基于IPM模塊的舵機(jī)控制電路設(shè)計(jì)

摘要：為了實(shí)現(xiàn)水下自主式機(jī)器人的控制，設(shè)計(jì)了一種基于IPM模塊的舵機(jī)控制電路。該電路將舵機(jī)控制信號與舵機(jī)位置反饋信號比較獲得的直流偏置電壓信號作為脈寬調(diào)制芯片UC1637的輸入信號。UC1637根據(jù)輸入直流偏置電壓信號的變化輸出不同占空比的PWM信號驅(qū)動IPM模塊內(nèi)部不同IGBT的通斷，從而實(shí)現(xiàn)舵機(jī)的控制。該電路將IPM模塊和脈寬調(diào)制芯片UC1637用于舵機(jī)控制，使該電路具有成本低廉和容易實(shí)現(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該控制電路運(yùn)行穩(wěn)定，控制精度高，有很強(qiáng)的應(yīng)用推廣價值。
關(guān)鍵詞：IPM模塊；舵機(jī)；脈寬調(diào)制；PWM

0 引言
絕緣柵雙級型晶體管IGBT是一種由雙級型晶體管與MOSFET組和的器件，它既有MOSFET的柵極電壓控制快速開關(guān)特性，又具有雙級型晶體管大電流處理能力和低飽和壓降的特點(diǎn)。IPM模塊與IGBT模塊相比，具有如下特點(diǎn)：內(nèi)置驅(qū)動電路、過流保護(hù)、短路保護(hù)、控制電源欠壓保護(hù)、過熱保護(hù)及外部輸出的警報(bào)。本文將日本三菱公司的IPM模塊PM25RLA120和美國TI公司的電機(jī)控制芯片UC1637用于電動舵機(jī)控制。

1 設(shè)計(jì)原理
舵機(jī)控制原理框圖如圖1所示。

舵機(jī)是一種位置伺服的驅(qū)動器，其工作原理是：控制信號與舵機(jī)位置反饋信號比較，獲得直流偏置電壓，偏置電壓進(jìn)入信號調(diào)制芯片產(chǎn)生一個比較電平，經(jīng)過PWM控制芯片UC1637后，輸出一定占空比的PWM信號，用來驅(qū)動IPM電路中IGBT的通斷，從而實(shí)現(xiàn)電動舵機(jī)位置的控制。

2 舵機(jī)控制系統(tǒng)電路
2．1 以UC1637為核心的控制電路
UC1637是TI公司針對直流電機(jī)控制設(shè)計(jì)的芯片，該芯片用來代替通常的驅(qū)動電路，內(nèi)含三角波發(fā)生器、誤差放大器、脈寬調(diào)制器、欠壓保護(hù)、過流保護(hù)電路，提高了電機(jī)控制電路的集成度和系統(tǒng)的可靠性。舵機(jī)控制電路接收控制計(jì)算機(jī)發(fā)送的操舵信號，與舵機(jī)反饋信號比較，校正放大處理后，與一定頻率幅值的三角波信號比較后的信號輸入UC1637，在芯片內(nèi)產(chǎn)生一個模擬誤差電壓信號，輸出二路不同極性的PWM控制信號，達(dá)到控制舵機(jī)打出不同舵角的目的。UC1637控制電路如圖2所示，MC2為三角波輸出信號，M12為UC1637輸入控制信號，A02，B02為輸出控制信號，兩路控制信號經(jīng)過光電隔離后控制IPM模塊不同的回路的通斷控制舵機(jī)工作。