继电器以及电机驱动技术PPT课件.ppt

关于继电器及电机的驱动技术第一张，PPT共九十一页，创作于2022年6月3.1直流继电器的驱动及泄流直流继电器一直是控制系统中直流继电器一直是控制系统中开关控制元件开关控制元件的主流的主流驱动电流较大时，应使用光耦进行隔离驱动电流较大时，应使用光耦进行隔离（1）用）用7406 、7407、ULN2003/ULN2803等等（2）光耦驱动）光耦驱动（3）光耦）光耦2003图图3.1继电器的续流二极管继电器的续流二极管直流继电器泄流直流继电器泄流图3.1 继电器的续流二极管第二张，PPT共九十一页，创作于2022年6月泄流、续流二极管直流继电器在线圈断电后会继续保持较大的电流，线圈中积蓄的能量通过该持续的电流释放掉(称泄流)。如果没有相应的电流释放回路，则可能产生较高的反压加到驱动器上使驱动器损坏。所以直流继电器必须并联一个反置的二极管，以使线圈断电后能正常泄流。该二极管常称为续流二极管。第三张，PPT共九十一页，创作于2022年6月3.1直流继电器的驱动及泄流驱动电流较大时，应使用光耦进行隔离驱动电流较大时，应使用光耦进行隔离驱动方法：驱动方法：（1）用）用7406 、7407、ULN2003/ULN2803等等（2）光耦驱动）光耦驱动（3）光耦）光耦20031 1、微型继电器的驱动、微型继电器的驱动、微型继电器的驱动、微型继电器的驱动微型微型微型微型继电器继电器 最长边尺寸不大于最长边尺寸不大于10mm10mm的继电器的继电器微型继电器微型继电器 超小型超小型超小型超小型继电器继电器 最长边尺寸大于最长边尺寸大于10mm10mm，但不大于，但不大于25mm25mm的继电器的继电器 小型小型小型小型继电器继电器 最长边尺寸大于最长边尺寸大于25mm25mm，但不大于，但不大于50mm50mm的继电器的继电器 多数微型直流继电器的驱动电流多数微型直流继电器的驱动电流很小很小。在控制系统中，使用。在控制系统中，使用+5V+5V供电最为方便，供电最为方便，这时小到数毫安，大到几十毫安的驱动电流足够驱动大多数微型直流继电器甚这时小到数毫安，大到几十毫安的驱动电流足够驱动大多数微型直流继电器甚至小型继电器至小型继电器第四张，PPT共九十一页，创作于2022年6月注意：注意：注意：注意：驱动直流继电器时，驱动直流继电器时，COMCOM端务必接到继电器的务必接到继电器的供电供电电源端电源端。第五张，PPT共九十一页，创作于2022年6月（1 1）用用用用7406 7406 、74077407、ULN200XULN200X等直接驱动等直接驱动等直接驱动等直接驱动直流继电器驱动直流继电器驱动供电电压：供电电压：+5V、6V、9V、12V、24V电流：几电流：几几十几十mA适用于驱动少路适用于驱动少路图3.2 ULN2003/ULN2004的内部结构输出端C输入端B第六张，PPT共九十一页，创作于2022年6月ULN2003ULN2003/ULN2803/ULN2004/ULN2804ULN2003/ULN2803/ULN2004/ULN2804适于与适于与适于与适于与TTLTTL、CMOSCMOS输出器件接口，输出器件接口，输出器件接口，输出器件接口，应用广泛。应用广泛。应用广泛。应用广泛。TTLTTL输出驱动输出驱动输出驱动输出驱动ULN2003/ULN2803ULN2003/ULN2803时，只能驱动时，只能驱动时，只能驱动时，只能驱动一路一路一路一路，不能驱动多路，不能驱动多路，不能驱动多路，不能驱动多路 ULN2003ULN2003的输入部分与的输入部分与TTLTTL及及CMOSCMOS兼容，因而可直接连接兼容，因而可直接连接TTLTTL输出或输出或CMOSCMOS输出，输输出，输出部分相当于出部分相当于OCOC门，所驱动的继电器，可以连接到较高的电源电压上而不需要门，所驱动的继电器，可以连接到较高的电源电压上而不需要额外的电路。额外的电路。当所连继电器当所连继电器当所连继电器当所连继电器数目数目数目数目较多或驱动电流较多或驱动电流较多或驱动电流较多或驱动电流较大较大较大较大时，应考虑让继电器使用独立时，应考虑让继电器使用独立时，应考虑让继电器使用独立时，应考虑让继电器使用独立的驱动电源，必要时还应使用隔离电源。使用隔离电源时，应在的驱动电源，必要时还应使用隔离电源。使用隔离电源时，应在的驱动电源，必要时还应使用隔离电源。使用隔离电源时，应在的驱动电源，必要时还应使用隔离电源。