小功率開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)畢業(yè)論文

1、<p><b>　　第一章 緒論</b></p><p>　　1.1 開關(guān)磁阻電機(jī)的產(chǎn)生</p><p>　　上個(gè)世紀(jì)60年代以前，在需要可逆、可調(diào)速和高性能的電氣傳動(dòng)技術(shù)領(lǐng)域中，直流傳動(dòng)系統(tǒng)一直占有統(tǒng)治性的地位。但是，直流電動(dòng)機(jī)存在致命的弱點(diǎn)，在直流電動(dòng)機(jī)運(yùn)行的時(shí)候，利用電刷和換向器進(jìn)行換向的時(shí)候會(huì)產(chǎn)生換向火花，因此直流電動(dòng)機(jī)無(wú)法做成高速、大容量的機(jī)組

2、。而且直流電動(dòng)機(jī)造價(jià)高，維護(hù)困難，直流供電也有難度。紀(jì)60年代以后，隨著電力電子學(xué)、微電子學(xué)和現(xiàn)代控制理論的發(fā)展，交流電氣傳動(dòng)技術(shù)得到了飛速的發(fā)展，開始挑戰(zhàn)直流電氣傳動(dòng)的統(tǒng)治地位，特別是交流電機(jī)的矢量控制和直接轉(zhuǎn)矩控制理論的產(chǎn)生以及應(yīng)用技術(shù)的推廣，使得交流傳動(dòng)具備了調(diào)速范圍寬、穩(wěn)態(tài)精度高、動(dòng)態(tài)響應(yīng)快速以及可以四象限運(yùn)行(即正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、電動(dòng)、制動(dòng))等良好的技術(shù)性能，其靜態(tài)、動(dòng)態(tài)性能完全可以與直流傳動(dòng)系統(tǒng)相媲美，然而，交流傳動(dòng)系統(tǒng)也存在自身

3、的不足，比如傳動(dòng)系統(tǒng)復(fù)雜、價(jià)格高、力矩指標(biāo)有待進(jìn)一步提高等一系列問題。</p><p>　　正是在電氣傳動(dòng)技術(shù)得到迅猛發(fā)展的時(shí)代背景下，20世紀(jì)80年代園際上推出了一種新型交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)一開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)。它融新的電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)-開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)與現(xiàn)代電力電子技術(shù)、控制技術(shù)為一體，兼有異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)和直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，已成為當(dāng)代電氣傳動(dòng)的熱門課題之一。</p><p>

4、　　1.2 國(guó)內(nèi)外SRM的發(fā)展</p><p>　　國(guó)內(nèi)外對(duì)開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)做了進(jìn)一步的研究，目前的研究熱點(diǎn)主要有；</p><p>　　(1)、進(jìn)一步完善開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)理論，建立一套效率高、適用于工程設(shè)計(jì)要求的優(yōu)化設(shè)計(jì)法。開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)的非線性使其性能分析和計(jì)算較為困難。目前，采用二維非線性有限元方法分析電機(jī)內(nèi)的飽和磁場(chǎng)具有局限性：第一，對(duì)以路為基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)方法研究不夠，由路

5、的方法導(dǎo)出的設(shè)計(jì)公式能以清晰的物理概念體現(xiàn)設(shè)計(jì)變量與結(jié)果之間的聯(lián)系，而場(chǎng)的方法則顯得比較抽象，就設(shè)計(jì)方法的經(jīng)濟(jì)性和正確性綜合考慮，用路的方法設(shè)計(jì)，而用場(chǎng)的方法來(lái)校核是一種比較理想的方法；第二，現(xiàn)有場(chǎng)的方法精度有待提高，應(yīng)計(jì)及端部效應(yīng)，開展開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)三維場(chǎng)的研究。在此基礎(chǔ)上，開展計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，向智能化方向發(fā)展。</p><p>　　(2)、加強(qiáng)對(duì)鐵心損耗理論的研究。開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)磁場(chǎng)特性的非線性導(dǎo)致相繞組供電

6、電壓和電流波形比較復(fù)雜，一般為單向脈動(dòng)的非正弦波；定、轉(zhuǎn)子各部分鐵心中的磁通密度變化規(guī)律也不相同，因此對(duì)定、轉(zhuǎn)子鐵心損耗的計(jì)算和測(cè)量都很困難，目前面臨的主要問題是如何建立準(zhǔn)確、實(shí)用的鐵心損耗計(jì)算模型和分析、測(cè)試方法。</p><p>　　(3)、加強(qiáng)對(duì)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)及噪聲的理論研究，提高電機(jī)的功率因數(shù)。減小開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)的振動(dòng)和噪聲的關(guān)鍵在于如何減小作用在定子上的徑向力。從電機(jī)自身的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上，主要是合理設(shè)計(jì)磁場(chǎng)結(jié)構(gòu)、

7、定子磁軛強(qiáng)度和電機(jī)剛度，合理選擇氣隙、極弧參數(shù)及勵(lì)磁方式，優(yōu)化繞組的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。從控制角度看，主要是優(yōu)選導(dǎo)通角和關(guān)斷角及調(diào)節(jié)脈沖寬度，盡可能調(diào)節(jié)好各相工作參數(shù)的對(duì)稱性。</p><p>　　(4)、改善電機(jī)靜態(tài)及動(dòng)態(tài)性能仿真模型。開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)的性能分析方法還處于探討階段，有待進(jìn)一步完善。</p><p>　　(5)、完善開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)、功率變換器及控制器三者之間的協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)，應(yīng)該把這三者作為

8、一個(gè)整體來(lái)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，不應(yīng)該將各部分的設(shè)計(jì)分裂開。目前的研究，尚停留在僅對(duì)特定類型的開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)分析核算的水平，只能完成局部的綜合設(shè)計(jì)和個(gè)別參數(shù)的優(yōu)化。</p><p>　　(6)、實(shí)用無(wú)位置傳感器方案的研究。目前，國(guó)內(nèi)外提出許多無(wú)位置傳感器轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)方案，比如，通過測(cè)試電機(jī)非激磁相繞組電感來(lái)估算轉(zhuǎn)子位置；利用探測(cè)線圈的自感和互感估算轉(zhuǎn)子位置；在定子兩個(gè)凸極之間安裝金屬平板，通過電容的變化來(lái)估算轉(zhuǎn)子

9、位置等。如果將這些無(wú)位置檢測(cè)方案應(yīng)用于開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，可以使系統(tǒng)更加簡(jiǎn)單。</p><p>　　(7)、開關(guān)磁阻電機(jī)轉(zhuǎn)矩波動(dòng)最小化技術(shù)。開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)運(yùn)行中的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)較大是其一個(gè)主要的缺點(diǎn)，因此如何獲取最佳的繞組電流波形以使開關(guān)磁阻電機(jī)轉(zhuǎn)矩波動(dòng)最小就成為主要的研究方向。目前，主要的研究成果有利用迭代學(xué)習(xí)控制和轉(zhuǎn)矩分配函數(shù)減小轉(zhuǎn)矩波動(dòng)。這種方法以繞組電流作為開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的輸入量，轉(zhuǎn)矩作為系統(tǒng)的輸出

10、量，利用迭代學(xué)習(xí)控制方法不斷調(diào)整繞組中的電流、以得到希望的輸出轉(zhuǎn)矩。這種方法完全從控制工程的角度，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)矩的波動(dòng)的最小化，它不需測(cè)量電機(jī)磁特性，控制器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。計(jì)算工作量小，便于微機(jī)控制，是一種很有前途的控制方法。</p><p>　　1.3 SRD的研究發(fā)展方向</p><p>　　目前，SRD的研究方向主要集中在更優(yōu)的電機(jī)建模、更簡(jiǎn)便的位置傳感器、合理的開關(guān)元件、更小的噪聲、更高的功

11、率因數(shù)和優(yōu)化控制系統(tǒng)方面。</p><p>　　1.31 SR電動(dòng)機(jī)建模的研究</p><p>　　SR電動(dòng)機(jī)數(shù)學(xué)模型的精確建立與描述直接決定和影響電機(jī)的優(yōu)化設(shè)計(jì)、電機(jī)動(dòng)態(tài)性能分析、電機(jī)效率評(píng)估等，也是電機(jī)的高性能控制的基礎(chǔ)。目前已有多種SR電動(dòng)機(jī)磁鏈建模方法，如線性法、準(zhǔn)線性法、函數(shù)解析法、表格法、有限元分析法和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法等。</p><p>　　1.32 噪

12、聲的抑制和提高SR電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)</p><p>　　雖然針對(duì)SR電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)及噪聲大的問題提出了許多改進(jìn)方案，但仍有待進(jìn)一步解決。從SR電動(dòng)機(jī)自身的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和控制角度兩個(gè)方面對(duì)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)和噪聲進(jìn)行抑制。</p><p>　　1.33 探索實(shí)用無(wú)位置傳感器檢測(cè)轉(zhuǎn)子位置方案</p><p>　　開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)的特性之一是開關(guān)性，就是要根掘轉(zhuǎn)子的位置對(duì)各相繞組進(jìn)行

