步进电机驱动电路管理论文范文

步进电机驱动电路管理论文范文第1篇

摘 要：该文通过对IGBT组成的H桥在大功率高速开关条件下进行大量实验，列举了IGBT发生击穿故障的多种原因，结合IGBT器件的结构分析其击穿过程及击穿表现，并通过计算提出了一种输出波形稳定的IGBT驱动电路以及相应的保护电路。

关键词：击穿 驱动 保护

目前，大功率电源技术的发展向着小型、高频方向迈进，其功率开关部分多采用IGBT来实现，但是由于功率的增大、开关频率的增高及设备体积的减小，使得IGBT发生击穿甚至炸管的故障率显著增加，该文通过使IGBT工作在500 V/10 KHz条件下进行的各项试验，对不同原因导致的击穿现象进行分析总结，论述了不同情况下击穿的根本原因及表现形式，提出了一种IGBT驱动保护电路，经实际验证，此电路运行稳定，保护动作快速有效。

IGBT是由BJT（双极型三极管）和MOS（绝缘栅型场效应管）组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件，具有载流密度大，开关速率快，驱动功率小而饱和压降低的优点。非常适合应用于直流电压为600 V及以上的大功率逆变系统，在工业领域有着广泛的应用。

1 击穿原因分析

由于该器件经常应用于大功率及开关速率快的场合，因此发生击穿甚至炸管的几率非常高，究其根本击穿原因有以下三点：过压击穿、过流击穿、过温击穿。

1.1 过压击穿

引起过压击穿的原因有很多，比如负载、线路、元器件的分布电感的存在，导致IGBT在由导通状态关断时，电流Ic突然变小，将在IGBT的c、e两端产生很高的浪涌尖峰电压Uce=L×dic/dt，此电压若大于IGBT的耐压值，则会击穿IGBT；另外，静电、负载变化、电网的波动、驱动电路失效开路以及外部电磁干扰都可能引起电压击穿。

过压击穿分为两个步骤：（1）IGBT的雪崩击穿；（2）IGBT短路。

第一步：雪崩击穿，当IGBT的栅极电压为零或负时，处于正向阻断状态，此时若IGBT承受外部阻断电压较高，耗尽层的电场强度随电压升高而升高，就会在耗尽层产生大量的电子和空穴，当电场强度超过临界值时，外部阻断电压会使中性区边界漂移进来的载流子加速获得很高的动能，这些高能载流子在空间电荷区与点阵原子碰撞时使之电离，产生新的电子-空穴对。新生的电子-空穴对立即被强电场分开并沿相反方向加速，进而获得足够动能使另外的点阵原子电离，产生更多的电子-空穴对，载流子在空间电荷区倍增下去，反向电流迅速增大，发生雪崩击穿，直至PN 结损坏。这个使得PN 结电场增强到临界值的外部电压称为IGBT的雪崩击穿电压。

第二步：IGBT短路，IGBT的雪崩击穿是一个可逆过程，不会立即导致IGBT损坏，此过程如果通过增加吸收回路等方法使过压时间控制在10个电压脉冲周期以内，IGBT不会表现为不可逆的击穿状态，但如果吸收回路没能在短时间内吸收浪涌电压，那么IGBT则会表现为集电极发射极短路状态（静电击穿门级表现为门级发射极短路），此状态不可逆。

1.2 过流击穿

导致IGBT过流击穿的原因多为负载短路、负载对地短路，此外，由于驱动电路故障、外界干扰等造成的逆变桥桥臂不正确导通也是过流击穿的一大原因。

IGBT有一定抗过电流能力，但时间要控制在10 us以内。IGBT 内部有一个寄生晶闸管，所以有擎住效应。在规定的发射极电流范围内，NPN 的正偏压不足以使其导通，当发射极电流大到一定程度时，这个正偏压会使NPN 晶体管开通，进而使NPN 和PNP 晶体管处于饱和状态，导致寄生晶闸管开通，此时门极会失去控制作用，便发生了擎住效应，IGBT 发生擎住效应后，发射极电流过大造成了过高的功耗，最后导致器件的损坏。过流击穿多表现为可见性炸管。

1.3 过温击穿

IGBT的最大工作温度一般为175 ℃，但实际应用中结温的最高温度要控制在150 ℃以下，一般最好不要超过130 ℃，否则高温会引起外部器件热疲劳以及IGBT稳定性变差，经过实际验证IGBT长时间工作在40 ℃左右为宜。

发生过温击穿的主要原因为散热设计不完善，电路设计原因为死区时间设置过短、控制信号受干扰导致的逆变桥臂瞬时短路、负载阻抗不匹配、驱动电压不足、IGBT器件选型错误导致的和设计开关频率不匹配等。