使用隔离电源时，应在ULN2003ULN2003前前前前设置光设置光设置光设置光电隔离电路电隔离电路电隔离电路电隔离电路第七张，PPT共九十一页，创作于2022年6月VCCVDD7406（2 2）用光耦直接驱动）用光耦直接驱动）用光耦直接驱动）用光耦直接驱动1）二极管的作用）二极管的作用2）限流电阻）限流电阻R1的计算的计算第八张，PPT共九十一页，创作于2022年6月（3 3）用光耦）用光耦）用光耦）用光耦+2003+2003驱动驱动驱动驱动VCCVDDVXX200374062003内部含有续流二极管内部含有续流二极管第九张，PPT共九十一页，创作于2022年6月2 2、大型继电器或电磁阀的驱动、大型继电器或电磁阀的驱动、大型继电器或电磁阀的驱动、大型继电器或电磁阀的驱动 （1）三级管扩流后驱动）三级管扩流后驱动由于大继电器导通和关断时都会产生较大的电磁干扰，所以使用三极管扩流后由于大继电器导通和关断时都会产生较大的电磁干扰，所以使用三极管扩流后驱动大继电器应考虑光电隔离驱动大继电器应考虑光电隔离VCVCC7406+5VR1第十张，PPT共九十一页，创作于2022年6月（2）用小继电器中继）用小继电器中继小继电器的线圈与触点间本身就有很好的隔离特性，因此应该是小继电器的线圈与触点间本身就有很好的隔离特性，因此应该是小继电器的线圈与触点间本身就有很好的隔离特性，因此应该是小继电器的线圈与触点间本身就有很好的隔离特性，因此应该是首选方案首选方案首选方案首选方案。而且在用小。而且在用小。而且在用小。而且在用小继电器中继的方式中，大继电器的线圈可以是直流或交流，对电压也没有什么要求继电器中继的方式中，大继电器的线圈可以是直流或交流，对电压也没有什么要求继电器中继的方式中，大继电器的线圈可以是直流或交流，对电压也没有什么要求继电器中继的方式中，大继电器的线圈可以是直流或交流，对电压也没有什么要求(通常小于通常小于通常小于通常小于240V240V即可即可即可即可)，因而使用更为方便，因而使用更为方便，因而使用更为方便，因而使用更为方便 图3.3 大继电器的中继驱动第十一张，PPT共九十一页，创作于2022年6月小型或微型继电器的触点可以选择一组或两组触点，触点形式也有多小型或微型继电器的触点可以选择一组或两组触点，触点形式也有多种可选，但以种可选，但以1Z或或2Z为多见。为多见。1Z触点指一组二个触点的触点形式，触点指一组二个触点的触点形式，一个为一个为常开触点常开触点，另一个为，另一个为常闭触点常闭触点。2Z触点则有两组触点则有两组1Z触点。触点。这样就更方便硬件设计。图这样就更方便硬件设计。图3.3为使用中继方式连接大继电器的为使用中继方式连接大继电器的电路，其中小继电器带有两组电路，其中小继电器带有两组Z型触点型触点(即即2Z)，使用了一组，另一，使用了一组，另一组可派作它用。两组触点也可组可派作它用。两组触点也可并联并联连接，以连接，以增大触点电流增大触点电流。（3）固态继电器驱动）固态继电器驱动、如双向可控硅、如双向可控硅第十二张，PPT共九十一页，创作于2022年6月3.2直流固态继电器(DCSSR)及驱动固态继电器的主要特点固态继电器的主要特点固态继电器的主要特点固态继电器的主要特点体积小体积小体积小体积小、无触点、开关速度快无触点、开关速度快无触点、开关速度快无触点、开关速度快，可由，可由，可由，可由CMOS/TTLCMOS/TTL电路直接驱动电路直接驱动电路直接驱动电路直接驱动固态继电器是经光电隔离的固态继电器是经光电隔离的固态继电器是经光电隔离的固态继电器是经光电隔离的直流或交流驱动模块直流或交流驱动模块直流或交流驱动模块直流或交流驱动模块。模块通常由模块通常由模块通常由模块通常由光电隔离部件、达林顿晶体管或可控硅驱动器、续流保护电路及散热部光电隔离部件、达林顿晶体管或可控硅驱动器、续流保护电路及散热部光电隔离部件、达林顿晶体管或可控硅驱动器、续流保护电路及散热部光电隔离部件、达林顿晶体管或可控硅驱动器、续流保护电路及散热部件件件件组成组成组成组成但更多的在大电流工作时但更多的在大电流工作时但更多的在大电流工作时但更多的在大电流工作时(10A(10A以上以上以上以上)需外加散热器，以防止过热而烧坏。需外加散热器，以防止过热而烧坏。需外加散热器，以防止过热而烧坏。需外加散热器，以防止过热而烧坏。