13、通電，因而必須獲得SRM的位置信息。常見的方法是在定子和轉(zhuǎn)子上安裝一定數(shù)量的位置傳感器，利用傳感器發(fā)出的信號(hào)獲得轉(zhuǎn)子與定子的相對(duì)位置關(guān)系。采取這種方案主要優(yōu)點(diǎn)是比較簡(jiǎn)單、可靠。但這不僅會(huì)提高系統(tǒng)成本和復(fù)雜程度，更重要的是會(huì)降低SRM系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的峰固性，影響整個(gè)系統(tǒng)的可靠運(yùn)行，尤其是在某些應(yīng)用環(huán)境比較惡劣的場(chǎng)合。因此如何讓它去掉位置檢測(cè)器，直接利用電機(jī)的電壓和電流信息間接確定轉(zhuǎn)子位置，從而使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更加峰固，運(yùn)行更加可靠、高效，成本更加低廉

14、，無(wú)疑是一個(gè)很有潛力的研究方向。</p><p>　　1.34 變換器方案確定和主開關(guān)元器件選擇</p><p>　　開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的性能和制造成本，在很大程度上取決于變換器主電路的結(jié)構(gòu)形式。變換器是根掘控制器的指令輸出直流脈沖電壓分配給電機(jī)各相繞組工作的，方案類型很多。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展和新元器件的不斷涌現(xiàn)，如何合理地選擇主丌關(guān)元件的類型、容量及數(shù)量也是十分重要的課題。&l

15、t;/p><p>　　1.35 微處理器和專用集成電路的應(yīng)用</p><p>　　開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)能夠正常工作的關(guān)鍵是每相開關(guān)導(dǎo)通、關(guān)斷的實(shí)時(shí)控制，對(duì)起動(dòng)、運(yùn)行、故障保護(hù)也要實(shí)時(shí)控制。早期采用的模擬電路控制，實(shí)時(shí)性相對(duì)較差，比較合理的是采用微機(jī)實(shí)現(xiàn)部分或全數(shù)字實(shí)時(shí)控制。在微機(jī)控制中，已山8位單片機(jī)，發(fā)展為16位單片機(jī)，32位的單片微機(jī)的應(yīng)用也在研究開發(fā)之中?？刂齐娐返募苫瘜?duì)簡(jiǎn)化硬件電路、產(chǎn)品

16、系列化、提高可靠性等非常有效，也是研究的方向之一。</p><p>　　1.4 本課題研究的內(nèi)容</p><p>　　在本課題中，設(shè)計(jì)完成了3相6/4極200W開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)。本系統(tǒng)已德克薩斯州儀器公司生產(chǎn)的TL494芯片為信號(hào)處理的的控制核心，采用公共開關(guān)型功率電路，完成了對(duì)SRD系統(tǒng)的控制。本為的主要內(nèi)容如下：</p><p>　　分析了SR電動(dòng)機(jī)的基

17、本結(jié)構(gòu)和運(yùn)行原理，研究了電機(jī)的運(yùn)行于控制特性；</p><p>　　2．介紹了四種功率電路及開關(guān)器件并作出選型；</p><p>　　3. 詳細(xì)介紹了系統(tǒng)中用到的各種芯片的性能和原理；</p><p>　　4. 設(shè)計(jì)了顯示電路。</p><p>　　第二章 開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和轉(zhuǎn)動(dòng)原理</p><p>　　2.

18、1 開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)</p><p>　　2.11 兩類不同機(jī)理的電動(dòng)機(jī)</p><p>　　電機(jī)可以根據(jù)轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生的機(jī)理粗略的分為兩大類：一類是由電磁作用原理產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩；另一類是由磁阻變化原理產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。在第一類電機(jī)中，運(yùn)動(dòng)是定、轉(zhuǎn)子兩個(gè)磁場(chǎng)相互作用的結(jié)果。這種相互作用產(chǎn)生使兩個(gè)磁場(chǎng)趨于同向的電磁轉(zhuǎn)矩，這類似于兩個(gè)磁鐵的同極性相排斥、異極性相吸引的現(xiàn)象。目前大部分電機(jī)都是遵循這一原理，例如一

19、般的直流電機(jī)和交流電機(jī)。第二類的電機(jī)，運(yùn)動(dòng)是由定、轉(zhuǎn)子問氣隙磁阻的變化產(chǎn)生的。當(dāng)定子繞組通電時(shí)，產(chǎn)坐一個(gè)單相磁場(chǎng)，其分鈾要遵循“磁阻最小原則”，即磁通總要沿著磁阻最小的路徑閉合。因此，當(dāng)轉(zhuǎn)子軸線與定子磁極的軸線不重合時(shí)，便公有磁阻力作用在轉(zhuǎn)子上并產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩使其趨向于磁阻最小的位置。即兩軸線重合位置，這類似于磁鐵吸引鐵質(zhì)物質(zhì)的現(xiàn)象。開關(guān)磁阻電機(jī)就是屬于這一類型的電機(jī)。</p><p>　　2.12 開關(guān)磁阻電機(jī)的結(jié)

20、構(gòu)</p><p>　　開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)由開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)、功率交換器、控制器、電流檢測(cè)環(huán)節(jié)、位置檢測(cè)環(huán)節(jié)五個(gè)部分組成。這五個(gè)環(huán)節(jié)相互協(xié)調(diào)工作，共同支持開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)運(yùn)行。本文將在后面詳細(xì)介紹這五個(gè)部分的主要功能。 </p><p>　　開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)是雙凸極可變磁阻電動(dòng)機(jī)，其定、轉(zhuǎn)子的凸極均由普通硅鋼片疊壓而成。轉(zhuǎn)子既無(wú)繞組也無(wú)永磁體，定子極上有集中繞組，徑向相對(duì)的兩個(gè)繞組串

21、聯(lián)構(gòu)成一個(gè)兩極磁極，稱為“一相”。開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)可以設(shè)計(jì)成多種不同的相數(shù)結(jié)構(gòu)，而且定、轉(zhuǎn)子的極數(shù)也有多種不同的搭配，如圖2—1所示。相數(shù)多，步距角小，利于減小轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，但是其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，而且主開關(guān)器件增多，成本高。三相以下的開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)無(wú)自起動(dòng)能力，因此目前應(yīng)用較多的是三相、四相開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)。目前國(guó)內(nèi)的研究與開發(fā)主要集中于四相8/6結(jié)構(gòu)，但國(guó)外近期更重視三相6/4結(jié)構(gòu)，與四相8/6結(jié)構(gòu)相比，三相6/4結(jié)構(gòu)的開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)同樣具有均勻磁

22、拉力且結(jié)構(gòu)和工藝都較簡(jiǎn)單、定子相數(shù)少等特點(diǎn)，在性能和經(jīng)濟(jì)性等方面不亞于四相8/6結(jié)構(gòu).本設(shè)計(jì)中為小功率SR電機(jī)，故用的是三相6/4極SRM。下面以最常見的四相8／6極開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)為例，來(lái)說明開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行機(jī)理。</p><p>　　兩相4/2極SRM 四相8/6極SRM 三相6/4極SRM 五相10/8極SRM </p><p>　?。╝）

23、 （b） （c） （d）</p><p>　　圖2-1 開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)</p><p>　　2.13 開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)原理</p><p>　　圖2—2所示的是四相8／6極開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)和運(yùn)行機(jī)理圖，圖中只畫出A相繞組及其供電電路，其它各相與之相同。</p><p>　　圖2-

24、2 四相8/6極開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)和運(yùn)行原理</p><p>　　結(jié)構(gòu)上與步迸電動(dòng)機(jī)相似的開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行原理遵循“磁阻最小原理”--磁通總要沿著磁阻最小的路徑閉合，而具有一定形狀的鐵芯在移動(dòng)到最小磁阻位置時(shí)，必使自己的主軸線與磁場(chǎng)的軸線相重合。如圖所示，當(dāng)定子D—D’極上繞組通電受勵(lì)磁時(shí)，電機(jī)內(nèi)建立以D—D’為軸線的磁場(chǎng)，其磁通經(jīng)過定子軛、定子極、氣隙、轉(zhuǎn)子極、轉(zhuǎn)子軛閉合。此時(shí)穿過氣隙的磁力線是彎曲的，磁

25、阻大于定、轉(zhuǎn)子軸線重合時(shí)的磁阻，因此轉(zhuǎn)子將受到彎曲磁力線切向分力所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩的作用，沿著逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)轉(zhuǎn)子極軸線l—l’與定子極軸線D-D’重合時(shí)，D相勵(lì)磁繞組的電感到最大值。若以圖中定、轉(zhuǎn)子所處的相對(duì)位置作為起始位置，依次給D—A—B—C相的繞組通電，轉(zhuǎn)子就會(huì)逆著勵(lì)磁順序以逆時(shí)針方向連續(xù)旋轉(zhuǎn)；反之，若依次給B—A—D—C相的繞組通電，則轉(zhuǎn)子就會(huì)沿著順時(shí)針的方向轉(zhuǎn)動(dòng)。因此，可見開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)向與相繞組電流的方向無(wú)關(guān)，而僅僅于相繞

