電源設(shè)計(jì)與驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)

1、3.1.1 智能車電源設(shè)計(jì)要點(diǎn)電源是整個(gè)系統(tǒng)穩(wěn)定工作的前提，因此必須有一個(gè)合理的電源設(shè)計(jì)，對(duì)于小車來(lái)說(shuō)電源設(shè)計(jì)應(yīng)注意兩點(diǎn)： 1. 與一般的穩(wěn)壓電源不同，小車的電池電壓一般在6-8V 左右，還要考慮在電池?fù)p耗的情況下電壓的降低，因此常用的78 系列穩(wěn)壓芯片不再能夠滿足要求，因此必須采用低壓差的穩(wěn)壓芯片，在本文中以較為常見(jiàn)的LM2940-5.0 為例。2. 單片機(jī)必須與大電流器件分開(kāi)供電，避免大電流器件對(duì)單片機(jī)造成干擾，影響單片機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行?，F(xiàn)在各種新型的電源芯片層出不窮，各位讀者可以根據(jù)自己的需求自行選擇電源芯片，對(duì)于本設(shè)計(jì)應(yīng)該主要注意穩(wěn)壓壓差和最大輸出電流兩個(gè)指標(biāo)能否滿足設(shè)計(jì)要求。3. 3.1

2、.2 低壓差穩(wěn)壓芯片LM2940 簡(jiǎn)介L(zhǎng)M2940 系列是輸出電壓固定的低壓差三端端穩(wěn)壓器；輸出電壓有5V、8V、10V 多種；最大輸出電流1A；輸出電流1A 時(shí)，最小輸入輸出電壓差小于0.8V；最大輸入電壓26V；工作溫度-40+125；內(nèi)含靜態(tài)電流降低電路、電流限制、過(guò)熱保護(hù)、電池反接和反插入保護(hù)電路。同時(shí)LM2940 價(jià)格適中而且較容易購(gòu)買(mǎi)，非常適合在本設(shè)計(jì)中使用。LM2940-5.0 封裝和實(shí)物圖如圖3.1 所示。圖3.1 LM2940 封裝和實(shí)物圖 從封裝可以看出LM2940-5.0 與78 系列完全相同，實(shí)際應(yīng)用中電路也大同小異。圖3.2 為參考電路圖。圖 3.2 LM2940 參

3、考電路圖如圖3.2 所示，采用兩路供電，這樣可以使用其中一路單獨(dú)為單片機(jī)，指示燈等供電。另外一路提供L298N、光電管、舵機(jī)的工作電壓，L298N 的驅(qū)動(dòng)電壓由電池不經(jīng)任何處理直接給出。舵機(jī)可以用6V 供電，也可以直接用5V 供電。3pi小車電源電路設(shè)計(jì)The power management subsystem built into the 3pi is shown in this block diagram:The voltage of 4 x AAA cells can vary between 3.5 5.5 V (and even to 6 V if alkalines are us

4、ed). This means its not possible simply to regulate the voltage up or down to get 5 V. Instead, in the 3pi, a switching regulator first boosts the battery voltage up to 9.25 V (Vboost), and a linear regulator regulates Vboost back down to 5 V (VCC). Vboost powers the motors and the IR LEDs in the li

5、ne sensors, while VCC is used for the microcontroller and all digital signals.Using Vboost for the motors and sensors gives the 3pi three unique performance advantages over typical robots, which use battery power directly:First, a higher voltage means more power for the motors, without requiring mor

6、e current and a larger motor driver.Second, since the voltage is regulated, the motors will run the same speed as the batteries drop from 5.5 down to 3.5 V. You can take advantage of this when programming your 3pi, for example by calibrating a 90° turn based on the amount of time that it takes.

