电动机驱动电路

电动机驱动电路（精选10篇）

电动机驱动电路 第1篇

步进电动机作为机电一体化的关键执行元件之一, 广泛应用于各种类型的医疗设备中。

1 工作原理

步进电动机运转的驱动信号为脉冲信号。其重要参数为“步距角”:当驱动控制器接收到一个脉冲信号时, 它就驱动步进电动机按固定的角度一步一步旋转运行。步进电动机具有瞬间启动、急速停止、准确定位、变速快的特性。电动机的转速和停止的位置取决于脉冲信号的频率和脉冲数, 不受负载变化的影响, 可以通过调节脉冲频率来控制电动机转动的速度和加速度, 从而达到调速的目的;可以通过控制脉冲个数来控制步距角, 从而做到准确定位;可以通过改变脉冲的顺序, 方便地改变电动机的转动方向。

2 维修实例

2.1 故障一

2.1.1 故障现象

费森尤斯4008S血液透析机的血泵运转不稳定, 时转时停。

2.1.2 故障分析

血泵模组是由步进电动机、联动皮带、变速齿轮、驱动电路板、蠕动机构等组成。依次排查后, 怀疑步进电动机及驱动电路存在故障。在检查过程中发现:步进电动机排线插头有一处变色发黑, 此8排连线是连接电动机与驱动板的, 经用万用表仔细测量, 其中2排连线电阻较大。分析血泵工作不稳定的原因可能是电动机长期运转造成电动机与驱动板连接处发热、负载过大、插头跳火等造成接触不良, 连接电阻时大时小, 电动机时转时停。

2.1.3 故障排除

购买原装插头或者应急处理, 清洗插座上因接触不良而产生的碳垢, 记好插头排线的顺序位置, 用卡线器将同样类型的插头与连接线卡上, 装好血泵模组后开机, 运转正常。

2.2 故障二

2.2.1 故障现象

普宁PN-2000型呼吸机在工作中发出异响。

2.2.2 故障分析

拆开机器检查, 发现控制呼出的装置在结束过程中发生抖动, 从而产生异响。拆开呼出机构后, 独立测试其步进电动机, 在呼出过程结束后仍然抖动了一下。调换相同电动机后测试, 仍然抖动, 怀疑驱动信号有问题。在检查驱动电路板时, 发现相序产生芯片与驱动芯片之间的排电阻A103有异常。

2.2.3 故障排除

排电阻也叫集成电阻, 是一种集多只电阻于一体的电阻器件。测量排电阻的方法比较简单, 可将一支表笔接公共引脚, 用另一支表笔依次对每个电阻进行测量, 其型号为A103, 每个电阻的阻值应为10 kΩ。在测量过程发现有一个电阻与标称值相差很远, 故断定排电阻A103, 已损坏。更换新的排电阻A103后仪器正常工作。

2.3 故障三

2.3.1 故障现象

YCT-2000液基超薄制片机在自检时无法通过, 机构严重抖动。

2.3.2 故障分析

该仪器有多个运动机构, 拆开机箱后仔细观察, 自检中左右机构首先开始运动, 到达限位传感器后自动复位。然后上下机构开始运动, 到达限位传感器后不能复位, 步进电动机不停抖动。排除传感器故障后, 故障范围就在步进电动机和驱动电路。

2.3.3故障排除

替换相同型号的步进电动机, 故障依旧, 确定故障就出在驱动电路板上。该驱动电路板由多路L297、L298N和L6210芯片组合而成, 详细电路如图1所示。L297是步进电动机专用控制器, 它能产生相控制信号;L298N是专用驱动芯片。L297与L298N配合使用控制双极步进电动机工作, 测量芯片电源供给电压正常。购得L297和L298N后更换, 在更换L298N后步进电动机工作正常, 仪器自检通过。

3 小结

HOWO驱动板内部电路工作原理 第2篇

HOWO驱动板内部电路工作原理

HOWO重型载货汽车目前在国内市场有相当大的保有量.其全车配有先进的车辆总线电器控制系统,使全车电器线路大大简化.该系统控制精度高,并且有完善的负载检测电路,使常见电器故障和系统工作状态方便地显示在车辆仪表信息屏上.

作 者：田胜 TIAN Sheng  作者单位：鞍山金和矿业有限公司,辽宁,鞍山,114048 刊 名：汽车电器 英文刊名：AUTO ELECTRIC PARTS 年，卷(期)： “”(1) 分类号：U463.61 关键词： 

电容分相电动机自动换向运转电路 第3篇

在工业生产的许多场合，都要求电动机的转动能定时自动地换向，附图是电容分相电动 机定时正／反转自动控制电路。

工作时，先合上自动空气开关QA，电动机M得电正转。变压器T的初级绕组得电， 正转指示灯H1点亮。由三端集成稳压器AN7818输出直流18V电压，通过电位器RP1、电阻R1向电解电容器C3充电，由单结晶体管V1组成的延时电路开始记时。当C3上的电压达到V1的峰点电压时，V1导通，在电阻R3上产生一脉冲电压，此电压加到可控硅V2的G极和K极，V2被触发导通，继电器K得电吸合，电动机M反转。正转指示灯H1熄灭，反转指示灯H2点亮。这时K的常开触点K-5也闭合，把C3短路，令V1组成的延时电路停止记时。与此同时，因V2导通时正向压降很小(约0.4V)，所以A点电位接近0V，相当于接通了由单结晶体管V3组成的另一个延时电路，直流18V电压通过电位器RP2、电阻R6对电解电容C5开始充电。同样，当C5上的电压达到V3的峰点电压时，R5上产生一脉冲电压，加到V2的A极和K极两端，使V2关断，K失电释放，M又开始正转。K-5又恢复为常开状态，这样V1组成的延时电路又开始记时，电路重复上述工作过程，M的运转就随时间自动定时换向。

附图中，V2为小型单向可控硅BT151型(1A400V)塑封式。两只充电电容器C3和C5应选用优质的钽电解电容器，以减小漏电流和保证记时准确。变压器T功率为10W左右，调整RP1和RP2的阻值，可分别改变电动机正转和反转时间(范围约在8分钟内)，如欲延长正转和反转的时间，可适当增大RP1、RP2的阻值或C3、C5的容量。本电路可控制电动机的最大功率为120W。■

