高轉(zhuǎn)矩伺服電機(jī)用控制器

　　有時(shí)用市場(chǎng)上現(xiàn)成的高轉(zhuǎn)矩伺服電機(jī)比建造更方便。設(shè)計(jì)這種伺服電機(jī)用于無線電控制應(yīng)用，如為了得到中心位置希望脈沖為1.5ms寬。除去已有電路并用一個(gè)簡(jiǎn)單的線性電壓控制替代是可能的；然而，選擇“不破壞它”而用一個(gè)外部脈沖產(chǎn)生器替代。此結(jié)果是比預(yù)期的更錯(cuò)綜復(fù)雜。

　　這些伺服電機(jī)的特性是它們要消耗大電流，除非處于“閑置”模式，即用輸入脈沖選通低態(tài)。在本文特定應(yīng)用中，是激勵(lì)一個(gè)時(shí)序變速箱，1A的“非閑置”電流將不需要消耗12V電池。一個(gè)比較好的辦法是只在需要變速時(shí)喚醒伺服電機(jī)。

　　可惜，簡(jiǎn)單地選通關(guān)斷脈沖這種方法不是工作地很好，伺服電機(jī)的內(nèi)部電路在最后脈沖之間勢(shì)必會(huì)使軸端偏離中心位置，也許低占空比脈沖對(duì)保持伺服電機(jī)半喚醒是必須的。雖然情況如此，存在的噪聲危險(xiǎn)會(huì)造成偶然的開關(guān)轉(zhuǎn)換。由于變速箱在每次變速之后需要操縱桿來返回中心位置，所以可靠的點(diǎn)火方法是關(guān)鍵，而最好的方案是在每次變速和返回之后完全禁止伺服電機(jī)，通過P溝道MOSFET理Q1去除其電源(見圖1)。這種方案的另一個(gè)好處是能保持靜態(tài)電流小于10mA。方向盤上變速開關(guān)激勵(lì)的一對(duì)微開關(guān)具有信號(hào)濾波，并借助R1、C1、R2、C2和NAND門N1去抖動(dòng)，N1之后是單穩(wěn)N2。它們每次產(chǎn)生一個(gè)625ms寬的脈沖，此脈沖至少對(duì)600欠載的伺服是足夠的。下一個(gè)單穩(wěn)(N3)產(chǎn)生一個(gè)較長的脈沖(大約1.25S寬)。伺服電機(jī)可惜，簡(jiǎn)單地選通關(guān)斷脈沖這種方法不是工作地很好，伺服電機(jī)的內(nèi)部電路在最后脈沖之間勢(shì)必會(huì)使軸端偏離中心位置，也許低占空比脈沖對(duì)保持伺服電機(jī)半喚醒是必須的。雖然情況如此，存在的噪聲危險(xiǎn)會(huì)造成偶然的開關(guān)轉(zhuǎn)換。由于變速箱在每次變速之后需要操縱桿來返回中心位置，所以可靠的點(diǎn)火方法是關(guān)鍵，而最好的方案是在每次變速和返回之后完全禁止伺服電機(jī)，通過P溝道MOSFET理Q1去除其電源(見圖1)。這種方案的另一個(gè)好處是能保持靜態(tài)電流小于10mA。方向盤上變速開關(guān)激勵(lì)的一對(duì)微開關(guān)具有信號(hào)濾波，并借助R1、C1、R2、C2和NAND門N1去抖動(dòng)，N1之后是單穩(wěn)N2。它們每次產(chǎn)生一個(gè)625ms寬的脈沖，此脈沖至少對(duì)600欠載的伺服是足夠的。下一個(gè)單穩(wěn)(N3)產(chǎn)生一個(gè)較長的脈沖(大約1.25S寬)。伺服電機(jī)在整個(gè)周期處于激勵(lì),因此,有625ms時(shí)間使其返回到中心位置。注意，脈沖以及加到伺服電機(jī)的電源選通開和關(guān)。

　　脈沖本身來自由雙運(yùn)放N5等構(gòu)成的產(chǎn)生器—調(diào)制器。其中N5a是方波產(chǎn)生器(頻率200Hz)，能保證在首次上電時(shí)能啟動(dòng)。其輸出由R17、R18、C14變換為良好的三角波。N5b做為比較器，其參考電平由R19、R20設(shè)置。電容器C15做為濾波器，用于防止伺服電機(jī)干擾電路所引起的噪聲。對(duì)于變速桿中心位置，由R19、R20確定1.5ms脈寬，但對(duì)于變速桿“向下”脈寬2.2ms和“向上”脈寬0.8ms，電阻器R21、R20可使參考電平向上或向下移動(dòng)，得到所希望的脈寬調(diào)制。

　　由于伺服電機(jī)需要+6V電源，(能提供至少2A峰值沖擊電流)，所以需要相當(dāng)大的穩(wěn)壓器，在此選用KA317T(N6)，還包括低阻抗電容器C17。數(shù)字部分采用HCT器件，所以Vd軌由D5降到大約5.4V。保護(hù)器件F1Z1以及二極管D6、D7防止電池反向連接時(shí)的意外事故。

　　此電路也可用于工業(yè)和按比例縮小的應(yīng)用中。若采用更小的伺服電機(jī)和不關(guān)注無功電流，則可簡(jiǎn)化電路，甚至簡(jiǎn)化到只用產(chǎn)生器—調(diào)制器。簡(jiǎn)單的“down”和“up”命令可直接從微開關(guān)引到R21、R22，去掉邏輯和單穩(wěn)電路。另外可能性是在0V/6V軌之間連接一個(gè)控制桿電位器，并通過限制電阻器(大于200K)連接電位器游標(biāo)到C15。用R20可以微調(diào)脈寬。