1、第三讲,智能车电机驱动控制设 计,一 智能车驱动要求：,直流电动机是智能车前进的动力 直流电机由7.2V蓄电池供电 3. 前进速度要求可以控制，加速，减速 弯道时减速 直道时加速通过因此电机需要调压控制 4. 到达终点线时，在3米内停止控制方案：a 终点线时切断电源，自由停车b 能耗制动c 反接制动,二 直流电机调速,直流电机原理,直流电压平衡方程 Ud = RaId E 反电动势 E= Ke n,直流电动机调速方程,三 直流电机调速电路,小功率直流调速采用直流PWM斩波控制 半桥式斩波电路电动机只能单方向电动运行，能耗制动 全桥式斩波电路电机能正反运行（智能车只要单向）反接制动制动速度快，电
2、流大，制动时间长，电机会反转。,1. 半桥式斩波电路,T1,T2 功率场效应管 T1（n型） ,T2 （p型） D1,D2 二极管 M 电动机,经过T1的通断（PWM控制），调节电压Ud 改变电压Ud,电机转速改变调压调速,半桥式调压电路,工况a：T1导通 电源E经T1给电机供电,工况b：T1关断 电感L经D2续流,调节脉冲宽可调Ud,半桥式电路制动过程,工况c：T2导通 T1关断 电机反电势Em经T2，产生电流，转速n下降能耗制动。工况d： T2关断 T1关断 电感L反电势EL使D1导通，电感储能向电源E充电,半桥式电路特点 1. 电路简单，用元件少 2. 能耗制动，不会产生反转，停车准确
3、3. T1在PWM驱动时，T2不给脉冲， T2在PWM驱动时，T1不给脉冲。 防止了T1,T2同时导通,2. 全桥式（H型）斩波电路,双极式斩波控制 单极式斩波控制 受限单极式斩波控制,占空比,（1）双极式斩波控制,T1、T3和T2、T4成对作PWM控制,模式1：T1、T3同时驱动导通（T2和T4关断），电流id1自E+T1RLEMT3E-,L电流上升。,模式2：T1、T3关断，T2、T4驱动，因为电感电流不能立即为0，电流id2的通路是E D4RLEMD2E+, L电流下降。因为电感经D2、D4续流，短接T2和T4不能导通。,AB间电压Ud,占空比,在TonT时，1；在Ton0时,1， 占空
4、比的调节范围为11。,在00, 电动机正转,在1 0时，Ud 0, 电动机反转,模式3：10, Ud0,即AB间电压反向,T2、T4被驱动导通电流id3的流向：E+T2EMLRT4E-,L电流反向上升，电动机反转。,模式4：在电动机反转状态， T2、T4关断,L电流经D1和D3续流，id4的流向： ED3EMLRD2E+, L电流反向下降。,正转,从11逐步变化，电动机电流id从正变到负 在变化过程中电流始终连续。 即使在0时，Ud0，电动机不是完全静止不动，是在正反电流作用下微振。,反转,停止,（2）单极式斩波控制,T1、T4工作在互反的PWM状态（调压） 以T2、T3控制电动机的转向,正转
5、时：T3门极给正信号（恒通），T2门极给负信号（恒关断） 反转时：T2恒通，T3恒关断，减小T2、T3开关损耗和直通可能。,正转T1导通时状态与双极式图4.11的模式1相同，反转T4导通时的工作状态和模式3相同。,不同在T1或T4关断时，电感L的续流回路模式2和模式4。,模式 21,正转T1关断时，因为T3恒通，电感L经EMT3D4形成回路，电感能量消耗在电阻R上，ud=uAB =0。,模式 22,在D4续流时，尽管T4被驱动，但是有导通的D4短接，T4不会导通。 但是电感续流结束后（负载较小情况），D4截止，T4导通，电动机反电动势EM将通过T4和D3形成回路（图4.13b），电流反向，电动
6、机处于能耗制动阶段，。,模式 21,模式 22,模式23,T4关断时，电感L将经D1ED3放电（图4.13c），电动机处于回馈制动状态， ud=uAB =E。,电动机反转时的情况与正转相似，模式4有类似的变化。,Ton，在正转时是T1的导通时间， 在反转时是T4的导通时间， Ud：正转时为“”，反转时应为“”。,（3）受限单极式斩波控制,正转: T1受PWM控制,T3恒通；T4、T2恒关断 反转: T4受PWM控制, T2恒通。 T1、T3恒关断 无论正转或反转，都只有一只开关管处于PWM方式（T1或T4），减小了开关损耗和桥臂直通可能。, 电流较小（轻载）时，没有反电动势EM经过T4的通路，
7、因此id将断续，在断续区间ud=EM，平均电压 Ud较电流连续时要抬高，即电动机轻载时转速提高，机械特性变软（图4.3）。,全桥式（H型）斩波电路特点,1. 双极式控制，两两对称导通，有直通现象，开关损耗大 2. 单极式控制，T1,T4互补导通，T3正转时导通,T2反正转时导通，开关损耗减小。 T1,T4可能直通 3. 受限单极式控制，无论正转或反转，都只有一只开关管处于PWM方式（T1或T4），减小了开关损耗和桥臂直通可能全桥式电路是正反转控制电路，对智能车不需要反转，但可以利用它进行反接制动，制动快，但制动时间长可能反转。建议采用受限单极式控制，损耗小，没有直通现象，工作可靠。,四 斩波电
8、路的驱动控制,PWM的驱动信号采用锯齿波或三角波与脉宽控制信号Uct比较产生。单极性调制：载波（锯齿波）没有负值，是单极性的。双极性调制：锯齿波有正负值，控制信号Uct可以是正负直流。集成模块，如SG1524/1527,TL494,MC34060, 可编程UC1840等,五 半桥式电路设计,半桥式PWM主电路,半桥式PWM主电路,半桥式PWM主电路,IRF4905 电力场效应管P- 沟道,2 开关器件,主要参数VDSS -55V 漏源电压IDSS -25A 漏源电流 IGSS 100nA 栅极电流,IRF4905测试电路,IRF3205L 电力场效应管N- 沟道,主要参数VDSS 55V 漏源电压IDSS 25A 漏源电流 IGSS 100nA 栅极电流,IRF3205L测试电路,制作步骤,领取元件 在多孔板上排列元件 焊接 调试 按时上交作品,要求：电路排列整齐，焊接光滑、可靠 电机转动平稳，改变脉冲宽度可以调速。 制动可靠快速。,