液晶显示器驱动方法及驱动电路探析 第4篇

液晶显示技术是20世纪的一项伟大发明。相对于传统的显示器, 液晶显示器具有重量轻、能耗较低、等优势。液晶显示器与集成电路 (IC) 的结合, 对电子产品的快速普及起到了重要作用, 对信息产业的迅速发展也起到了重要贡献。液晶显示器的类型主要分为两种:字段式和点阵式, 驱动方法主要有静态驱动、被动矩阵驱动和主动矩阵驱动三种, 而主动晶体管中, 薄膜场效应晶体管液晶显示器 (TFT-LCD) 是目前应用较为广泛的一种, 由于其性能优良, 原材料成本低廉, 是目前笔记本LCD的主流产品。本文介绍了一种TFT-LCD的驱动系统, 基于通过旋转有序抖动算法, 实现了高灰度值在低灰度面板上的显示。

2、驱动电路的工作原理及主要性能参数

2.1 驱动电路的工作原理

液晶显示由像素段电极和背电极上电位差产生的电场的光电效应产生的[1]。驱动方法主要分为静态驱动和动态驱动两种。静态驱动是将每个像素段的段电极分别引出, 而另一端背电极接在一起, 通过控制段电极和背电极的之间的脉冲而显示, 这种驱动方式布线结构较为复杂, 尤其是对于位数多的情况下, 会造成外围电路布线困难, 因此, 很多情况下, 尤其是点阵时LCD中不适合采用[2]。动态驱动的方法是在像素电极阵列中, 横向将背电极接在一快引出, 纵向将段电极接在一快引出, 然后循环地对每个行电极和每个列电极施加脉冲, 从而控制阵列的显示, 相对于静态驱动, 这种驱动方法更为常用。

2.2 动电路的主要性能参数[3]

驱动电路的主要性能参数包括偏置和占空比。偏置指的是像素点 (或像素段) 熄灭后信号的幅值与未熄灭信号幅值之比。占空比指的是每个段显示的时间占整个显示周期的比。

3、驱动电路的实现

3.1 段式液晶屏EDS820的驱动实现

EDS820是一种5位8字的液晶显示器, 驱动方式为静态驱动, 驱动时, 引脚与单片机的I/O口相连接由单片机I/O的高电平或低电平输出控制每个引脚的显示。

段式液晶屏驱动选用的单片机一般为低端的单片机, 例如51单片机系列、ATmeg48等。以下以89C52为例介绍通过I/O控制该液晶屏的情况, 89C52的引脚包括电源和时钟引脚, 程序控制引脚和I/O引脚, 其中I/O引脚分为P0、P1、P2、P3四组8位I/O口, 其中P0口使用时要接上拉电阻而P1口内部带有上拉电阻, 没有高阻状态, 使用时不用外接上拉电阻, P2和P3口和P1口类似, 都是准双向8位I/O, 内部带有上拉电阻, 使用时不用外接上拉电阻。通过将P0、P1、P2、P3口加上合适的门电路与LCD的背电极和前电极连接即可控制LCD的显示。

3.2 点阵式液晶屏MT170EN01的驱动实现

点阵式液晶屏一般使用动态驱动的方法, 相对于段式液晶屏, 点阵式液晶屏的布线较为简单, 但控制方法较为复杂, 一般需要基于F P G A等高级微处理器。图1介绍了一个基于动态驱动控制的MT170EN01液晶屏的实现, 该液晶屏是目前笔记本电脑等电子产品中广泛应用的一种液晶显示屏, 大小为1280*1024点阵式液晶显示屏。

首先, AD转换器将VGA模拟信号转换成数字信号, 然后输入到数据接收单元, 数据接收单元将信号送至SDRAM控制器, 由信号处理单元对信号进行优化处理, 同时输出三路数字信号和同步信号, 最后由FPGA控制电路把数字信号变为需要显示的时序的数字脉冲, 控制液晶屏显示。

3.3 点阵式驱动电路中的图像优化

在图像传输帧调制的过程中, 会造成图像细节的丢失, 从而LCD显示的图像质量会受到一定的影响, 通过旋转抖动的优化算法, 可以提高LCD图像的分辨率, 实现图像的优化。

将原始图像X抖动, 可以产生图像D, 叠加在原始图像上得到X’, 经过量化得到一个质量较好的图像。旋转有序抖动算法是在抖动算法的基础上对抖动算法的改进, 加入有序阈值矩阵, 通过一系列的变换, 使图像质量和分辨率得到很大程度上的提高。

通过这种旋转有序抖动算法, 我们可以恢复帧调制过程中造成的图像细节的丢失, 并且可以去除部分图像模糊, 对图像质量的提高有着重要作用。

4、结语

本文简单介绍了液晶显示技术的驱动原理以及静态驱动和动态驱动方式的实现方法, 静态驱动方式实现简单, 通过控制单片机的I/O口即可实现, 对微处理器的性能要求较低, 容易实现可通过单片机的引脚直接控制, 但对于位数较多的情况下会带来布线大困难, 因此具有一定的局限性, 因此, 该方法一般只用于低位的笔段式液晶显示中。相对于静态驱动方法, 动态驱动方式外围电路的复杂度要大大降低, 但控制方法较为复杂, 对微处理器的要求较高, 一般需要借助控制FPGA等高级处理芯片。在动态驱动的同时, 通过FPGA等高级微处理器可以对图像进行优化, 提高图像的分辨率, 因此, 动态驱动将越来越受到人们的青睐, 目前, 由动态驱动控制的薄膜场效应晶体管液晶显示器 (TFT-LCD) 以广泛应用于笔记本电脑、PC机、电视等家用电器中, 是未来LCD发展的一个重要趋势。

摘要：液晶显示技术是20世纪的一项伟大发明, 对于电子产品的普及起到了重要作用。本文简单介绍了液晶显示技术的驱动原理以及静态驱动和动态驱动方式两种LCD驱动方法的实现方法和特点。同时, 介绍了一种点阵式驱动电路的图像优化的方法。并对两种驱动方式各自的优缺点和适用范围进行了比较和分析。

关键词：液晶显示,静态驱动,动态驱动

参考文献

[1]鲍健, 丁湘琳, 孙力, 等.用单片机直接驱动液晶显示器[J].量子电子学报, 2005, 4 (8) :650-652.

