高轉矩伺服電機用控制器

　　有時(shí)用市場(chǎng)上現成的高轉矩伺服電機比建造更方便。設計這種伺服電機用于無(wú)線(xiàn)電控制應用，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(xiàn)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。此結果是比預期的更錯綜復雜。

　　這些伺服電機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)。在本文特定應用中，是激勵一個(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。

　　可惜，簡(jiǎn)單地選通關(guān)斷脈沖這種方法不是工作地很好，伺服電機的內部電路在最后脈沖之間勢必會(huì )使軸端偏離中心位置，也許低占空比脈沖對保持伺服電機半喚醒是必須的。雖然情況如此，存在的噪聲危險會(huì )造成偶然的開(kāi)關(guān)轉換。由于變速箱在每次變速之后需要操縱桿來(lái)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，通過(guò)P溝道MOSFET理Q1去除其電源(見(jiàn)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(pán)上變速開(kāi)關(guān)激勵的一對微開(kāi)關(guān)具有信號濾波，并借助R1、C1、R2、C2和NAND門(mén)N1去抖動(dòng)，N1之后是單穩N2。它們每次產(chǎn)生一個(gè)625ms寬的脈沖，此脈沖至少對600欠載的伺服是足夠的。下一個(gè)單穩(N3)產(chǎn)生一個(gè)較長(cháng)的脈沖(大約1.25S寬)。伺服電機可惜，簡(jiǎn)單地選通關(guān)斷脈沖這種方法不是工作地很好，伺服電機的內部電路在最后脈沖之間勢必會(huì )使軸端偏離中心位置，也許低占空比脈沖對保持伺服電機半喚醒是必須的。雖然情況如此，存在的噪聲危險會(huì )造成偶然的開(kāi)關(guān)轉換。由于變速箱在每次變速之后需要操縱桿來(lái)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，通過(guò)P溝道MOSFET理Q1去除其電源(見(jiàn)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(pán)上變速開(kāi)關(guān)激勵的一對微開(kāi)關(guān)具有信號濾波，并借助R1、C1、R2、C2和NAND門(mén)N1去抖動(dòng)，N1之后是單穩N2。它們每次產(chǎn)生一個(gè)625ms寬的脈沖，此脈沖至少對600欠載的伺服是足夠的。下一個(gè)單穩(N3)產(chǎn)生一個(gè)較長(cháng)的脈沖(大約1.25S寬)。伺服電機在整個(gè)周期處于激勵,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的電源選通開(kāi)和關(guān)。

　　脈沖本身來(lái)自由雙運放N5等構成的產(chǎn)生器—調制器。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設置。電容器C15做為濾波器，用于防止伺服電機干擾電路所引起的噪聲。對于變速桿中心位置，由R19、R20確定1.5ms脈寬，但對于變速桿“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制。

　　由于伺服電機需要+6V電源，(能提供至少2A峰值沖擊電流)，所以需要相當大的穩壓器，在此選用KA317T(N6)，還包括低阻抗電容器C17。數字部分采用HCT器件，所以Vd軌由D5降到大約5.4V。保護器件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)和按比例縮小的應用中。若采用更小的伺服電機和不關(guān)注無(wú)功電流，則可簡(jiǎn)化電路，甚至簡(jiǎn)化到只用產(chǎn)生器—調制器。簡(jiǎn)單的“down”和“up”命令可直接從微開(kāi)關(guān)引到R21、R22，去掉邏輯和單穩電路。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(guò)限制電阻器(大于200K)連接電位器游標到C15。用R20可以微調脈寬。