7、Third, at 9.25 V, all five of the IR LEDs can be powered in series so that they consume the lowest possible mount of power. (Note that you can switch the LEDs on and off to save even more power.)1、 直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)目標(biāo) 在直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)中，主要考慮一下幾點(diǎn)：1 功能：電機(jī)是單向還是雙向轉(zhuǎn)動(dòng)？需不需要調(diào)速？對(duì)于單向的電機(jī)驅(qū)動(dòng)，只要用一個(gè)大功率三極管或場(chǎng)效應(yīng)管或繼電器直接帶動(dòng)電機(jī)即可，當(dāng)電

8、機(jī)需要雙向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，可以使用由4個(gè)功率元件組成的H橋電路或者使用一個(gè)雙刀雙擲的繼電器。如果不需要調(diào)速，只要使用繼電器即可；但如果需要調(diào)速，可以使用三極管，場(chǎng)效應(yīng)管等開(kāi)關(guān)元件實(shí)現(xiàn)PWM（脈沖寬度調(diào)制）調(diào)速。2 性能：對(duì)于PWM調(diào)速的電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路，主要有以下性能指標(biāo)。1）輸出電流和電壓范圍，它決定著電路能驅(qū)動(dòng)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(huì)減少驅(qū)動(dòng)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(kāi)關(guān)工作狀態(tài)和防止共態(tài)導(dǎo)通（H橋或推挽電路可能出現(xiàn)的一個(gè)問(wèn)題，即兩個(gè)功率器件同時(shí)導(dǎo)通使電源短路）入手。3）對(duì)控制輸入端的影響。功率電路對(duì)其輸入端應(yīng)有良好的信號(hào)隔離，防止有高電壓大電

9、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(shí)現(xiàn)隔離。4）對(duì)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；大的電流可能導(dǎo)致地線電位浮動(dòng)。5）可靠性。電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路應(yīng)該盡可能做到，無(wú)論加上何種控制信號(hào)，何種無(wú)源負(fù)載，電路都是安全的。二、 三極管-電阻作柵極驅(qū)動(dòng) 1輸入與電平轉(zhuǎn)換部分： 輸入信號(hào)線由DATA引入，1腳是地線，其余是信號(hào)線。注意1腳對(duì)地連接了一個(gè)2K歐的電阻。當(dāng)驅(qū)動(dòng)板與單片機(jī)分別供電時(shí)，這個(gè)電阻可以提供信號(hào)電流回流的通路。當(dāng)驅(qū)動(dòng)板與單片機(jī)共用一組電源時(shí)，這個(gè)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(shuō)，相當(dāng)于把驅(qū)動(dòng)板的地線與單片機(jī)的地線隔開(kāi)，實(shí)

10、現(xiàn)“一點(diǎn)接地”。 高速運(yùn)放KF347（也可以用TL084）的作用是比較器，把輸入邏輯信號(hào)同來(lái)自指示燈和一個(gè)二極管的2.7V基準(zhǔn)電壓比較，轉(zhuǎn)換成接近功率電源電壓幅度的方波信號(hào)。KF347的輸入電壓范圍不能接近負(fù)電源電壓，否則會(huì)出錯(cuò)。因此在運(yùn)放輸入端增加了防止電壓范圍溢出的二極管。輸入端的兩個(gè)電阻一個(gè)用來(lái)限流，一個(gè)用來(lái)在輸入懸空時(shí)把輸入端拉到低電平。不能用LM339或其他任何開(kāi)路輸出的比較器代替運(yùn)放，因?yàn)殚_(kāi)路輸出的高電平狀態(tài)輸出阻抗在1千歐以上，壓降較大，后面一級(jí)的三極管將無(wú)法截止。2柵極驅(qū)動(dòng)部分： 后面三極管和電阻，穩(wěn)壓管組成的電路進(jìn)一步放大信號(hào)，驅(qū)動(dòng)場(chǎng)效應(yīng)管的柵極并利用場(chǎng)效應(yīng)管本身的柵極電容（

11、大約1000pF）進(jìn)行延時(shí)，防止H橋上下兩臂的場(chǎng)效應(yīng)管同時(shí)導(dǎo)通（“共態(tài)導(dǎo)通”）造成電源短路。 當(dāng)運(yùn)放輸出端為低電平（約為1V至2V,不能完全達(dá)到零）時(shí)，下面的三極管截止，場(chǎng)效應(yīng)管導(dǎo)通。上面的三極管導(dǎo)通，場(chǎng)效應(yīng)管截止,輸出為高電平。當(dāng)運(yùn)放輸出端為高電平（約為VCC-(1V至2V),不能完全達(dá)到VCC）時(shí)，下面的三極管導(dǎo)通，場(chǎng)效應(yīng)管截止。上面的三極管截止，場(chǎng)效應(yīng)管導(dǎo)通,輸出為低電平。 上面的分析是靜態(tài)的，下面討論開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換的動(dòng)態(tài)過(guò)程：三極管導(dǎo)通電阻遠(yuǎn)小于2千歐，因此三極管由截止轉(zhuǎn)換到導(dǎo)通時(shí)場(chǎng)效應(yīng)管柵極電容上的電荷可以迅速釋放，場(chǎng)效應(yīng)管迅速截止。但是三極管由導(dǎo)通轉(zhuǎn)換到截止時(shí)場(chǎng)效應(yīng)管柵極通過(guò)2千歐電阻充