[2]李维缇, 郭强.液晶显示应用技术[M].北京:电子工业出版社, 2000.

电动机驱动电路 第5篇

随着社会的发展，人们越来越提倡绿色照明，LED日光灯作为其中一种正在被广泛使用，LED日光灯相对于普通的日光灯具备节能、寿命长、适用性好等特点，因单颗LED的体积小，可以做成任何形状，拥有回应时间短、环保、无有害金属、废气物容易回收、色彩绚丽、发光色彩纯正等优势。本文通过SA7527设计的一款LED日光灯驱动电路，稳定可靠性比较好，不仅能够降低日光灯的成本，提高它的转化效率，还可以实现恒流恒压输出，同时能驱动不

同功率的LED。

一、电路的设计

1.电路组成

全电路由抗浪涌保护、EMI 滤波、全桥整流、反激式变换器、PWMLED驱动控制器、闭

环反馈电路组成，如图1。

图1 基于SA7527的LED驱动电路框图

2.主电路分析

主电路如图2所示。从AC220V看去，交流市电入口接有熔丝F1和抗浪涌的压敏电阻RV1，熔丝起到线路输入电路过流保护的作用，压敏电阻RV1用来抑制来自电网的瞬时高电压保护输入线路的安全，之后是EMI滤波器，L1，L2，C1是共模滤波器，L3，L4，C2是差模滤波器，DB107是全桥整流电路，C13是一个电容滤波器，经过整流后的电压(电流)仍然是有脉冲的直流电。为了减少波动，通常要加滤波器，由R19，C8，D5组成的RCD缓冲电路是为了防止功率管Q1在关断过程中承受大反压，缓冲电路的二极管一般选择快速恢复二极

管。

输出滤波器C10，C11，C12并联是为了减少电压纹波。

本电路的特点：(1)宽电压输入范围;(2)恒流/恒压特性;(3)由LM358组成的输出反馈取样与恒流/恒压控制电路，成本低，控制精度高，调试简单;(4)本电路可以驱动不同功

率的LED。

3.启动电路的设计

启动电路如图2所示。为了使电路正常启动，应该在整流桥整流后的变压器初级线圈与SA7527的供电电压端8脚之间连接一个启动电阻R20，并在8脚与地之间连接一个启动电容C9。接通电源时，流过启动电阻R20的电流对启动电容C9充电。当C9的充电电压达到启动门限电压(典型值为11.5V)后，SA7527导通，并驱动功率管Q1开始工作。整流后电压的最大值和最小值分别用U imax和U imin来表示，I STmax为最大启动电流，V th(st)max为启动门限电压最大值，启动电阻R20由下列公式(1)和公式(2)来确定，该电阻应选择功率电

阻，最大消耗功率不能超过1W。

图2 主电路和启动电路

启动电容C9应由下式来确定：

式中，I dcc为动态工作电流;f ac为交流电网频率;HY(ST)为欠电压锁定滞后电压。

4.控制电路的设计

4.1芯片介绍

SA7527是一个简单而且高效的功率因子校正芯片。此电路适用于电子镇流器和所需体积小、功耗低、外围器件少的高密度电源。

4.2控制方法的分析

控制电路如图3所示。该控制电路是峰值电流控制模式，当功率管Q1导通时，二极管D6，D7截止，变压器T1的原边电感电流线性上升，当电流上升到乘法器输出电流基准时关断功率管Q1;当功率管Q1关断时，二极管D6，D7导通，电感电流从峰值开始线性下降，一旦电感电流降到零时，被零电流检测电阻检测到，功率管Q1再次导通，开始一个新的开关

周期，如此反复。

图3 控制电路

4.3零电流检测电阻的设计

零电流检测端外围电路如图4所示。MOSFET功率管利用零电流检测器导通，并且在峰值电感电流达到由乘法器输出设定的门限电平时关断。

图4 零电流检测端外围电路

一旦电感电流沿向下的斜坡降至零电平，SA7527的零电流检测器通过连接于5脚的变压器副绕组电压极性的反转进行检测，SA7527的7脚产生输出，驱动MOSFET功率管又开始导通。当电感电流沿向上的斜坡从零增加到峰值之后，MOSFET功率管则开始关断。直到电感电流降至零之前，MOSFET功率管一直截止。由芯片介绍资料可知，零电流检测端电流最大不能超过3mA，因此零电流检测电阻R25由下式来确定。

式中，Vcc为芯片供电电压。

4.4输入电压检测电阻的设计

乘法器外围电路如图5所示。交流输入经整流后得到一个半波正弦形状的电压波形，为了使输入电流较好地跟踪输入电压波形，我们要在交流输入整流后进行电压采样，经电阻R21和R22分压后，电压约缩小100倍输入到SA7527的3脚，在电阻R2并联一个电容C15除整流后的电压纹波。由芯片的内部结构可知，乘法器输入端3脚电压在3.8V以下可以保

证较好的功率因数校正效果。

图5 乘法器外围电路

因此应满足3脚的最大输入电压不超过3.8V，即：

4.5电流感应电阻的设计

电流检测外围电路如图6所示。

图6 电流检测外围电路

电路采用峰值电流检测法，因此在MOSFET功率管的源极与地之间接上一个电流感应电阻 R24，MOSFET功率管的源极端接在SA7527的电流感应端4脚CS端，一般的应用电路中会在电流感应电阻后接上一个RC滤波电路以滤去开关电流的尖峰，因为SA7527芯片内部已经有RC滤波电路，所以这里不必加外围RC滤波电路，从而减少了SA7527的外部元件数量。电流感测比较器采用RS锁存结构，可以保证在给定的周期之内在驱动输出端仅有一个信号脉冲出现。当电流感应电阻两端的感应电压超过了乘法器的输出端门限电压时，电流感应比较器就会关断MOSFET功率管并且复位PWM锁存器。电感电流的峰值在正常情况下由乘法器的输出Vmo来控制，但压是当在输入电压太高或者输出电压误差放大器检测出现问题时，电流感应端的门限电值就会在内部被钳位在1.8V。这是由于芯片内部的电流感应比较器的反相输入端接有一个1.8V的稳压二极管，因此电流感应电阻的取值要满足公式(6)和公式(7)