图3.4 某型固态继电器外形第十三张，PPT共九十一页，创作于2022年6月直流固态继电器的驱动模式直流固态继电器的驱动模式固态继电器的驱动一般很简单，与驱动一个发光二极管相同，固态继电器的驱动一般很简单，与驱动一个发光二极管相同，大多数驱动电流大多数驱动电流515mA515mA即可。即可。直流固态继电器只能驱动直流固态继电器只能驱动直流器件直流器件，不可用于交流电路。使用时，不可用于交流电路。使用时还需注意还需注意额定电压与额定电流额定电压与额定电流，切忌过流或过压使用。，切忌过流或过压使用。第十四张，PPT共九十一页，创作于2022年6月1 1、原理图整形放大负载直流电源直流电源VC光电隔离部件、达林顿晶体管或可控硅驱动器、续流保护电路及散热部件光电隔离部件、达林顿晶体管或可控硅驱动器、续流保护电路及散热部件用于用于直直流大功率驱动流大功率驱动场合，如直流电机、直流电磁阀、步进电机、场合，如直流电机、直流电磁阀、步进电机、大功率继电器大功率继电器等等注意：不能超过额定电压和额定电流注意：不能超过额定电压和额定电流第十五张，PPT共九十一页，创作于2022年6月2、直流固态继电器的性能参数、直流固态继电器的性能参数(P49(P49表3.13.1）控制电压：控制电压：315V控制电流：控制电流：230mA通断时间：0.2mS负载电压负载电压：12400V最大负载电流最大负载电流：5A通态压降：=2倍倍的负载额定电流的负载额定电流 交流电机负载交流电机负载空载启动，电流等级应按空载启动，电流等级应按45倍倍的负载额定电流选取，的负载额定电流选取，否则按否则按67倍倍选取选取 其他感性负载其他感性负载按按45倍倍的负载额定电流选取的负载额定电流选取 过流保护过流保护快速熔断器和空气开关快速熔断器和空气开关5）交流固态继电器的发热与散热交流固态继电器的发热与散热当固态继电器的功率损耗较大时，必须考虑固态继电器的散热。是否当固态继电器的功率损耗较大时，必须考虑固态继电器的散热。是否需加散热装置与固态继电器的工作电流、封装形式、工作环境等因需加散热装置与固态继电器的工作电流、封装形式、工作环境等因素有关。素有关。10A以下以下的固态继电器通常不需要加装散热块。的固态继电器通常不需要加装散热块。第二十七张，PPT共九十一页，创作于2022年6月使用注意事项使用注意事项单相交流固态继电器在导通时的最大发热量按实际单相交流固态继电器在导通时的最大发热量按实际单相交流固态继电器在导通时的最大发热量按实际单相交流固态继电器在导通时的最大发热量按实际工作电流工作电流工作电流工作电流1.5W/A1.5W/A来计算来计算来计算来计算，在散热设计时，应考虑到环境温度，通风条，在散热设计时，应考虑到环境温度，通风条，在散热设计时，应考虑到环境温度，通风条，在散热设计时，应考虑到环境温度，通风条件件件件(自然冷却、风扇冷却自然冷却、风扇冷却自然冷却、风扇冷却自然冷却、风扇冷却)及交流固态继电器安装密度等因素。及交流固态继电器安装密度等因素。及交流固态继电器安装密度等因素。及交流固态继电器安装密度等因素。固态固态固态固态继电器与散热器安装面间须涂一薄层导热硅脂。继电器与散热器安装面间须涂一薄层导热硅脂。继电器与散热器安装面间须涂一薄层导热硅脂。继电器与散热器安装面间须涂一薄层导热硅脂。6 6 电网频率电网频率电网频率电网频率 交流固态继电器应用于交流固态继电器应用于交流固态继电器应用于交流固态继电器应用于50Hz50Hz或或或或60Hz60Hz的工频电网上的工频电网上的工频电网上的工频电网上,不宜用于低频不宜用于低频不宜用于低频不宜用于低频或高次谐波分量大的场合或高次谐波分量大的场合或高次谐波分量大的场合或高次谐波分量大的场合第二十八张，PPT共九十一页，创作于2022年6月3.4直流电机的直流电机的PWM(脉宽调制输出脉宽调制输出脉宽调制输出脉宽调制输出)驱动驱动直流电机的转速取决于驱动电流的有效值直流电机的转速取决于驱动电流的有效值直流电机的转速取决于驱动电流的有效值直流电机的转速取决于驱动电流的有效值PWM波波第二十九张，PPT共九十一页，创作于2022年6月常用方法常用方法常用方法常用方法3.4直流电机的直流电机的PWM(脉宽调制输出脉宽调制输出)驱动驱动（1）光电隔离器）光电隔离器+大功率场效应管（功率晶体管大功率场效应管（功率晶体管/IGBT）（2）固态继电器）固态继电器（3）专用接口芯片）专用接口芯片价格比较贵价格比较贵（4）专用接口板）专用接口板用于用于STD或或PC总线控制机系统总线控制机系统第三十张，PPT共九十一页，创作于2022年6月1）用功率晶体管驱动直流电机）用功率晶体管驱动直流电机注意结构，驱动电流较小时，注意结构，驱动电流较小时，Q2也可用单极管；也可用单极管；用于电感负载时，可不加续流二极管用于电感负载时，可不加续流二极管D2,D1用于加快功率管的截止速度。