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1、2019/2/23,10. 逻辑与数字控制电路,2019/2/23,10. 逻辑与数字控制电路,继电控制电路,可编程逻辑组件,数控机床控制电路,功率开关驱动电路,一、功率开关驱动电路,分类： 按照电路中所采用的功率器件类型分类，常见的有晶体管驱动电路、场效应管驱动电路和晶闸管驱动电路等类型。 按照电路所驱动的负载类型分类，常见的有电阻性负载驱动电路和电感性负载驱动电路等类型。 按照电路所控制的负载电源类型分类，常见的有直流电源负载驱动电路和交流电源负载驱动电路等类型,（一）晶体管直流负载功率驱动电路,图8-1 晶体管功率驱动电路,负载所需的电流不太大,Ui低电平，V截止，IL=0;,Ui高电平
2、，V导通，IL=(Ec-Uce)/ZL;,VD是续流二极管，对晶体管V起保护作用。当驱动感性负载时，在晶体管关断瞬间，感性负载所存储的能量可通过VD的续流作用而泄放，从而避免被反向击穿,设计要点:,晶体管功率驱动电路,合理确定Ui、R与V的电流放大系数 值之间的数值关系，充分满足： I b I L / 可确保V导通时工作于饱和区，以降低V的导通电阻及减小功耗。,当所需的负载电流IL较大时，由于单个晶体管的值有限，输入控制信号电流Ib必须很大，以确保V导通时工作于饱和区。为减小对控制信号电流强度的要求，可采用复合晶体管(达林顿器件)构成功率驱动电路。,（二）场效应晶体管直流负载功率驱动电路,用于
3、功率驱动电路的场效应晶体管称为功率场效应晶体管。 功率场效应晶体管是电压控制器件，具有很高的输入阻抗，所需的驱动功率很小，对驱动电路要求较低。功率场效应晶体管具有较高的开启阈值电压，有较高的噪声容限和抗干扰能力。,场效应晶体管大多数为绝缘栅型场效应管，亦称MOS场效应管。功率场效应晶体管在制造中多采用V沟槽工艺，简称为VMOS场效应管。其改进型则称为TMOS场效应管,图8-2 场效应晶体管功率驱动电路 a)VMOS场效应管电极 b)场效应管驱动电路,b),若漏极D与源极S接反，会导致性能丧失或损坏。,UiUGS，V导通， IL=Ec/(ZL+RDS)。,（三）晶闸管交流负载功率驱动电路,交流负
4、载的功率驱动电路，通常采用晶闸管来构成。晶闸管有单向晶闸管和双向晶闸管两种类型。,7.1.1 功率开关驱动电路,单向晶闸管亦称单向可控硅(SCR)。,导通条件： 阳极A与阴极K之间加正向电压，同时在门极G与阴极K之间加正向电压(触发)，这样阳极A与阴极K之间进入导通状态。 晶闸管一旦导通，只要阳极A与阴极K之间的电流不小于其维持电流IH，门极G与阴极K之间是否还存在正向电压，对已经导通的晶闸管完全没有影响。,关断条件： 阳极A与阴极K之间的电流小于其维持电流IH，晶闸管即进入关断状态。,双向晶闸管图形符号,双向晶闸管亦称双向半导体开关元件(TRIAC)。,与单向晶闸管相比较，双向晶闸管的主要区
5、别是： 在触发之后是双向导通的； 触发电压不分极性，只要绝对值达到触发门限值即可使双向晶闸管导通。,触发电压加在门极G与电极MT2之间。,关断条件：电极MT1与电极MT2之间的电流小于其维持电流IH。,图8-4 交流半波导通功率驱动电路,单晶管,实用中应注意: 如果驱动的是感性负载，必须设置合理的关断泄流回路，一方面可保护开关器件，另外也可起到消除对外电磁干扰的作用。,主要用于机床的起动、停止等基本操作和安全保护上，具有操作方便、安全可靠的特点。,10. 1 继电控制电路,2019/2/23,三相异步电机控制电路,10. 1 继电控制电路,2019/2/23,(1) 开关 转换到新位置后保持在