两个条件。

其中 的差值。

K为乘法器增益，ΔVm2 =Vm2-Vref，为电压误差放大器的输出与芯片内部参考电压

4.6闭环反馈电路的设计

闭环反馈电路如图7所示。该电路是一个恒流恒压输出电路，它是由双运放LM358和TL431构成的电流控制环和电压控制环，先恒流后恒压，先是电流采样，D2导通，D1截止，实现恒流，然后是电压采样，D1导通，D2截止，实现恒压。

图7 闭环反馈电路

电流控制环：TL431是精密电压调整器，阴极K与控制极R直接短路构成精密的2.5V基准电压。该电压由R11送到LM358的5脚(同相输入端)，R5直接从输出端采样电流，将电流转换成电压，再将电压值送到LM358 的6脚(反相输入端)，将同相输入端的电压和反相输入端的电压进行比较，并在7脚输出高低电平来控制流过光耦EL817的导通与关断，进而通过 SA7527控制变压器一次侧输出占空比的大小，达到稳定输出电流的结果，C1，R3为反相输入端与输出端的反馈元件，可通过调整其数值来调整放大器的反馈增益。当电路接

P5端口时，输出电流的大小为：，其他端口同例。

电压控制环：TL431是精密电压调整器，阴极K与控制极R直接短路构成精密的2.5V基准电压。该电压由R10送到LM358的3脚(同相输入端)，R7直接从输出端采样电压，R7，R9组成分压电路，将分压值送到LM358 的2脚(反相输入端)，将同相输入端的电压和反相输入端的电压进行比较，并在1脚输出高低电平来控制流过光耦EL817的导通与关断，进而通过 SA7527控制变压器一次侧输出占空比的大小，达到稳定输出电压的结果，C3，R8为反相输入端与输出端的反馈元件，可通过调整其数值来调整放大器的反馈增益。当电路接P

1端口时，P1端口的输出电压为：

其他端口同例。，二、电压控制环和电流控制环的建模与仿真

1.电压控制环的建模与仿真

首先一个重要的中间量是TL431阴极电压变化量k Δv 与输出波动o Δv的关系式为：

其中

阴极的电压变化引起光耦二极管电流变化：

高压感应侧光电流变化：

其中

反馈网络：

组成控制框图如图8所示。

图8 电压环结构

系统的开环传递函数：

将R 2=4.7KΩ，R 7=150kΩ，R 8 = 2。2 k Ω，R 9 = 4。7 k Ω，R 19=1kΩ，C 3=1mF，CTR =100%，101 pwm k= L? f = 代入式1 6 中，用MATLAB仿真得到电压控制环的波特图如图9所示。交越频率4.8KHZ，相位裕量100o。

图9 电压环的波特图

2.电流环控制环的建模和仿真

系统的开环传递函数：

将R 2 = 4。7 k Ω，R 3 = 2。2 k Ω，R 4 = 2。2 k Ω，R 5 = 0。3 6 Ω，R 19=1kΩ，C 1=1mF，CTR =100%，101 pwm k= L? f = 代入式1 9 中，用MATLAB仿真得到电压控制环的波特图如图10所示。交越频率220kHz，相位裕量46°。

图10 电流环结构

三、实验结果分析

搭建一个18W的实验电路接入电源，用各种仪器测试的波形图如图

11、图

12、图13和图14所示。从上面波形图可以看出，输出电流电压能够恒流恒压输出，电路效率达到85%

以上，功率因素(PF)达到90%左右。

图11 电流环的波特图

图12 电流电压输出波形

图13 输入电压和效率曲线

图14 输入电压和功率因数曲线

结论

电动机驱动电路 第6篇

授权公告日:2016.05.18

专利权人:无锡隆盛科技股份有限公司

地址:214028江苏省无锡市新区城南路231-3号

发明人:谈宏亮

Int.Cl:F16K31/06(2006.01)I

LED电源驱动电路系统设计 第7篇

1 驱动电路设计

1.1 LED驱动条件

LED节能灯的快速发展, 使得LED驱动电路的设计更加严格[3], 整个电路不仅要安全低功耗, 还应该具有恒流特性, 即电源电压变动幅度<15%时, 输出电流的变化幅度不超过10%, 这样才能保证LED驱动电路较高的能量利用效率[4]。

1.2 驱动电路特点

此驱动电路使用恒流电源驱动方法, 专为T10 LED灯设计, 不仅可应用在闹市区, 工业园区和大学校园, 也可应用在孤岛, 乡村等偏远地区, 市场应用前景广阔[5]。同时整个电路采用了特殊的开关控制方式, 使其具有高效率, 节能环保等方面的优势。经过研究和物理电路测量, 驱动电路具有以下特点:工作频率50~60 Hz;功率24 W;宽输入电压AC 110~265 V/50~60 Hz;输出电流0.24A;输出电压:36 V≤Uout≤0.6 Uin;体积为175 mm×18 mm×11 mm;直流50 V~80 V。这些参数确保了LED驱动电路使用时安全稳定, 使其具有恒流精度高, 电磁兼容性较好的特征[6]。

1.3 驱动电路电路设计

驱动电路原理图如图1所示, 通过桥式整流器, 电流直接被送到LED负载的正极, 然后通过负极, 经由变压器到达晶体管Q1, 最后又通过桥式整流器, 这就是该负载电路电流的主要回路。当没有负载时, R17就充当保护电路的负载, 保证电路不会短路。C1在这里起到滤波以及平衡负载两端电压的作用。D1为蓄流二极管, 保证变压器正常工作。电路图的下半部分, 是由两个芯片和Q1组成的反馈调节电路。Q1能根据U1的变化情况, 向变压器发出高频电流。当负载电流过载时, 电流会通过R7和R8到达U2, 使得U2右边的二极管发热, 导致U2左边的电压降低, 同时反馈到U1, U1通过调节电压和频率控制电路, 从而使系统电路输出恒定电流。