过温失效主要表现在以下几个方面：栅门槛电压VGE增大；CE动态压降VCE增大；动态导通时间增大，关断时间减小；开关损耗增大。

2 驱动保护电路设计

2.1 驱动电路设计思路

以K40T120（1200 V/40 A）型IGBT为例进行驱动电路设计：

2.1.1 确定门级电电容及驱动电压：用Cin=5 Ciss进行计算，根据手册可查Ciss=2360 pF，则Cin=2360×5=11.8 nF，

根据Q＝∫idt＝Cin×ΔU计算驱动电压ΔU经查此IGBT门级电容Q=192 nC，ΔU=Q/Cin=16.3 V，因此最小驱动电压为16.3 V。

2.1.2 确定门级正偏压以及负偏压：正偏压Vge越高，器件的导通损耗就越小，但是，Vge不允许超过+20 V，原因是一旦发生过流或短路，Vge越高，则电流幅值越高，IGBT损坏的可能性就越大。负偏压的应用是为了在栅极出现开关噪声时仍能可靠截止，一般选为5～15 V为宜。综合最小驱动电压16.3 V，由器件Vgate/Ic曲线选定正偏压+11 V、负偏压-9 V为最终驱动电压。

另外，驱动电路还应有门极电压限幅功能，以防外界干扰及器件损坏等造成的门级过驱动击穿IGBT。

2.1.3 确定驱动电流及驱动电阻：一般来讲，IGBT器件的耐压耐流越大，IGBT的门极和集电极间的等效电容越大，所需的电流越大，此外开关频率越大，所需门级电流越大。

K40T120的门级电流为200 mA，以20 V驱动电压计算，其最小驱动电阻为20 V/200 MA=10 K，选择10 K作为驱动电阻。

由器件的Rg/Td（on）Td（off）曲线结合所需开关频率确定门级电阻为40 Ω。

此外，IGBT驱动电路需要设计隔离电路（可采用光耦隔离或变压器隔离），防止IGBT击穿时损坏驱动电路或者中控电路，设计的思路是尽可能的简单实用，要有抗干扰能力，输出阻抗越低越好。

2.2 IGBT驱动电路

由于电路中分布电感和分布电容对IGBT高速开关状态会有很大的影响，所以采用分级设计，前后级用双绞线进行连接。

图1所示为K40T120的前级驱动电路：由光耦进行隔离，信号由光耦输入，20 V电压输入经整形变为+11/-9 V的驱动波形由G/E输出。

图中电容的作用是使输出波形更平稳，稳压管1N4739（9.1 V稳压管）的目的是提供负偏压，可根据实际情况进行改变。

图2所示为IGBT后级驱动部分，以H桥单桥臂为例实际应用中可在电源母线加装π型滤波器、增加电容组的容量以抑制浪涌电压，P6KE16CA为双向瞬态电压抑制器件，防止门级电压过高引起器件损毁。

2.3 IGBT的保护

IGBT的过压保护主要采用减少电路分布电感、增加吸收缓冲回路、增大门级电阻等方法来实现，此部分电路加装在驱动电路部分。

IGBT的过温保护主要采用散热片加风冷的方式实现，并参考实际应用参数（工作电流及环境温度）进行设计，在此不再赘述。

IGBT过流保护电路：

IGBT具有一定的过流能力，但是过流时间不可超过10 us，要求过流保护电路要有高精度、快速反应等优点，因此采用电源母线采样、高速比较器进行电流比较，一旦超过设定电流立刻关断驱动波形，保护IGBT。

图3所示保护电路，高速比较器采用LM211，电感L串入母线回路，由330 Ω电阻进行采样并经分压输入2脚，3脚的基准电压有电源电压分压得到，调整20K电阻调节保护灵敏度，CD4013的输出端可根据实际需要接入波形发生电路或经光耦隔离接入驱动电路。

此保护电路在500 V/20 A的逆变电路中应用，IGBT击穿率下降到7%左右，有实际的应用价值。

3 结语

IGBT器件由于其工作在大电压、大电流的状态下，因此，发生击穿甚至炸管的故障较多，但是，只要按照器件手册及相关计算公式计算驱动电压、电流，选定稳定可靠的驱动电路，合理设计电路板结构，增加相应的保护措施，IGBT完全可以稳定可靠地工作。

参考文献

[1] IGBT保护分析.英飞凌公司器件手册.

[2] 王启文，冷祥彪，胡德庆，等.中频电阻焊机电源的IGBT保护方法[M].电源技术，2007，9.

