機(jī)械電子技術(shù)第五章

1、第五章功率驅(qū)動電路第五章功率驅(qū)動電路5.1模擬量功率放大電路5.2數(shù)字量功率驅(qū)動電路5.3電動機(jī)控制驅(qū)動電路5.1模擬量功率放大電路1.模擬量功率放大電路概述模擬量功率放大電路概述2.甲類（甲類（A類）功放類）功放3.乙類（乙類（B類）功放類）功放4.甲乙類（甲乙類（AB類）功放類）功放5.丙類（丙類（C類類）功放功放6.丁類（丁類（D類）功放類）功放7.集成功率放大器集成功率放大器1.模擬量功率放大電路概述做放大電路的輸出級，以驅(qū)動 執(zhí)行機(jī)構(gòu)。 功率放大器功率放大器的要求：的要求： 功率放大器的作用：功率放大器的作用：、功率輸出、功率輸出大。大。 電壓和電流幅度大，管子接近極限運(yùn)用狀態(tài)，輸出

2、（供給負(fù)載）功率大。、效率要、效率要高高，效率效率指電路最大輸出功率最大輸出功率與電源損耗的平均電源損耗的平均功率功率之比。電路本身損耗的功率盡可能小，靜態(tài)時功放管的集電極電流近似為0。 。、非線性失真、非線性失真小。小。 大信號易產(chǎn)生非線性失真、要考慮散熱問、要考慮散熱問題。題。 集電結(jié)消耗功率大，管子溫度高，要采取散熱措施，一般需加散熱器。、大信號工作要用圖解法分析、大信號工作要用圖解法分析(6-4)功率放大器的分類功率放大器的分類按照輸入信號頻率的不同，功率放大器可分為低頻功率放大器和高頻功率放大器。低頻功率放大器常常又可以按照以下幾種方式分類低頻功率放大器常常又可以按照以下幾種方式分類

3、:1.按照功率放大器與負(fù)載之間的耦合方式不同，可分為：按照功率放大器與負(fù)載之間的耦合方式不同，可分為：(1)變壓器耦合功率放大器；變壓器耦合功率放大器；(2)電容耦合功率放大器，也稱無輸出變壓器功率放大器，即電容耦合功率放大器，也稱無輸出變壓器功率放大器，即OTL功率放大器；功率放大器；(3)直接耦合功率放大器，也稱無輸出電容功率放大器，即直接耦合功率放大器，也稱無輸出電容功率放大器，即OCL功功率放大器。率放大器。 (4)橋接式功率放大器，即橋接式功率放大器，即BTL功率放大器。功率放大器。2.根據(jù)功放電路是否集成，可分為根據(jù)功放電路是否集成，可分為:分立元件式和集成功放。分立元件式和集成功

4、放。3、根據(jù)功放管導(dǎo)通時間的長短、根據(jù)功放管導(dǎo)通時間的長短 ,可分為：甲類（可分為：甲類（A類），乙類（類），乙類（B類），甲乙類（類），甲乙類（AB類），丙類（類），丙類（C類）和丁類（類）和丁類（D類）類）(6-5)功放三極管在信號的整個周期內(nèi)都有電流流過。360Q靜態(tài)工作點(diǎn)位于交流負(fù)載線的中間，靜態(tài)(輸入信號為0)時電源仍然消耗功率，效率最大只能達(dá)到50%。單管甲類功率放大器由于效率低（一般在20%），一般不適合做功率放大器效率最大只能達(dá)到50%。效率最大只能達(dá)到50%。2.甲類（甲類（A類）功放：類）功放：晶體管僅在信號的半個周期處于導(dǎo)通狀態(tài)晶體管僅在信號的半個周期處于導(dǎo)通狀態(tài) 180

5、Q放大一個周期的信號，必須采用兩個晶體管分別對信號的正負(fù)半周放大。在理想狀態(tài)下靜態(tài)管耗為零，效率可達(dá)到80左右。1)變壓器耦合乙類推挽電路信號的正半周信號的正半周T1導(dǎo)通、導(dǎo)通、T2截止；負(fù)半周截止；負(fù)半周T2導(dǎo)通、導(dǎo)通、T1截止。截止。3.乙類（乙類（B類）功放類）功放2CCEBIVUUu靜態(tài)時，輸入電壓的正半周：輸入電壓的正半周： VCCT1CRL地地 C 充電。充電。輸入電壓的負(fù)半周：輸入電壓的負(fù)半周： C 的的 “”T2地地RL C “ ” C 放電。放電。C 足夠大，才能認(rèn)為其對交流信號相當(dāng)于短路。足夠大，才能認(rèn)為其對交流信號相當(dāng)于短路。OTL電路低頻特性差。電路低頻特性差。2)2(