用于加快功率管的截止速度。用达林顿晶体管功率模块驱动用达林顿晶体管功率模块驱动直接驱动直接驱动图3.13 达林顿晶体管驱动模块图3.14功率晶体管模块的直接驱动第三十一张，PPT共九十一页，创作于2022年6月通常使用通常使用PNPPNP三极管驱动达林顿达晶体管，直接驱动电路见图，图中三极管驱动达林顿达晶体管，直接驱动电路见图，图中Q2Q2为达林顿晶体管驱动为达林顿晶体管驱动模块。功率晶体管的驱动电压通常比较大，因此，必须使用高压输出的模块。功率晶体管的驱动电压通常比较大，因此，必须使用高压输出的OCOC门门驱动。经驱动。经Q1Q1反相驱动后，驱动电流进入功率晶体管基极。反相驱动后，驱动电流进入功率晶体管基极。R3R3用于限流，应根据用于限流，应根据Q2Q2的直流放大倍数的直流放大倍数确定，确定，R4R4用于关断时的用于关断时的基极泄流基极泄流，以加快，以加快Q2Q2的截止速度。的截止速度。OCOC门电路门电路U1U1也可由三极管或也可由三极管或达林顿达晶体管阵列驱动器代替，耐压值必须达林顿达晶体管阵列驱动器代替，耐压值必须大于大于VCCXVCCX。其电流可达。其电流可达100-200A100-200A第三十二张，PPT共九十一页，创作于2022年6月用带光电隔离功率晶体管模块直接驱动电机用带光电隔离功率晶体管模块直接驱动电机由于由于TLP521的集电极的集电极-发射极耐压为发射极耐压为55V，所以当，所以当VCCX大于大于55V时，该电路还应加时，该电路还应加限压电路。方法一是给驱动管限压电路。方法一是给驱动管Q1的发射极加独立电源，通常的发射极加独立电源，通常12V即可；当即可；当VCCX不很不很高时，也可用稳压二极管稳压高时，也可用稳压二极管稳压VCCVCCXP107406MTLP521-1R1R2R3R4VCQ1Q2图图3.15 功率晶体管模块直接驱动功率晶体管模块直接驱动耐压值为55V第三十三张，PPT共九十一页，创作于2022年6月2）用大功率场效应管驱动直流电机）用大功率场效应管驱动直流电机VCCVCP10IRFZ407406VCCXM特点特点特点特点输入阻抗高，通态电阻低，关断漏电流小，响应速度快输入阻抗高，通态电阻低，关断漏电流小，响应速度快输入阻抗高，通态电阻低，关断漏电流小，响应速度快输入阻抗高，通态电阻低，关断漏电流小，响应速度快（导通和关断时间短），（导通和关断时间短），（导通和关断时间短），（导通和关断时间短），与同功率的继电器相比，体积小，价与同功率的继电器相比，体积小，价与同功率的继电器相比，体积小，价与同功率的继电器相比，体积小，价格便宜格便宜格便宜格便宜 第三十四张，PPT共九十一页，创作于2022年6月大功率场效应管大功率场效应管特点特点特点特点输入阻抗高。关断漏电流小，响应速度快，输入阻抗高。关断漏电流小，响应速度快，输入阻抗高。关断漏电流小，响应速度快，输入阻抗高。关断漏电流小，响应速度快，与同功率的继电器相比，体积小，价格便宜与同功率的继电器相比，体积小，价格便宜与同功率的继电器相比，体积小，价格便宜与同功率的继电器相比，体积小，价格便宜 +27VVCCVCP1.2P1.1P10IRF640第三十五张，PPT共九十一页，创作于2022年6月大功率场效应管加大功率场效应管加OC门驱动直流电机门驱动直流电机特点特点特点特点输入阻抗高，关断漏电流小，响应速度快，输入阻抗高，关断漏电流小，响应速度快，输入阻抗高，关断漏电流小，响应速度快，输入阻抗高，关断漏电流小，响应速度快，与同功率的继电器相比，体积小，价格便宜与同功率的继电器相比，体积小，价格便宜与同功率的继电器相比，体积小，价格便宜与同功率的继电器相比，体积小，价格便宜 提高驱动电压,Q1导通条件：高电平为提高开关速度加推挽电路图3.16 场效应晶体管的驱动图3.17 