26、組通電的順序有關(guān)。從圖2—2中可以看出，當(dāng)主開關(guān)器件s1、s2導(dǎo)通的時(shí)候，A相繞組從直流電源U吸收能量，驅(qū)動(dòng)電機(jī)旋轉(zhuǎn)；而當(dāng)Sl、S2關(guān)斷的時(shí)候，繞組電流經(jīng)過續(xù)流二極管Dl、D2繼續(xù)流通，并將能量回饋給電源U。由其</p><p>　　SRM每一相的開關(guān)頻率為 </p><p><b>　?。?-2）</b></p><p>　　其中Nr為轉(zhuǎn)子

27、極數(shù)。n為電機(jī)轉(zhuǎn)速，在本設(shè)計(jì)中當(dāng)轉(zhuǎn)速n=1500r/min時(shí)，每相開關(guān)頻率=100Hz，三相電動(dòng)機(jī)采用公共開關(guān)型功率電路時(shí)主開關(guān)頻率為：</p><p>　　=3=300HZ （2-3）</p><p>　　2.3 SRM電感與位置角的關(guān)系</p><p&g

28、t;　　圖2-3為電感與轉(zhuǎn)子位置關(guān)系圖，在SR電動(dòng)機(jī)中，定子和轉(zhuǎn)子鐵心均為凸極型式，相繞組電感L隨轉(zhuǎn)子磁極位置不同而變化，當(dāng)定子凸極軸線與轉(zhuǎn)子凸極軸線重合時(shí)，該相繞組電感為最大值Lmax；當(dāng)定子凸極軸線與轉(zhuǎn)子槽中心線重合時(shí)，該相繞組電感為最小值Lmin，該位置的轉(zhuǎn)子位置角定義為=0，即轉(zhuǎn)子位置角坐標(biāo)的原點(diǎn)。當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)，電動(dòng)機(jī)繞組電感L在最大值與最小值之間周期性變化。電感變化頻率與轉(zhuǎn)子極對(duì)數(shù)成正比，波長(zhǎng)等于轉(zhuǎn)子極距τr，圖中1是轉(zhuǎn)子凸極

29、的前極邊相遇處的位置角，2是轉(zhuǎn)子凸極的前極邊與定子凸極的前極邊重合處的位置角，3是轉(zhuǎn)子凸極的后極邊與定子凸極的后極邊相遇處的位置角，4是轉(zhuǎn)子凸極的后極邊與定子磁極的前極邊重合處的位置角，在2-3區(qū)域內(nèi)電感最大，在0<<1，>4區(qū)域內(nèi)電感最小。由于SR電機(jī)的轉(zhuǎn)子凸極寬度都比定子凸極寬度稍大，所以，Lmax和Lmin有個(gè)區(qū)域范圍，且二者區(qū)域范圍相等，他們等于定子與轉(zhuǎn)子凸極的消弧之差。</p><p>

30、;　　繞組電感L與轉(zhuǎn)子位置角的函數(shù)關(guān)系式為</p><p>　?。?-4） </p><p>　　其中 （2-5）</p><p>　　圖 2-3 電感與定轉(zhuǎn)子位置角的關(guān)系</p><p>　　2.4 兩種控制方式&

31、lt;/p><p>　　開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的控制參數(shù)主要有開通角、關(guān)斷角、主電路電壓以及相電流，因此開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的控制策略也就是針對(duì)這幾個(gè)參數(shù)的調(diào)節(jié)．目前，主要的控制策略有兩種：一種是角度位置控制(Angular Position Control，簡(jiǎn)稱APC)；另一種是電流斬波控制(Chopped Current Control，簡(jiǎn)稱CCC)。</p><p>　　2.41 角

32、度位置控制(APC)</p><p>　　在SR電動(dòng)機(jī)中，定子和轉(zhuǎn)子鐵心均為凸極型式，相繞組電感L隨轉(zhuǎn)子磁極相對(duì)位置不同而變化，當(dāng)定子凸極軸線與轉(zhuǎn)子凸極軸線重合時(shí)，該相繞組電感為最大值Lmax，當(dāng)定子凸極軸線與轉(zhuǎn)子槽中心線重合時(shí)，該相繞組電感為最小值Lmin，開關(guān)磁阻電機(jī)控制的關(guān)鍵就在于能否在適當(dāng)?shù)臅r(shí)刻給該相繞組通電，斷電。通電時(shí)刻不同，通電持續(xù)時(shí)間不同電機(jī)的行速度轉(zhuǎn)矩不同，由此可以看出控制電流的起始（開通角）和

33、關(guān)斷（關(guān)斷角）時(shí)間是SRM控制的一種方式，即APC控制。改變off和on，可改變電流波形和繞阻電感的相對(duì)位置，使該電流波形的主要部分位于電感波形上升段，則使電動(dòng)機(jī)電動(dòng)運(yùn)行；反之若使電流波形的主要部分位丁電感波形下降段，則電動(dòng)機(jī)制動(dòng)運(yùn)行。開通角on提前，則在最小電感區(qū)段電流上升時(shí)問加長(zhǎng)，電流波形加寬，波形的峰值和有效值增加，同時(shí)與電感波形的相對(duì)位置也產(chǎn)生變化。因而改變使電感上升段電流發(fā)生變化，從而改變了電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩，當(dāng)電機(jī)負(fù)載一定時(shí)，改變轉(zhuǎn)

34、矩義改變了電機(jī)的轉(zhuǎn)速。改變off一般不影響電流峰值，但影響電流波形寬度及其與電感波形的相對(duì)位置，電流有效值也隨之變化，因而對(duì)轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速也有影響，但其影響遠(yuǎn)沒有改變on那么大。</p><p>　　圖2-4 角度位置控制方式典型相電流波形</p><p>　　角度控制具有以下特點(diǎn):</p><p>　　(1)轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)范圍大</p><p>

35、　　若定義電流存在區(qū)間t占電流周期T的比例tr為電流占空比，則角度控制下電流占空比的變化范圍幾乎從0～100％。</p><p>　　(2)同時(shí)導(dǎo)通相數(shù)可變</p><p>　　同時(shí)導(dǎo)通相數(shù)多，電動(dòng)機(jī)出力較大，轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)較小。當(dāng)電機(jī)負(fù)載變化時(shí)，自動(dòng)增加或減少同時(shí)導(dǎo)通的相數(shù)是角度控制方式的特點(diǎn)。</p><p><b>　　(3)不適用于低速</b>

36、;</p><p>　　角度控制中，電流峰值主要由旋轉(zhuǎn)電動(dòng)勢(shì)限制。當(dāng)轉(zhuǎn)速降低時(shí)，旋轉(zhuǎn)電動(dòng)勢(shì)減小，可使電流峰值超過允許值，因此角度控制一般適用于較高的轉(zhuǎn)速。</p><p>　　(4)電動(dòng)機(jī)效率高通過角度優(yōu)化，能使電動(dòng)機(jī)在不同負(fù)載下保持較高的效率。</p><p>　　2.42 電流斬波控制（CCC）</p><p>　　在一般情況下開關(guān)磁阻

37、電機(jī)的機(jī)械特性可以近似地用下面的公式表示：</p><p><b>　　(2-6)</b></p><p>　　其中n為電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，M為電機(jī)轉(zhuǎn)矩，Ko為與電機(jī)結(jié)構(gòu)，開通角和關(guān)斷角相關(guān)的常數(shù)。U為加在電機(jī)上的電壓。由此可見，當(dāng)開通角，關(guān)斷角給定的情況下改變U的大小也可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的控制。在零到基速范圍內(nèi)獲得恒轉(zhuǎn)矩輸出特性，可以通過固定開通角、關(guān)斷角，而斬波控制外加母線電

38、壓的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。具體的方法有兩種：一種是用電流的限制值來(lái)控制母線電壓加在導(dǎo)通相繞組上的有效時(shí)間，對(duì)于導(dǎo)通相，當(dāng)相電流大于電流上限時(shí)關(guān)斷主開關(guān)器件；而當(dāng)相電流小于電流下限時(shí)開通主開關(guān)器件，從而實(shí)現(xiàn)磁鏈和相電流的限定和獲得恒轉(zhuǎn)矩特性。改變電流的限制值，即可控制輸出轉(zhuǎn)矩的變化，此方法是通常意義上的電流斬波控制方法，又叫“電流PWM控制”；第二種是用轉(zhuǎn)速的給定值和實(shí)際轉(zhuǎn)速的反饋值之差進(jìn)行PI調(diào)節(jié)，改變母線電壓加在導(dǎo)通相繞組上的有效時(shí)間寬度來(lái)改變

