單片機(jī)控制PWM的直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計

1、精品好資料學(xué)習(xí)推薦單片機(jī)控制PWM的直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計摘要：在國民生產(chǎn)中，隨著現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展，電力電子技術(shù)已得到了全面的發(fā)展，其技術(shù)已應(yīng)用到各個領(lǐng)域。在各類機(jī)電系統(tǒng)中,由于直流電機(jī)具有良好的啟動、制動和調(diào)速性能,直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)已廣泛運(yùn)用于工業(yè)、航天領(lǐng)域的各個方面,最常用的直流調(diào)速技術(shù)是脈寬調(diào)制(PWM)直流調(diào)速技術(shù),具有調(diào)速精度高、響應(yīng)速度快、調(diào)速范圍寬和損耗低的特點(diǎn).而利用計算機(jī)數(shù)字控制也成了直流調(diào)速的一種手段,數(shù)字控制系統(tǒng)硬件電路的標(biāo)準(zhǔn)化程度高,控制軟件能夠進(jìn)行復(fù)雜運(yùn)算,可以實(shí)現(xiàn)不同于一般線性調(diào)節(jié)的最優(yōu)化、自適應(yīng)、非線性、智能化等控制規(guī)律,此外還擁有信息存儲、數(shù)據(jù)通信和故障診斷等模擬

2、系統(tǒng)無法實(shí)現(xiàn)的功能關(guān)鍵字：AT89C51單片機(jī) ；PWM技術(shù)；編碼器；直流電動機(jī)The Design Of PWM Controlled DC Motor Speed Control SystemBased On Single Chip Abstract：In the national production, along with the development of modern technology, electronic technology has been a comprehensive development, the technology has been applied in

3、various fields. In all kinds of mechanical system, due to the dc motor has a good start, brake and the performance of speed, dc motor control system has been widely used in industry, spaceflight, most commonly used dc speed control technology is a pulse width modulation (PWM) dc speed control techno

4、logy, which has a high precision, fast response time, high speed range and width of the low loss characteristics and use of computer digital control has become a kind of method of dc speed control system, the hardware circuit of a high degree of standardization, control software to carry out complex

5、 operation can be realized, different from the general linear optimization and adjustment of the adaptive, nonlinear, intelligent control law, also have information storage, data communication and fault diagnosis cannot achieve such simulation systemKeywords:AT89C51 microcontroller; PWM technology;

6、encoder; DC Motor目 錄1.引言12.系統(tǒng)方案論證22.1 系統(tǒng)總方案論證與選擇22.2設(shè)計模塊方案比較與分析32.2.1 電機(jī)調(diào)速控制模塊32.2.2 PWM調(diào)速工作方式43 硬件部分43.1 單片機(jī)的選型43.2 PWM控制技術(shù)83.3 驅(qū)動電路93.3.1 芯片IR2110性能及特點(diǎn)93.3.2 IR2110的引腳圖以及功能93.4 PWM 控制H橋雙極性主電路113.5檢測回路133.5.1光電編碼盤143.6 鍵盤及顯示電路153.6.1鍵盤/顯示芯片8279簡介153.6.3顯示器設(shè)計164模塊的原理與應(yīng)用174.1 PWM調(diào)脈寬方式174.2定時器/計數(shù)器174.

7、3直流電機(jī)調(diào)速原理184.4 PWM基本原理及實(shí)現(xiàn)方法184.5 PWM在直流調(diào)速中的應(yīng)用184.6橋式可逆PWM變換器194.7 M/T法測速原理215軟件部分225.1主程序及系統(tǒng)初始化模塊225.2模塊程序設(shè)計235.2.1外部中斷0模塊設(shè)計235.2.2外部中斷1模塊設(shè)計235.2.3內(nèi)部定時器T0溢出中斷設(shè)計235.3 中斷子程序模塊245.4鍵盤/顯示模塊設(shè)計245.5數(shù)字PID流程圖265.6源程序29謝辭35參考文獻(xiàn)3639 / 521.引言在電氣傳動領(lǐng)域中，隨著各項技術(shù)水平的不斷提高，使得傳統(tǒng)工藝有了深層次的提高，對人類的生產(chǎn)與生活，產(chǎn)生了深刻且深遠(yuǎn)的影響，已經(jīng)與我們息息相關(guān)