12、電卻需要一定的時(shí)間。相應(yīng)的，場(chǎng)效應(yīng)管由導(dǎo)通轉(zhuǎn)換到截止的速度要比由截止轉(zhuǎn)換到導(dǎo)通的速度快。假如兩個(gè)三極管的開(kāi)關(guān)動(dòng)作是同時(shí)發(fā)生的，這個(gè)電路可以讓上下兩臂的場(chǎng)效應(yīng)管先斷后通，消除共態(tài)導(dǎo)通現(xiàn)象。 實(shí)際上，運(yùn)放輸出電壓變化需要一定的時(shí)間，這段時(shí)間內(nèi)運(yùn)放輸出電壓處于正負(fù)電源電壓之間的中間值。這時(shí)兩個(gè)三極管同時(shí)導(dǎo)通，場(chǎng)效應(yīng)管就同時(shí)截止了。所以實(shí)際的電路比這種理想情況還要安全一些。 場(chǎng)效應(yīng)管柵極的12V穩(wěn)壓二極管用于防止場(chǎng)效應(yīng)管柵極過(guò)壓擊穿。一般的場(chǎng)效應(yīng)管柵極的耐壓是18V或20V，直接加上24V電壓將會(huì)擊穿，因此這個(gè)穩(wěn)壓二極管不能用普通的二極管代替，但是可以用2千歐的電阻代替，同樣能得到12V的分壓。3場(chǎng)效

13、應(yīng)管輸出部分： 大功率場(chǎng)效應(yīng)管內(nèi)部在源極和漏極之間反向并聯(lián)有二極管，接成H橋使用時(shí)，相當(dāng)于輸出端已經(jīng)并聯(lián)了消除電壓尖峰用的四個(gè)二極管，因此這里就沒(méi)有外接二極管。輸出端并聯(lián)一個(gè)小電容(out1和out2之間)對(duì)降低電機(jī)產(chǎn)生的尖峰電壓有一定的好處，但是在使用PWM時(shí)有產(chǎn)生尖峰電流的副作用，因此容量不宜過(guò)大。在使用小功率電機(jī)時(shí)這個(gè)電容可以略去。如果加這個(gè)電容的話，一定要用高耐壓的，普通的瓷片電容可能會(huì)出現(xiàn)擊穿短路的故障。 輸出端并聯(lián)的由電阻和發(fā)光二極管,電容組成的電路指示電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向.4性能指標(biāo)： 電源電壓1530 V,最大持續(xù)輸出電流5A/每個(gè)電機(jī)，短時(shí)間（10秒）可以達(dá)到10A,PWM頻率最高

14、可以用到30KHz(一般用1到10KHz)。電路板包含4個(gè)邏輯上獨(dú)立的，輸出端兩兩接成H橋的功率放大單元，可以直接用單片機(jī)控制。實(shí)現(xiàn)電機(jī)的雙向轉(zhuǎn)動(dòng)和調(diào)速。5布線： 大電流線路要盡量的短粗，并且盡量避免經(jīng)過(guò)過(guò)孔，一定要經(jīng)過(guò)過(guò)孔的話要把過(guò)孔做大一些（>1mm）并且在焊盤(pán)上做一圈小的過(guò)孔，在焊接時(shí)用焊錫填滿，否則可能會(huì)燒斷。另外，如果使用了穩(wěn)壓管，場(chǎng)效應(yīng)管源極對(duì)電源和地的導(dǎo)線要盡可能的短粗，否則在大電流時(shí)，這段導(dǎo)線上的壓降可能會(huì)經(jīng)過(guò)正偏的穩(wěn)壓管和導(dǎo)通的三極管將其燒毀。在一開(kāi)始的設(shè)計(jì)中，NMOS管的源極于地之間曾經(jīng)接入一個(gè)0.15歐的電阻用來(lái)檢測(cè)電流，這個(gè)電阻就成了不斷燒毀板子的罪魁禍?zhǔn)?。?dāng)然如