39、外加在導(dǎo)通相繞組上電壓的有效值，從而改變輸出轉(zhuǎn)矩，這種方法又叫“電壓PWM控制”。電壓PWM控制有如下特點(diǎn)：</p><p>　　電壓斬波控制是通過PWM方式調(diào)節(jié)繞組電壓平均值，間接調(diào)節(jié)和限制過大的繞組電流．既能用于高速運(yùn)行，又適合于低速運(yùn)行。其它特點(diǎn)則與電流斬波控制方式相反．適臺(tái)于轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)系統(tǒng)，抗負(fù)載擾動(dòng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，缺點(diǎn)是低速運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)較大。綜合考慮成本和性能需要，本設(shè)計(jì)中小功率SR電機(jī)選用了電壓PWM控

40、制。</p><p>　　圖 2-5 電壓斬波控制方式電壓電流波形</p><p>　　2.5 開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)</p><p>　　本設(shè)計(jì)中開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)是由開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)、功率變換器、控制器、位置傳感器，顯示電路五部分構(gòu)成，結(jié)構(gòu)方框圖如圖2—4所示。</p><p>　　圖2-6 開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方框

41、圖</p><p>　　功率電路是系統(tǒng)的通道，承擔(dān)著電能功率輸入的任務(wù)?？刂破魇钦麄€(gè)系統(tǒng)的大腦，它依據(jù)各種檢測(cè)信號(hào)，起決策和指揮作用，位置傳感器負(fù)責(zé)位置信號(hào)的檢測(cè)，是開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)自同步運(yùn)行和系統(tǒng)控制的重要基礎(chǔ)。此外顯示電路可以顯示當(dāng)前電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，便于進(jìn)行速度的調(diào)控與工作狀態(tài)的監(jiān)視。以上各部分相輔相成，構(gòu)成一個(gè)有機(jī)的整體。</p><p>　　第三章 位置傳感器及其工作原理</p

42、><p>　　在第二章中已經(jīng)介紹了開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)原理，那么什么時(shí)候該給哪一相通電該如何控制呢？這時(shí)候我們需就要用到位置傳感器。位置傳感器由光電傳感元件和轉(zhuǎn)子模擬盤兩部分組成。</p><p>　　3.1 光電傳感元件</p><p>　　本系統(tǒng)采用的光電傳感器的型號(hào)為H213-A9088，其外形如圖2-5（b）所示。由安裝底座1，紅外發(fā)光二極管2和紅外光電三極管

43、3組成。在發(fā)光二極管和光電三極管之間有一槽，進(jìn)入槽中的物體能擋住發(fā)光二級(jí)管射向光電三極管的光。其電路圖如圖2-5（a）所示，150和1K為外接電阻，當(dāng)槽中無(wú)遮擋物時(shí)，發(fā)光二極管的光照到光電三極管，光電三極管飽和導(dǎo)通，使輸出Uo為高電平。當(dāng)槽中有遮擋物時(shí)，發(fā)光二極管的光無(wú)法照到光電三極管，光電三極管截止，輸出Uo為低電平。</p><p>　?。╝） （b）

44、 </p><p>　　圖3-1 光電傳感器 a-含兩個(gè)光電傳感器的接線電路 b-單個(gè)的外形</p><p>　　其中 1，底座 2，發(fā)光二極管 3，發(fā)光三極管</p><p>　　3.2 轉(zhuǎn)子模擬盤的結(jié)構(gòu)與原理</p><p>　　在SR點(diǎn)擊轉(zhuǎn)軸上安裝有轉(zhuǎn)子模擬盤隨轉(zhuǎn)子一起旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子模擬盤有鋁片制成，其形狀，

45、齒數(shù)，位置都與實(shí)際轉(zhuǎn)子相同。本設(shè)計(jì)中點(diǎn)動(dòng)機(jī)采用三相6/4極結(jié)構(gòu)，其模擬盤如圖3-2所示。E、F為位置傳感器，圖中只畫出一對(duì)定子極。</p><p>　　圖3-2 模擬盤與位置傳感器的安裝</p><p>　　圖中每齒的角度為300，每槽的度數(shù)為600，兩個(gè)傳感器分別位于定子某個(gè)凸極中心線的左右兩側(cè)150處。當(dāng)模擬盤遮住發(fā)光二極管的光時(shí)，光電三極管截止，Uo輸出狀態(tài)為0；不遮住時(shí)，Uo輸出

46、狀態(tài)為1，圖3-3是轉(zhuǎn)子逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)兩個(gè)傳感器的輸出狀態(tài)波形，在轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)過900，傳感器1和2產(chǎn)生兩個(gè)相位差為30的矩形波信號(hào)，組合成3中不同的狀態(tài)：0.1、1.1、1.0，三種不同的信號(hào)組合代表轉(zhuǎn)子處于三種不同的位置，即實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子位置的檢測(cè)，將信號(hào)送入邏輯電路就可以控制繞組的通電狀況了。</p><p>　　圖3-3 傳感器輸出電壓波形</p><p>　　第四章 功率電路和驅(qū)動(dòng)電路的選

47、型</p><p>　　4.1 四種不同的功率電路</p><p>　　功率變換器的性能和形式將直接影響著SRD的效率、成本和可靠性，合理設(shè)計(jì)功率變換器是提高整個(gè)SRD性能／價(jià)格比的關(guān)鍵之一。功率變換器主要有三個(gè)作用：開關(guān)作用，使繞組與電源接通或斷開；為SRM提供電能，滿足機(jī)械能的轉(zhuǎn)換；為繞組的儲(chǔ)能提供回饋途徑。由于功率變換器只需要給SRM提供單向電流，故比異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速變換器簡(jiǎn)單、

48、可靠。開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的功率變換器的主電路結(jié)構(gòu)應(yīng)該具有以下的幾個(gè)條件：</p><p>　　(1)最少數(shù)量的主開關(guān)器件；</p><p>　　(2)同時(shí)適用于奇數(shù)相和偶數(shù)相的開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)；</p><p>　　(3)可以將全部電源電壓加在電動(dòng)機(jī)繞組上；</p><p>　　(4)主開關(guān)器件的電壓額定值與電動(dòng)機(jī)接近；</p>

49、<p>　　(5)具備迅速增加相繞組電流的能力；</p><p>　　(6)可以通過主開關(guān)器件調(diào)制，有效的控制相電流：</p><p>　　(7)在繞組磁鏈減少的同時(shí)，能將能量回饋給電源。</p><p>　　開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的功率變換器主電路結(jié)構(gòu)根據(jù)主開關(guān)器件的定額大小、器件個(gè)數(shù)、能量回饋方式以及適用的場(chǎng)合，可以分為不對(duì)稱半橋型、分列式直流電源

50、型、中點(diǎn)懸空型和公共開關(guān)型功率電路。</p><p>　　4.11 不對(duì)稱半橋型</p><p>　　圖4-1為不對(duì)稱半橋型功率電路，A,B,C為SR電動(dòng)機(jī)的三相繞組，每相有兩個(gè)主開關(guān)器件共6個(gè)S1-S6，VD1-VD6為6只續(xù)流二極管，同一組的兩只開關(guān)用同一控制信號(hào)，若S1，S2同時(shí)導(dǎo)通，則A相繞組將通過二極管VD4，VD1續(xù)流，續(xù)流電路給電容充電，如圖中虛線所示。若為蓄電池供電，則給

51、蓄電池充電。續(xù)流的過程是將磁場(chǎng)能量裝換位電能回饋給電源。由于電源電壓反向加于續(xù)流的相繞組，使續(xù)流過程非常短，續(xù)流電流迅速降為零，緊接著S3,S4導(dǎo)通，實(shí)現(xiàn)可靠換相。</p><p>　　圖4-1 不對(duì)稱板橋型功率電路</p><p>　　4.12 分裂式直流電源型</p><p>　　圖4-2為采用分裂式直流電源功率電路，A、B、C、D為SR電機(jī)的相繞組，每相繞組

52、配1只相開關(guān)和1只續(xù)流二極管，這種功率變換器的主電路結(jié)構(gòu)的外加直流電源Us被兩個(gè)裂相電容一分為二，兩相繞組的一端共同接至雙極性直流電源的中點(diǎn)，因此，這種功率變換器方案只適用于偶數(shù)相的開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)。該類型功率電路有兩種工作方式：</p><p>　　圖4-2 采用分裂式直流電源的功率變換器</p><p><b>　　單相通電方式</b></p><

53、;p>　　A,B,C,D相繞組分別輪流通電。若S1開通，則A相繞組留過電流ia，電容C2充電，電容C1充電，當(dāng)S1關(guān)斷時(shí)，A相繞組的續(xù)流電流ia流經(jīng)VD1向C2充電，A相繞組磁能轉(zhuǎn)換為電場(chǎng)能量貯于C2，C2兩端電壓Ud反向加于A相繞組上，強(qiáng)迫續(xù)流迅速衰減直至關(guān)斷。因電容量不可能很大，所以這種單向通電方式的中點(diǎn)點(diǎn)位不穩(wěn)定，尤其SR電動(dòng)機(jī)低速運(yùn)行時(shí)，中點(diǎn)點(diǎn)位變動(dòng)顯著。這種運(yùn)行方式適用于SR電動(dòng)機(jī)高速運(yùn)行。</p><

