「電路分析」PWM速度控制5

這是連載系列文章中的第五篇。

當您突然增加需求速度時(shí)，控制器不希望立即響應。這個(gè)問(wèn)題的一個(gè)很好的例子就是輸入設備是腳踏板。把你的腳放在油門(mén)上，車(chē)輛快速向前傾斜，你的身體向后仰，這樣你的腳就減少了對踏板的壓力。結果被稱(chēng)為袋鼠電氣！

類(lèi)似的論點(diǎn)也適用于減速，因為控制器有再生制動(dòng)。

因此，只要輸入變化很快，控制器就必須以可控的速率響應。對于什么樣的加速率是“最佳”的，有很多爭論：簡(jiǎn)單的回答是沒(méi)有最佳的，理想的響應取決于車(chē)輛和駕駛員。

2QD只有一個(gè)簡(jiǎn)單的CR坡道，220K和C8。這并不理想：它可以在加速，但斜坡率取決于應用的輸入水平，因此減速是非常緩慢的，因為控制器接近零速度。它也不可調。

TEC庫有一頁(yè)斜坡電路可供會(huì )員使用. 這是我們在大多數控制器上使用的電路8。

這給出了線(xiàn)性斜坡（恒定dV/dt），可在相當可觀(guān)的范圍內，分別針對正（加速）和負（減速）斜坡進(jìn)行調整。

這個(gè)恒定的dV/dt似乎是大多數低速車(chē)輛最可接受的坡道之一，并在工業(yè)中廣泛使用。但是隨著(zhù)車(chē)速的增加，它變得不理想。這樣做的原因是你需要一個(gè)更低的dV/dt，這樣加速就可以持續更長(cháng)的時(shí)間。但是加速度斜坡從零輸出開(kāi)始?，F在，任何負載的電機都不會(huì )開(kāi)始工作，直到電流達到一個(gè)取決于機器機械的值。當從零開(kāi)始加速時(shí)，在騎手能夠察覺(jué)到的任何事情發(fā)生之前，會(huì )有一個(gè)停頓。然后，電機電流將開(kāi)始增大，直到機器以與電壓斜坡相同的速度加速。此時(shí)，機器將以恒定的電機電流加速，直到接近全速。

從這一點(diǎn)可以明顯看出，理想的斜坡是相當復雜的-并且正確設置它需要安裝人員的大量技術(shù)意識，即使制造商提供了一個(gè)合適的可編程系統！所以常數dV/dt是最常用的折衷方法。

在許多應用中，沒(méi)有理由說(shuō)明為什么車(chē)輛駕駛員在想要倒車(chē)時(shí)不能簡(jiǎn)單地拋出一個(gè)雙極轉換開(kāi)關(guān)，這正是許多模型機車(chē)系統所做的。當然，你不能在機器移動(dòng)的時(shí)候改變方向：這應該是不言而喻的，如果有人把他們的汽車(chē)引擎或變速箱扔到倒車(chē)檔，沒(méi)有人會(huì )同情他們。但由于某些原因，如果一個(gè)電動(dòng)汽車(chē)控制器或電機可能會(huì )因為試圖在高速下倒車(chē)而遭到破壞，這似乎應該歸咎于控制器。所以倒車(chē)控制器必須安全地這樣做。為了安全倒車(chē)，您必須在電機停止或緩慢旋轉的情況下進(jìn)行。在大多數商用控制器中，這涉及到測量電機速度，并且只允許在零電樞電壓下反轉。

我們早期的倒車(chē)控制器使用不同的系統：只有在需求速度（經(jīng)過(guò)斜坡處理后）為零時(shí)，它們才會(huì )改變方向。這是“預選”倒車(chē)，因為在用戶(hù)將速度降至零之前，方向開(kāi)關(guān)根本不起作用。然后，車(chē)輛將按預先選定的方向重新起動(dòng)。這個(gè)系統運行良好，可以在今天使用，但有一次它是不可接受的。

考慮一個(gè)操縱桿控制的系統。在這里，很容易從前進(jìn)到后退快速搖動(dòng)棍子。如果這樣做了，那么預選將不會(huì )做任何事情，因為速度沒(méi)有保持在零足夠長(cháng)的時(shí)間被接受，所以操縱桿不會(huì )反轉！所需要的是一個(gè)方向鎖存器（無(wú)論如何都需要，因為需求方向可以隨時(shí)改變，并且必須記住當前方向）和某種比較器，它將需求方向與鎖定方向進(jìn)行比較，并在發(fā)生沖突時(shí)給出輸出。當方向閂鎖可以改變時(shí)，“改變方向”請求必須使需求速度下降到零，然后“改變方向”請求將為零。然后控制器在新方向上以所需的速度爬升。

這是“雙坡道”倒車(chē)。幾乎通用的系統，用于任何倒車(chē)控制器。它看起來(lái)比2QD要復雜一點(diǎn)！然而，并非所有這些都與斜坡和倒車(chē)有關(guān)。

我們現在可以介紹NCC系列控制器電路 .

