伺服电机驱动控制器分解

目录

一、伺服驱动概述 (1)

二、本产品特性 (2)

三、电路原理图及PCB版图 (4)

四、电路功能模块分析 (4)

五、焊接（附元件清单） (14)

六、编者设计体会 (16)

一．伺服驱动概述

1. 伺服电机的概念

伺服电机是在伺服系统中控制机械元件运转的发动机，作为一种执行元件，把所收到的电信号转换成电动机轴上的角位移或角速度输出，是一种补助马达间接变速装置。伺服电机是可以连续旋转的电－机械转换器，直流伺服电机的输出转速与输入电压成正比，并能实现正反向速度控制。

2.伺服电机分类

普通直流伺服电动机

直流伺服电机 { 低惯量直流伺服电动机

直流力矩电动机

3. 控制系统对伺服电动机的基本要求

宽广的调速范围

机械特性和调节特性均为线性

无“自转”现象

快速响应

控制功率小、重量轻、体积小等。

4. 直流伺服电机的基本特性

（1）机械特性在输入的电枢电压Ua保持不变时，电机的转速n随电磁转矩M 变化而变化的规律，称直流电机的机械特性

（2）调节特性直流电机在一定的电磁转矩M（或负载转矩）下电机的稳态转速n随电枢的控制电压Ua变化而变化的规律，被称为直流电机的调节特性

（3）动态特性从原来的稳定状态到新的稳定状态，存在一个过渡过程，这就是直流电机的动态特性

5. 直流伺服电机的驱动原理

伺服主要靠脉冲来定位，基本上可以这样理解，伺服电机接收到1个脉冲，就会旋转1个脉冲对应的角度，从而实现位移，因为，伺服电机本身具备发出脉冲的功能，所以伺服电机每旋转一个角度，都会发出对应数量的脉冲，这样，和伺服电机接受的脉冲形成了呼应，或者叫闭环，如此一来，系统就会知道发了多少脉冲给伺服电机，同时又收了多少脉冲回来，这样，就能够很精确的控制电机的转动，从而实现精确的定位，可以达到0.001mm

直流伺服电机分为有刷和无刷电机。有刷电机成本低，结构简单，启动转矩大，调速范围宽，控制容易，需要维护，但维护方便（换碳刷），产生电磁干扰，对环境有要求。因此它可以用于对成本敏感的普通工业和民用场合。无刷直流伺服电机电机体积小，重量轻，出力大，响应快，速度高，惯量小，转动平滑，力矩稳定。容易实现智能化，其电子换相方式灵活，可以方波换相或正弦波换相。电机免维护不存在碳刷损耗的情况，效率很高，运行温度低噪音小，电磁辐射很小，长寿命，可用于各种环境

6.步进电机：

直流伺服电机,它包括定子、转子铁芯、电机转轴、伺服电机绕组换向器、伺服电机绕组、测速电机绕组、测速电机换向器,所述的转子铁芯由矽钢冲片叠压固定在电机转轴上构成, 按电刷类型可分为有刷直流伺服电机和无刷直流伺服电机；直流伺服电机的基本特性如下：

1、机械特性在输入的电枢电压Ua保持不变时，电机的转速n随电磁转矩M变化而变化的规律，称直流电机的机械特性。

2、调节特性直流电机在一定的电磁转矩M（或负载转矩）下电机的稳态转速n 随电枢的控制电压Ua变化而变化的规律，被称为直流电机的调节特性。

3、动态特性从原来的稳定状态到新的稳定状态，存在一个过渡过程，这就是直流电机的动态特性。

二、本产品特性

此产品为直流电机驱动器，可控制电机的转速，分几个档位，旋动档位可设定电机以不同的速度转动。此产品可用于带电机的机器的电机控制部分，具有很高的性能。

产品基本特性如下：

本产品是基于MC33030直流伺服电机控制器/驱动器芯片的具有过流保护功能的大功率高精度电机控制系统。该驱动电路输入24V直流电压，为H桥供电，提供大电流驱动直流电机（MC33030驱动能力较弱），经稳压后为芯片供电，并输出5v直流电压，经档位控制分压后，作为基准，输入到MC33030主控芯片；该电路带有微调模块，可以对基准电压进行微调；具有反馈功能，将反馈信号输入MC33030，进行闭环控制；具有过流保护功能，防止电机损坏。

该产品由电源模块,主控芯片MC33030电路, H 驱动桥模块, 过流保护模块, 微调模块, 平衡模块组成。各模块作用如下：

①电源模块: 输入为21V 直流电，输出12V，5V 直流电，并通过自举电路产生24V 电源给H 桥供电

②微调模块：微调电机速度

③平衡模块：电路结构与微调电路相似。通过U5D 引入正反馈，输出接到微调电路比较器的同相输入端。与S10共同影响U1A的输出。

④ MC33030伺服模块：MC33030是单片的直流伺服电机控制器。

⑤Ｈ桥：增加电路驱动能力，实现大功率输出。

⑥过流保护模块：防止过载烧毁电路

伺服电机驱动器特性

--使用MC33030伺服驱动芯片，可靠性高，带保护功能

--支持正传与反转控制，速度控制

--高输出功率，高电源转换效率

--抗干扰能力强，适用于各种复杂电磁环境

--21V 直流电源供电

--内部12V，5V 直流电电压调整和稳压，并通过自举电路产生24V 电源给H 桥供电。

--微调电机速度

--过流保护, 防止过载烧毁电路

PCB板特性

--双面线路板

--工艺：FR-4喷锡板

--厚度：1.6mm

--阻焊：绿色

应用

--汽车油门控

--直流电机驱动

三、电路原理图

PCB：

四、电路功能模块分析

（一）系统框图

该系统划分为以下几部分：

①电源模块：该电源模块的输入为21V直流电，输出12V，5V直流电，并通过自举电路产生24V电源给H桥供电。

②微调模块：微调电机速度

③平衡模块

④MC33030伺服模块

⑤Ｈ桥：增加电路驱动能力，实现大功率输出。

⑥过流保护模块：防止过载烧毁电路

系统框图如下所示：