[3] 吴晓，杨美传。IGBT模块在列车供电系统中的应用及保护[M].车辆产品与零部件，2008，3.

[4] 刘星平.IGBT驱动电路的研究[J].电气开关，2002（5）.

[5] 尹海.IGBT驱动电路性能分析[M].电力电子技术，1998，3.

[6] 卫三民.一种大功率IGBT实用驱动及保护电路[M].清华大学学报，2001，9.

[7] 汪波，胡安，唐勇，等.IGBT电压击穿特性分析[M].电工技术学报，2011，8.

步进电机驱动电路管理论文范文第2篇

摘 要：针对目前LED照明系统功耗大、控制系统复杂和亮度调节非智能化等诸多问题，本文设计了一种基于ZigBee的LED无极调光及控制系统。该系统采用CC2530实现网络远端数据传输，建立网络，与集成PWM芯片SY5802A组成PWM模拟调光方式实现无级调光。其也设置了上位机，能实时显示监控电压、电流及功率等指标信息，并且可以远端控制LED亮度。

关键词：ZigBee；无极调光；LED照明；SY5802A；CC2530

The Design of Stepless and Control System of LED Based on

ZigBee Wireless Network Technology

ZHANG Xiaofu

1 研究背景

隨着社会的快速发展，对能源的需求逐渐增加，能源危机日益加剧，而节能减排成为发展的大趋势。据统计，照明用电占全球用电量的19%，电量消耗巨大[1]。因此，节能和绿色照明已经紧密联系在一起。作为照明领域后起之秀的LED灯耗电量为白炽灯的十分之一、节能灯的四分之一，但其工作寿命却是白炽灯的100倍。此外，LED灯还具有无频闪、电压可调、无噪声等优点[2]。因为LED与传统照明光源相比具有诸多优势，所以其已经逐渐成为照明的主流。

LED灯具为降低能源的消耗发挥了重要作用。但现阶段，用于LED照明的驱动器成为其推广应用及降低能耗的一个技术瓶颈。LED灯对驱动器的要求非常苛刻，对转换效率、恒流精度、电源寿命和有效功率等性能要求十分严格，电源的输出直流对LED产品的稳定性和可靠性具有直接影响[3]。同时，LED驱动模块运行信息的缺乏对LED照明的进一步扩展和应用也是一个障碍。在一些大规模应用及相关安全领域，对LED灯具运行状态的监控也十分必要。由此可得出，LED照明的驱动器及其工作监控系统在未来绿色照明市场上的应用前景非常广阔。

在国内，LED灯监控系统的研究主要侧重于LED灯的运行状态[4]。为了解决自动调光和远程控制等问题，何永玲等学者[5]设计了一个集单片机控制系统、Web服务器及Android客户端于一体的智能照明控制系统。南京航空航天大学的朱玲媛提出采用ZigBee技术构建无线传感网络，利用红外传感器以及光敏传感器采集路灯的工作信息，并根据需求对路灯的亮灭状态及亮度进行调节，并利用霍尔电流传感器采集路灯的故障信息，利用GSM模块将路灯故障报警信息发送到终端。

2 系统结构

基于ZigBee的LED无极调光驱动及监控系统包括照明控制节点（LED灯、LED驱动器）、传感器终端节点、协调器节点及上位机等。传感器节点负责采集光照强度的信息并发送无线控制信号；照明控制节点接收控制信号并调控灯光亮度；协调器用于建立和启用无线局域网并传达无线网络信号，对无线网络节点进行控制管理及存储无线网络节点信息，同时完成与上位机的通信；上位机负载组网配置，并设置手动远程调光按钮。图1为系统结构图。

传感器节点由光敏电阻和无线发射器组成。在不同的光照亮度下，光敏电阻的阻值会发生变化。在光照亮度发生变化后，传感器节点的无线发射设备将光照亮度信息发送到控制节点。

照明控制终端主要由LED灯、LED驱动器及无线收发器等构成。当传感器节点发来的光照信息低于设定值时，控制终端打开LED灯，并通过LED驱动器调整其亮度，传感器节点不停地对亮度信息进行检查，相互交换信息，最终实现亮度无极调光控制。在亮度为正常值时，控制终端不动作，LED灯不亮。协调器节点主要由无线收发器与EIA485模块组成，发送无线网络组网信息，完成节点之间的绑定，达到传感器节点与控制端之间灵活控制的目的，并完成与上位机的通信任务。

3 系统硬件设计

CC2530的片内外设包括AES加密/解密内核、闪存控制器、I/O控制器、调试、定时器、随机数发生器、ADC、DMA控制器、看门狗和UART等模块。其还结合8kB的SRAM和32kB可编程FLASH。用户可以利用丰富的片内外资源，进行所需应用的开发。为了完成LED灯的无极调光及监控系统的设计，需要对协调器节点、路由器节点及控制终端节点进行设计。本设计是基于CC2530芯片进行的设计。