54、;p><b>　　2. 兩相通電方式</b></p><p>　　AB、BC、CD、DA兩相同時(shí)通電，循環(huán)導(dǎo)通工作。若S1、S3開通，則A、B兩相串聯(lián)流過電流，若S1關(guān)斷，S2開通，則A相繞組續(xù)流，流經(jīng)VD1向C2充電；B、C兩相繞組串聯(lián)流過電流，實(shí)現(xiàn)一次換相，接著S1關(guān)斷，S4開通，則B相早在換流，續(xù)流經(jīng)VD2向C1充電，C、D兩相繞組串聯(lián)流過電流，實(shí)現(xiàn)又一次換相。這樣周而復(fù)始，始終

55、有兩相繞組同時(shí)導(dǎo)通，且同時(shí)導(dǎo)通的兩相對(duì)中點(diǎn)來(lái)講左右對(duì)稱，所以這種兩相通電方式，中點(diǎn)點(diǎn)位比較穩(wěn)定。</p><p>　　4.13 中點(diǎn)懸空型功率電路</p><p>　　圖4-3所示為中點(diǎn)懸空型功率電路，該電路每相只有一個(gè)開關(guān)元件，但工作時(shí)同時(shí)給兩相通電，當(dāng)給A、D兩相通電時(shí)，S1、S4開通，其余都為斷開，需要換相時(shí)，S1斷開,S4保持開通、S2開通，S3保持?jǐn)嚅_，這時(shí)為給B,D兩相通電，

56、而A相通過VD1續(xù)流,當(dāng)再次換相時(shí)使D相斷開，C相導(dǎo)通，這時(shí)為給B、C兩相通電，如此下去每次都同時(shí)有兩相通電，換相時(shí)關(guān)斷一相同時(shí)開通另一相，實(shí)現(xiàn)電機(jī)的循環(huán)轉(zhuǎn)動(dòng)。</p><p>　　圖4-3 中點(diǎn)懸空型功率電路</p><p>　　4.14 公共開關(guān)型功率電路</p><p>　　圖4-4為公共開關(guān)型功率電路，比電源裂相式增加了1個(gè)公共開關(guān)S，減少了3個(gè)續(xù)流二極管

57、。</p><p>　　圖4-4 公共開關(guān)型功率電路</p><p>　　公共開關(guān)S為一只工作在開關(guān)狀態(tài)的電力電子元件，不過它的通斷不受位置傳感信號(hào)控制，而是按照1個(gè)固定頻率周期性地通斷。這一點(diǎn)與受位置傳感信號(hào)控制的相開關(guān)S1,S2,S3截然不同。公共開關(guān)的作用一時(shí)輔助續(xù)流，另一重要作用是利用脈寬調(diào)節(jié)作用于公共開關(guān)S，改變S的通態(tài)時(shí)間，即改變占空比，使相繞組平均電壓改變，實(shí)現(xiàn)SR電動(dòng)機(jī)的調(diào)

58、速目的。因此這種具有公共開關(guān)的功率電路控制轉(zhuǎn)速的方法是應(yīng)用脈寬調(diào)制(PWM)技術(shù)實(shí)現(xiàn)調(diào)壓調(diào)速。</p><p>　　共公開關(guān)與相開關(guān)工作情況有4種，現(xiàn)以A相位例予以說明：</p><p>　　S通，S1通，則電源電壓加于A相繞組，流過電流Ia，而VD和VD1截止。</p><p>　　S通，S1斷，則VD截止，VD1導(dǎo)通，相繞組續(xù)流，有VD1和S構(gòu)成續(xù)流通路。<

59、;/p><p>　　S斷，S1通，則VD1截止，VD導(dǎo)通，相繞組經(jīng)VD續(xù)流。</p><p>　　S斷，S1斷，則VD1、VD均導(dǎo)通，相繞組經(jīng)VD1、電容及VD續(xù)流。</p><p>　　公共開關(guān)型功率電路的特點(diǎn)是電路簡(jiǎn)單控制方便，但作為公共開關(guān)的電力電子元件，其功率比相開關(guān)大的多，各相電流均要流經(jīng)它。</p><p>　　4.2 功率電路的選

60、型</p><p>　　在本系統(tǒng)中選用的SR電機(jī)為3相結(jié)構(gòu)，故不能采用中點(diǎn)懸空型和采用裂相式直流電源型功率電路。比較不對(duì)稱半橋型電路和共公開關(guān)型電路，對(duì)于小功率SR電動(dòng)機(jī)而言，后者需要更少的電力電子元件，節(jié)約成本，并且通過公共開關(guān)的開通占空比來(lái)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，使控制方法大為簡(jiǎn)化。所以本設(shè)計(jì)中采用的是公共開關(guān)型功率電路。如圖4-5所示</p><p>　　圖4-5公共開關(guān)型功率電路</p&g

61、t;<p>　　整流電路的進(jìn)線為三相三線電路，采用三相橋式不可控整流電路，由六個(gè)整流二極管組成。電路的交流輸入端為接三相電源，線電壓為380V，50HZ。整流電路的電壓峰值為三相線電壓峰值，為：</p><p>　　線=V （4-1）</p><p><b>　　其平均值為：<

62、;/b></p><p>　　513V （4-2）</p><p>　　需要使用兩電容器C1、C2串聯(lián)對(duì)整流輸出電壓平滑濾波，并作相繞組能量回饋的元件.在兩電容上并聯(lián)R1,R2是為了平衡C1，C2兩端的電壓兼有停機(jī)時(shí)為C1，C2提供放電回路的作用。</p><

63、;p>　　4.3 開關(guān)器件的選則</p><p>　　SR電動(dòng)機(jī)功率變換器的主開關(guān)器件選擇與電動(dòng)機(jī)的功率等級(jí)、供電電壓、峰值電流、成本等有關(guān)；另外還與主開關(guān)器件本身的開關(guān)速度、觸發(fā)難易、開關(guān)損耗、抗沖擊性、耐用性、并聯(lián)運(yùn)行的難易性、峰值電流定額的比值大小及市場(chǎng)普及性有關(guān)。就當(dāng)前電力電子技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀而苦，有普通晶閘管，可關(guān)斷晶閘(G1D)．電力晶體管(GTR)、功率MOS場(chǎng)效應(yīng)管(MOSFET)、絕緣柵雙

64、極晶體管(IGBT)可供選擇。普通晶閘管具有成本低、容量大，電流峰值和平均電流定額比值高，電流、電壓過載能力強(qiáng)，能承受很大的浪涌電流，但其無(wú)自天斷能力，需設(shè)胃專門的換相電路，這就造成整機(jī)線路復(fù)雜、效率低、體積大，這使得其很難在SRD中使用。GTO具有普通品閘管的全部?jī)?yōu)點(diǎn)，如耐壓高、電流大、浪涌能力強(qiáng)和造價(jià)便直等；同州又具有GTR的一些優(yōu)點(diǎn)，如具有自關(guān)斷能力、工作頻率較高(1-2kHz)，尤其在大功率場(chǎng)合具有明顯優(yōu)勢(shì)。但GTO也有許多缺點(diǎn)

65、，如管壓降比普通晶閘管高、工作頻率較GTR低，緩沖電路的損耗較大、門極控制較復(fù)雜等，因此在小功率高性能的SRD中，其與GTR、MOSFET、IGBT相比并不占優(yōu)勢(shì)。GTR的丌火頻率(2-5kHz)較高，正向</p><p>　　本設(shè)計(jì)中，SR電機(jī)功率為200W，我們?cè)诘诙乱呀?jīng)做過計(jì)算，1500r/min時(shí)開關(guān)頻率最高的主開頻率為300HZ，采用MOSFET管完全能符合要求。而且MOSFET比IGBT成本低，故本

66、設(shè)計(jì)中采用MOSFET管作為開關(guān)器件。</p><p>　　4.4 驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　跟雙極性晶體管相比，一般認(rèn)為使MOS管導(dǎo)通不需要電流，只要GS電壓高于一定的值，就可以了。就NMOS而言，Vgs大于一定的值就會(huì)導(dǎo)通，適合用于源極接地時(shí)的情況（低端驅(qū)動(dòng)），只要柵極電壓達(dá)到4V或10V就可以了。這個(gè)很容易做到，但是，我們還需要速度。</p><p&g

67、t;　　在MOS管的結(jié)構(gòu)中可以看到，在GS，GD之間存在寄生電容，而MOS管的驅(qū)動(dòng)，實(shí)際上就是對(duì)電容的充放電。對(duì)電容的充電需要一個(gè)電流，因?yàn)閷?duì)電容充電瞬間可以把電容看成短路，所以瞬間電流會(huì)比較大。選擇/設(shè)計(jì)MOS管驅(qū)動(dòng)時(shí)第一要注意的是可提供瞬間短路電流的大小。</p><p>　　第二注意的是，普遍用于高端驅(qū)動(dòng)的NMOS，導(dǎo)通時(shí)需要是柵極電壓大于源極電壓。而高端驅(qū)動(dòng)的MOS管導(dǎo)通時(shí)源極電壓與漏極電壓（VCC）相同