15、果把穩(wěn)壓管換成電阻就不存在這個(gè)問(wèn)題了。 在2004年的Robocon比賽中，我們主要采用了這個(gè)電路用以電機(jī)驅(qū)動(dòng)。三、 低壓驅(qū)動(dòng)電路的簡(jiǎn)易柵極驅(qū)動(dòng) 一般功率場(chǎng)效應(yīng)管的最高柵源電壓為20V左右，所以在24V應(yīng)用中要保證柵源電壓不能超過(guò)20V，增加了電路的復(fù)雜程度。但在12V或更低電壓的應(yīng)用中，電路就可以大大簡(jiǎn)化。 左圖就是一個(gè)12V驅(qū)動(dòng)橋的一邊，上面電路的三極管部分被兩個(gè)二極管和兩個(gè)電阻代替。（注意，跟上圖邏輯是反的）由于場(chǎng)效應(yīng)管柵極電容的存在，通過(guò)R3，R4向柵極電容充電使場(chǎng)效應(yīng)管延緩導(dǎo)通；而通過(guò)二極管直接將柵極電容放電使場(chǎng)效應(yīng)管立即截止，從而避免了共態(tài)導(dǎo)通。 這個(gè)電路要求在IN端輸入的是邊緣陡

16、峭的方波脈沖，因此控制信號(hào)從單片機(jī)或者其他開(kāi)路輸出的設(shè)備接入后，要經(jīng)過(guò)施密特觸發(fā)器（比如555）或者推挽輸出的高速比較器才能接到IN端。如果輸入邊緣過(guò)緩，二極管延時(shí)電路也就失去了作用。 R3，R4的選取與IN信號(hào)邊沿升降速度有關(guān)，信號(hào)邊緣越陡峭，R3，R4可以選的越小，開(kāi)關(guān)速度也就可以做的越快。Robocon比賽使用的升壓電路（原理相似）中，IN前用的是555。四、 邊沿延時(shí)驅(qū)動(dòng)電路 在前級(jí)邏輯電路里，有意地對(duì)控制PMOS的下降沿和控制NMOS的上升沿進(jìn)行延時(shí)，再整形成方波，也可以避免場(chǎng)效應(yīng)管的共態(tài)導(dǎo)通。另外，這樣做可以使后級(jí)的柵極驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)化，可以是低阻推挽驅(qū)動(dòng)?xùn)艠O，不必考慮柵極電容，可以較

17、好的適應(yīng)不同的場(chǎng)效應(yīng)管。2003年Robocon比賽采用的就是這種驅(qū)動(dòng)電路。下圖是兩種邊沿的延時(shí)電路： 下圖是對(duì)應(yīng)的NMOS，PMOS柵極驅(qū)動(dòng)電路： 這個(gè)柵極驅(qū)動(dòng)電路由兩級(jí)三極管組成：前級(jí)提供驅(qū)動(dòng)場(chǎng)效應(yīng)管柵極所需的正確電壓，后級(jí)是一級(jí)射極跟隨器，降低輸出阻抗，消除柵極電容的影響。為了保證不共態(tài)導(dǎo)通，輸入的邊沿要比較陡，上述先延時(shí)再整形的電路就可以做到。一、 直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)目標(biāo)在直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)中，主要考慮一下幾點(diǎn)：3 功能：電機(jī)是單向還是雙向轉(zhuǎn)動(dòng)？需不需要調(diào)速？對(duì)于單向的電機(jī)驅(qū)動(dòng)，只要用一個(gè)大功率三極管或場(chǎng)效應(yīng)管或繼電器直接帶動(dòng)電機(jī)即可，當(dāng)電機(jī)需要雙向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，可以使用由4個(gè)功率元