场效应晶体管的推挽驱动第三十六张，PPT共九十一页，创作于2022年6月3）用继电器驱动直流电机）用继电器驱动直流电机+5VDC-SSRR1P1.0VCCXM第三十七张，PPT共九十一页，创作于2022年6月IGBT功率可达功率可达功率可达功率可达100KW100KW以上以上以上以上,电流可达电流可达电流可达电流可达10KA10KA以上以上以上以上,电压可达电压可达电压可达电压可达100KV100KV以上，如此的驱动模块以上，如此的驱动模块以上，如此的驱动模块以上，如此的驱动模块通常很难想象，不过通常很难想象，不过通常很难想象，不过通常很难想象，不过IGBTIGBT可以做到可以做到可以做到可以做到图3.18 三菱七路IGBT模块PM100RSE60外形第三十八张，PPT共九十一页，创作于2022年6月IGBTIGBT全称绝缘栅双极晶体管，是全称绝缘栅双极晶体管，是MOSFETMOSFET和和GTR(GTR(功率晶管功率晶管)相结合的产物。它的三个极相结合的产物。它的三个极分别是分别是集电极集电极(C)(C)、发射极、发射极(E)(E)和栅极和栅极(G)(G)IGBTIGBT的等效电路如图的等效电路如图1 1所示。所示。由图由图1 1可知可知,若在若在IGBTIGBT的栅极和的栅极和发射极之间加上驱动发射极之间加上驱动正电压正电压,则则MOSFETMOSFET导通导通,这样这样PNPPNP晶体管晶体管的集电极与基极之间成低阻状的集电极与基极之间成低阻状态而使得晶体管导通态而使得晶体管导通;若若IGBTIGBT的栅极和发射极之间电压为的栅极和发射极之间电压为0V0V,则则MOSFETMOSFET截止截止,切断切断PNPPNP晶体晶体管基极电流的供给管基极电流的供给,使得晶体使得晶体管截止。管截止。这是什么东西？这是什么东西？第三十九张，PPT共九十一页，创作于2022年6月本质上是场效应晶体管，突出特点：本质上是场效应晶体管，突出特点：3.5IGBT（1）大功率、极高的耐压、极高的过载能力）大功率、极高的耐压、极高的过载能力（2）开关速度高）开关速度高（3）导通电阻极小）导通电阻极小（4）封装尺寸小、许多器件还集成了多种保护措施）封装尺寸小、许多器件还集成了多种保护措施（5）对驱动电路的要求比较高，需专门的驱动器）对驱动电路的要求比较高，需专门的驱动器绝缘栅双极型晶体管绝缘栅双极型晶体管第四十张，PPT共九十一页，创作于2022年6月7路封装模块U,V,W为输出UP,VP,WP为输入图3.19 PM100RSE60功能框图第四十一张，PPT共九十一页，创作于2022年6月1、IGBT对驱动电路的要求对驱动电路的要求（1）驱动电路与）驱动电路与IGBT连线要尽量短连线要尽量短由于由于IGBT与场效应晶体管都是电压驱动的，都具有一个与场效应晶体管都是电压驱动的，都具有一个2.55V的阈值电压，有一个容性输入阻的阈值电压，有一个容性输入阻抗，因此抗，因此IGBT对栅极电荷非常敏感，所以驱动电路必须稳定可靠；要保证有一条低阻对栅极电荷非常敏感，所以驱动电路必须稳定可靠；要保证有一条低阻抗值的放电回路，即驱动电路与抗值的放电回路，即驱动电路与IGBT的连线要尽量短的连线要尽量短（2）驱动电压）驱动电压前后沿要足够陡前后沿要足够陡必要时应使用施密特触发器整形，使必要时应使用施密特触发器整形，使IGBT的开关损耗尽量小的开关损耗尽量小（3）正驱动电源一般选取为）正驱动电源一般选取为12V20V，关断可加一负偏压，关断可加一负偏压受受IGBT的的GE间最大反向耐压限制，可取间最大反向耐压限制，可取0 -10V（4）驱动电路与控制电路必须隔离）驱动电路与控制电路必须隔离IGBT在电力电子设备中多用于在电力电子设备中多用于 高压场合高压场合第四十二张，PPT共九十一页，创作于2022年6月2、IGBT智能功率模块智能功率模块（1）MIG400J101H（2路）路）用于控制用于控制直流电机直流电机控制控制（2）PM100RSE060（7路）路）多用于多用于交流电机交流电机控制，也可用于直流电机控制，也可用于直流电机 集成了驱动和保护电路，使用时只需用光隔驱动即可集成了驱动和保护电路，使用时只需用光隔驱动即可第四十三张，PPT共九十一页，创作于2022年6月VIN输入低电平时，输入低电平时，IGBT 导通导通 高电平时，高电平时，IGBT截止截止MIG400J101H（2路）路）图图2.23 带驱动的带驱动的2路路IGBT模块模块MIG400J101H的测试电路的测试电路第四十四张，PPT共九十一页，创作于2022年6月图图2.24 