直流电动机的驱动电路

基于UC3637的直流电动机PWM控制电路图

直流电动机脉宽调制(PWM)控制器UC3637用于控制开环或闭环直流电动机速度或位置，其内部产生1路模拟误差电压信号，并输出2路PWM脉冲信号，这2路PWM脉冲信号与误差电压信号的幅值成正比，并与其极性相关，因此构成双向调速系统，实现PWM双输出，驱动电流能力为100 mA，该器件还具有限流保护、欠电压封锁及温度补偿等特点。而驱动集成电路IR2110对PWM信号具有自举功能。有2路完全独立的高保真输入输出通道，且这2路通道具有开通慢、关断快的防桥臂直通的互锁功能，可使电路可靠工作。这里采用UC3637和IR2110设计一种直流电动机PWM开环控制电路，并与计算机控制系统相结合，实现对某种舵系统直流电动机的控制，进而验证该电路的正确性。

2 PWM开环控制电路

该电路设计控制系统的目标是在计算机不同的给定信号下，电动机可快速达到指定位置，以满足系统性能要求。控制原理框图如图1所示。被控直流电动机M的转速由测速发电机G测得，测速发电机所测得的转速信号经A／D转换后的数字信号在计算机中与给定信号相比较，再经计算后输出数字控制信号，经D／A转换变为模拟信号送至UC3637的

脉宽信号产生电路，从而实现对直流电动机的速度控制。

图2为基于UC3637的直流电动机PWM控制电路，该电路分为4部分：脉宽信号产生电路、自举驱动电路、主电路、

保护电路。

该电路产生5～10 V的阈值电压，分别将U2=10 V接引脚1，U1=5 V接引脚3，这样三角波就在5~10 V内变化，即电容CT连接的引脚2电压在5~10 V内变化。UK是从计算机输出经数模转换得到的电压，其范围为-10～+lO V，而UC3637需要5～10 V的控制电压接引脚9和11，控制输出端的占空比。利用R2~R5对控制电压UK进行电平转换，

令R2=10 kΩ、R3=18 kΩ、R5=20 kΩ，当UK=-10 V时，应有UR=5 V，由电路分流可以获得：

代入数据解得，R4=2 kΩ。

为避免工作过程中发生直通短路现象，应在UC3637的输出端引脚4和引脚7后各接一个RC延时电路，设需延时时

间r=5μs，延时电路中所用电阻R6取5 Ω，由公式可得：

这样双路互补PWM脉冲信号在上升沿有几个微秒的延时，在下降沿无延时，与IR2110内部上下路信号设置的延时相结合，可确保“H”桥中同一桥臂的上下两个MOS管存在一个死区时间，从而保证电路工作安全稳定。由于15 V直流供电电源含有一定的交流杂波，故分别在引脚1、引脚3和15 V电源前并联1只0．1μF的电容，以滤除交流杂波的干

扰。

2．2 自举驱动电路

该电路使用2个IR2110，这两个IR2110由4个MOS管组成的“H”桥电路相连接。IR2110的供电电压为15 V的电源电压UVD，其输出工作电源为悬浮电源，通过自举技术由固定电源得出。自举技术利用升压二极管、自举升压电容，使电容放电电压和电源电压叠加，从而使电压升高。该技术可将电源电压值升高数倍，所以充电二极管VD的耐压能力必须大于高压母线的峰值电压。为防止自举电容两端电压放电，则采用一个高频快恢复二极管。自举电容C3的电容值对于5 kHz以上的开关频率取O．1μF即可。为向开关的容性负载提供瞬态电流，应在VCC与COM、VDD与VSS之间连接两只旁路电容，VCC上旁路用一只0．1μF的陶瓷电容和一只1μF的钽电容并联，而逻辑电源VDD上用一只0．1斗F的陶瓷电容即可，即电容C4、C5分别为1μF、0．1μF。在具体布线时，IR2110是逻辑部分和功率变换部分的接口，逻辑信号地线和主功率电源的地线应合理布局，使负载回路的引线尽可能短，以减少回路电感，同时还要避免因布线而

引起的负载电流在信号回路中流动产生的共模干扰。

2．3 主电路

直流电动机的转速通过测速发电机测得，当被控直流电动机的转速小于给定转速时，计算机经D／A转换器输出控制电压UK，再经R2~R5电平转换成UR输入至引脚9和引脚11，使引脚4导通。引脚4的导通信号经RC延时电路传输至IR2110(1)的引脚10和IR2110(2)的引脚12，分别使上通道引脚10和下通道引脚12导通。这时2片IR2110间的“H”桥电路中的VF1、VF2被触发导通，电路给电动机提供正向的电流，电动机升速。当被控直流电动机的转速大于给定转速时，UR使UC3637中的引脚7导通，引脚7的导通信号经RC延时电路传输至IR2110(1)的引脚12和IR2110(2)的引脚10，分别使下通道引脚12和上通道引脚1O导通。这时“H”桥电路中的VF4、VF3 被触发导通，流过电动机的电流反向，电动机降速。在控制电路输出的上、下通道输入信号的作用下，VF1、VF2和VF4、VF3交替轮流导通，实现直流电动机的调速。由于IR2110内部的驱动阻抗很小，直接用其驱动“H”桥中的MOSFET器件会引起快速开关，可能造成MOSFET漏源间电压振荡，从而损坏MOS管。所有，应在IR211O的输出端和MOS管之间串接1个约20 Ω的无感电

阻。

2．4 保护电路

在该电路中需限制流经直流电动机的电流，以保护电路的各元件。TA为电流取样环节，由此构成对IR2110的过流保护。电流传感器从电动机的旁路中对电流取样，将取样电流输入至IR2110的引脚11。当电流过大时，SD为高电平，施密特触发器的S端被触发，Q为低电平，IR2110停止工作。Vf为电压反馈信号，构成闭环调压网络。该网络中，RS为电动机电流检测电阻，RS取值由允许的电动机最大电流决定。检测信号从引脚12和引脚13输入。设比较器C／L有2

00 mV的阈值，则有

取Imax=8 A，则：RS=0．025Ω

当电动机电流增大而使RS上的电压达到该阈值时，C/L输出高电平，令SRA和SRB复位至低电平，进而AOUT和

BOUT变为低电平，停止输出。

2．5 实验验证

在某种舵系统实验中，选用额定工作电压为27 V，3W2111115679额定工作电流为1 A的永磁直流电动机，根据实