18、件組成的H橋電路或者使用一個(gè)雙刀雙擲的繼電器。如果不需要調(diào)速，只要使用繼電器即可；但如果需要調(diào)速，可以使用三極管，場(chǎng)效應(yīng)管等開(kāi)關(guān)元件實(shí)現(xiàn)PWM（脈沖寬度調(diào)制）調(diào)速。4 性能：對(duì)于PWM調(diào)速的電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路，主要有以下性能指標(biāo)。1）輸出電流和電壓范圍，它決定著電路能驅(qū)動(dòng)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(huì)減少驅(qū)動(dòng)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(kāi)關(guān)工作狀態(tài)和防止共態(tài)導(dǎo)通（H橋或推挽電路可能出現(xiàn)的一個(gè)問(wèn)題，即兩個(gè)功率器件同時(shí)導(dǎo)通使電源短路）入手。3）對(duì)控制輸入端的影響。功率電路對(duì)其輸入端應(yīng)有良好的信號(hào)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

19、者光電耦合器實(shí)現(xiàn)隔離。4）對(duì)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；大的電流可能導(dǎo)致地線電位浮動(dòng)。5）可靠性。電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路應(yīng)該盡可能做到，無(wú)論加上何種控制信號(hào)，何種無(wú)源負(fù)載，電路都是安全的。二、 三極管-電阻作柵極驅(qū)動(dòng) 1輸入與電平轉(zhuǎn)換部分： 輸入信號(hào)線由DATA引入，1腳是地線，其余是信號(hào)線。注意1腳對(duì)地連接了一個(gè)2K歐的電阻。當(dāng)驅(qū)動(dòng)板與單片機(jī)分別供電時(shí)，這個(gè)電阻可以提供信號(hào)電流回流的通路。當(dāng)驅(qū)動(dòng)板與單片機(jī)共用一組電源時(shí)，這個(gè)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(shuō)，相當(dāng)于把驅(qū)動(dòng)板的地線與單片機(jī)的地線隔開(kāi)，實(shí)現(xiàn)“一點(diǎn)接地”。 高速運(yùn)放KF347（

20、也可以用TL084）的作用是比較器，把輸入邏輯信號(hào)同來(lái)自指示燈和一個(gè)二極管的2.7V基準(zhǔn)電壓比較，轉(zhuǎn)換成接近功率電源電壓幅度的方波信號(hào)。KF347的輸入電壓范圍不能接近負(fù)電源電壓，否則會(huì)出錯(cuò)。因此在運(yùn)放輸入端增加了防止電壓范圍溢出的二極管。輸入端的兩個(gè)電阻一個(gè)用來(lái)限流，一個(gè)用來(lái)在輸入懸空時(shí)把輸入端拉到低電平。不能用LM339或其他任何開(kāi)路輸出的比較器代替運(yùn)放，因?yàn)殚_(kāi)路輸出的高電平狀態(tài)輸出阻抗在1千歐以上，壓降較大，后面一級(jí)的三極管將無(wú)法截止。2柵極驅(qū)動(dòng)部分： 后面三極管和電阻，穩(wěn)壓管組成的電路進(jìn)一步放大信號(hào)，驅(qū)動(dòng)場(chǎng)效應(yīng)管的柵極并利用場(chǎng)效應(yīng)管本身的柵極電容（大約1000pF）進(jìn)行延時(shí)，防止H橋上

21、下兩臂的場(chǎng)效應(yīng)管同時(shí)導(dǎo)通（“共態(tài)導(dǎo)通”）造成電源短路。 當(dāng)運(yùn)放輸出端為低電平（約為1V至2V,不能完全達(dá)到零）時(shí)，下面的三極管截止，場(chǎng)效應(yīng)管導(dǎo)通。上面的三極管導(dǎo)通，場(chǎng)效應(yīng)管截止,輸出為高電平。當(dāng)運(yùn)放輸出端為高電平（約為VCC-(1V至2V),不能完全達(dá)到VCC）時(shí)，下面的三極管導(dǎo)通，場(chǎng)效應(yīng)管截止。上面的三極管截止，場(chǎng)效應(yīng)管導(dǎo)通,輸出為低電平。 上面的分析是靜態(tài)的，下面討論開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換的動(dòng)態(tài)過(guò)程：三極管導(dǎo)通電阻遠(yuǎn)小于2千歐，因此三極管由截止轉(zhuǎn)換到導(dǎo)通時(shí)場(chǎng)效應(yīng)管柵極電容上的電荷可以迅速釋放，場(chǎng)效應(yīng)管迅速截止。但是三極管由導(dǎo)通轉(zhuǎn)換到截止時(shí)場(chǎng)效應(yīng)管柵極通過(guò)2千歐電阻充電卻需要一定的時(shí)間。相應(yīng)的，場(chǎng)效應(yīng)管由