3.1 协调器节点的设计

协调器是整个ZigBee无线网络的核心，是一个中心节点，主要功能是组建ZigBee网络，管理并存储网络节点信息及协助处理应用层信息等。本设计中协调器节点采用485串口通信与上位机实现通信。图2为协调器的结构图。

3.2 路由器节点设计

路由器节点主要用于节点之间的接力，扩展数据传输距离，是ZigBee无线网络的枢纽。在进行无线网设计时，需要根据LED灯的分布合理布置路由器，使每个终端节点都在无线网的覆盖范围之内。路由器节点主要由无线收发器及CC2530模块组成。

3.3 终端节点的设计

终端节点主要包括传感器节点及控制终端节点。传感器节点的主要任务是完成光照亮度的检测，并把信号传输到控制终端。传感器节点主要由光敏电阻、射频模块、地址模块及存储模块组成。控制终端主要包括LED灯、LED驱动器、地址模块及存储模块等。终端节点结构如图3所示。

光敏传感器采集光照信息，经过处理将信号传送给处理器CC2530，处理器CC2530根据当前的亮度信息进行计算，输出适合的PWM波给LED驱动器，通过LED驱动器的输出改变LED灯的亮度，从而达到无极调光的目的。

4 LED无极调光驱动电路设计

SY5800A是单级回程PFC控制器，主要应用于LED照明领域。其是一个主端控制器，没有应用任何低成本的二次反馈电路和驱动器，在准谐振反激式变换器模式可以获得更高的效率和高功率因数。该控制器具有以下优点：一次侧控制消除了光耦合器，可实现PWM或模拟调光，谷导通的初级MOSFET，实现低开关损耗，0.3V初级电流检测基准电压引线，内部高电流MOSFET，低至15μA启动电流，单级转换功率因数大于0.90。

采用集成PWM芯片SY5802A模拟调光方式实现无级调光，将PWM信号输入到PWM引脚，PWM引脚检测PWM信号电流，利用脉宽调制技术开关LED驱动器来改变LED灯的导通时间，进而调整平均输出电流以达到改变亮度的目的，实现无极调光功能。本文采用SY5802A芯片的双侧调光，次级0～10V输出调光的设计。图4为二次调光测输入信号时LED驱动器电路图。

图5是在二次调光测输入信号时二次侧LED驱动器的输出波形图。

注：CH1（blue）：Vdimming signal；CH2（cyan）：Vtriangular wave；CH3（pink）：VPWM_second side。

CC2530輸出的PWM波直接接在图4中的PWM接口，通过PWM波改变驱动器的占空比。通过控制U2光耦，Q28050三极管与场效应管Q52N7002控制LED灯的导通时间，从而实现调光的目的。

5 软件设计

本系统的软件设计主要包括上位机界面、协调器和无线传输模块等，各个模块的软件设计均是基于C语言开发的，上位机的开发是基于VC++开发的。

5.1 上位机的设计

上位机的开发是基于VC++面向对象与可视化软件开发平台开发的相应监测控制软件，对LED灯进行统一监测管理与控制，并显示电压、电流与功率等信息，设置相关按钮对LED进行远程控制。

上位机要能实现与协调器之间的通信，并完成网络配置。上位机通过EIA485模块向协调器发送配置信息。在对终端节点建立绑定关系之前，上位机需要先扫描网络，查询网络中部署的节点和相关信息。在此基础上，工作人员能利用网络配置界面对网络中的终端节点进行网络配置，并将配置信息发送到协调器，协调器以广播的形式将接收的配置信息发送到网络的各个节点。

在主界面中，自动控制为默认状态，实现的是本地上位机与协调器之间的通信。操作人员点击控制按钮，可以产生相应的指令，通过串口传输给协调器，通过无线发射设备传送到控制终端。上位机数据显示窗口可以显示协调器传输过来的节点数据。当网络组建完成之后，点击获取网络节点按钮，可以在列表中看到所有的联网节点，如图6所示。数据显示区可以显示各个节点数据、节点名称及编号。如果想要单独查看某个节点数据，可以选中任意按钮并手动输入节点号就可以查看该节点数据。在选择界面上的远程控制按钮后，可以通过上位机控制LED灯的亮与灭。