6、该位置，状态易于识别。 工作安全可靠。 允许的工作电压、电流大，按额定值选用。主回路工作电压、电流大，采用闸刀开关；控制回路采用转换开关，允许的工作电压、电流大小些，操作轻便。 x刀y掷:表示同时可以接通x条通路，可以切换到y个工作位置。 操作不方便。,10. 1 继电控制电路,三相异步电机控制电路,（二）主要功能器件,2019/2/23,10. 1 继电控制电路,三相异步电机控制电路,(2) 按钮 按下按钮后在弹簧作用下回到原位置。按钮回复原位后靠继电器保持所需工作状态。 操作方便，但不如开关工作安全可靠，状态也不明显。 允许的工作电压、电流有额定值。比闸刀开关小。,（二）主要功能器件,20
7、19/2/23,10. 1 继电控制电路,三相异步电机控制电路,(2) 按钮,(2) 按钮 可以包含多组常开和常闭触点，起动按钮多利用常开触点，停止按钮多利用常闭触点。 停止按钮易于看到，易于触及。可以有多个，甚至一片。,（二）主要功能器件,2019/2/23,10. 1 继电控制电路,三相异步电机控制电路,(3) 继电器 将电路的通断控制向下传的器件。 继电器在结构上为电磁铁加触点，是电磁铁控制的开关。 具有功率放大作用，线圈中通过电流小、加到线圈上的电压也小，触点允许的电流、电压大。 触点导通电阻小、切断电阻大。,（二）主要功能器件,2019/2/23,10. 1 继电控制电路,三相异步电
8、机控制电路,（二）主要功能器件,1 3 常闭触点 1 2 常开触点 铁心 线圈 线圈引线 弹簧 铁軛,2019/2/23,10. 1 继电控制电路,三相异步电机控制电路,(3) 继电器,继电器由触点，线圈与磁路系统及反作用弹簧等组成。当在线圈中通入一定数值的电流或施加一定的电压时，可使可动衔铁吸合，因而带动附属机构使活动触点与一固定触点接通，与另一固定触点断开。利用触点的这种闭合或打开，就可以对电路进行通断控制。 继电器具有以一控多功能。KM1-1表示KM1的第一对触点。通过自锁触点实现记忆保持功能。,（二）主要功能器件,10. 1 继电控制电路,三相异步电机控制电路,(3) 继电器,（二）主
9、要功能器件,10. 1 继电控制电路,三相异步电机控制电路,继电器是控制和保护线路中广泛应用的一种自动控制电器。其工作原理是在输入一定的物理量（例如电流、电压、转速、时间、温度等）的作用下，自动接通或者断开触点，完成电路同、断功能。 常用的继电器分为：电流继电器、电压继电器、中间继电器、时间继电器、热继电器等。,(3) 继电器,（二）主要功能器件,当工作器械在长期的小范围（相对与熔断器而言）超载，热继电器内的热敏元件（如双金属片）工件，热继电器动作，切断控制回路，对进行器械起保护作用。 用作保护用的继电器常需要人工干预，才能回到正常状态。,10. 1 继电控制电路,三相异步电机控制电路,(3)
10、 继电器,（二）主要功能器件,2019/2/23,三相异步电机控制电路,(4) 熔断器,熔断器俗称保险丝，由易熔金属指成，当工作器械出现显著超载时，立即切断电路。需要更换熔断器工作器械才能继续工作，这样做有利于保障安全。熔断器的选择要保证工作器械的安全。,（二）主要功能器件,10. 1 继电控制电路,2019/2/23,(三) 自动控制模式 由计算机软件或外部信号控制动作,10. 1 继电控制电路,三相异步电机控制电路,Ui,KD1,KA1,3相,10. 1 继电控制电路,三相异步电机控制电路,一般的逻辑器件，如门电路都是不可编程的，或称定制式器件，即它的功能是固定的，连接的输入、输出都通过硬
11、件连接是固定的。 PLD与定制器件的主要区别是可编程性，其逻辑功能可由用户通过软件编程构造或设置。使设计灵活，研制周期缩短，空间尺寸减小，降低故障率。,10. 2 可编程逻辑组件,10.2.1 可编程逻辑器件(PLD),2019/2/23,10.2.1 可编程逻辑器件(PLD),10. 2 可编程逻辑组件,PLD的输入信号A通过缓冲器，以其互补信号输至阵列电路。连线交叉处，实心点表示固定连接， “” 号的为编程连接，无任何符号即为不连接或是擦除单元,2019/2/23,10. 2 可编程逻辑组件,10.2.1 可编程逻辑器件(PLD),2019/2/23,10. 2 可编程逻辑组件,10.2.