22、導(dǎo)通轉(zhuǎn)換到截止的速度要比由截止轉(zhuǎn)換到導(dǎo)通的速度快。假如兩個(gè)三極管的開(kāi)關(guān)動(dòng)作是同時(shí)發(fā)生的，這個(gè)電路可以讓上下兩臂的場(chǎng)效應(yīng)管先斷后通，消除共態(tài)導(dǎo)通現(xiàn)象。 實(shí)際上，運(yùn)放輸出電壓變化需要一定的時(shí)間，這段時(shí)間內(nèi)運(yùn)放輸出電壓處于正負(fù)電源電壓之間的中間值。這時(shí)兩個(gè)三極管同時(shí)導(dǎo)通，場(chǎng)效應(yīng)管就同時(shí)截止了。所以實(shí)際的電路比這種理想情況還要安全一些。 場(chǎng)效應(yīng)管柵極的12V穩(wěn)壓二極管用于防止場(chǎng)效應(yīng)管柵極過(guò)壓擊穿。一般的場(chǎng)效應(yīng)管柵極的耐壓是18V或20V，直接加上24V電壓將會(huì)擊穿，因此這個(gè)穩(wěn)壓二極管不能用普通的二極管代替，但是可以用2千歐的電阻代替，同樣能得到12V的分壓。3場(chǎng)效應(yīng)管輸出部分： 大功率場(chǎng)效應(yīng)管內(nèi)部在源

23、極和漏極之間反向并聯(lián)有二極管，接成H橋使用時(shí)，相當(dāng)于輸出端已經(jīng)并聯(lián)了消除電壓尖峰用的四個(gè)二極管，因此這里就沒(méi)有外接二極管。輸出端并聯(lián)一個(gè)小電容(out1和out2之間)對(duì)降低電機(jī)產(chǎn)生的尖峰電壓有一定的好處，但是在使用PWM時(shí)有產(chǎn)生尖峰電流的副作用，因此容量不宜過(guò)大。在使用小功率電機(jī)時(shí)這個(gè)電容可以略去。如果加這個(gè)電容的話，一定要用高耐壓的，普通的瓷片電容可能會(huì)出現(xiàn)擊穿短路的故障。 輸出端并聯(lián)的由電阻和發(fā)光二極管,電容組成的電路指示電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向.4性能指標(biāo)： 電源電壓1530 V,最大持續(xù)輸出電流5A/每個(gè)電機(jī)，短時(shí)間（10秒）可以達(dá)到10A,PWM頻率最高可以用到30KHz(一般用1到10KH

24、z)。電路板包含4個(gè)邏輯上獨(dú)立的，輸出端兩兩接成H橋的功率放大單元，可以直接用單片機(jī)控制。實(shí)現(xiàn)電機(jī)的雙向轉(zhuǎn)動(dòng)和調(diào)速。5布線： 大電流線路要盡量的短粗，并且盡量避免經(jīng)過(guò)過(guò)孔，一定要經(jīng)過(guò)過(guò)孔的話要把過(guò)孔做大一些（>1mm）并且在焊盤(pán)上做一圈小的過(guò)孔，在焊接時(shí)用焊錫填滿，否則可能會(huì)燒斷。另外，如果使用了穩(wěn)壓管，場(chǎng)效應(yīng)管源極對(duì)電源和地的導(dǎo)線要盡可能的短粗，否則在大電流時(shí)，這段導(dǎo)線上的壓降可能會(huì)經(jīng)過(guò)正偏的穩(wěn)壓管和導(dǎo)通的三極管將其燒毀。在一開(kāi)始的設(shè)計(jì)中，NMOS管的源極于地之間曾經(jīng)接入一個(gè)0.15歐的電阻用來(lái)檢測(cè)電流，這個(gè)電阻就成了不斷燒毀板子的罪魁禍?zhǔn)?。?dāng)然如果把穩(wěn)壓管換成電阻就不存在這個(gè)問(wèn)題了。