5.2 ZigBee节点软件设计

想要实现照明控制与远程监控功能，需要开发协调器节点、终端节点及路由器节点的程序。

在协调器上电之后，首先要对Z-STACK进行初始化，对信道进行扫描，并评估空闲信道，从中提取适合的信道及网络标识符，启动ZigBee网络发送超帧，等待终端节点的连接请求，对终端节点进行认证，确认信息的合法性，确认信息无误之后，协调器发出连接命令，完成终端节点与协调器的连接，组成ZigBee网络。上位机向协调器发送绑定请求时，协调器要对命令进行甄别，确认是绑定命令后，协调器发送目标节点地址并等待目标应答。此时，广播发送需要绑定的节点地址。图7为协调器程序流程。

在路由器节点上电之后，先对Z-STACK进行初始化，开始信道扫描，找到可以加入的网络。路由器检测到协调器发送的超帧信号后，该路由器节点向协调器申请加入连接。此时，路由器节点获得协调器的标识符，从而加入网络。在路由器节点接收到终端节点的连接申请之后，需要对申请信息进行认证，确定合法之后，发送连接命令，实现终端节点与路由器节点的连接。

在终端节点上电之后，先要对Z-STACK进行初始化，需要进行信道扫描，找到可以加入的网络。在终端节点检测到协调器发送的广播信号时，请求加入网络，在获得协调器的标识符后，完成加入网络。在终端节点接收到绑定信号之后，需要将目标地址与本所的地址进行匹配，匹配成功之后，终端节点存储接收到的绑定信息。在光敏电阻的阻值达到临界值之后，通过ZigBee网络向控制终端发送信号，并发送本节点地址。在控制终端检测到传感器节点的信号之后，对接收到传感器节点的地址进行匹配，匹配成功后打开LED灯，传感器节点再进行检测，将信号传输到控制节点，LED驱动器对LED进行调光，直到LED亮度达到需求。传感器节点程序流程图如图8所示。

6 结语

本文基于ZigBee无线网络与LED无极调光技术设计了一种LED灯的无极调光及控制系统。采用无线网络减少了布线，提高了灵活性。同时，结合传感器检测与PWM无极调光技术，实现自动平滑的亮度调整，具有较好的调光效果。此外，上位机可以实时显示输出电压、电流与功率等指标，还可以在上位机进行人工远程控制LED灯的亮度，减少人员工作量。根据环境内的亮度条件自动监测是否需要开启LED灯，是否需要调整亮度，在满足节能的条件下达到最佳照明效果，具有一定的应用价值。

参考文献：

[1]秦会斌，郑梁，时佳.白光LED应用现状与发展趋势[C]//全国太阳能光伏照明光源及其附件研讨会.2007.

[2]徐江善.绿色革命——半导体照明[J].记者观察，2003（10）：49-50.

[3] Li Y. C.，Chen C. L. A Novel Single-Stage High-Power-Factor AC-to-DC LED Driving Circuit With Leakage Inductance Energy Recycling[J]. Industrial Electronics IEEE Transactions on，2012（2）：793-802.

[4]马暖.开关电源的APFC电路的设计与研究[D].兰州：兰州交通大学，2012.

[5]何永玲，吴耀龙.基于WiFi和移动终端的智能照明控制系统设计[J].物联网技术，2016（29）：102-105.

[6]朱玲媛，徐文涛，刘邦超，等.基于ZigBee的城市路灯智能监控系统的设计[J].电子设计工程，2015（1）：146-147.

步进电机驱动电路管理论文范文第3篇

1 变频装置对驱动系统能耗的影响

变频器的自身损耗主要有滤波器电抗、电容等器件上产生的损耗、整流器结电压和反向漏电流产生的损耗、逆变器结电压损耗和功率模块开关过程中产生的瞬态功耗等, 损耗的大小与主电流的大小、逆变器的开关频率等有关。当变频器的输出功率一定, 变频器的损耗随着载波比的增大而增大。对某台1 0 5 0 k g, 1.7 5 m/s的电梯, 在额定速度空载下行时, 变频装置的效率大约97%~9 8.5%。变频器除自身的损耗外, 其供电质量对永磁电机的损耗影响显著。对电梯用交直交电压源变频器PWM技术产生的电压波形进行谐波分析, 电压的谐波分量主要集中在载波频率倍数附近。由于电梯用电压源载波比较大, 所以产生的谐波分量对电机的转矩影响很小。但是电压源高次谐波分量使永磁同步电机的涡流损耗大大增加。当电梯未达到额定速度, 处于低速时, 这种影响更加明显。研究表明, 电压源波形畸变率与变频器的参数密切相关, 当变频器的调制比、载波比越低, 开关器件延滞时间越长, 逆变输出的电压波形畸变率越高。