68、，所以這時(shí)柵極電壓要比VCC大4V或10V。如果在同一個(gè)系統(tǒng)里，要得到比VCC大的電壓，就要專門的升壓電路了。很多電機(jī)驅(qū)動(dòng)器都集成了電荷泵，要注意的是應(yīng)該選擇合適的外接電容，以得到足夠的短路電流去驅(qū)動(dòng)MOS管。</p><p>　　上邊說的4V或10V是常用的MOS管的導(dǎo)通電壓，設(shè)計(jì)時(shí)當(dāng)然需要有一定的余量。而且電壓越高，導(dǎo)通速度越快，導(dǎo)通電阻也越小。現(xiàn)在也有導(dǎo)通電壓更小的MOS管用在不同的領(lǐng)域里，但在12V電子系

69、統(tǒng)里，一般4V導(dǎo)通就夠用了。</p><p>　　現(xiàn)在的MOS驅(qū)動(dòng)，有幾個(gè)特別的需求，</p><p><b>　　1，低壓應(yīng)用</b></p><p>　　當(dāng)使用5V電源，這時(shí)候如果使用傳統(tǒng)的圖騰柱結(jié)構(gòu)，由于三極管的be有0.7V左右的壓降，導(dǎo)致實(shí)際最終加在gate上的電壓只有4.3V。這時(shí)候，我們選用標(biāo)稱gate電壓4.5V的MOS管就存在

70、一定的風(fēng)險(xiǎn)。同樣的問題也發(fā)生在使用3V或者其他低壓電源的場(chǎng)合。</p><p><b>　　2，寬電壓應(yīng)用</b></p><p>　　輸入電壓并不是一個(gè)固定值，它會(huì)隨著時(shí)間或者其他因素而變動(dòng)。這個(gè)變動(dòng)導(dǎo)致PWM電路提供給MOS管的驅(qū)動(dòng)電壓是不穩(wěn)定的。為了讓MOS管在高gate電壓下安全，很多MOS管內(nèi)置了穩(wěn)壓管強(qiáng)行限制gate電壓的幅值。在這種情況下，當(dāng)提供的驅(qū)動(dòng)電

71、壓超過穩(wěn)壓管的電壓，就會(huì)引起較大的靜態(tài)功耗。同時(shí)，如果簡(jiǎn)單的用電阻分壓的原理降低gate電壓，就會(huì)出現(xiàn)輸入電壓比較高的時(shí)候，MOS管工作良好，而輸入電壓降低的時(shí)候gate電壓不足，引起導(dǎo)通不夠徹底，從而增加功耗。</p><p><b>　　3，雙電壓應(yīng)用</b></p><p>　　在一些控制電路中，邏輯部分使用典型的5V或者3.3V數(shù)字電壓，而功率部分使用12V甚

72、至更高的電壓。兩個(gè)電壓采用共地方式連接。這就提出一個(gè)要求，需要使用一個(gè)電路，讓低壓側(cè)能夠有效的控制高壓側(cè)的MOS管，同時(shí)高壓側(cè)的MOS管也同樣會(huì)面對(duì)1,2中的問題。在這種情況下，圖騰柱結(jié)構(gòu)無(wú)法滿足輸出要求，而很多現(xiàn)成的MOS驅(qū)動(dòng)IC，似乎也沒有包含gate電壓限制的結(jié)構(gòu)。于是我設(shè)計(jì)了一個(gè)相對(duì)通用的電路來(lái)滿足這三種需求。電路圖如圖4-6所示</p><p>　　圖4-6 MOS管驅(qū)動(dòng)電路</p>&

73、lt;p>　　Vl和Vh分別是低端和高端的電源，兩個(gè)電壓可以是相同的，但是Vl不應(yīng)該超過Vh。Q1和Q2組成了一個(gè)反置的圖騰柱，用來(lái)實(shí)現(xiàn)隔離，同時(shí)確保兩只驅(qū)動(dòng)管Q3和Q4不會(huì)同時(shí)導(dǎo)通。R2和R3提供了PWM電壓基準(zhǔn)，通過改變這個(gè)基準(zhǔn)，可以讓電路工作在PWM信號(hào)波形比較陡直的位置。Q3和Q4用來(lái)提供驅(qū)動(dòng)電流，由于導(dǎo)通的時(shí)候，Q3和Q4相對(duì)Vh和GND最低都只有一個(gè)Vce的壓降，這個(gè)壓降通常只有0.3V左右，大大低于0.7V的Vce。

74、R5和R6是反饋電阻，用于對(duì)gate電壓進(jìn)行采樣，采樣后的電壓通過Q5對(duì)Q1和Q2的基極產(chǎn)生一個(gè)強(qiáng)烈的負(fù)反饋，從而把gate電壓限制在一個(gè)有限的數(shù)值。這個(gè)數(shù)值可以通過R5和R6來(lái)調(diào)節(jié)。最后，R1提供了對(duì)Q3和Q4的基極電流限制，R4提供了對(duì)MOS管的gate電流限制，也就是Q3和Q4的Ice的限制。必要的時(shí)候可以在R4上面并聯(lián)加速電容。這個(gè)電路提供了如下的特性：</p><p>　　1，用低端電壓和PWM驅(qū)動(dòng)高端

75、MOS管。</p><p>　　2，用小幅度的PWM信號(hào)驅(qū)動(dòng)高gate電壓需求的MOS管。</p><p>　　3，gate電壓的峰值限制</p><p>　　4，輸入和輸出的電流限制</p><p>　　5，通過使用合適的電阻，可以達(dá)到很低的功耗。</p><p>　　6，PWM信號(hào)反相。NMOS并不需要這個(gè)特性，可

76、以通過前置一個(gè)反相器來(lái)解決。</p><p>　　第五章 控制電路及顯示電路</p><p><b>　　5.1 控制電路</b></p><p>　　控制電路分為TL494芯片和邏輯電路兩個(gè)部分，位置傳感器輸出信號(hào)一方面直接送往邏輯電路，用來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)功率電路三相開關(guān)的控制；另一方面經(jīng)過頻率電壓轉(zhuǎn)換器將頻率信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，而這里的電壓信號(hào)

77、有兩個(gè)用途：</p><p>　　被作為反饋信號(hào)送入TL494芯片，與給定值對(duì)比來(lái)控制輸出PWM波的占空比，繼而控制功率電路主開關(guān)的工作。</p><p>　　作為顯示電路的輸入信號(hào)，經(jīng)過AD轉(zhuǎn)換器和譯碼器后送入LED顯示器，能即時(shí)顯示電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。</p><p>　　具體的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖5-1所示</p><p>　　圖5-1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖&

78、lt;/p><p>　　5.11 TL494芯片</p><p>　　TL494 是美國(guó)德州儀器公司的產(chǎn)品，原是為開關(guān)電源設(shè)計(jì)的一種性能優(yōu)良的脈寬調(diào)制控制電路。該芯片具有能夠任意調(diào)節(jié)死區(qū)時(shí)間、驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)、性能穩(wěn)定等特點(diǎn)。TL494的結(jié)構(gòu)框圖如圖5-2（a） 所示，包括兩個(gè)誤差放大器、片內(nèi)可調(diào)鋸齒波振蕩器、死區(qū)時(shí)間控制比較器、PWM比較器、觸發(fā)器、5V基準(zhǔn)電壓及輸出控制電路（兩個(gè)晶體管）<

79、;/p><p><b>　　（a）</b></p><p><b>　?。╞）</b></p><p>　　圖5-2 TL494結(jié)構(gòu)框圖（a）和管腳圖（b）</p><p>　　圖5-2（b）是它的管腳圖，其中1、2腳是誤差放大器1的同相和反相輸入端；3腳是相位校正和增益控制；4腳為間歇期調(diào)整，其上加

80、0-3.3V電壓時(shí)可使截止時(shí)間從2%線性地變化到100%；5.、6 腳分別用于外接振蕩電阻Rt和振蕩電容Ct,決定振蕩器產(chǎn)生鋸齒波的頻率：</p><p>　　osc = (5-1)</p><p>　　振蕩器的輸出被分別送到死區(qū)時(shí)間控制比較器和PWM比較器的反相輸入端，脈沖調(diào)寬電壓送到PWM比較器的同相輸入端

81、，通過PWM比較器進(jìn)行比較，在PWM比較器的輸出端得到一串具有一定寬度的矩形脈沖，當(dāng)脈沖調(diào)寬電壓變化時(shí)，TL494輸出的脈沖寬度也隨之改變，從而改變開關(guān)管的導(dǎo)通時(shí)間Ton，達(dá)到調(diào)節(jié)、穩(wěn)定輸出電壓的目的。脈沖寬度電壓可由3腳直接送入的電壓來(lái)控制，也可分別從兩個(gè)誤差放大器的輸入端送入，通過比較放大，經(jīng)隔離二極管輸入到PWM比較器的正相輸入端。PWM比較器的輸出電壓與死區(qū)時(shí)間控制比較器的輸出電壓同時(shí)被送到與門的輸入端，與門的輸出脈沖經(jīng)D觸發(fā)器