25、 在2004年的Robocon比賽中，我們主要采用了這個(gè)電路用以電機(jī)驅(qū)動(dòng)。三、 低壓驅(qū)動(dòng)電路的簡(jiǎn)易柵極驅(qū)動(dòng) 一般功率場(chǎng)效應(yīng)管的最高柵源電壓為20V左右，所以在24V應(yīng)用中要保證柵源電壓不能超過(guò)20V，增加了電路的復(fù)雜程度。但在12V或更低電壓的應(yīng)用中，電路就可以大大簡(jiǎn)化。 左圖就是一個(gè)12V驅(qū)動(dòng)橋的一邊，上面電路的三極管部分被兩個(gè)二極管和兩個(gè)電阻代替。（注意，跟上圖邏輯是反的）由于場(chǎng)效應(yīng)管柵極電容的存在，通過(guò)R3，R4向柵極電容充電使場(chǎng)效應(yīng)管延緩導(dǎo)通；而通過(guò)二極管直接將柵極電容放電使場(chǎng)效應(yīng)管立即截止，從而避免了共態(tài)導(dǎo)通。 這個(gè)電路要求在IN端輸入的是邊緣陡峭的方波脈沖，因此控制信號(hào)從單片機(jī)或者

26、其他開(kāi)路輸出的設(shè)備接入后，要經(jīng)過(guò)施密特觸發(fā)器（比如555）或者推挽輸出的高速比較器才能接到IN端。如果輸入邊緣過(guò)緩，二極管延時(shí)電路也就失去了作用。 R3，R4的選取與IN信號(hào)邊沿升降速度有關(guān)，信號(hào)邊緣越陡峭，R3，R4可以選的越小，開(kāi)關(guān)速度也就可以做的越快。Robocon比賽使用的升壓電路（原理相似）中，IN前用的是555。四、 邊沿延時(shí)驅(qū)動(dòng)電路 在前級(jí)邏輯電路里，有意地對(duì)控制PMOS的下降沿和控制NMOS的上升沿進(jìn)行延時(shí)，再整形成方波，也可以避免場(chǎng)效應(yīng)管的共態(tài)導(dǎo)通。另外，這樣做可以使后級(jí)的柵極驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)化，可以是低阻推挽驅(qū)動(dòng)?xùn)艠O，不必考慮柵極電容，可以較好的適應(yīng)不同的場(chǎng)效應(yīng)管。2003年Ro

27、bocon比賽采用的就是這種驅(qū)動(dòng)電路。下圖是兩種邊沿的延時(shí)電路： 下圖是對(duì)應(yīng)的NMOS，PMOS柵極驅(qū)動(dòng)電路： 這個(gè)柵極驅(qū)動(dòng)電路由兩級(jí)三極管組成：前級(jí)提供驅(qū)動(dòng)場(chǎng)效應(yīng)管柵極所需的正確電壓，后級(jí)是一級(jí)射極跟隨器，降低輸出阻抗，消除柵極電容的影響。為了保證不共態(tài)導(dǎo)通，輸入的邊沿要比較陡，上述先延時(shí)再整形的電路就可以做到。五、 其它幾種驅(qū)動(dòng)電路1 繼電器半導(dǎo)體功率器件的想法 繼電器有著電流大，工作穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn)，可以大大簡(jiǎn)化驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)。在需要實(shí)現(xiàn)調(diào)速的電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路中，也可以充分利用繼電器。有一個(gè)方案就是利用繼電器來(lái)控制電流方向來(lái)改變電機(jī)轉(zhuǎn)向，而用單個(gè)的特大電流場(chǎng)效應(yīng)管（比如IRF3205，一般只有N型