6、CESCComUVU因變壓器耦合功放笨重、自身損耗大，故選用因變壓器耦合功放笨重、自身損耗大，故選用OTL電路電路。2) 2) OTL 電路 輸入電壓的正半周：輸入電壓的正半周： VCCT1RL地地輸入電壓的負(fù)半周：輸入電壓的負(fù)半周： 地地RL T2 VCC兩只管子交替導(dǎo)通，兩路電源交替供電，雙向跟隨。兩只管子交替導(dǎo)通，兩路電源交替供電，雙向跟隨。2CESCComUVU靜態(tài)時，靜態(tài)時，UEQ UBQ0。3) OCL電路輸入電壓的正半周：輸入電壓的正半周：VCC T1 RL T4地地輸入電壓的負(fù)半周：輸入電壓的負(fù)半周：VCC T2 RL T3地地22CESCComUVU是雙端輸入、雙端輸出形是雙

7、端輸入、雙端輸出形式，輸入信號、負(fù)載電阻均式，輸入信號、負(fù)載電阻均無接地點(diǎn)。無接地點(diǎn)。4只管子以推挽方式工作：只管子以推挽方式工作：4) 4) BTL 電路 單電源供電，單電源供電，笨重，效率低，低頻特性差。笨重，效率低，低頻特性差。單電源供電單電源供電，輸出需大電容，低輸出需大電容，低頻特性差。頻特性差。雙電源供電，雙電源供電，效率高，低頻特性好。效率高，低頻特性好。單單、雙、雙電電源供電，源供電，低頻特性好；雙端輸入雙端輸出。低頻特性好；雙端輸入雙端輸出。幾種乙類推挽電路的比較： 乙類電路交越失真問題： 輸入信號小于三級管的死區(qū)電壓是，三級管截止，無輸出電壓就會產(chǎn)生失真，就叫交越失真。在三

8、級管發(fā)射結(jié)加上很小的正向電壓，讓它微導(dǎo)通，這樣三級管處于甲乙類狀態(tài)。三極管在信號的大半個周期，有電流流過。360180QR1D1D2R2+USC-USCULuiiLRLT1T2 靜態(tài)時T1、T2兩管發(fā)射結(jié)電位分別為二極管D1， D2的正向?qū)▔航?，致使兩管均處于微弱?dǎo)通狀態(tài)；4.甲乙類（甲乙類（AB類）功放類）功放(6-12) 為更換好地和T1、T2兩發(fā)射結(jié)電位配合，克服交越失真電路中的D1、D2兩二極管可以用UBE電壓倍增電路替代。UBE電壓倍增電路B1B2+-BER1R2UIBIU UBE221RRR 合理選擇R1、R2大小，B1、B2間便可得到UBE任意倍數(shù)的電壓。 圖中B1、B2分別接

9、T1、T2的基極。假設(shè)I IB，則達(dá)林頓驅(qū)動電路（復(fù)合管） 為提高驅(qū)動電流，輸出電路采取由多對兩個三極管組成的為提高驅(qū)動電流，輸出電路采取由多對兩個三極管組成的達(dá)林頓復(fù)合管構(gòu)成提高三極管增益。達(dá)林頓驅(qū)動器具有高輸達(dá)林頓復(fù)合管構(gòu)成提高三極管增益。達(dá)林頓驅(qū)動器具有高輸入阻抗、高增益、輸出功率大的特點(diǎn)，適用于功放電路。入阻抗、高增益、輸出功率大的特點(diǎn)，適用于功放電路。達(dá)林頓電路有四種接法：NPN+NPN,PNP+PNP(方式1)；NPN+PNP，PNP+NPN（方式2）cbeT1T2ibicbecibicic1=1 ib ,ib2= ie1=(1+1) ib,ic2=2 ib2,ic=ic1+ic2

10、=1+2(1+1)ib.方式 1NPN型(6-14)cbeT1T2ibicbecibic 復(fù)合管構(gòu)成方式很多。不論哪種等效方式，要保證各管能工作于放大狀態(tài)，等效后晶體管的性能均如下確定： 1 2晶體管的類型由復(fù)合管中的第一支管子決定。方式 2達(dá)林頓電路的四種接法達(dá)林頓電路的四種接法(6-16)OCL準(zhǔn)互補(bǔ)輸出功放電路+USC-USCR1R2RLuiT1T2T3T4T5T6 T1：電壓推動級 T1、R1、R2： UBE倍增電路 T3、T4、T5、T6： 復(fù)合管構(gòu)成的輸 出級準(zhǔn)互補(bǔ)：兩個功放管不完全對稱 輸出級中的T4、T6均為NPN型晶體管，兩者特性容易對稱。(6-17) 實(shí)際功放電實(shí)際功放電路