2 调速策略对驱动系统能耗的影响

永磁同步电机对电机的转矩的控制可以转化为对交轴和直轴电流的控制。永磁同步电机运行中不同的约束条件形成了不同的控制策略。常见的控制策略有直轴电流isd=0控制、功率因数isd=1控制、恒磁链控制、弱磁控制等。直轴电流isd=0控制, 输出转矩和定子的电流成正比, 控制简单, 无去磁作用, 但功率因数低, 变频器容量不能充分利用。cos=1控制, 逆变器得到充分利用, 但能够输出的最大转矩较小。以上控制策略均未以电机运行损耗作为约束条件。以永磁同步电机损耗作为约束的控制策略, 可把电机的某项损耗作为约束, 如以铜耗作为约束的单位电流最大转矩控制, 也可把整个电机的损耗模型作为能耗约束。在以电池作为驱动电源的永磁同步电机驱动系统中, 以损耗作为约束的控制策略有明显优势。现在使用的电梯PMSM驱动系统, 一般采用直轴电流isd=0控制策略。以损耗作为约束的控制策略未得到重视。表面式永磁同步电机, 由于其交轴与直轴电抗相等, isd=0控制策略等效为单位电流最大转矩控制策略。

3 PMSM设计对驱动系统能耗的影响

永磁同步电机的电磁设计直接影响电机的工作特性及驱动系统损耗。永磁同步电机的能耗主要分为:定子绕组的铜耗、硅钢片与永磁铁的铁耗、电机运动中的机械损耗。其中, 机械损耗主要由轴承摩擦、通风等产生, 其大小可根据经验式计算或查阅相关图表;定子绕组铜耗直接根据焦耳楞次定律计算。

4 提高永磁同步电机效率的措施

永磁同步电机设计时, 在满足一定标准、技术、经济条件的同时, 提高永磁同步电机的效率对电梯节能具有最直接的作用。电机常数大致反映了产生单位力矩所须耗用的有效材料。电机常数表明:当电机主要尺寸不变时, 如电机常数减小, 势必增加电机的磁负荷或电负荷, 从而使电机运行时磁场趋向饱和。所以, 适当增加电机的主要尺寸Lef可以减小磁场的饱和度, 从而提高电机的效率。电机的损耗与电机材料特性及硅钢片的厚度相关。所以, 选取高磁导率、低损耗、厚度小的导磁材料, 可以提高电机效率。以上相关措施, 会使电机制造成本有所增加。此外, 永磁同步电机磁路设计要解决电机气隙大小、定转子槽形、永磁体结构布置等问题, 要求获得较大气隙磁场基波, 减小谐波对电机转矩和永磁铁发热去磁的影响, 并使电机齿部、扼部的磁场饱和度控制在一定程度。永磁同步电机的气隙大小, 应在保证齿谐波对脉动转矩和永磁铁发热影响较小的情况下, 取较小值。当谐波大小和永磁铁电阻率一定, 为减小磁钢涡流损耗, 磁钢厚度应较小。

摘要：本文首先简要介绍目前电梯的主要节能方式, 然后, 针对目前开始大量使用的VVVF永磁同步电机驱动系统, 详细分析永磁同步电机的设计上影响驱动系统的效率提高的因素。

关键词：电梯,能耗,永磁同步电机

参考文献

[1] 陈志溪, 余至林, 叶志刚, 等.电梯工作特性与能耗分析[J].中国电梯, 2008, 19 (16) :45～47.

步进电机驱动电路管理论文范文第4篇

1.1LED和键盘设计

为了能够实现人与机器的对话，单片机的步进电机控制系统设计了3*4键盘以及4*8LED数码管，人们可以直接对其进行控制。该系统通电后，通过键盘输入控制步进机的运转、启动以及转动方向等，由LED管动态清晰显示步进机的转向以及转速。器件8279能够控制系统键盘的输入以及LED的输出，进而减少单片机工作的承载，8279在控制系统工作的过程中，将键盘输入的信息进行扫描，利用其抖功能，避免事故的发生。(下图为LED和键盘模块)

1.2放大和驱动设计

逻辑转换器是步进机控制过程中的脉冲分配器，其是CMOS集成电路，其输出的源电流为20毫安，能够应用于三相以及四相步进机，其工作可以选择以下6种激进方式进行控制;其中，对于三相步进电机有1、2、1-2相;对于四相步进电机有1、2、1-2相，其输入的方式有单、双时钟选择方式，其具有正向控制、方向控制、监视原点、初始化原位等功能。PMM8713器件主要由激励方式判断、控制以及时钟设置等部分组成，所有的输入端都设置有秘制的电路，进而提高抗外界干扰的能力。PMM8713输出能够接受功率驱动电路，其通过驱图1LED和键盘模块动器，输出最大的工作电流，以满足电机工作的需求。单片机通过调节相关端口的脉冲信号，控制步进机的运行状态、运转方向以及运转速度等。