28、特大電流的管子）來(lái)實(shí)現(xiàn)PWM調(diào)速,如下右圖所示。這樣是實(shí)現(xiàn)特別大電流驅(qū)動(dòng)的一個(gè)方法。換向的繼電器要使用雙刀雙擲型的，接線如下左圖,線圈接線如下中圖： 2 幾種驅(qū)動(dòng)芯片1） L298 參考2） A3952 參考3） A3940 參考4） L6203 參考六、 PWM調(diào)速的實(shí)現(xiàn)1 使用定時(shí)器的算法/butcher補(bǔ)充一下吧/算法原理/編程實(shí)現(xiàn)要點(diǎn) /優(yōu)缺點(diǎn)2 使用循環(huán)移位的算法 產(chǎn)生PWM信號(hào)可以由定時(shí)器來(lái)完成,但是由于51內(nèi)部只提供了兩個(gè)定時(shí)器,因此如果要向三個(gè)或更多的直流電機(jī)輸出不同占空比的信號(hào)要反復(fù)設(shè)置定時(shí)器,實(shí)現(xiàn)較為復(fù)雜,我們采用一種比較簡(jiǎn)單的方法不僅可以實(shí)現(xiàn)對(duì)更多的直流電機(jī)提供不同的占空

29、比輸入信號(hào)，而且只占用一個(gè)定時(shí)器資源。這種方法可以簡(jiǎn)單表述如下:在內(nèi)存的某段空間內(nèi)存放各個(gè)直流電機(jī)所需的輸入信號(hào)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2進(jìn)制數(shù)中包括4個(gè)0和4個(gè)1。即占空比1的個(gè)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(duì)此直流電機(jī)輸出PWM信號(hào)，只要每個(gè)時(shí)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(shí)現(xiàn)）送到電機(jī)端口上即可。另外，移位算法是一種對(duì)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(cuò)導(dǎo)致一直錯(cuò)下去。 這種算法的優(yōu)點(diǎn)是獨(dú)立進(jìn)程，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)多個(gè)電機(jī)的

30、控制，缺點(diǎn)是占用資源較大，PWM頻率較低。3 模擬電路PWM的實(shí)現(xiàn) 上圖為一個(gè)使用游戲手柄或者航模搖桿上的線性電位器（或線性霍爾元件）控制兩個(gè)底盤(pán)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的PWM生成電路。J1是手柄的插座，123和456分別是x，y兩個(gè)方向的電位器。U1B提供半電源電壓，U1A是電壓跟隨。x，y分量經(jīng)過(guò)合成成為控制左右輪兩個(gè)電機(jī)轉(zhuǎn)速的電壓信號(hào)。在使用中，讓L=(x+1)y/(x+1.4)，R=(x-1)y/(x-0.6)，經(jīng)過(guò)試驗(yàn)有不錯(cuò)的效果（數(shù)字只是單位，不是電壓值）。經(jīng)過(guò)U1C和U1D組成的施密特振蕩器把電壓轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的PWM信號(hào)，用來(lái)控制功率驅(qū)動(dòng)電路。以U1D為例，R1，R2組成有回差的施密特電路，上下

31、門(mén)限受輸入電壓影響，C1和R3組成延時(shí)回路，如此形成振蕩的脈寬受輸入電壓控制。Q1，Q2是三極管，組成反相器，提供差分的控制信號(hào)。具體振蕩過(guò)程參見(jiàn)對(duì)555振蕩器的分析。七、 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)1. 小功率4相步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下面是一種驅(qū)動(dòng)電路框圖: 達(dá)林頓管陣列ULN2803分別從鎖存器取出第0,2,4,6位和1,3,5,7位去驅(qū)動(dòng)兩個(gè)步進(jìn)電機(jī).四相步進(jìn)電機(jī)的通電順序可以有幾種:A,B,C,D(4相4拍);AB,BC,CD,DA(4相雙4拍);A,AB,B,BC,C,CD,D,DA(4相8拍).為了兼顧穩(wěn)定性,轉(zhuǎn)矩和功耗,一般采用4相8拍方式.所有這些方式都可以通過(guò)循環(huán)移位實(shí)現(xiàn)(也要有定期監(jiān)控),為了使4相8拍容易實(shí)現(xiàn),鎖存器與驅(qū)動(dòng)部分采用了交叉連接. 步進(jìn)電機(jī)工作在四相八拍模式（即正轉(zhuǎn)的輸入信號(hào)為100011000100011000100011000110011000），對(duì)應(yīng)每個(gè)步