8、。由于直流電動機(jī)具有良好的起動、制動性能,適宜在大范圍內(nèi)平滑調(diào)速,因此在許多需要調(diào)速或快速正反向的電力拖動系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。而且,從控制的角度來看,直流調(diào)速還是交流調(diào)速，都用到拖動系統(tǒng)的基礎(chǔ)。早期直流電動機(jī)的控制均以模擬電路為基礎(chǔ),由運(yùn)算放大器、非線性集成電路以及少量的數(shù)字電路組成,控制系統(tǒng)的硬件部分非常復(fù)雜,功能單一,而且系統(tǒng)非常不靈活、調(diào)試?yán)щy,觸發(fā)精度易受電網(wǎng)電壓波動的影響，觸發(fā)脈沖不對稱度較大，調(diào)節(jié)器中的運(yùn)算放大器，因網(wǎng)壓和溫度變化引起的漂移會產(chǎn)生運(yùn)算誤差，模擬器件老化也會引起運(yùn)算誤差，甚至使已經(jīng)整定好的系統(tǒng)性能變差，這些都阻礙了直流電動機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用范圍的推廣。隨著單片

9、機(jī)技術(shù)的日新月異,使許多控制功能及算法可以采用軟件技術(shù)來完成,不但為直流電動機(jī)的控制提供了更大的靈活性,而且使系統(tǒng)能達(dá)到了更高的性能,從而大大節(jié)約了人力資源,降低了系統(tǒng)成本,有效地提高了工作效率。因?yàn)閱纹瑱C(jī)具有小巧靈活、成本低、易于產(chǎn)品化、可靠性好、適應(yīng)溫度范圍寬、易擴(kuò)展、控制功能強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，用單片機(jī)取代模擬電路作為電動機(jī)的控制器，使電路更簡單，模擬電路為了實(shí)現(xiàn)控制邏輯需要許多電子元件,使電路復(fù)雜,使用單片機(jī)微處理器后,絕大多數(shù)控制邏輯可通過軟件實(shí)現(xiàn)可以實(shí)現(xiàn)較復(fù)雜的控制,單片機(jī)有更強(qiáng)的邏輯功能,運(yùn)算速度和精度高、有大容量的存儲單元,因此有能力實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制靈活性和適應(yīng)性強(qiáng),單片機(jī)的控制方式是由軟

10、件完成的,如果需要修改控制規(guī)律,一般不必改變系統(tǒng)的硬件電路,只需修改程序即可,在系統(tǒng)調(diào)試和升級時,可以不斷嘗試選擇最優(yōu)參數(shù),非常方便無零點(diǎn)漂移,控制精度高、數(shù)字控制不會出現(xiàn)模擬電路中經(jīng)常遇到的零點(diǎn)漂移問題,無論被控量的大小,都可以保證足夠的控制精度可提供人機(jī)界面,多機(jī)聯(lián)網(wǎng)工作等優(yōu)點(diǎn)。所以在電氣傳動實(shí)時控制系統(tǒng)中受到重視和普遍應(yīng)用。利用單片機(jī)邏輯功能強(qiáng)和軟件靈活的優(yōu)點(diǎn)，不僅可使很多控制硬件軟件化，便于參數(shù)的設(shè)定和調(diào)整，而且可以同時對系統(tǒng)工作中的各種信息數(shù)據(jù)進(jìn)行診斷、檢測和及時處理，加強(qiáng)了實(shí)時維護(hù)和提高了控制系統(tǒng)的可靠性。它的發(fā)展趨勢將是向大容量、高性能化、外圍電路內(nèi)裝化等方面發(fā)展。2.系統(tǒng)方案論