點(diǎn)火開(kāi)關(guān)向Tr3的底座施加電壓，使其和Tr 2接通。Tr3打開(kāi)電流源（Tr6和Tr7），使控制器通電。當Tr2不導電時(shí)，允許電流從9v電源流過(guò)其10K集電極電阻和二極管，進(jìn)入Tr25的底部，Tr25是速度鉗（雙斜坡?lián)Q向電路的一部分）。結果是，當點(diǎn)火開(kāi)關(guān)關(guān)閉時(shí)，Tr25被打開(kāi)，并導致需求速度降到零，所以控制器會(huì )降低到零速度。

在Tr3的集電極中，還有一個(gè)4K7電阻器。它由輸出電荷泵供電，因此當輸出切換時(shí)，4μ7（電路上靠近Tr5）保持完全充電。當點(diǎn)火開(kāi)關(guān)關(guān)閉時(shí)，該電容器上的電荷保持電流源，因此當控制器下降到零速度時(shí)，9v軌道保持不變。只有當輸出關(guān)閉時(shí)（9v）才停止。

關(guān)閉過(guò)程中有一點(diǎn)延遲：這是必要的，因為在全速下，控制器沒(méi)有切換，因此如果沒(méi)有延遲，控制器將在點(diǎn)火開(kāi)關(guān)關(guān)閉后立即斷電。延遲應該（如果增益設置正確的話(huà)）允許控制器有時(shí)間從全速開(kāi)始略微下降，所以在這個(gè)延遲到期之前它是切換的。

斷電也是一種安全功能。如果MOSFET熔斷，那么（很可能）驅動(dòng)MOSFET發(fā)生短路故障。這是危險的，也是所有控制器制造商擔心的故障模式（幸運的是非常罕見(jiàn)），因為機器無(wú)法全速運轉。但在這種情況下，輸出不會(huì )切換，因此繼電器將在延遲時(shí)間后斷電，通過(guò)短路電機使機器緊急停機。

事實(shí)上，我們已經(jīng)有控制器“失敗”到全速。但到目前為止，這是由水進(jìn)入電路板或類(lèi)似事件引起的。當然，沒(méi)有一個(gè)控制器制造商能夠針對水污染進(jìn)行設計，盡管我們確實(shí)把每一塊板都浸在防水保形涂層中。

IC1a只是一個(gè)輸入緩沖器，用來(lái)驅動(dòng)斜坡電路。TR1S通常硬啟動(dòng)，因此引腳1被10電阻拉高到9v。零速時(shí)，針腳1低。當速度增加時(shí)，IC1A引腳1將變高。Tr21的集電極將上升，電流將流過(guò)Accel預設值，在Tr21的基礎上改變4μ7。但如果通過(guò)預設的電流過(guò)大，Tr21將變?yōu)閛t，導致Tr20搶流。因此，4μ7的充電電流（其控制dV/dT）由預設值控制。

減速時(shí)，引腳1低，Tr22集電極的二極管攜帶4μ7斜坡電容器的放電電流。所以放電速度由減速預設控制。

Tr1由速度電位計中的電流打開(kāi)。如果速度電位器中的電流過(guò)低，Tr1將關(guān)閉，并且不再有任何東西拉起IC1a的引腳1，因此需求速度降為零。如果一根電線(xiàn)斷了，或者鍋的軌道斷了，那么鍋電流就會(huì )變低。然后，該電路確保pot和接線(xiàn)故障都是故障安全的。

Tr25是“斜坡夾鉗”。它使IC1a引腳1短路，使需求速度降低到零，無(wú)論何時(shí)開(kāi)啟。當點(diǎn)火開(kāi)關(guān)關(guān)閉時(shí)，由方向改變請求電路的輸出或點(diǎn)火電路的信號接通。在任何一種情況下，關(guān)閉需求速度都會(huì )導致控制器下降到零速度。

您還可以注意到pwm振蕩器（IC1b）與2QD上使用的不同。這兩種電路都在4QD-TEC上進(jìn)行了描述PWM調制器第頁(yè)。二極管振蕩器使用的元件比以前的少，由于其和槽電平依賴(lài)于obe二極管而不是兩個(gè)電阻，因此更容易預測，并且波形在使用前不需要電平偏移。