11、：路： 這里介紹一個實(shí)用的OCL準(zhǔn)互補(bǔ)功放電路。其中主要環(huán)節(jié)有 ： 恒流源式差動放大輸入級（T1、T2、T3）； 偏置電路（R1、D1、D2）； 恒流源負(fù)載（T5）； OCL準(zhǔn)互補(bǔ)功放輸出級（T7、T8、T9、 T10）； 負(fù)反饋電路（Rf、C1、Rb2構(gòu)成交流電壓串聯(lián)負(fù) 反饋）； 共射放大級（T4）； 校正環(huán)節(jié)（C5、R4）； UBE倍增電路（T6、R2、R3）；調(diào)整輸出級工作點(diǎn)元件（Re7、Rc8、Re9、Re10）。(6-18)實(shí)用的OCL準(zhǔn)互補(bǔ)功放電路+24vuiRLT7T8RC8-24vR2R3T6Rc1T1T2Rb1Rb2C1RfR1D1D2T3Re3T4Re4C2T5Re 5C3

12、C4T9T10Re10Re7Re 9C5R4BX差動放大級偏置電路恒流源負(fù)載UBE倍增電路準(zhǔn)互補(bǔ)功放級共射放大級反饋級保險管(6-19)實(shí)用的OCL準(zhǔn)互補(bǔ)功放電路差動放大級反饋級偏置電路共射放大級UBE倍增電路恒流源負(fù)載準(zhǔn)互補(bǔ)功放級保險管負(fù)載+24vuiRLT7T8RC8-24vR2R3T6Rc1T1T2Rb1Rb2C1RfR1D1D2T3Re3T4Re4C2T5Re 5C3C4T9T10Re10Re7Re 9C5R4BX(6-20)輸出功率的估算輸出電壓的最大值約為 19.7v設(shè)負(fù)載 RL= 8 則最大輸出功率為：PMAX = W3 .248127 .192實(shí)際輸出功率約為 20W。注：該實(shí)

13、用功放電路的詳細(xì)分析計(jì)算請參考模擬 電子技術(shù)基礎(chǔ)（童詩白主編）丙 類放大器電流的流通角則小于180o 信號的小半個周期有電流流過三極管。+ub-CL+uc1-icRp+uCE-+uBE _它的工作點(diǎn)在截止區(qū)。晶體管的導(dǎo)通時間小于半個周期，丙類放大器的電流波形失真太大，因而不能用于 低頻功率放大，只能用于采用調(diào)諧回路作為負(fù)載的諧振功率放大。由于調(diào) 諧回路具有濾波能力，回路電流與電壓仍然極近于正弦波形，失真很小。丙類功放多用于通信電路中對高頻信號的放大，屬于高頻功放 。5.丙類（丙類（C類類）功放功放稱數(shù)字式放大器：信號為調(diào)制脈沖，功放管工作在開關(guān)狀態(tài)?；驹恚夯驹恚?功放由1.脈沖寬度調(diào)制

14、脈沖寬度調(diào)制PWM(Pulse Width Modulation),2.D類功放類功放和3.低通濾波器低通濾波器三部分組成：丁丙乙甲乙甲功率放大器的效率： 6.丁類（丁類（D類）功放類）功放1）PWM（脈寬調(diào)制）原理：（脈寬調(diào)制）原理： PWM是利用比較器將輸入音頻信號與以固定載波頻率工作的三角波或斜波進(jìn)行比較，產(chǎn)生一串脈沖。在每每個載波周期內(nèi)，個載波周期內(nèi)，PWM脈沖的占空比正比于音頻信號的脈沖的占空比正比于音頻信號的幅度幅度。 PWM載波頻率一般為信號最高頻率的5-10倍。(幾百千赫)AIC2B+IC3IC1uO+VSCCuiL-VSCCT1T2丁類功放（丁類功放（D類）原理：類）原理：2

15、）開關(guān)功放）開關(guān)功放 由T1T2構(gòu)成，（IC2，IC3為驅(qū)動）將PWM信號變成高電壓、大電流的大功率PWM信號。D類功放放大元件處于開關(guān)工作狀態(tài)。無信號輸入時放大器處于截止?fàn)顟B(tài)，不耗電（有電壓、無電流）。工作時，輸入信號讓晶體管進(jìn)入飽和導(dǎo)通狀態(tài)，相當(dāng)于一個接通的開關(guān)（有電流、無電壓），把電源與負(fù)載直接接通。本身仍不耗電。實(shí)際上晶體管總會有很小的飽和壓降而消耗部分電能。所以特別有利于超大功率的場合。3) 低通濾波器低通濾波器但由于此時電流很大，RC結(jié)構(gòu)的低通濾波器電阻會耗能，不能采用，必須使用LC低通濾波器。當(dāng)占空比大于1：1的脈沖到來時，C的充電時間大于放電時間，輸出電平上升；窄脈沖到來時，放