11、證2.1 系統(tǒng)總方案論證與選擇方案一：直接加直流電源來控制電機(jī)的轉(zhuǎn)動速度；根據(jù)電動機(jī)在其額定電壓時，電動機(jī)有一定的額定轉(zhuǎn)速。根據(jù)其輸入電壓的減小，其轉(zhuǎn)動速度也相應(yīng)的減小。從而在傳統(tǒng)的改變電動機(jī)的轉(zhuǎn)速問題中，就是利用所給電動機(jī)的電壓的不同，而達(dá)到人們所需要的大約速度。方案二：以單片機(jī)AT89C51為中心通過D/A轉(zhuǎn)換器,將單片機(jī)數(shù)字量轉(zhuǎn)換為模擬量，從而起到控制電動機(jī)的轉(zhuǎn)速問題。其中在單片機(jī)控制部分通過按鍵直接從程序中調(diào)出所需要速度的值，同時輸?shù)綌?shù)碼顯示部分和D/A轉(zhuǎn)換部分以實(shí)現(xiàn)電動機(jī)的調(diào)速。鍵盤AT89C51單片機(jī)數(shù)碼顯示D/A0832轉(zhuǎn)換電動機(jī)圖1 電路組成框圖方案三：采用AT89C51單片機(jī)

12、進(jìn)行控制。本設(shè)計需要使用的軟件資源比較簡單，只需要完成編碼器采樣部分、鍵盤控制部分以及顯示輸出功能。采用AT89C51進(jìn)行控制比較簡單、易控制、可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、精度高且體積大大減小。輸出速度的調(diào)節(jié)是通過鍵操作，顯示速度。AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器的低電壓，高性能CMOS8位微處理器.具有4K字節(jié)可編程閃爍存儲器,可擦除的的只讀存儲器(PEROM), ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器. AT89C51單片機(jī)為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案. 三級程序存儲器鎖定、128*8位內(nèi)部RAM、32可編程I/O線、兩個16位定時器/計數(shù)器

13、、5個中斷源、可編程串行通道、低功耗的閑置和電模式、片內(nèi)振蕩器和時鐘電路：電路框圖如圖2 圖2 電路組成框圖方案分析：方案一只能以減小所給電壓值而能使電動機(jī)的轉(zhuǎn)速有相應(yīng)的減小，此方案操作性差且不安全。方案二不能及時的從電動機(jī)那里得到相應(yīng)的轉(zhuǎn)動速度，而是直接從程序哪兒調(diào)用相應(yīng)的數(shù)值給數(shù)碼顯示。所以，此處的電路在速度的顯示上失去了其真實(shí)性。方案三在可操作性與實(shí)時性方面都都結(jié)合了本專業(yè)特點(diǎn)，從控制理論與控制技術(shù)出發(fā)，充分發(fā)揮與應(yīng)用本學(xué)科特點(diǎn)。所以，設(shè)計采用方案三。2.2設(shè)計模塊方案比較與分析：2.2.1電機(jī)調(diào)速控制模塊：方案一：采用電阻網(wǎng)絡(luò)或數(shù)字電位器調(diào)整電動機(jī)的分壓，從而達(dá)到調(diào)速的目的。但是電阻網(wǎng)

14、絡(luò)只能實(shí)現(xiàn)有級調(diào)速，而數(shù)字電阻的元器件價格比較昂貴。更主要的問題在于一般電動機(jī)的電阻很小，但電流很大；分壓不僅會降低效率，而且實(shí)現(xiàn)很困難。方案二：采用繼電器對電動機(jī)的開或關(guān)進(jìn)行控制，通過開關(guān)的切換對電機(jī)的速度進(jìn)行調(diào)整。這個方案的優(yōu)點(diǎn)是電路較為簡單，缺點(diǎn)是繼電器的響應(yīng)時間慢、機(jī)械結(jié)構(gòu)易損壞、壽命較短、可靠性不高。方案三：采用由達(dá)林頓管組成的H型PWM電路。用單片機(jī)控制達(dá)林頓管使之工作在占空比可調(diào)的開關(guān)狀態(tài)，精確調(diào)整電動機(jī)轉(zhuǎn)速。這種電路由于工作在管子的飽和截止模式下，效率非常高；H型電路保證了可以簡單地實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速和方向的控制；電子開關(guān)的速度很快，穩(wěn)定性也極佳，是一種廣泛采用的PWM調(diào)速技術(shù)。兼于方案