2单片机的步进电机控制系统软件设计

2.1单片机程序设计

通过中断脉冲信号，计算步进电机的运转步数以及圈数，并对其进行记录;实现对步进电机运转速速的控制;采用端口的中断程序关闭其相关程序，将电机控制在停机状态;通过中断电机的开启部位，将其转换到运行状态，实现电机的运行;PMM8713的U和D端口通过输出高电平，达到控制步进电机运转方向的目的;8279将其接口与自身的8个数据连接口进行连接，当单片机运行到键盘部位时，采用相关端口中断其工作状态，进而达到控制步进机的启动、停止、速度以及方向等，并将其反馈给8279，利用LED将其显示，明确其运转的速度以及方向。

2.2PC上位机设计

设计PC上位机的主要目的就是控制步进电机，利用单片机中相关部位，实现人与机的对话，其利用单片机发出执行命令，实现对步进电机的有效控制。其中，单片机接受的执行命令会存储在相关软件中，其与储存在片内的Flash的相关地址进行比较，不冲突的信息就储存在其中，如与其中储存的信息发生冲突，就会自动中断，有效的保护电机的正常运行。同时，此软件在运行的过程中，应该对晶振中的USART模块进行设置，其相关的控制软件由VB6.0对其进行编写，采用MSComm软件实现实时通讯。

3结语

步进电机驱动电路管理论文范文第5篇

1 三相步进电机驱动控制电路的组成

该电路可分为三个部分。第一部分是数字时钟脉冲发生电路, 它由NE555芯片和电阻R1、R2、电容器C1、C2和电位器RP组成。本设计中采用了无级变速的设计方案, 通过改变RP和电容器C1的充放电时间常数来改变NE555的脉宽输出信号宽度;电位器RP的阻值变大时, 由于充放电时间延长, 导致输出信号的脉冲变宽, 周期变长, 电机转速下降;反之, 电机转速提升。电阻R1和R2以及电容C2为NE555提供基准工作条件和参数。

第二部分是逻辑驱动信号发生和显示电路, 他由R3、R4、R5、LED1、LED2、LED3和二片74LS74芯片组成;每个74LS74中有二个D触发器, 二芯片中共有四个D触发器;本设计中使用了其中的三个D触发器, 分别去控制三相步进电机的三个独立的驱动电路。由R3和LED1组成A相逻辑信号监视显示电路, 同样由R4、LED2和R5、LED3组成B、C二相的逻辑信号监视显示电路。

第三部分是驱动控制电路, 由VT1至VT6六个三极管、LED4至LED6三个发光二极管和H1至H3三个继电器组成;H1、LED4、VT1和VT2组成A相的驱动控制电路, 同样由H2、LED5、VT3和VT4组成B相驱动控制电路, 其它的是C相驱动控制电路。

2 三相步进电动机驱动控制原理和过程

2.1 启动前

由于三个D触发器的置位端均为零, 虽然有时钟脉冲信号输入, 但每个D触发器输出还是为零 (低电平) , LED1至LED3均不亮, 六个三极管VT1-VT6因输入为低电平而截止, 继电器H1-H3断开驱动控制显示LED4-LED6均不亮, 三相步进电机因未得电而不会转动。

2.2 正转

当按下正转启动按钮时, A触发器输出被置1 (高电平) , LED1亮, A相驱动控制电路得电, 继电器H1吸合, LED4亮, 控制三相步进电机A相定子线圈导通;同时B、C二触发器输出被置0, 而LED2和LED3不亮, B、C二相驱动控制电路中的VT3至VT6因输入低电平而截止, 继电器H2、H3未吸合, 故三相步进电机B、C二相定子线圈不通;此时三个D触发器的输入分别为 (A-1、B-0、C-0) , 三个D触发器在NE555的下一个时钟脉冲上升沿, 同时打开传输门并迅速锁定输出 (A-0、B-1、C-0) , LED2、LED5亮, H1断开, H2吸合, 三相步进电机A相线圈因H1断开而失电, B相线圈定子得电导通, C相因H3未吸合, 保持不通, 定子磁场旋转120度电角度, 转子也跟着转过120度;同样在NE555的下一个时钟脉冲上升沿, LED3、LED6亮, 三个D触发器输出为 (A-0、B-0、C-1) , 三相步进电机A、B二相定子无电, C相导通, 定子磁场又转过了120度的电角度, 转子也跟着再转120度;再到下个时钟脉冲上升沿, 三个D触发器、继电器回复到正转启动时的初始状态, 定子线圈磁场和转子随着转过120度也回到初始状态, 以后不断重复以上过程。