7路路IGBT功率模块功率模块PM100RSE060的应用电路（三相的应用电路（三相交流电机变频控制）交流电机变频控制）135462第四十五张，PPT共九十一页，创作于2022年6月UVWPNV1V3V5V2V6V4第四十六张，PPT共九十一页，创作于2022年6月3.IGBT专用驱动器EXB850、851EXB840、841图3.20 东芝EXB系列IGBT驱动器过电流保护电路过电流保护电路第四十七张，PPT共九十一页，创作于2022年6月富士的富士的EXB850EXB850、851851、840840、841841即是这种驱动元件即是这种驱动元件第四十八张，PPT共九十一页，创作于2022年6月引脚引脚引脚引脚信号定义信号定义信号定义信号定义引脚引脚引脚引脚信号定义信号定义信号定义信号定义1 1连连接用于反向偏置接用于反向偏置电电源的源的滤滤波波电电容容9 9电电源地源地(0V)(0V)2 2电电源源(+20V)(+20V)1010不接不接3 3驱动输驱动输出出1111不接不接4 4连连接外部接外部电电容，以防止容，以防止过过流保流保护电护电路路误动误动作作(绝绝大部分大部分场场合不需要合不需要电电容。容。)1212无无5 5过过流保流保护输护输出出1313无无6 6集集电电极极电压监视电压监视1414驱动驱动信号信号输输入入(-)(-)7 7不接不接1515驱动驱动信号信号输输入入(+)(+)8 8不接不接第四十九张，PPT共九十一页，创作于2022年6月EXB850EXB850驱动驱动IGBTIGBT相当方便，仅需提供相当方便，仅需提供10mA10mA的开关信号即可驱动的开关信号即可驱动IGBTIGBT导通。器件的导通。器件的20V20V工作电源工作电源需与驱动侧隔离。需监视过流保护状态，则应提供需与驱动侧隔离。需监视过流保护状态，则应提供TLP521TLP521光耦一路。另加一个二极管和二光耦一路。另加一个二极管和二个电容即可个电容即可图3.21 EXB850驱动IGBT实例*1：快恢复二极管*2：光耦隔离电源过流检测输出驱动信号双绞线*2 TLP521或等效电路第五十张，PPT共九十一页，创作于2022年6月3、IGBT模块使用注意事项模块使用注意事项（1）IGBT模块的选定模块的选定 模块额定电压按工作电压的模块额定电压按工作电压的3倍左右选择倍左右选择交流交流220V整流后供整流后供电的场合，宜选用电的场合，宜选用600V模块，交流模块，交流380V整流后供电的场合，宜选用整流后供电的场合，宜选用1200V模块模块 电流按最大静态电流选择，适当留有余量电流按最大静态电流选择，适当留有余量（2）防止静电）防止静电 VGE的耐压值的耐压值 20V在模块的栅极在模块的栅极-发射极之间发射极之间(G-E端端)加上超出耐压值的加上超出耐压值的电压会导致器件永久损坏，使用时务必注意。电压会导致器件永久损坏，使用时务必注意。第五十一张，PPT共九十一页，创作于2022年6月3.6 直流电机的正反转控制直流电机的正反转控制（1）H桥直流电机正反转控制电路桥直流电机正反转控制电路（2）正负供电直流电机正反转控制电路）正负供电直流电机正反转控制电路（3）使用继电器换向电路）使用继电器换向电路用于电机停转时换向用于电机停转时换向第五十二张，PPT共九十一页，创作于2022年6月有刷直流电机的正反转控制第五十三张，PPT共九十一页，创作于2022年6月1 1、HH桥直流电机正反转控制电路桥直流电机正反转控制电路桥直流电机正反转控制电路桥直流电机正反转控制电路功率驱动模块可以是功率驱动模块可以是达林顿晶体管、功率场效应管或达林顿晶体管、功率场效应管或IGBT VCCVCP1.1P10IRF64027VV1V2V1V3V4第五十四张，PPT共九十一页，创作于2022年6月H桥直流电机控制电路图3.26 用两块双路IGBT模块构成H桥直流电机控制电路第五十五张，PPT共九十一页，创作于2022年6月3.27 用用6路路IGBT模块的模块的H桥电机桥电机控制电路图控制电路图2 2、用、用、用、用IGBTIGBT智能功率模块组成智能功率模块组成智能功率模块组成智能功率模块组成HH桥直流电机正反转控制电路桥直流电机正反转控制电路桥直流电机正反转控制电路桥直流电机正反转控制电路第五十六张，PPT共九十一页，创作于2022年6月3 3正负供电直流电机正反转控制电路正负供电直流电机正反转控制电路正负供电直流电机正反转控制电路正负供电直流电机正反转控制电路图图3.28正负供电直流电机正反转控制电路正负供电直流电机正反转控制电路第五十七张，PPT共九十一页，创作于2022年6月图3.29 继电器控制直流电机正反转电路第五十八张，PPT共九十一页，创作于2022年6月直流电机的直流电机的PWM控制逻辑控制逻辑。