15、三調(diào)速特性優(yōu)良、調(diào)整平滑、調(diào)速范圍廣、過載能力大，因此本設(shè)計采用方案三。2.2.2 PWM調(diào)速工作方式：方案一：雙極性工作制。雙極性工作制是在一個脈沖周期內(nèi)，單片機(jī)兩控制口各輸出一個控制信號，兩信號高低電平相反，兩信號的高電平時差決定電動機(jī)的轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)速。方案二：單極性工作制。單極性工作制是單片機(jī)控制口一端置低電平，另一端輸出PWM信號，兩口的輸出切換和對PWM的占空比調(diào)節(jié)決定電動機(jī)的轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)速。由于單極性工作制中，應(yīng)用相對簡單易于實(shí)現(xiàn)與操作，所以我們采用了單極性工作制。3 硬件部分3.1 單片機(jī)的選型：Wln$L AT89S51是一個低功耗，高性能CMOS 8位單片機(jī)，片內(nèi)含4k Bytes

16、ISP(In-system programmable)的可反復(fù)擦寫1000次的Flash只讀程序存儲器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)制造，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)及80C51引腳結(jié)構(gòu)，芯片內(nèi)集成了通用8位中央處理器和ISP Flash存儲單元，功能強(qiáng)大的微型計算機(jī)的AT89S51可為許多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高性價比的解決方案。3.1.1主要特性： +a,Pm Xp7s7hSP 8031 CPU與MCS-51 兼容 )3-RR f2buc9H 4K字節(jié)可編程FLASH存儲器(壽命：1000寫/擦循環(huán)) ?d0x(.- 全靜態(tài)工作：0Hz-24KHz eF-daIx& e

17、 92zofQR 三級程序存儲器保密鎖定 hf! R qbsnm#N 128*8位內(nèi)部RAM P&SN JA;,9W 32條可編程I/O線 hZ!K,Uy YqQ a7B y$z 低功耗的閑置和掉電模式 %W$Wy9+ R3|z P1口：P1口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗(yàn)時，P1口作為第八位地址接收。 p?o0&Z L#-V6. P2口：P2口為一個內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個T

18、TL門電流，當(dāng)P2口被寫“1”時，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當(dāng)用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行存取時，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當(dāng)對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行讀寫時，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗(yàn)時接收高八位地址信號和控制信號。 &eF qLT: 2LzI2 Dn P3口：P3口管腳是8個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個TTL門電流。當(dāng)P3口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由

19、于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。 h v9PGg6 qh*5s P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示： , 1-jf*CeNWlM=W口管腳 備選功能 v6w8=T- 6.T/Kj$DWa P3.0 RXD（串行輸入口） W8.oLh m38*s x P3.1 TXD（串行輸出口） EOBh0$!e -?MpHSho$ P3.2 /INT0（外部中斷0） #!Id %=P2 WE+Vs P3.3 /INT1（外部中斷1） ,9o4%I tI(39P3.4 T0（記時器0外部輸入） s_o)MyCVC )Z2p Pmx P3.5 T1（記時器

20、1外部輸入） zN;u.8)h0 (;g!)P3.6 /WR（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通） z= IkMktD l?uo/u P3.7 /RD（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通） gh;6t*a (ddtRfXUN P3口同時為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號。 5V/y(4 /Uw% 4sI/O口的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖4： |2pRd n &*;rVN G, ,w_#-I/O存儲器EPROM/ROM定時/計數(shù)器運(yùn)算器控制器中斷CPU片內(nèi)振蕩器RAM/SFP并行口存儲器擴(kuò)展控制器串行口XTAL圖4內(nèi)部結(jié)構(gòu)I/O口作為輸入口時有兩種工作方式即所謂的讀端口與讀引腳讀端口時實(shí)際上并不從外部讀入數(shù)據(jù)而是把端口鎖存器的內(nèi)容讀入

