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1、基本单元电路设计（三）,功率驱动电路,直流电动机驱动接口电路 直流电动机电枢的调速原理 根据电机学可知，直流电动机转速n的表达式为： 其中U为电枢端电压 I为电枢电流 R为电枢电路总电阻 为每极磁通量 K为电动机结构参数,功率驱动电路,直流电动机驱动接口电路 直流电动机转速控制方法 对励磁磁通进行控制的励磁控制法 控制受到限制，动态响应差 对电枢电压进行控制的电枢控制法 控制方便，此为常用控制法 通常情况下，采用PWM(脉宽调制)来实现直流电动机的调速 利用电枢电压控制的方法中，半导体功率器件在使用上可以分为两种方式： 线性放大驱动方式 开关驱动方式,功率驱动电路,直流电动机驱动接口电路 线性
2、放大驱动方式 控制原理简单、输入波动小、线性好、对邻近电路干扰小； 由于工作在线性区，效率低、发热严重 不常采用 开关驱动方式 使半导体功率器件工作于开关状态，通过脉宽调制(PWM)来控制电动机电压，从而实现电动机转速的控制。,功率驱动电路,直流电动机PWM调速原理,功率驱动电路,直流电动机PWM调速原理 电枢绕组两端电压为： D为占空比，表示在一个周期T里开关管导通的时间与周期的比值，电枢两端电压取决于D的大小，从而达到调速的目的 改变占空比的方法 定宽调频法 调宽调频法 定频调宽法,功率驱动电路,直流电动机电枢调速典型电路 H桥PWM电路（分立元件）,功率驱动电路,直流电动机电枢调速波形,
3、功率驱动电路,直流电动机调速注意事项 PWM频率不能太低，一般在1KHz以上 起动扭矩与占空比之间的关系 负载、转速与占空比的关系 过流保护,功率驱动电路,直流电动机电枢调速典型电路 L298，双H桥（集成电路）,功率驱动电路,步进电机及驱动电路 步进电机是数字信号控制的电动设备，每输入一个脉冲信号，步进电机的转子就旋转一步 按相数分类 单相 两相 三相,功率驱动电路,步进电机及驱动电路 步进电机的工作方式 单三拍工作方式 A-B-C-A 双三拍工作方式 AB-BC-CA-AB,功率驱动电路,步进电机及驱动电路 步进电机的工作方式 六拍工作方式 A-AB-B-BC-C-CA-A,功率驱动电路,
4、步进电机及驱动电路 驱动电路 单电压驱动 集成步进电机驱动器 根据不同性质的步进电机，设计专用的驱动器。,功率驱动电路,与步进电机相关的几个问题 步数 指步进电机运转一周所需要的脉冲数：200、400 集成步进电机驱动器可对步数设置 失步 通俗的讲，就是步进电机行进的步数比给予的脉冲数少的现象 原因：驱动脉冲频率与步进电机运转频率不匹配 驱动脉冲频率 步进电机驱动脉冲频率，慢快慢，呈梯形曲线,功率驱动电路,继电器电路 典型的电磁继电器驱动电路,功率驱动电路,可控硅电路 单向可控硅 A 阳极 K 阴极 G 门极 导通 让门极相对阴极成正极性，使产生门极电流，当门极电压达到阀值电压VGT，并导致门
5、极电流达到阀值IGT，经过很短时间tgt（称作门极控制导通时间）负载电流从正极流向阴极。 当负载电流达到闸流管的闩锁电流值IL 时，即使断开门极电流，负载电流将维持不变。只要有足够的电流继续流动，闸流管将继续在没有门极电流的条件下导通。这种状态称作闩锁状态。,功率驱动电路,可控硅电路 单向可控硅截止 要断开闸流管的电流，需把负载电流降到维持电流IH 之下，并历经必要时间，让所有的载流子撤出结。在直流电路中可用“强迫换向”，而在交流电路中则在导通半周终点实现。（负载电路使负载电流降到零，导致闸流管断开，称作强迫换向。）然后，闸流管将回复至完全截止的状态,功率驱动电路,可控硅电路 双向可控硅 G
6、门极 MT2 主端子 MT1 主端子 导通 可用门极和MT1的正向或负向电流触发，在负载电流过零时，门极用直流或单极脉冲触发，优先采用负的门极电流 截止 交流电路中在导通半周终点实现强迫换向。然后，闸流管将回复至完全截止的状态,功率驱动电路,可控硅应用电路弱电控制强电 单向可控硅 控制门极的电平就可以控制可控硅的通断 双向可控硅 利用光耦实现隔离驱动 随机触发型可控硅驱动光耦 过零触发型可控硅驱动光耦,功率驱动电路,固态继电器电路 固态继电器 是一种无触电通断型电子开关，四端口有源器件 采用高耐压的专用耦合器实现输入与输出之间的电气隔离 并可以实现类似电磁继电器的开关功能,显示电路,LED显示
7、 静态显示,显示电路,LED显示 静态显示方法 直接用可编程芯片I/O口驱动 利用并行扩展芯片或串行扩展芯片驱动 常用的并行扩展芯片 MSM8255 SN74HC245、SN74HC573 常用的串行扩展芯片 SN74HC164 SN74HC595,显示电路,LED显示 动态显示（非译码方式）,显示电路,LED显示 动态显示（非译码方式）,显示电路,LED显示 动态显示（非译码方式）,显示电路,LED显示 动态显示（译码方式） 利用74HC48、74HC49、CD4511等LED译码驱动电路来控制显示，节约I/O口资源。 利用集成LED显示控制芯片显示 MAX7219 MSM82C79 ZLG