82、分頻后被分別送到兩個(gè)與非門區(qū)控制功率放大晶體管的開關(guān)工作狀態(tài)（參見圖5-3）；7腳為接地端；8、9腳和10、11腳分別為TL494內(nèi)部?jī)蓚€(gè)末級(jí)輸出三極管的集電極和發(fā)射極；12腳為電源供電端；13腳為輸出控制端，該腳接地時(shí)為并聯(lián)單端輸出方式， 接14腳時(shí)為推挽輸出方式；14腳為5V 基準(zhǔn)電壓輸出端， 最大輸出電流10mA；15、16腳是誤差放大器2的反相和同相輸入端。</p><p>　　圖5-3 TL494脈沖

83、控制波形圖</p><p>　　用TL494實(shí)現(xiàn)的單回路控制的電路原理圖如圖5-4所示</p><p>　　圖5-4 TL494接線圖</p><p>　　兩個(gè)運(yùn)算放大器IC1A、IC1B都接成有源簡(jiǎn)單二階低通濾波電路，分別作為反饋信號(hào)輸入和設(shè)定信號(hào)輸入的處理電路。在電路設(shè)計(jì)上，兩個(gè)輸入電路采取完全對(duì)稱的形式，可以濾除高頻雜波干擾和平滑傳感器信號(hào)本身的波動(dòng)，使加入

84、到TL494的管腳1即誤差放大器1同相輸入端IN+的信號(hào)盡可能地平滑和相對(duì)穩(wěn)定。在有源簡(jiǎn)單二階低通濾波電路與誤差放大器1同相輸入端IN+之間接有10K歐的限流隔離電阻。把TL494的14腳輸出的5V基準(zhǔn)電壓源， 用一3.3千歐精密多圈電位器W1分壓作為設(shè)定輸入信號(hào)，通過與處理傳感器反饋信號(hào)相同的電路，送入TL494的管腳2，即誤差放大器1的反相輸入端IN-端。R19、R20這兩個(gè)限流隔離電阻必不可少。否則,TL494誤差放大器1的兩個(gè)輸

85、入端的電位將相互影響。</p><p>　　在本控制器中只用到了TL494的誤差放大器1，故將誤差放大器2的16腳接地、15腳接高電平。為保護(hù)TL494的輸出三極管，經(jīng)R13和R10分壓，在4腳加接近0.3V的間歇期調(diào)整電壓。R9、R12和C5組成了相位校正和增益控制網(wǎng)絡(luò)。輸出端采用并聯(lián)輸出，這樣可以增大驅(qū)動(dòng)電流能力。</p><p>　　具體工作過程為：當(dāng)反饋轉(zhuǎn)速信號(hào)大于給定值時(shí)，通過T

86、L494的脈寬調(diào)制作用，其9腳與10腳并聯(lián)輸出信號(hào)的脈寬減小，這個(gè)輸出信號(hào)再經(jīng)整流濾波電路及隔離與放大輸出電路，使最后輸出的直流控制信號(hào)的電壓相應(yīng)下降。直流控制信號(hào)通過控制電路經(jīng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)使電機(jī)轉(zhuǎn)速下降，再進(jìn)而通過傳感器使反饋轉(zhuǎn)速信號(hào)降低，形成單回路閉環(huán)控制。當(dāng)反饋信號(hào)小于設(shè)定值時(shí)，上述控制過程相反。另外，還可以根據(jù)被控制系統(tǒng)的具體情況，來(lái)調(diào)整輸入二階低通濾波器的電容大小，使控制過程及時(shí)、準(zhǔn)確、穩(wěn)定。</p><p&g

87、t;　　5.12 邏輯電路</p><p>　　功率電路的主開關(guān)由TL494芯片控制，而三相上的三個(gè)開關(guān)則由邏輯電路控制，能否正確地給各相繞組通電、斷電，是開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)運(yùn)行控制的關(guān)鍵。</p><p>　　圖5-5 定轉(zhuǎn)子模擬圖</p><p>　　圖5-5定子上三相繞組標(biāo)記為A、B、C。規(guī)定逆時(shí)針方向?yàn)檎D(zhuǎn)。位置傳感器為E、F如圖所示。且此時(shí)定轉(zhuǎn)子位置為圖5-

88、6的零時(shí)刻定轉(zhuǎn)子位置。圖5-6表示了開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)繞組通電區(qū)間、電感曲線和轉(zhuǎn)子位置之間的關(guān)系。圖中E和F是開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子位置信號(hào)。LA、LB和LC是定子繞組的電感。轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)兩個(gè)光電傳感元件輸出的高低電平可視為二進(jìn)制邏輯信號(hào)，二路信號(hào)組合為而為二進(jìn)制信號(hào)，該信號(hào)有三種邏輯狀態(tài)，為01、11、10。通過這三種狀態(tài)可以辨明轉(zhuǎn)子處于三種不同的角位移區(qū)域。該狀態(tài)數(shù)與電動(dòng)機(jī)繞組的相數(shù)相同，每種狀態(tài)對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)子角位移為30º，與電動(dòng)機(jī)每

89、次改變一次通電狀態(tài)的角度相同。當(dāng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)向不同時(shí)，兩個(gè)光電傳感元件輸出波形的相互關(guān)系是不同的，當(dāng)轉(zhuǎn)換順序?yàn)?1-11-10時(shí)為正轉(zhuǎn)，當(dāng)轉(zhuǎn)換順序?yàn)?0-11-01時(shí)為反轉(zhuǎn)。</p><p><b>　?。╞）</b></p><p>　　圖5-6 繞組電感曲線、通電區(qū)間和傳感器波形之間的關(guān)系</p><p>　?。╝）電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)（b）電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)

90、</p><p>　　從圖中可以得出繞組通電相和傳感器電平的關(guān)系，見表5-1</p><p>　　表 5-1 繞組觸發(fā)邏輯和傳感器電平的關(guān)系</p><p>　　上表中正轉(zhuǎn)為Q，反轉(zhuǎn)為S。可依上表寫出A,B,C相通電與E,F,Q,S的邏輯關(guān)系式，如下： </p><p><b>　　（5-2） </b></p&g

91、t;<p>　　邏輯電路可用圖5-7門電路實(shí)現(xiàn)：</p><p>　　圖5-7 邏輯電路</p><p>　　Q,S兩信號(hào)起控制電機(jī)正反轉(zhuǎn)的作用，要求正轉(zhuǎn)時(shí)Q輸入高電平，S輸入低電平；反轉(zhuǎn)時(shí)相反。本設(shè)計(jì)采用圖5-8所示的電路實(shí)現(xiàn)，SB1為停機(jī)按鈕，SB2為正轉(zhuǎn)按鈕，SB3為反轉(zhuǎn)按鈕。圖5-8中（a）采用復(fù)合按鈕實(shí)現(xiàn)了正反轉(zhuǎn)控制，構(gòu)成了既有繼電器互鎖又有復(fù)合按鈕互鎖的雙重互鎖

92、可控制線路?？刂凭€路的工作過程利用了復(fù)合按鈕先斷后通的特點(diǎn)，如要求電動(dòng)機(jī)由正轉(zhuǎn)變?yōu)榉崔D(zhuǎn)時(shí)，直接按反轉(zhuǎn)啟動(dòng)按鈕SB3，這時(shí)SB3的常閉觸點(diǎn)先斷開，繼電器KA1線圈斷電，然后其常開觸點(diǎn)閉合，繼電器KA2線圈通電，其常開主觸點(diǎn)閉合，（b）中KA2閉合使發(fā)光二極管發(fā)光，光電三極管導(dǎo)通，從而使S端輸出高電平，用來(lái)控制電動(dòng)機(jī)開始反轉(zhuǎn)。</p><p><b>　　(a)</b></p>&

93、lt;p><b>　　（b）</b></p><p>　　圖5-8 正反轉(zhuǎn)控制電路</p><p>　　這樣的控制線路比較完善，既能實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)控制，又能保證安全可靠的工作，應(yīng)用非常廣泛。</p><p>　　5.2 頻率電壓轉(zhuǎn)換器</p><p>　　LM2917為單片集成頻率-電壓轉(zhuǎn)換器，芯片中包含了一個(gè)高增

94、益的運(yùn)算放大器/比較器，當(dāng)輸入頻率達(dá)到或超過某一給定值時(shí)，輸出可用于驅(qū)動(dòng)開關(guān)、指示燈或其它負(fù)載。內(nèi)含的轉(zhuǎn)速計(jì)使用充電泵技術(shù)，對(duì)低紋波具有頻率倍增功能。另外LM2917還帶有完全的輸入保護(hù)電路。在零頻率輸入時(shí)，LM2917的輸出邏輯擺幅為零。</p><p>　　5.21 LM2917的特點(diǎn)，應(yīng)用領(lǐng)域及參數(shù)</p><p>　　1、LM2947的特點(diǎn):</p><p&g