2 LF-F301驱动电路原理分析

2.1 工作模块

如图2所示, 此电路通过变压器输出适当的电流, 当有LED负载时, 电路中通入适当的电流和频率使LED正常工作;当没有负载时, 变压器中仍然残留有能量, 需要释放。此时由R17等构成的回路, 可以慢慢地释放变压器中的电能。但当电流突然减小时, 变压器中会产生感应电动势, 由此会产生较高的反向电压, 可能会击穿器件。为了克服这个问题, 在线圈的两端并联一个续流二极管D1, 同时在电路输出端串联R15, 并且在R15两端并联R2, R3, R4, R6。R15有降压作用, 并且能为反馈电路提供电压。由于R15承受的功率较大, 容易烧坏, 所以预备一个由R2, R3, R4和R6的并联等效电阻, 这样每个电阻承受的功率变小, 在增加使用寿命的同时, 能够减少维修费用。

2.2 采样模块

如图3所示, 采样电流经过传感器U2将电流信号转换成电压信号, 并输出到芯片U1的2号引脚。

2.3 控制模块

如图4所示, 电路通过T1、D7获取稳定的22 V电压, 供给芯片工作, 芯片通过2号引脚进行取样输入, C4对电路的频率和电压进行控制。

3 蓄电池保护电路设计

合理的蓄电池充放电, 不仅可以延长蓄电池寿命, 且能提升整个电路系统的稳定性[7]。因此需要设计保护电路, 以保证蓄电池能在一定的电压范围内进行充放电。本项目使用3级级联的12 V铅酸蓄电池。由于过充电路与过放电路有相似性, 本文只给出蓄电池的过放电路, 如图5所示。电源电压正常时, 调节电位器RP1使放大器的同相输入端的电位略高于反相输入端的电位, 此时放大器输出低电平, VT截止, 电路正常工作。当电源电压<10.5 V时, 反相输入端的电位大于同相输入端的电位, 放大器会输出高电平, 调节RP2, 使VT导通, 此时负载与电源断开。

4 电路开关设计

光控开关的基本原理是光敏效应, 当光照达到一定值时, 开关开通, 否则自动关断。时控开关按设定的时间开启或关断电路。然而在灯光控制领域应用光控开关时, 即使感光头放在较为合适的位置, 在早晨和傍晚采集到的光照强度也是不稳定的。若把光控开关和时控开关的输出端串联在一起[1], 光传感器测得外界环境的光照强度, 定时器给出所需设定的时间范围, 便能更好地控制电路的关断, 不仅节约电能, 还延长了LED灯的使用寿命[8]。

4.1 光控模块

其由光电转换模块和光敏电阻组成。光电转换由比较器来实现。当光敏探头感应的光照强度不强时, 比较器会输出高电位, 否则输出低电位。具体电路如图6所示。R1分担电路电压, 依照外界环境条件, 选择适当的电阻R2, 控制比较器中正相输入的电压值, 使其作为比较器工作的参考电压;R3起到保护光敏电阻以及分压的作用。光敏电阻的阻值随着外界光强的变化而变化, 这样就可将光信号变换成电压信号, 以此作为信号电压连接到比较器的反相输入端。比较两个输入端的电压大小。若信号电压较小, 比较器输出高电平, 否则比较器输出低电平。从而实现在明亮条件下输出低电平, 在黑暗条件下输出高电平的设计要求。

4.2 时控模块

时控模块以定时器为基础。当光控模块输出高电平时, 时控模块进入工作状态, 分为3个阶段:

(1) 光强慢慢减弱, 控制LED灯实现半光照明。

(2) 车流高峰时段, 控制LED灯实行全光照明。

(3) 进入下半夜, 控制LED灯采用半光照明。

5 结束语

风光互补电路驱动LED发展迅速, 而且使用环境广阔[8]。本文阐述了驱动电路的应用意义以及前景, 分析了驱动电路的技术要求, 设计了LED电源驱动电路。根据驱动电路要求, 改进电路开关的同时, 设计了蓄电池充放电保护电路, 提高了整个电路的工作效率, 实现了节能环保的目的。

参考文献

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Crowbar开关电路的驱动设计 第8篇

为了规范防雷产品市场,需要对市场上的防雷产品进行防雷测试。 按照GB18802.1/IEC 61643-1中的要求,测试需要I(B)级的防雷试验冲击波形。 文献[1] 和文献[2]对普通的冲击电流发生器作了详细的理论分析和仿真,但是使用普通的RLC发生电路很难实现模拟首次雷击的波形(10/350μs)。 目前的研究主要采用crowbar开关电路代替RLC发生电路。 本文研究内容为10/350μs冲击电流发生器的crowbar开关电路的驱动电路, 为满足crowbar开关电路中三个放电球的球间距达到毫米级精度的要求,必须解决步进电机启动、停止时的速度控制问题,采用AT89S51型单片机,57HS7630A4型两相混合式步进电机,通过丝杠与放电球连接, 融合电气部分设计和机械部分设计,并能显示三个放电球球隙距离。

1总体设计方案

Crowbar开关系统的总体架构如图1所示,主要包括机械部分和电气部分。 机械部分主要是系统机械安装,包括放电球与步进电机之间的传动机构设计、安置三个放电球架子的设计与制作、同轴组装;电气部分包括系统硬件和系统软件,由单片机控制三个步进电机。

Crowbar开关系统结构如图2所示。 为适应高电压环境,球1、球2、球3在空间上互成90°放置,且三个球的球心指向同一中心点。 球1和球3之间的球间隙称为crowbar开关的主球隙, 当主球隙到达一定距离,球1与球3击穿从而导通,再控制球2到中心点的距离,使球2与主球隙击穿导通,整个冲击放电回路工作。 因此,要求三个放电球按设定位置安放并能在各自轴上来回运动。 其运动的实现:由单片机发指令给步进电机驱动器,步进电机驱动器再将脉冲信号发给各自的步进电机。 在单片机外围加设显示电路及按键电路,显示三个放电球球隙间距及控制电机的正反转、启停。

2系统的电路设计

根据同时控制三个步进电机及LED显示的要求,选用AT89S51型单片机。 为了能实现低转速下高精度控制放电球运动距离,选用57HS7630A4型两相混合式步进电机。 该电机的额定电压为24~50V,技术参数见表1。 配套选用MB450A细分型两相混合式步进电机驱动器, 该驱动器采用直流18~50V供电, 可以驱动电压24~50V、 电流小于4.2A、 外径42~ 86mm的两相混合式步进电机。 该驱动器采用交流伺服驱动器的电流环进行脉冲细分控制, 电机的转矩波动小,低速运行平稳,几乎没有噪声和振动;高速运行时力矩大大高于其它的两相电机驱动器, 定位精度高。 根据步进电机控制需要,端口分配为:驱动电机1的脉冲发出端口P1.1、方向信号端口P1.2、驱动器的使能信号端口P1.3; 电机2的脉冲发出端口P1.4、 方向信号端口P1.5、 驱动器的使能信号端口P1.6; 电机3的脉冲发出端口P1.7、 方向信号端口P2.0、驱动器的使能信号端口P2.1。 驱动器连接图如图3所示。