8、7290,显示电路,LCD显示 采用成品液晶显示电路 字符型 控制器：HD44780 162、202、204、404 图形型 T6963C、HD61202、SED1335 12864、24064、240128、320240 触摸屏型,显示电路,LCD显示 采用成品液晶显示电路 字符型 控制器：HD44780 162、202、204、404 图形型 T6963C、HD61202、SED1335 12864、24064、240128、320240 触摸屏型,A/D转换电路,分类 积分型 将输入电压转换成时间（脉冲宽度信号）或频率（脉冲频率），然后由定时器/计数器获得数字值； 优点：分辨率高，达16
9、位以上 缺点：转换精度依赖于积分时间，转换速率低 典型芯片：TLC7135,A/D转换电路,分类 逐次逼近型 由一个比较器和D/A转换器通过逐次比较逻辑构成，从高位开始，顺序的对每一位将输入电压与内置D/A转换器输出进行比较，经过N次比较而输出数字值 优点：速度高、功耗低、价格便宜（12位）价格很高 典型芯片：TLC0831,A/D转换电路,分类 并行比较型 采用多个比较器，仅做一次比较而实行转换，由于转换速率极高，适用于视频A/D转换等速度要求特别高的领域 优点：速度极高 缺点： N位的转换需要2N1个比较器，电路规模极大，价格高 典型芯片：TLC5510（20M）,A/D转换电路,分类 调
10、制型 由积分器、比较器、1位D/A转换器和数字滤波器等组成，将输入电压信号转换成时间信号，用数字滤波器处理后得到数字值 优点：高分辨率，适合做测量 缺点：速度较慢 典型芯片：AD7705（24位）,A/D转换电路,主要技术指标 分辨率 数字量变化一个最小量时模拟信号的变化量，定义位满刻度与2N的比值，又称精度 转换速率 完成一次从模拟转换到数字的A/D转换所需的时间的倒数 积分型转换时间是毫秒级 逐次比较型转换时间是微秒级 并行可达纳秒级 采样时间（采样速率） 指两次转换的时间间隔，为了保证转换的正确完成，采样速率必须小于或等于转换速率，常用单位ks/s，Ms/s,A/D转换电路,主要技术指标
11、 量化误差 由A/D的有限分辨率而引起的误差 偏移误差 输入信号为零时输出信号不为零的值 满刻度误差 满度输出时对应的输入信号与理想信号值之差 线性度 实际转换器的转移函数与理想直线的最大偏移，但不包括以上三种误差,A/D转换电路,不同类型A/D转换器的比较,A/D转换电路,A/D转换器的选用依据 A/D转换器用于什么系统、输出的数据位数、系统的精度、线性 输入的模拟信号类型，包括模拟输入信号的范围、极性（单、双）、信号的驱动能力、信号的变化快慢 后续电路对A/D转换器输出数字逻辑电平的要求、输出方式（串并）、是否需要数据锁存、与哪种CPU或数字电路（三态门逻辑、TTL还是CMOS）接口、驱动
12、电路 系统工作在动态条件还是静态条件、带宽要求、要求A/D转换器的转换时间、采样速率、是高速应用还是低速应用等 基准电压源的来源。基准电压源的幅度、极性及稳定性、电压是固定的还是可调的，外部提供还是A/D转换芯片内部提供 成本及芯片来源等因素,A/D转换电路,A/D转换器配套应用芯片 放大器电路 大多数A/D的模拟输入电压在110V，而外输入电压较小，需使用模拟放大器，一般采用集成运算放大器，也可使用仪表放大器和隔离放大器 多路模拟开关 三选一、四选一、八选一 注意模拟开关的电阻，有必要时要在A/D输入端加入高输入阻抗的电压跟随器 CD4051、CD4053、AD7501、AD7506，MAX
13、4501 采样/保持器 保持前一次采样结束时刻的瞬间输入模拟信号，直到下一次采样状态结束 有利于保证A/D转换芯片转换的准确性,A/D转换电路,A/D转换器使用注意事项 电源和接地 A/D是模拟信号和数字信号混合电路。数字信号的脉冲信号工作，信号幅度大，频谱宽，对模拟信号是重要的干扰源。因此对于高分辨率或高速转换系统要重视印刷电路板的布线（尤其是地线）和电源的去耦。,A/D转换电路,A/D转换器使用注意事项 电源和接地 正确的接地方式（一点接地）,A/D转换电路,A/D转换器使用注意事项 电源和接地 正确的接地方式（一点接地）,A/D转换电路,常用A/D转换芯片介绍 TLC0820（高速并行8位AD） TLC5510（超高速并行8位AD） TLC2543（串行12位AD） TLC1549（串行10位AD）,