IC2d將需求速度與二極管得出的200mV參考電壓進(jìn)行比較。當需求速度低于此閾值時(shí)，針腳14低。銷(xiāo)14控制方向鎖閂的鎖緊，并操作駐車(chē)制動(dòng)器驅動(dòng)器Tr 31和Tr32。有一個(gè)二極管/電容器輸入到制動(dòng)驅動(dòng)器，使其快速通電（向駐車(chē)制動(dòng)器施加功率，以釋放），但緩慢斷電，在短時(shí)間延遲后切斷駐車(chē)制動(dòng)器的電源（并應用）。

IC2c是一個(gè)逆變器，因為我們需要比較所需的方向和鎖存的方向。需要反向，所以有兩個(gè)信號，一個(gè)高用于正向請求，另一個(gè)高用于反向請求。

反向方向開(kāi)關(guān)閉合，Tr10反向導通，IC2c引腳10低。因此，針腳13對于倒檔為高，對于正向請求方向為低。

這些信號被輸入到方向改變請求邏輯，引腳13也為方向鎖存器供電。

可逆比較器由兩個(gè)icflop構成。這個(gè)鎖存器似乎沒(méi)有合適的名稱(chēng)：它有3種狀態(tài)：兩種輸出都關(guān)閉，一種是高電平，另一種是高電平。當引腳5和7（由需求零點(diǎn)探測器驅動(dòng)）較低或沒(méi)有需求速度時(shí)，兩者都（低）關(guān)閉。當有需要的速度時(shí)，閂鎖會(huì )根據插腳13的狀態(tài)翻轉或翻轉。

有一個(gè)二極管電橋連接到方向鎖存器的輸出端。這實(shí)際上是兩個(gè)二極管電阻和柵極，其他兩個(gè)二極管形成一個(gè)或門(mén)，因此當正向和反向或反向和正向時(shí)，輸出很高，其中一個(gè)反向是需求，另一個(gè)是鎖存。二極管是不是很棒。。。。

閂鎖的輸出驅動(dòng)兩個(gè)繼電器驅動(dòng)器。這些是互補的達林頓安排（tr29和Tr30，Tr28和Tr28）。他們是達林頓，因為，雖然繼電器電流永遠不會(huì )超過(guò)100毫安，我們需要一個(gè)高輸入阻抗（100千電阻）或鎖存器的高狀態(tài)不會(huì )操作斜坡鉗位二極管邏輯門(mén)。

IC2a的輸出（定義為反向）驅動(dòng)Tr26的基座。這會(huì )將一個(gè)10K電阻切換到斜坡需求速度線(xiàn)。斜坡跟隨器（Tr14）和調制器輸入之間有一個(gè)10K電阻，因此當半速接通時(shí)，所需速度減半。有一個(gè)針狀割臺，可以拆下它來(lái)禁用倒檔減速。

為了理解限流器的工作方式，可以考慮簡(jiǎn)化電路，對嗎。我們試著(zhù)感應底部MOSFET中的電流。當這個(gè)MOSFET導電時(shí)，它的電壓降（Vs）等于I乘以Rds（開(kāi)），因為導電的mosfet是電阻的。這個(gè)電壓“提升”了分壓器鏈R3、R4、D1的一端，因此比較器引腳10上的電壓隨著(zhù)電機驅動(dòng)電流的增加而升高。

當MOSFET關(guān)閉時(shí)，會(huì )有一個(gè)高電壓穿過(guò)它，就像它在開(kāi)關(guān)期間一樣，所以在這些時(shí)間段，電路會(huì )打開(kāi)顯示為T(mén)r15的晶體管，這樣感應被禁用。二極管D1當然是Tr15能夠工作所必需的（Tr15本身就是試圖驅動(dòng)馬達的?。?。

向比較器的另一個(gè)輸入引腳（11）提供參考電壓。該電壓和感應電壓均來(lái)自9v1油軌?，F在我們在感測路徑上有一個(gè)二極管（D1），二極管上的壓降與溫度有很強的關(guān)系。因此，另一個(gè)二極管，D2，被包含在參考分壓器中，這樣兩個(gè)二極管的溫度變化互相跟蹤，抵消，所以不會(huì )影響電路的工作。

電流限制的實(shí)際值可以通過(guò)改變R1或R2來(lái)改變。該電路將自動(dòng)補償各種各樣的mosfet，因為它使用MSFET作為自己的傳感器。

然而，Rds（開(kāi)）隨著(zhù)MOSFET結溫度的變化，MOSFET的電流會(huì )隨著(zhù)MOSFET的加熱而自動(dòng)減小。這意味著(zhù)電路非常安全，可以可靠地推到接近MOSFET公布的限值，但這也意味著(zhù)該方法不能用于精確的電流傳感，除非MOSFET電流保持在足夠低的水平，以至于結加熱不明顯。