3控制系统的机械设计

为满足该系统实现的功能与精度要求,设计一套传动机构,用于连接放电球和步进电机,实现步进电机控制放电球直线移动。

3.1系统的支撑器件

系统的支撑部分主要包括crowbar开关系统架子、放电球及联轴器三部分。 crowbar开关系统架子用于固定放电球及其驱动、传动机构,使球在预定方向上移动。

两个放电球之间的距离称为放电球隙,不同的电压等级对应不同的击穿球隙。 设计中,放电铜球由铁球代替,空心,直径为62.5 mm。 球1和球3的行程(放电球相对中心点的位移)为0~100 mm,为保证三球不碰撞,球2的行程为22~100 mm。

联轴器是机械传动中用来连接不同机构中的两根轴, 以及使之以相同的速度共同旋转的机械零件,被用来传递扭矩。 联轴器由两部分组成,两边各有一个通孔分别用来与主动轴和从动轴连接。 选用梅花弹性联轴器, 连接步进电机轴和丝杠,可有效补偿两轴相对偏移,减震、耐磨、缓冲。 电机轴径8mm, 丝杠直径8mm, 故选用8×8mm联轴器。

3.2系统的传动机构

设计T型固定杆,用于固定套筒和放电球的运动方向,实现套筒直线运动,套筒与固定杆的接触处采用塑料材质的绝缘材料,减少摩擦。 丝杆的另一端用梅花弹性联轴器与步进电机的轴紧固连接。 为方便将电机安装到系统架子上,使用57电机固定支架。 T型固定杆的一端用螺杆与步进电机固定支架固定在一起,实现电机转动带动丝杆转动,保证放电球在与丝杠同轴的直线上来回运动。 为使丝杠与套筒不碰撞、 不脱离,设计放电球的运动距离为0~100 mm。

4控制系统的电气设计

4.1步进电机的速度控制

步进电机速度控制是实现放电球球隙间距达到1 mm精度要求的重要环节。 电机每收到一个步进脉冲会转过一个步距角,单位时间内使单片机输出对应数量的脉冲即可设定电机的转速。 选用的电机步距角为1.8°,驱动器设定为50细分驱动,故电机每转一圈需要360/1.8×50=10000个脉冲。 设计中, 步进电机的转速在程序中以数组的形式给出, 只需要通过键盘按钮来选择即可。 按键输入电机流程如图4所示。

4.2步进电机的位置控制

位置控制包括两个参数:

(1 ) 绝对位置, 即需要被控制的执行部件现在所处的的位置。 绝对位置设有极限范围,执行部件一旦运动到极限位置就应自动使电机停止运行并报警。

( 2 ) 相对位置, 即执行部件从开始的位置移动到目标位置所需移动的距离。 在程序中可以将这个距离值自动折算成步进电机需要转动的步数。

设计中,对步进电机位置控制的过程为:根据所要移动的距离先设定一个步数值, 电机每转动一步,步数减一,当执行部件到达目标位置时, 步数正好减为零; 再用步数是否减为零判断是否需要停止转动。

5试验结果

通过对系统机械安装与软件调试后,单片机可以集中控制三个放电球的直线运动。

在开始计算并显示球隙距离值时, 需要先将三个放电球调整到起始位置, 即距离中心点最小位置, 如图5所示。 累计满10000个脉冲, 绝对位置数加1 (或减1),绝对位置的范围为0~100,到达极限位置时电机停止转动,三个放电球距中心点50mm的位置。

6结语

该Crowbar开关电路驱动电路系统的应用, 有效地利用了资源,减小了回路电阻的损耗,大幅提高了电容器的利用率;对电机的有效控制及球间隙的距离显示,满足了Crowbar控制电路的要求。

参考文献

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[8]张占立,康春花,等.基于单片机的步进电机控制系统[J].电机控制与应用,2011,38(3)

微电机驱动电路设计 第9篇

1 系统结构设计

该控制系统主要由PC上位机、单片机、驱动电路、键盘、LCD显示等模块组成, 其中采用一种集成电路芯片AT89C52单片机作为控制器[2], 通过分立器件组成的达林顿阵列作为驱动电路, PC机用于编写及烧写程序。首先, 利用脉冲个数来转动角位移, 进而实现准确定位的功能;其次, 利用步进电机的驱动电路的数字逻辑部分即环行脉冲分配器, 控制步进电机各相绕组的通电顺序, 进而实现正反转的功能;最后, 利用脉冲频率来控制电机运行的速度, 进而实现调速的功能[3]。该控制系统能够实现如下功能: (1) 电机的运行状态 (启动/暂停) 、转动方向、转动速度通过按键控制; (2) 电机的运行状态、转动速度通过LCD显示, 如图1所示。

2 硬件设计

控制系统的硬件原理图由电路仿真软件Proteus 7.5进行设计仿真, 通过仿真得出该系统能够完成按键控制电机的运行状态、转动方向、转动速度的功能, 并且控制稳定可靠。电机在工作时的运行状态、速度以英文的形式直观的显示在LCD1602。其硬件原理, 如图2所示。

2.1 输入、显示模块

为增强控制系统的灵活性, 能够简便地对电机的系统参数快速的修改, 通过按键输入转向、速度等相应指令, 由单片机输出电机控制信号, 用LCD显示电机工作时的状态和速度。为了减少I/O端口的使用, 控制系统设置了3*2矩阵键盘实现电机的6种工作模式。行列式键盘、LCD1602显示器与单片机的接口电路如图3所示, 采用行列反转扫描法读取按键的键值, LCD1602的数据口接在单片机的P0口上, 同时P0口必须接上拉电阻, 使能信号、数据/命令选择端、读写选择端分别接在单片机的P2.0、P2.1、P2.2口上。LCD第一行英文显示电机运行状态 (STATE) , 第二行显示电机运行速度 (SPEED) 。

