24 V直流電機控制系統的設計

設計中，要求電壓和電流信號都能作為控制信號，達到控制電機的轉向及轉速目的，為此先設計了一個(gè)電流／電壓轉換電路，如圖2所示。若輸入4～20 mA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，起到保護的作用，電容的存在可以起到濾波作用，令輸入到單片機的電壓信號更加穩定。

由于電機在正常工作時(shí)對電源的干擾很大，如果只用一組電源會(huì )影響單片機的正常工作，所以選用雙電源供電。電源系統采用DC／DC轉換芯片IBl215LS-1W和IBl209LS-1W，電路設計，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L1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)三端穩壓芯片78L05就可以得到需要的5 V和+5 V兩路電源系統，分別給單片機控制電路和驅動(dòng)電路供電。
2．3 驅動(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)二次擊穿現象等特點(diǎn)，滿(mǎn)足高速開(kāi)關(guān)動(dòng)作需求，因此采用IR公司的場(chǎng)效應管IRF9540和IRF540構成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，設計的電路原理，如圖4所示。

數字電平上下跳變時(shí)，集成電路耗電發(fā)生突變，引起電源產(chǎn)生毛刺。數字電路越復雜，數據速率越高，累計的電流跳變越強烈，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 )嚴重干擾電路。為了實(shí)現模擬電路和數字電路的隔離，提高信噪比，有效的抑制噪聲對模擬電路的干擾，在PWM信號從控制系統引出之后，需要經(jīng)過(guò)光電隔離，才能送入驅動(dòng)電路。在不影響驅動(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。
運放2902在電路中用作比較器，把輸入邏輯信號同基準電壓比較，轉換成接近功率電源電壓幅度的方波信號。運放的輸入電壓范圍不能接近負電源電壓，否則會(huì )出錯。因此在運放輸入端增加了防止電壓范圍溢出的二極管D13。輸入端的電阻R50用于限流，R66用于在輸入懸空時(shí)把輸入端降為低電平。
當運放2902輸出端為低電平時(shí)，三極管Q25截止，場(chǎng)效應管Q23導通。三極管Q16導通，場(chǎng)效應管Q19截止，輸出為高電平。當運放輸出端為高電平時(shí)，三極管Q24導通，場(chǎng)效應管Q23截止。三極管Q16截止，場(chǎng)效應管Q19導通，輸出為低電平。