2.3 反转

当按下反转启动按钮, A触发器置0, B、C触发器置1同正转启动时正好相反。从反转逻辑关系图 (图1) 中可以看出, D触发器状态同正转时相反, 正转时是高电平后移, 而反转时低电平后移, 相当于高电平前移, 从而实现三相步进电机定子磁场的反向旋转, 电机也就能反向旋转了。

2.4 停止

电机的停止控制电路因比较简单所以在图中没有画出, 只要在把74LS74二个芯片的电源输入端合并后连接一个常开按钮接入9V电源就行, 无论正转, 还是反转, 只要按下停止按钮, 二个芯片74LS74因断电而自动复位, 所有的显示LED灭, 继电器均断开, 电机停止转动。

3 结语

设计了是一种由NE555和74LS74芯片组成的三相步进电机的控制系统。在设计时, 选用了结构简单但是性能可靠的硬件电路以及性价比很高的芯片和电子元器件, 设计时用弱电电路来控制强电电路, 具有成本低、体积小、功耗小、使用灵活、操作简单、可扩展性强、升级方便和运行安全可靠稳定的特点。本设计经过启东机械设备制造厂在实践中的应用, 发现社会效益和经济效益显著。

摘要：设计了一种由NE555和74LS74芯片组成的三相步进电机的控制系统。该系统采用弱电电路来控制强电电路, 利用NE555的数字脉宽振荡电路产生时钟脉冲, 通过二片74LS74中的三个D触发器, 去控制驱动电路中的三个电磁继电器, 驱动三相步进电机转动。步进电动机转动的速度由脉冲信号的宽度来控制。改变相线通电顺序可改变定子磁场旋转的方向, 从而达到控制步进电动机正反转方向控制。

步进电机驱动电路管理论文范文第6篇

1 74HC595的说明

7 4 H C 5 9 5内含8位串入/并出移位寄存器和8位三态输出锁存器。存器和锁存器分别有各自的时钟输入 (SH_C P和S T_C P) , 都是上升沿有效。当S H_C P从低到高电平跳变时, 串行输入数据 (S D A) 移入寄存器;当S T_C P从低到高电平跳变时, 寄存器的数据置入锁存器, 清除端 (C L R) 的低电平只对寄存器复位 (Q S为低电平) , 而对锁存器无影响。当输出允许控制 (E N) 为高电平时, 并行输出 (Q 0~Q 7) 为高阻态, 而串行输出 (Q S) 不受影响。

7 4 H C 5 9 5最多需要5根控制线, 即D S、S H_C P、S T_C P、M R和O E。其中M R可以直接接到高电平, 用软件来实现寄存器清零;如果不需要软件改变亮度, OE可以直接接到低电平, 而用硬件来改变亮度。把其余三根线和单片机的I/O口相接, 即可实现对LED的控制。数据从SDA口送入74HC595, 在每个SH_CP的上升沿, S D A口上的数据移入寄存器, 在S H_C P的第9个上升沿, 数据开始从Q移出。如果把第一个74HC595的Q和第二个7 4 H C 5 9 5的S D A相接, 数据即移入第二个7 4 H C 5 9 5中, 照此一个一个接下去, 可接任意多个。数据全部送完后, 给ST_CP一个上升沿, 寄存器中的数据即置入锁存器。此时如果EN为低电平, 数据即从并口Q 0~Q 7输出, 把Q 0~Q 7与L E D的8段相接, LED就可以实现显示了。要想软件改变LED的亮度, 只需改变OE的占空比就行了。

2 软硬件设计

2.1 硬件电路

74HC595与AT89C2052单片机的接口P 1口的P 1.0、P 1.1、P 1.2分别接到D S, SH_CP和ST_CP脚, 用来控制LED的显示。LED的亮度用R1~R3的阻值来决定。

2.2 软件流程图及程序代码

3 结语

用74HC595设计LED驱动电路, 硬件和软件的设计都不存在复杂的技术问题, 特别是软件设计。另外, 74HC595不仅可以用来驱动发光二极管, 而且能够用来驱动LED显示器。在I/O口较为紧张的情况下, 在对产品的体积要求不高, 并且希望降低成本时, 采用这种方案较为理想。

摘要：74HC595芯片是74系列芯片的一种, 具有速度快, 功耗小, 操作简单的特点, 可以很方便地用于单片机接口进行驱动LED的操作。本文介绍这种芯片的特点和使用方法, 并给出软硬件的设计实例。