基于PIC16F690的直流無(wú)刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)器設(shè)計(jì)

2.2 控制電路

在單片機(jī)控制電路設(shè)計(jì)中， 選用美國(guó)Microchip公司的PIC16F690單片機(jī)， 與其他系列單片機(jī)相比， 它的最大優(yōu)點(diǎn)表現(xiàn)在引腳少、功能強(qiáng)、可直接帶LED負(fù)載; 具有低耗能工作方式， 較簡(jiǎn)便地實(shí)現(xiàn)掉電保護(hù);外圍配置簡(jiǎn)單、明晰、提高了整機(jī)的可靠性; 并且具有較強(qiáng)的抗干擾性， 大大提高了抵御外界的電磁干擾和本機(jī)控制電路的電磁干擾的能力， 從而提高了工業(yè)電腦自動(dòng)控制器的適應(yīng)能力。

設(shè)計(jì)中， 要求電壓和電流信號(hào)都能作為控制信號(hào)， 達(dá)到控制電機(jī)的轉(zhuǎn)向及轉(zhuǎn)速目的， 為此先設(shè)計(jì)了一個(gè)電流/電壓轉(zhuǎn)換電路， 如圖2所示。若輸入4~20mA 控制電流， 則可以在采樣電阻R44上形成0 4~2 V 的電壓值， 輸入到單片機(jī)中進(jìn)行處理。在采樣電阻的兩端并聯(lián)一個(gè)瞬態(tài)二極管， 起到保護(hù)的作用， 電容的存在可以起到濾波作用， 令輸入到單片機(jī)的電壓信號(hào)更加穩(wěn)定。

　　
圖2 電流/電壓轉(zhuǎn)換電路

由于電機(jī)在正常工作時(shí)對(duì)電源的干擾很大， 如果只用一組電源會(huì)影響單片機(jī)的正常工作， 所以選用雙電源供電。電源系統(tǒng)采用DC /DC 轉(zhuǎn)換芯片IB1215LS- 1W 和IB1209LS - 1W, 電路設(shè)計(jì)， 如圖3 所示。

為防止瞬時(shí)輸入電壓過(guò)大， 在電源入口放置穩(wěn)壓芯片7818, 再經(jīng)過(guò)瞬態(tài)二極管的降壓， 最后進(jìn)入DC /DC芯片， 得到兩路電壓15 V 和9 V, 電感L 1 和L2 的作用是組成 LC濾波網(wǎng)絡(luò)， 可以進(jìn)一步減少輸入輸出紋波， 利用這兩路電壓經(jīng)過(guò)三端穩(wěn)壓芯片78L05就可以得到需要的5 V和+ 5 V 兩路電源系統(tǒng)， 分別給單片機(jī)控制電路和驅(qū)動(dòng)電路供電。

　　
圖3 系統(tǒng)的電源電路設(shè)計(jì)

2.3 驅(qū)動(dòng)電路

由于功率MOSFET 是壓控元件， 具有輸入阻抗大、開(kāi)關(guān)速度快、無(wú)二次擊穿現(xiàn)象等特點(diǎn)， 滿足高速開(kāi)關(guān)動(dòng)作需求， 因此采用IR 公司的場(chǎng)效應(yīng)管IRF9540和IRF540構(gòu)成H 橋電路的橋臂。H 橋電路中的4個(gè)功率MOSFET 分別采用n溝道型和p溝道型， 設(shè)計(jì)的電路原理， 如圖4所示。

數(shù)字電平上下跳變時(shí)， 集成電路耗電發(fā)生突變，引起電源產(chǎn)生毛刺。數(shù)字電路越復(fù)雜， 數(shù)據(jù)速率越高， 累計(jì)的電流跳變?cè)綇?qiáng)烈， 高頻分量越豐富， 而普通印刷電路板不能完全吸收邏輯電平跳變產(chǎn)生的電壓毛刺， 這種噪聲會(huì)嚴(yán)重干擾電路。為了實(shí)現(xiàn)模擬電路和數(shù)字電路的隔離， 提高信噪比， 有效的抑制噪聲對(duì)模擬電路的干擾， 在PWM 信號(hào)從控制系統(tǒng)引出之后， 需要經(jīng)過(guò)光電隔離， 才能送入驅(qū)動(dòng)電路。在不影響驅(qū)動(dòng)器整體性能的前提下， 使用TLP521- 1光電耦合器， 主要考慮的是價(jià)格因素。

　　
運(yùn)放2902在電路中用作比較器， 把輸入邏輯信號(hào)同基準(zhǔn)電壓比較， 轉(zhuǎn)換成接近功率電源電壓幅度的方波信號(hào)。運(yùn)放的輸入電壓范圍不能接近負(fù)電源電壓， 否則會(huì)出錯(cuò)。因此在運(yùn)放輸入端增加了防止電壓范圍溢出的二極管D 13。輸入端的電阻R 50用于限流，R66用于在輸入懸空時(shí)把輸入端降為低電平。