21、到內(nèi)部總線經(jīng)過某種運(yùn)算或變換后再寫回到端口鎖存器只有讀端口時才真正地把外部的數(shù)據(jù)讀入到內(nèi)部總線上面圖中的兩個三角形表示的就是輸入緩沖器CPU將根據(jù)不同的指令分別發(fā)出讀端口或讀引腳信號以完成不同的操作這是由硬件自動完成的不需要我們操心 :Hs6?00 hw(M 讀引腳時也就是把端口作為外部輸入線時首先要通過外部指令把端口鎖存器置1然后再實(shí)行讀引腳操作否則就可能讀入出錯為什么看上面的圖如果不對端口置1端口鎖存器原來的狀態(tài)有可能為0Q端為0Q為1加到場效應(yīng)管柵極的信號為1該場效應(yīng)管就導(dǎo)通對地呈現(xiàn)低阻抗,此時即使引腳上輸入的信號為1也會因端口的低阻抗而使信號變低使得外加的1信號讀入后不一定是1若先執(zhí)行

22、置1操作則可以使場效應(yīng)管截止引腳信號直接加到三態(tài)緩沖器中實(shí)現(xiàn)正確的讀入由于在輸入操作時還必須附加一個準(zhǔn)備動作所以這類I/O口被稱為準(zhǔn)雙向口89C51的P0/P1/P2/P3口作為輸入時都是準(zhǔn)雙向口接下來讓我們再看另一個問題從圖中可以看出這四個端口還有一個差別除了P1口外P0P2P3口都還有其他的功能 w%o)Q+ !nt2(eRST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時，要保持RST腳兩個機(jī)器周期的高電平時間。 g|)DXz/ K?2yiDmcbNIX%r%7 /PSEN：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間，每個機(jī)器周期兩次/PSEN有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的/PS

23、EN信號將不出現(xiàn)。 Jx e|w h3 M=Vrr D /EA/VPP：當(dāng)/EA保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（0000H-FFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲器。注意加密方式1時，/EA將內(nèi)部鎖定為RESET；當(dāng)/EA端保持高電平時，此間內(nèi)部程序存儲器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源（VPP）。 2 pvyNYGV _Ko| IXTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。 :d#o0, 249V.XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。 2 y*daG 3.1.8k xx1/= 3振蕩器特性： nyC5n1 ,XTAL1和XTAL2分別為反向放大器的輸入

24、和輸出。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時鐘源驅(qū)動器件，XTAL2應(yīng)不接。有余輸入至內(nèi)部時鐘信號要通過一個二分頻觸發(fā)器，因此對外部時鐘信號的脈寬無任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。 z13TD09 OkN3.1.4芯片擦除： 9i678EMM! /-Lxa整個PEROM陣列和三個鎖定位的電擦除可通過正確的控制信號組合，并保持ALE管腳處于低電平10ms 來完成。在芯片擦操作中，代碼陣列全被寫“1”且在任何非空存儲字節(jié)被重復(fù)編程以前，該操作必須被執(zhí)行。 kZ4;Psp AIAL g 此外，AT89C51設(shè)有穩(wěn)態(tài)邏輯，可以在低到零頻率的條件下靜態(tài)

25、邏輯，支持兩種軟件可選的掉電模式。在閑置模式下，CPU停止工作。但RAM，定時器，計數(shù)器，串口和中斷系統(tǒng)仍在工作。在掉電模式下，保存RAM的內(nèi)容并且凍結(jié)振蕩器，禁止所用其他芯片功能，直到下一個硬件復(fù)位為止。 3.2 PWM控制技術(shù)PWM是Pulse Width Modulation的縮寫,即脈沖寬度調(diào)制,是通過對一系列脈沖的寬度進(jìn)行調(diào)制,來等效地獲得所需要波形(含形狀和幅值). 調(diào)速可分為直流調(diào)速和交流調(diào)速。盡管直流電機(jī)比交流電機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本較高、維修保養(yǎng)貴，但是其調(diào)速性能好，所以在調(diào)速傳動領(lǐng)域中一直占主導(dǎo)地位。3.3 驅(qū)動電路該驅(qū)動電路采用了IR2110集成芯片，該集成電路具有較強(qiáng)的驅(qū)動能