功率驱动模块AM功率驱动模块B功率驱动模块C功率驱动模块D图3.25 H桥直流电机正反转控制电路无论是无论是H H桥直流电机控制电路，还是正负电源供电的直流电机控制电路，桥直流电机控制电路，还是正负电源供电的直流电机控制电路，同一边的功率模块同一边的功率模块(图中功率驱动模块图中功率驱动模块A A和功率驱动模块和功率驱动模块C)C)同时导通时，同时导通时，可能会烧毁功率模块可能会烧毁功率模块。所以直流电机的控制逻辑以图。所以直流电机的控制逻辑以图3.303.30模式为多见模式为多见第五十九张，PPT共九十一页，创作于2022年6月4 4、直流电机的、直流电机的、直流电机的、直流电机的PWMPWM控制逻辑控制逻辑由于功率模块的由于功率模块的发热损耗在通、断过程中为最大发热损耗在通、断过程中为最大，所以对模拟正弦，所以对模拟正弦输出的输出的PWMPWM脉冲，或脉冲，或PWMPWM脉冲频率在脉冲频率在1kHz1kHz以上以上的场合，可以让模块的场合，可以让模块C C或模块或模块D D常通，以减小发热损耗。常通，以减小发热损耗。图图3.30 直流电机直流电机PWM控制逻辑电路控制逻辑电路PWM脉冲正/反P1.0正转脉冲(V1、V4)反转脉冲(V2、V3)第六十张，PPT共九十一页，创作于2022年6月直流电机的直流电机的PWM控制逻辑控制逻辑H桥单边上下模块的同时导通会在短时内烧毁功率模块，因此在正反转切换时，暂停PWM的脉冲输出是必要的，通常称为插入死区时间。一般应用中，插入死区时间通常不会影响电机的控制动作。图3.30 直流电机PWM控制逻辑图3.31 直流电机PWM控制逻辑的变化第六十一张，PPT共九十一页，创作于2022年6月3.7 交流电机的交流电机的PWM控制控制交交流流电电机机的的速速度度控控制制不不由由电电压压有有效效值值决决定定，而而由由频频率率决决定定。方方波波输输出出的的PWM时时序如图序如图3.32。电机的转速将正比于方波输出频率电机的转速将正比于方波输出频率。图3.32 方波输出的三相PWM波形第六十二张，PPT共九十一页，创作于2022年6月模拟正弦波输出的三相模拟正弦波输出的三相PWM波形波形由于电机为由于电机为感性负载感性负载，理想的电压波形为，理想的电压波形为正弦波正弦波。方波。方波中的高频成分对提高电机的驱动能力并无显著作用，但却将中的高频成分对提高电机的驱动能力并无显著作用，但却将增加电机发热。所以，为使电机性能最佳，使用增加电机发热。所以，为使电机性能最佳，使用模拟正弦的PWMPWM信号信号(SPWM)较理想，这时电机的转速由较理想，这时电机的转速由模拟正模拟正弦频率弦频率决定决定但由于电机的负荷特性，当但由于电机的负荷特性，当PWMPWM的模拟正弦的频率减小的模拟正弦的频率减小时，直流有效值应作相应调整，以防止电机电流过大而时，直流有效值应作相应调整，以防止电机电流过大而烧坏。由软件进行烧坏。由软件进行PWMPWM频率调整和有效值调整，通常并频率调整和有效值调整，通常并不容易，要求处理器有较高的数据处理能力。使用专用三不容易，要求处理器有较高的数据处理能力。使用专用三相相PWMPWM脉冲发生器是方便易行的方法。脉冲发生器是方便易行的方法。HEF4752HEF4752是常用是常用的模拟正弦三相的模拟正弦三相PWMPWM脉冲发生器专用集成电路脉冲发生器专用集成电路 第六十三张，PPT共九十一页，创作于2022年6月HEF4752HEF4752HEF4752的主要特点如下：的主要特点如下：(1)(1)能产生能产生三对相位差三对相位差120120的互补的互补SPWMSPWM主控脉冲主控脉冲，适用于，适用于三相桥三相桥结构的结构的逆变器逆变器；(2)(2)采用采用多载波比自动切换方式多载波比自动切换方式，随着逆变器的输出频率降低，有级，随着逆变器的输出频率降低，有级地自动增加载波比，从而抑制低频输出时因高次谐波产生的转矩脉地自动增加载波比，从而抑制低频输出时因高次谐波产生的转矩脉冲和噪声等所造成的恶劣影响。调制频率可调范围为冲和噪声等所造成的恶劣影响。