2.2 电机驱动模块

在数字电路中, 大多数采用TTL电平, 但是TTL电平产生的脉冲不能够使步进电机转动, 因此, 需要设计一种通过控制脉冲进行环形分配、功率放大的驱动电路, 通过控制电机绕组的通电顺序使电机运转[4]。本系统的驱动模块采用四个达林顿阵列组成的电路, 分别与四相电机连接以驱动步进电机, 如图4所示。

达林顿管多用在大功率输出电路中, 由于功率增大, 管子本身压降会造成温度上升, 同时前级三极管的漏电流也会被逐级放大, 从而导致达林顿管整体热稳定性差。为了改变这种状况, 在大功率达林顿管内部均设有均衡电阻7.2k和3k, 通过这种方式不仅可以大幅度增强管子的热稳定性, 还能有效地提高末级三极管的耐压。

3 软件设计

基于硬件平台的设计, 为保证各电路模块正常工作, 实现系统所需求的功能, 需要进行软件设计对单片机系统进行在线编程调试。使用keil C51软件对源程序进行编译, 生成.hex文件, 然后将.hex文件下载到AT89C52单片机中, 即可运行, 如图5所示。

参考文献

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电动机驱动电路 第10篇

采用市电供电的LED驱动电路的应用较为广泛,现在涉及的主要领域有显示器背光、指示灯、照明应用等。对于照明应用的LED驱动电路仅仅把LED点亮是不够的。一般LED照明驱动电路需要满足谐波、效率、功率因数、EMI抑制以及安全标准等[1,2]要求。

提高其线路功率因数,限制输入工频谐波电流是制作LED驱动电路必须考虑的问题。欲解决这种问题,则必须采用功率因数校正电路。PFC电路一般可分为两种:一种是有源功率因数校正(APFC);另一种是无源功率因数校正。APFC由有源和无源的分立元件以及专用IC共同调整电流的波形,对电流电压间的相位差进行补偿。APFC可以达到较高的功率因数通常可达98%以上,但成本也相对较高。无源PFC电路虽然应用效果不及APFC,但其电路非常简单,成本很低。无源PFC电路有多种,其中填谷式电路比较适合应用于LED照明电源中[3]。

本研究针对应用20 W LED驱动电路中的无源功率因数电源进行设计及电容选型。

1 功率因数概念及功率因数校正原因

1.1 功率因数概念

交流电流过负载时,加在该负载上的交流电压与通过该负载的交流电流产生相位差,人们便从中引出功率因数这一概念。

根据功率因数的定义:

${\rm P}F=\frac{\text{有}\text{功}\text{功}\text{率}}{\text{视}\text{在}\text{功}\text{率}}=\frac{U{\rm I}{}_1\cos \alpha }{U{\rm I}}=\frac{{\rm I}{}_1\cos \alpha }{{\rm I}}(1)$

其中:

${\rm I}=\sqrt{{\rm I}{}_1^2+{\rm I}{}_2^2+\cdots +{\rm I}{}_n^2+\cdots }(2)$

式中:I1,I2,,In电流基波分量,二次谐波,,n次谐波电流的有效值;I1/I畸变因数,表示基波电流相对值;cos α位移因数,即功率因数为畸变因数和位移因数的乘积。

位移因数越低,则设备的无功功率越大;畸变因数越低,表示电流谐波分量越大,将造成电流畸变,使功率因数降低,所以电容输入型电路的 PF 值较低,一般为0155~0165。

1.2 功率因数校正的原因

市电供电的电源电路一般前端需要加入一个AC/DC变换电路将交流电转换成直流电,为后端电路供电。AC/DC转换电路一般采用全波桥式整流滤波电路,如图1(a)所示。在AC电压峰值附近,AC电压才会高于滤波电容上的电压使整流二极管正向偏置而导通,二极管导通角仅为60°左右,如图1(b)所示,因此导致输入电流发生严重失真。交流输入电流严重失真,呈现出高幅度窄尖峰脉冲。

由图1可分析出,这种畸变的电流含有丰富的谐波成分,严重影响电器设备的功率因数。由理论推导也可以证明,功率因数与电流总谐波含量的近似关系为:

${\rm P}F=1/\sqrt{1+(\text{Τ}\text{Η}\text{D}){}^2}(3)$

因此,降低电器设备的输入电流谐波含量是提高功率因数的根本措施。

功率因数偏低的影响:

(1) 供电设备的带负载能力被打了折扣,即降低了带负载能力。

(2) 输电线路由于无功电流存在,增加了输电线路损耗。

功率因数校正正式提出是在20世纪80年代,简称PFC。功率因数校正是针对开关电源交流输入电流波形发生畸变的情况而采取的技术措施,目的就是校正发生畸变的电流波形,使之尽可能恢复成正弦波,并且与交流电压趋于同相位,从系统的输入端看,整个系统的等效电阻尽可能呈现纯电阻性,从而使输入功率因数提高。

填谷式无源PFC电路曾经应用于电子节能灯电路中,虽然其线路功率因数可达0.9以上(典型值为0.95),但其灯电流波峰因数高达2~2.1,不符合标准规定的小于等于1.7的要求。

由于LED驱动电路为恒电流输出,与电子镇流器输出为高频(40 kHz左右)不同,LED电源采用无源PFC,不存在波峰因数等问题[4,5]。

2 填谷式无源PFC在20 W LED照明电路中的应用及改进

基于SMD802驱动芯片采用填谷式无源PFC电路的LED照明电源电路图如图2所示。本研究利用该电路的主要结构对填谷式无源PFC部分进行两个方面的研究分析,提出有效的提高功率因数的方案,即通过对填谷式无源PFC电路进行改进,提高电路的功率因数。其AC输入为85 V~265 V,DC输出为56/350 mA,可以驱动含16个VF=3.5 V、IF=350 mA的白光LED串,线路功率因数大于0.9,总谐波失真THD<35%。

2.1 填谷式无源PFC电路及改进电路工作原理

2.1.1 填谷式无源PFC电路工作原理

由3个二极管(VD5、VD6、VD7)和2个电容组成的填谷式无源PFC电路如图3所示。

其工作原理基于降低输出直流电压,在每一个半周期内,将交流输入电压高于直流输出电压的时间拉长,整流二极管的导通角就可以增大(增加至大约120°左右),电源电压过零的死区时间则缩短,其电流波形趋于连续,包络线趋于正弦波,这样交流输入电流追逐电源电压瞬时变化轨迹,可将电路的功率因数提高到0.9以上,电源总谐波失真度THD降低到35%以下[6,7,8]。