26、力和保護(hù)功能。3.3.1芯片IR2110性能及特點(diǎn)IR2110是美國國際整流器公司利用自身獨(dú)有的高壓集成電路以及無閂鎖CMOS技術(shù)，于1990年前后開發(fā)并且投放市場的，IR2110是一種雙通道高壓、高速的功率器件柵極驅(qū)動的單片式集成驅(qū)動器。它把驅(qū)動高壓側(cè)和低壓側(cè)MOSFET或IGBT所需的絕大部分功能集成在一個高性能的封裝內(nèi)，外接很少的分立元件就能提供極快的功耗，它的特點(diǎn)在于，將輸入邏輯信號轉(zhuǎn)換成同相低阻輸出驅(qū)動信號，可以驅(qū)動同一橋臂的兩路輸出，驅(qū)動能力強(qiáng)，響應(yīng)速度快，工作電壓比較高，可以達(dá)到600V，其內(nèi)設(shè)欠壓封鎖，成本低、易于調(diào)試。高壓側(cè)驅(qū)動采用外部自舉電容上電，與其他驅(qū)動電路相比，它在設(shè)

27、計上大大減少了驅(qū)動變壓器和電容的數(shù)目，使得MOSFET和IGBT的驅(qū)動電路設(shè)計大為簡化，而且它可以實(shí)現(xiàn)對MOSFET和IGBT的最優(yōu)驅(qū)動，還具有快速完整的保護(hù)功能。與此同時，IR2110的研制成功并且投入應(yīng)用可以極大地提高控制系統(tǒng)的可靠性。降低了產(chǎn)品成本和減少體積。3.3.2 IR2110的引腳圖以及功能引腳1（LO）與引腳7（HO）：對應(yīng)引腳12以及引腳10的兩路驅(qū)動信號輸出端，使用中，分別通過一電阻接主電路中下上通道MOSFET的柵極。引腳2（COM）：下通道MOSFET驅(qū)動輸出參考地端，使用中，與引腳13（Vss）直接相連，同時接主電路橋臂下通道MOSFET的源極。引腳3（Vcc）：直接

28、接用戶提供的輸出極電源正極，并且通過一個較高品質(zhì)的電容接引腳2。引腳5（Vs）：上通道MOSFET驅(qū)動信號輸出參考地端，使用中，與主電路中上下通道被驅(qū)動MOSFET的源極相通。與引腳6（VB）：通過一陰極連接到該端陽極連接到引腳3的高反壓快恢復(fù)二極管，與用戶提供的輸出極電源相連，對Vcc的參數(shù)要求為大于或等于0.5V，而小于或等于+20V。引腳9（VDD）：芯片輸入級工作電源端，使用中，接用戶為該芯片工作提供的高性能電源，為抗干擾，該端應(yīng)通過一高性能去耦網(wǎng)絡(luò)接地，該端可與引腳3（Vcc）使用同一電源，也可以分開使用兩個獨(dú)立的電源。引腳10（HIN）與引腳12（LIN）：驅(qū)動逆變橋中同橋臂上下兩

29、個功率MOS器件的驅(qū)動脈沖信號輸入端。應(yīng)用中，接用戶脈沖形成部分的對應(yīng)兩路輸出，對此兩個信號的限制為Vss-0.5V至Vcc+0.5V，這里Vss與Vcc分別為連接到IR2110的引腳13（Vss）與引腳9（VDD）端的電壓值。引腳11（SD）：保護(hù)信號輸入端，當(dāng)該引腳為高電平時，IR2110的輸出信號全部被封鎖，其對應(yīng)的輸出端恒為低電平，而當(dāng)該端接低電平時，則IR2110的輸出跟隨引腳10與12而變化。引腳13（Vss）：芯片工作參考地端，使用中，直接與供電電源地端相連，所有去耦電容的一端應(yīng)接該端，同時與引腳2直接相連。引腳8、引腳14、引腳4：為空引腳。圖7 IR2110管腳圖IR2110