调制频率可调范围为0 0100Hz100Hz，且，且能使逆变器输出电压同步调节；能使逆变器输出电压同步调节；(3)(3)为防止逆变器上下桥臂直通，在每相主控脉冲间为防止逆变器上下桥臂直通，在每相主控脉冲间插入死区间隔，插入死区间隔，间隔时间连续可调间隔时间连续可调。HEF4752HEF4752为为2828脚双列直插式标准封装脚双列直插式标准封装DIPDIP芯片，它有芯片，它有7 7个个控制输入，控制输入，4 4个个时钟输入，时钟输入，1212个个驱动信号输出，驱动信号输出，3 3个个控制输出。控制输出。第六十四张，PPT共九十一页，创作于2022年6月（1）能产生三对相位差）能产生三对相位差120的互补的互补SPWM主控脉冲主控脉冲（2）采用多载波比自动切换方式）采用多载波比自动切换方式（3）为防止上下桥直通，在每相主控脉冲间插入死区间隔）为防止上下桥直通，在每相主控脉冲间插入死区间隔HEF4752(PWM脉冲发生器）脉冲发生器）1 1、模拟正弦波输出的三相、模拟正弦波输出的三相、模拟正弦波输出的三相、模拟正弦波输出的三相PWMPWM波形波形波形波形图3.33 模拟正弦波输出的三相PWM波形图3.34 HEP4752V 引脚图第六十五张，PPT共九十一页，创作于2022年6月2 2、模拟正弦三相、模拟正弦三相、模拟正弦三相、模拟正弦三相PWMPWM脉冲发生器脉冲发生器脉冲发生器脉冲发生器第六十六张，PPT共九十一页，创作于2022年6月图图3.35 HEF44752应用框图应用框图滤波整流平滑电容模拟控制器逆变器放大器第六十七张，PPT共九十一页，创作于2022年6月第六十八张，PPT共九十一页，创作于2022年6月3.8驱动模块的封装制动试验台是专门检测汽车制动力的设备。汽车检测线一般使用反力式制动试验台制动试验台是专门检测汽车制动力的设备。汽车检测线一般使用反力式制动试验台制动试验台滚筒受电机驱动而转动，当转速恒定时，如果不计机械部分的摩擦力，也没有其它力作用，则驱动电机处于动态平衡状态，这时反力传感器上的力为零(见图3.37)。实际系统机械部分总有一定阻力，但这种阻力通常很小，不影响测试精度。当车轮压在滚筒上并踩下制动踏板后，重力G产生摩擦力Fb和Ff，摩擦力使滚筒失去平衡，从而使电机整体产生转动趋势。实际系统由于传感器的约束，电机整体是不可能转动的，但传感器上即产生了一定平衡力。该平衡力对电机轴产生的力矩与轮胎摩擦力对电机轴产生的力矩平衡。也即传感器的力的大小与制动摩擦力的大小成正比，测出该力就可确定制动摩擦力的大小。在轮胎与滚筒间的摩擦系数足够大时，制动摩擦力的大小等于制动力的大小。第六十九张，PPT共九十一页，创作于2022年6月制动试验台电机控制电路设计当汽车制动时，轮胎会因为制动力的增大而停转当汽车制动时，轮胎会因为制动力的增大而停转(称称车轮抱死车轮抱死)。如果。如果车轮抱死后驱动电机不停机，不仅会使轮胎过度磨损，试验台滚筒也会车轮抱死后驱动电机不停机，不仅会使轮胎过度磨损，试验台滚筒也会因过度磨损而缩短寿命，严重的会因负载过大而引起驱动电机过热损坏，因过度磨损而缩短寿命，严重的会因负载过大而引起驱动电机过热损坏，所以必须有必要的轮胎转速检测电路和电机停机控制装置所以必须有必要的轮胎转速检测电路和电机停机控制装置 控制板由控制板由两路两路转速脉冲输入、转速脉冲输入、两路两路车轮到位状态输入、电机启停车轮到位状态输入、电机启停控制输入、试验控制输入、试验/检测控制输入等信号输入。全部输入信号均为检测控制输入等信号输入。全部输入信号均为开关开关量量。其中脉冲输入及车轮到位状态输入使用。其中脉冲输入及车轮到位状态输入使用接近开关接近开关作为检测作为检测传感器传感器 第七十张，PPT共九十一页，创作于2022年6月3.9实例：制动试验台电机控制电路设计应用：检测汽车制动力应用：检测汽车制动力第七十一张，PPT共九十一页，创作于2022年6月1.接近开关及接口电路接近开关是常用的接近开关是常用的位置检测位置检测元件元件,以前常用以前常用行程开关行程开关行程开关行程开关电感式电感式：由：由LCLC高频振荡器和放大处理电路高频振荡器和放大处理电路所检测的物体必须是所检测的物体必须是金属导电体金属导电体电容式电容式：测量头和被测物体构成两个极板，：测量头和被测物体构成两个极板，所检测的物体比较广泛所检测的物体比较广泛接近开关接近开关:按工作原理分按工作原理分其他类型接近开关：其他类型接近开关：光电式、霍尔开关、磁性开关光电式、霍尔开关、磁性开关等第七十二张，PPT共九十一页，创作于2022年6月最常用