12、2 可编程阵列逻辑 (PAL),还有带反馈、带寄存器和异或门型可编程阵列逻辑 (PAL),可编程，可以通过编程连接； 不可编程，需要通过跨线连接,（一）PAL器件结构,可编程阵列逻辑PAL (Programmable Array Logic)几乎可以构成各种逻辑功能器件，从而使逻辑电路的设计容易得到简化。一片PAL器件可以替代412片简单逻辑芯片，使逻辑电路结构紧凑。,PAL器件结构,在一个系统中往往有若干个步进电动机，只有被选中的步进电动机，才受到控制。各个步进电动机有不同的E1E2编码，本列中被选中的步进电动机部门为E1E20,为使步进电动机在系统中正确运行，需要设定初始状态。每进一个时钟
13、脉冲CK，按照转向控制信号D的要求，按确定方向转一步。,在只有四状态情况下，只需要两个独立的Q就可以控制，这里 、 。因此只需要正确控制Q0 Q2就可以了。,在该步进电动机未被选中情况下，要求它的状态不变，因此,对于其它步进电动机，根据它们的编码，上面公式中的E1和E2需要变为， E1或E2。,本例中初始状态设为Q0 Q2 1。设置初始状态的逻辑方程为,电动机驱动步序卡诺图,环行分配器输出信号四序逻辑,卡诺图用来表达某状态变量的n+1态与各个量n态状态之间关系,卡诺图的依据是真值表 1. 根据n态选定单元格； 2. 根据n+1态填入状态码,D=0时Q0n+1的卡诺图,卡诺图的格数=2k,10.
14、 2 可编程逻辑组件,10.2.2 可编程阵列逻辑 (PAL),应用举例：步进电动机的控制,1,0,n=1,n=3,D=0时Q0n+1的卡诺图,10. 2 可编程逻辑组件,10.2.2 可编程阵列逻辑 (PAL),应用举例：步进电动机的控制,1,n=3,D=1时Q0n+1的卡诺图,D=1时Q0n+1的卡诺图,D=0时Q0n+1的卡诺图,0,1,n=1,n=3,D=0时Q2n+1的卡诺图,1,0,n=1,n=3,D=1时Q2n+1的卡诺图,10. 2 可编程逻辑组件,10.2.2 可编程阵列逻辑 (PAL),应用举例：步进电动机的控制,D=1时Q2n+1的卡诺图,D=0时Q2n+1的卡诺图,10
15、. 2 可编程逻辑组件,10.2.2 可编程阵列逻辑 (PAL),应用举例：步进电动机的控制,10. 2 可编程逻辑组件,10.2.2 可编程阵列逻辑 (PAL),应用举例：步进电动机的控制,考虑到,PAL16R4 PAL DESIGH SPECIFICATION SMC 06/22/96 STEPPED MOTOR CONTROLLER SHANGHAI CONTROL TECHNOLOGY INSTITUTE CK E1A E2A SA DA E1B E2B SB DB GND /OC /Q3B /Q1B /Q2B /Q0B /Q2A /Q0A /Q3A /Q1A Ucc Q0A : = /E1A*/E2A*SA ; SETP 1 IF SET + Q0A*E1A ; HOLD IF E1A + Q0A*E2A ; HOLD IF E2A + /E1A*/E2A*/DA*Q2A ; LOAD Q2A IF /DA + /E1A*/E2A*DA*/Q2A ; LOAD /Q2A IF DA,10. 2 可编程逻辑组件,10.2.2 可编程阵列逻辑 (PAL),应用举例：步进电动机的控