30、采用HVIC和閂鎖抗干擾CMOS工藝制作，具有獨(dú)立的高端和低端輸出通道；邏輯輸入與標(biāo)準(zhǔn)的CMOS輸出兼容；浮置電源采用自舉電路，其工作電壓可達(dá)500V，du/dt=50V/ns，在15V下的靜態(tài)功耗僅有1.6mW；輸出的柵極驅(qū)動電壓范圍為1020V，邏輯電源電壓范圍為515V，邏輯電源地電壓偏移范圍為5V5V。IR2110采用CMOS施密特觸發(fā)輸入，兩路具有滯后欠壓鎖定。推挽式驅(qū)動輸出峰值電流2A，負(fù)載為1000pF時，開關(guān)時間典型值為25ns。兩路匹配傳輸導(dǎo)通延時為120ns，關(guān)斷延時為94ns。IR2110的腳10可以承受2A的反向電流。 圖8 IGBT驅(qū)動電路3.4 PWM 控制H橋雙極

31、性主電路從上面的原理可以看出，產(chǎn)生高壓側(cè)門極驅(qū)動電壓的前提是低壓側(cè)必須有開關(guān)的動作，在高壓側(cè)截止期間低壓側(cè)必須導(dǎo)通，才能夠給自舉電容提供充電的通路。因此在這個電路中，Q1、Q4或者Q2、Q3是不可能持續(xù)、不間斷的導(dǎo)通的。我們可以采取雙PWM信號來控制直流電機(jī)的正轉(zhuǎn)以及它的速度。將IC1的HIN端與IC2的LIN端相連，而把IC1的LIN端與IC2的HIN端相連，這樣就使得兩片芯片所輸出的信號恰好相反。在HIN為高電平期間，Q1、Q4導(dǎo)通，在直流電機(jī)上加正向的工作電壓。其具體的操作步驟如下：當(dāng)IC1的LO為低電平而HO為高電平的時候，Q2截止，C1上的電壓經(jīng)過VB、IC內(nèi)部電路和HO端加在Q1的

32、柵極上，從而使得Q1導(dǎo)通。同理，此時IC2的HO為低電平而LO為高電平，Q3截止，C3上的電壓經(jīng)過VB、IC內(nèi)部電路和HO端加在Q4的柵極上，從而使得Q4導(dǎo)通。電源經(jīng)Q1至電動機(jī)的正極經(jīng)過整個直流電機(jī)后再通過Q4到達(dá)零電位，完成整個的回路。此時直流電機(jī)正轉(zhuǎn)。在HIN為低電平期間，LIN端輸入高電平，Q2、Q3導(dǎo)通，在直流電機(jī)上加反向工作電壓。其具體的操作步驟如下：當(dāng)IC1的LO為高電平而HO為低電平的時候，Q2導(dǎo)通且Q1截止。此時Q2的漏極近乎于零電平，Vcc通過D1向C1充電，為Q1的又一次導(dǎo)通作準(zhǔn)備。同理可知，IC2的HO為高電平而LO為低電平，Q3導(dǎo)通且Q4截止，Q3的漏極近乎于零電平，

33、此時Vcc通過D2向C3充電，為Q4的又一次導(dǎo)通作準(zhǔn)備。電源經(jīng)Q3至電動機(jī)的負(fù)極經(jīng)過整個直流電機(jī)后再通過Q2到達(dá)零電位，完成整個的回路。此時，直流電機(jī)反轉(zhuǎn)。因此電樞上的工作電壓是雙極性矩形脈沖波形，由于存在著機(jī)械慣性的緣故，電動機(jī)轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)速是由矩形脈沖電壓的平均值來決定的。設(shè)PWM波的周期為T，HIN為高電平的時間為t1，這里忽略死區(qū)時間，那么LIN為高電平的時間就為T-t1。HIN信號的占空比為D=t1/T。設(shè)電源電壓為V，那么電樞電壓的平均值為：Vout= t1 - ( T - t1 ) V / T = ( 2 t1 T ) V / T= ( 2D 1 )V定義負(fù)載電壓系數(shù)為，= Vout / V, 那么= 2D 1 ；當(dāng)T為常數(shù)時，改變HIN為高電平的時間t1，也就改變了占空比D，從而達(dá)到了改變Vout的目的。D在01之間變