2.1.2 改进I型电路工作原理

改进I型填谷式电路如图4所示,是一种缓充快放型填谷式电路。通过在VD6上串联一个电阻R1,对C1和C2进行缓慢充电;而放电回路并没有经过电阻R1,放电速度快。其结果是延长了C1和C2的工作时间,使VD1、VD2、VD3和VD4工作连续性更好,其电流波形更接近电压波形。一般此电路能够使功率因数提高1~2个百分点。

2.1.3 改进II型电路

改进II型填谷式电路如图5所示,是一种缓充缓放型填谷式电路,分别在C1和C2各串接一个电阻R1和R2,对C1和C2达到缓充缓放的效果。此电路可以使功率因数提高1.5~2.5个百分点。

2.1.4 三级填谷式电路

三级填谷式电路如图6所示,它其实是在将两个填谷式电路嵌套起来。其原理与填谷式无源PFC电路基本相同。分别对C1、C2和C3进行充电,放电路径分3条:C1通过VD6和负载,C2通过VD7、VD8和负载,C3通过VD5和负载进行放电。此电路对填谷式电路基本上没有提高功率因数,反而下降[9,10]。

2.2 参数设计

基于SMD802驱动芯片的LED照明电源电路,外部电路参数,电路输入电压为85 V~265 V交流电,电路输出为LED灯串,通过SMD802外部的采样电阻的调节可以改变输入电路的功率。输入端的LC电路为EMI滤波电路。后端为SMD802控制电路,中间部分为无源PFC电路。

2.2.1 工作频率设定

振荡器的工作频率能被用一个外部电阻Rosc在25 kHz~300 kHz之间设定,即:

$F{}_{\text{o}\text{s}\text{c}}=\frac{2500}{R{}_{\text{o}\text{s}\text{c}}+22}\text{k}\text{Η}\text{z}$

设定频率为60 kHz附近,选择Rosc=390 kΩ,Fosc=60.68 kHz。

根据图3的基本电路进行电路参数设计。

2.2.2 二极管选择

由于电路输出电流为毫安级,且经过整流之后的输出电流最大电流在1 A以下,可以选择普通的二极管,如1N4007。

2.2.3 电容的选择

由于填谷式电路中电容的充放电是有方向的,且需要的存储能量较大,选择电解电容作为填谷式电路中的电容。电路中C1=C2,电容的耐压值应该相加大于300 V多一些,本研究选择160 V~250 V左右。

填谷式电路中电容储存的能量最大为:

$E=\frac{1}{2}CV{}^2=\frac{1}{2}\frac{C{}_1}{2}V{}_p^2=\frac{1}{2}(2C{}_1)\left(\frac{V{}_p}{2}\right){}^2(5)$

由于填谷式电路工作在50 Hz交流电整流过后的的输出,其频率为100 Hz,对于电容值,可以通过简单的计算如下。

电流大小与电压的关系:

$i=C\frac{\text{d}U}{\text{d}t}$;$i=C\frac{\text{Δ}U}{\text{Δ}t}$;

$C=i\frac{\text{Δ}t}{\text{Δ}U}$;i=100 mA~1 A;

ΔU=310 V;Δt=1/100 s=0.01 s;

$C=i\frac{\text{Δ}t}{\text{Δ}U}=(100\text{m}\text{A}~1\text{A})\frac{0.01\text{s}}{310\text{V}}=3.2\text{μ}\text{F}~32\text{μ}\text{F}$。

根据电路的实际测试与调节,在此电路中选择22 μF的电解电容,可以是功率因数达到最佳效果。

图4、图5中电容设计参数与图3中参数基本相同,实际测试过程中适合选择22 μF。

2.2.4 电路中电阻的选择

对于电路4中电阻R1的选择,因R1有损耗,因此一般R1选取较小。且由于电路中经过电阻的电流较大,需要功率较大的电阻,因此选择大小10 Ω左右,功率为2 W的电阻。经过反复测试,得出R1=10 Ω。

对于电路5中电阻R1和R2的选择,与电路4中相似,经过实验测试,得出R1=R2=5 Ω。

电路6中电容器的选择方式与电路3中相同,经过6.8 μF、10 μF、22 μF、33 μF等电容器的测试得出,最佳选择为C1=C2=C3=10 μF。

2.3 4种无源PFC和仅含电容滤波的电路性能比较

笔者根据研究的4种功率因数校正电路以及未接功率因数校正电路的20 W LED驱动电路输入性能进行了功率因数以及谐波参数的测量,对比参数如表1、表2所示。

从上面4种不同无源PFC电路的电性能比较可以看出,改进Ⅱ型电路在电路的功率因数校正方面效果最为理想。从包含无源PFC电路与无PFC电路的电性能比较中可以看出,填谷式电路能显著改善驱动电路的功率因数,抑制电流谐波,特别是对5次谐波的抑制。其中两级填谷式电路在3次和7次谐波抑制方面不够理想;三级填谷式在3次和9次谐波抑制方面不够理想,但对7次谐波抑制效果较好。

2.4 其他电路参数影响

应用填谷式无源PFC电路(电容选取为22 μF)输入功率与功率因数之间的关系如图7所示。本研究采用电路3中的填谷式无源PFC电路的基本电路,调节SMD802外围的采样电阻的阻值调节电路的功率,可以看出,对应于同样的LED驱动电路,其功率大小的调整,对功率因数是有影响的,但必然存在一个值使其功率因数达到最大。

3 结束语

对市电供电的20 W LED驱动电路系统采用功率因数校正电路,以满足IEC1000-3-2等标准对25 W以下照明设备的电流谐波限制要求,并且满足能源之星标准功率因数大于0.9。经过电路的反复调试与电路分析,可以得出,改进Ⅱ型无源PFC电路在功率因数校正方面较其他方案效果好,并且可以较大幅度地提高功率因数。此外通过实验还得出填谷式电路对于功率因数的改善和驱动器的功率大小有关,选用特定的电容制成的电路在特定的功率下能达到最佳效果。

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