盡可能的短粗，否則在大電流時，這段導(dǎo)線上的壓降可能會經(jīng)過二極管和導(dǎo)通的三極管將其燒毀。
PWM調(diào)速的實現(xiàn)
產(chǎn)生PWM信號可以由定時器來完成，但是由于51內(nèi)部只提供了兩個定時器，因此，如果要向三個或更多的直流電機(jī)輸出不同占空比的信號，要反復(fù)設(shè)置定時器，實現(xiàn)較為復(fù)雜，我們采用一種比較簡單的方法不僅可以實現(xiàn)對更多的直流電機(jī)提供不同的占空比輸入信號，而且只占用一個定時器資源。這種方法可以簡單表述如下：
在內(nèi)存的某段空間內(nèi)存放各個直流電機(jī)所需的輸入信號占空比信息，如果占空比為1則保存0FFH(11111111B)；占空比為0.5則保存0F0H(11110000B)或任何二進(jìn)制數(shù)中包括4個0和4個1。即占空比=1的個數(shù)/8。
具體選取什么樣的二進(jìn)制數(shù)要看輸出頻率的要求。若要對此直流電機(jī)輸出PWM信號。只要每個時間片移位一次取出其中固定的一位(可以用位尋址或進(jìn)位標(biāo)志C實現(xiàn))送到電機(jī)端口上即可。另外，移位算法是一種對以前結(jié)果依賴的算法，所以最好定期檢查或重置被移位的數(shù)，防止移錯導(dǎo)致一直錯下去。
這種算法的優(yōu)點是獨立進(jìn)程，可以實現(xiàn)對多個電機(jī)的控制，缺點是占用資源較大，PWM頻率較低。