95、t;　　(1)進(jìn)行頻率倍增時(shí)只需使用一個(gè)RC網(wǎng)絡(luò)； (2)芯片上具有齊納二極管調(diào)整電路，能夠進(jìn)行準(zhǔn)確的頻率－電壓(電流)轉(zhuǎn)換； (3)以地為參考的轉(zhuǎn)速計(jì)輸入可直接與可變磁阻拾音器接口； (4)運(yùn)算放大器/比較器采用浮動(dòng)晶體管輸出； (5)50mA輸出陷流或驅(qū)動(dòng)能力，可驅(qū)動(dòng)開關(guān)、螺線管、測(cè)量計(jì)、發(fā)光二極管等； (6)對(duì)低紋波有頻率倍增功能； (7)轉(zhuǎn)速計(jì)具有滯后、差分輸入或以地為參考的單端輸入； (8)線性度典型值為

96、7;0.3％； (9)以地為參考的轉(zhuǎn)速計(jì)具有完全的保護(hù)電路，不會(huì)受高于VCC值或低于地參考 </p><p><b>　　輸入的損傷。</b></p><p>　　2、LM2917可應(yīng)用于以下領(lǐng)域：</p><p>　　(1)超速/低速檢測(cè)； (2)頻率電壓轉(zhuǎn)換(轉(zhuǎn)速計(jì))； (3)測(cè)速表； (4)手持式轉(zhuǎn)速計(jì)；

97、(5)速度監(jiān)測(cè)器； (6)巡回控制； (7)車門鎖定控制； (8)離合控制； (9)喇叭控制； (10)觸摸或聲音開關(guān)。</p><p>　　3、LM2917的主要電性能參數(shù)如表1所列</p><p>　　表5-2 LM2917的相關(guān)參數(shù)</p><p>　　5.22 LM2917的工作原理</p><p>　　圖5-9 L

98、M2917的原理框圖</p><p>　　圖5-9所示為L(zhǎng)M2917的原理框圖，各引腳功能如下：</p><p>　　1腳和11腳為運(yùn)算放大器/比較器的輸入端； 2腳接充電泵的定時(shí)電容； 3腳連接充電泵的輸出電阻和積分電容； 4腳和10腳為運(yùn)算放大器的輸入端； 5腳為輸出，取自輸出晶體管的發(fā)射極； 6，7，13，14腳未用； 8腳為輸出晶體管的集電極，一般接電源； 9腳為正電源

99、端； 12腳為負(fù)電源端，一般接地。</p><p>　　運(yùn)算放大器/比較器完全與轉(zhuǎn)速計(jì)兼容，以一個(gè)浮動(dòng)的晶體管作為輸出端，具有強(qiáng)的輸出驅(qū)動(dòng)能力，能夠以50mA電流驅(qū)動(dòng)以地為參考或以電源為參考的負(fù)載。輸出晶體管的集電極電位可高于VCC，允許的最大電壓VCE為28V。</p><p>　　電路中使用差分輸入端，用戶自己能夠設(shè)定輸入轉(zhuǎn)換電平，而且滯后也在設(shè)定的電平左右，因而能夠獲得良好的噪聲抑

100、制。當(dāng)然為了使輸入在高于地電壓時(shí)具有共模電壓，沒有使用輸入保護(hù)電路，但輸入端電壓電平不能超出電源電壓范圍。特別值得注意的是，在輸入端未接串聯(lián)保護(hù)電阻的情況下，輸入端的電平不能低于地電平。</p><p>　　在充電泵把從輸入級(jí)來(lái)的頻率轉(zhuǎn)換為直流電壓時(shí)，此變換需外接定時(shí)電容C1和輸出電阻R1以及積分電容或?yàn)V波電容C2，當(dāng)輸入級(jí)的輸出改變狀態(tài)時(shí)(這種情況可能發(fā)生在由于輸入端上有合適的過零電壓或差分輸入電壓時(shí))，定時(shí)電

101、容在電壓差為Vcc/2的兩電壓值之間被線性地充電或放電，在輸入頻率信號(hào)的半周期中，定時(shí)電容上的電荷變化量為C1·Vcc/2，泵入電容中的平均電流或流出電容中的平均電流為：</p><p>　　△Q/T=iC(AVG)=fin·C1·Vcc (5-3)</p><p>　　

102、輸出電路把這一電流準(zhǔn)確地送到負(fù)載電阻(輸出電阻)R1中，R1電阻的另一端接地，這樣脈沖式的電流被濾波電容積分，得到輸出電壓：</p><p>　　VO = Vcc· fin·C1·R1·K (5-4)</p><p>　　其中K為增益常數(shù)。而電容C2的值取

103、決于紋波電壓的大小和實(shí)際應(yīng)用中需要的響應(yīng)時(shí)間。</p><p>　　5.23 LM2917在本設(shè)計(jì)中的應(yīng)用</p><p>　　由LM2917構(gòu)成的頻率／電壓轉(zhuǎn)換電路如圖所示。被測(cè)頻率信號(hào)，經(jīng)過電位器RP接</p><p>　　圖5-10 頻壓轉(zhuǎn)換器接線圖</p><p>　　LM2917的第1腳。由RP構(gòu)成輸入分壓器，調(diào)節(jié)RP滑動(dòng)觸頭的

104、位置可改變輸入頻率信號(hào)的幅度。+12V電源經(jīng)過R3、二極管VD分壓后，向比較器A1的反相輸入端提供+0．6V的參考電壓。R2是輸出電壓的負(fù)載電阻，R2的取值范圍是4．3kΩ～10kΩ。0～10V直流電壓表并聯(lián)在R2兩端，用來(lái)指示被測(cè)頻率值。R4是內(nèi)部穩(wěn)壓管的限流電阻，取R4=470Ω時(shí)，穩(wěn)定電流</p><p><b>　?。?-5）</b></p><p>　　該轉(zhuǎn)

105、換器輸出電壓的計(jì)算公式為</p><p><b>　?。?-6） </b></p><p>　　式中，τ表示充電泵的時(shí)間常數(shù)：τ=R1C1。由上式可見，U0除與f有關(guān)之外，還與電源電壓UCC、充電泵時(shí)間常數(shù)τ關(guān)。一旦UCC、τ確定后，Uo只取決于f，這就是利用LM2917將頻率信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)的原理。</p><p><b>　　

106、5.3 顯示電路</b></p><p>　　5.31 反饋比較型A/D轉(zhuǎn)換器</p><p>　　反饋比較型A/D轉(zhuǎn)換器是一種直接A/D轉(zhuǎn)換器。它的構(gòu)思是這樣的：取一個(gè)數(shù)字量加到D/A轉(zhuǎn)換器上，于是得到一個(gè)對(duì)應(yīng)的輸出模擬電壓。將這個(gè)模擬電壓和輸入的模擬電壓信號(hào)相比較。如果兩者不相等，則調(diào)整所取的數(shù)字量，知道兩個(gè)模擬電壓相等為止，最后所取的這個(gè)數(shù)字量就是所求的轉(zhuǎn)換結(jié)果。我們

107、這里采用反饋比較型A/D轉(zhuǎn)換器中常用的計(jì)數(shù)型方案。圖5-11是計(jì)數(shù)型A/D轉(zhuǎn)換器的原理性框圖。轉(zhuǎn)換電路由比較器C、D/A轉(zhuǎn)換器、計(jì)數(shù)器、脈沖源、控制門G以及輸出寄存器等幾部分組成。</p><p>　　圖5-11 計(jì)數(shù)型A/D轉(zhuǎn)換器原理框圖</p><p>　　轉(zhuǎn)換開始前先用復(fù)位信號(hào)將計(jì)數(shù)器置零，而且轉(zhuǎn)換控制信號(hào)應(yīng)停留在Vl=0的狀態(tài)。這時(shí)門G被封鎖，計(jì)數(shù)器不工作。計(jì)數(shù)器加給D/A轉(zhuǎn)換器

108、的是全0數(shù)字信號(hào)，所以D/A轉(zhuǎn)換器輸出的模擬電壓Vo=0，如果Vi為正電壓信號(hào)，則Vi>Vo，比較器的輸出電壓VB=1。當(dāng)Vl變成高電平時(shí)開始轉(zhuǎn)換，脈沖源發(fā)出的脈沖經(jīng)過G加到計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘信號(hào)輸入端CLK，計(jì)數(shù)器開始做加法計(jì)數(shù)。隨后計(jì)數(shù)的進(jìn)行，D/A轉(zhuǎn)換器輸出的模擬電壓Vo也不斷增加。當(dāng)Vo增至Vo=Vi時(shí)，比較器的輸出電壓變成VB=0，將門G封鎖，計(jì)數(shù)器停止計(jì)數(shù)。這時(shí)計(jì)數(shù)器中所存的數(shù)字就是所求的輸出數(shù)字信號(hào)。</p>