16、電時間長，輸出電平下降，正好與原音頻信號的幅度變化相一致，所以原音頻信號被恢復(fù)出來。作用:將大功率PWM波形中的音頻信息還原出來。構(gòu)成：L、C。(6-26)工作可靠、使用方便。只需在器件外部適當(dāng)連線，即可向負(fù)載提供一定的功率。特點(diǎn)：功率驅(qū)動集成電路主要生產(chǎn)商功率驅(qū)動集成電路主要生產(chǎn)商:WWW.IRF.COMWWW.ST.COMWWW.NXP.COMWWW.ONSEMI.COMWWW.FAIRCHILDSEMI.COM芯片簡介：集成功放芯片，以AB類、D類功放為主，輸出功率：5W50W；種類繁多，使用方便。7.集成功率放大器集成功率放大器集成功放LM384生產(chǎn)廠家：美國半導(dǎo)體器件公司電路形式：O

17、TL輸出功率：8負(fù)載上可得到5W功率電源電壓：最大為28V 集成功放LM384管腳說明:14、 - 電源端（ Vcc）3、4、5、7、- 接地端（ GND）10、11、12、- 接地端（GND）2、6 、- 輸入端 （一般2腳接地） 8 、- 輸出端 （經(jīng)500 電容接負(fù)載）)12345 678910111213141、- 接旁路電容（5 ） 9、13、- 空腳（NC）(6-28)集成功放LM384外部電路典型接法500-+ 0.12.78146215Vccui8(6-29)D810系列集成功率放大器 輸出功率：5-10W 內(nèi)部電路簡圖 提高集成功放輸出功率的方法：可以由兩個完全相同的OTL或

18、OCL電路按圖示的方式組成一個BTL電路； 可成倍提高輸出功率。原理：原理：電路輸出以推挽方式輪流工作，共同完成對信號的放大。如正半個周期內(nèi)，V1，V4導(dǎo)通，負(fù)載兩端的電壓為2uo1。在理想情況下，uO1=VCC；在另半個周期內(nèi)，同理。即負(fù)載上的最大峰值電壓為電源電壓的兩倍。由于輸出功率與輸出電壓的平方成正比，因此在同樣條件下，BTL的輸出功率可為OTL或OCL電路的4倍(6-31)由兩個集成功放5G37組成的BTL電路； 三極管T擔(dān)任倒相器。(6-32)(12341RRRR ioURRU)(1212 一般集成功放構(gòu)成的BTL電路(6-33) 靜態(tài)電流：50mA 輸出功率：30W 諧波失真：0

19、.02% 額定增益：26dB 工作電壓：25V 轉(zhuǎn)換速率：18V/S 輸出峰值電流：4A 集成功放集成功放-LM1875LM1875的引腳排列 1同相輸入端，2反相輸入端，3負(fù)電源端，4輸出端，5正電源端。 LM1875主要參數(shù)： 16電壓范圍： LM1875集成功放構(gòu)成的BTL電路 60V(6-34)LM1875集成功放構(gòu)成的OCL電路 LM1875集成功放構(gòu)成的OTL電路(6-35)集成D類功放電路MAX9703(單通道), MAX9704(雙通道)特點(diǎn)： 1. 10V-25V單電源供電 2. 負(fù)載8歐時，輸出功率可達(dá)15W 3. 內(nèi)涵低通濾波器。引腳圖：引腳說明：引腳說明：(6-37)M

20、XA9703應(yīng)用電路應(yīng)用電路mxa9704應(yīng)用電路應(yīng)用電路5.2 功率驅(qū)動電路v1 1 三極管驅(qū)動電路三極管驅(qū)動電路 v2 2 繼電器驅(qū)動電路繼電器驅(qū)動電路 v3 3 晶閘管驅(qū)動電路晶閘管驅(qū)動電路 v4 4 固態(tài)繼電器驅(qū)動電路固態(tài)繼電器驅(qū)動電路 引言 數(shù)字量輸出通道數(shù)字量輸出通道簡稱簡稱 DO 通道，它的任務(wù)是把計(jì)通道，它的任務(wù)是把計(jì)算機(jī)輸出的微弱數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成能對生產(chǎn)過程進(jìn)行算機(jī)輸出的微弱數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成能對生產(chǎn)過程進(jìn)行控制的數(shù)字驅(qū)動信號。根據(jù)現(xiàn)場負(fù)荷的不同，如指控制的數(shù)字驅(qū)動信號。根據(jù)現(xiàn)場負(fù)荷的不同，如指示燈、繼電器、接觸器、電機(jī)、閥門等，可以選用示燈、繼電器、接觸器、電機(jī)、閥門等，可以選用

21、不同的功率放大器件構(gòu)成不同的開關(guān)量驅(qū)動輸出通不同的功率放大器件構(gòu)成不同的開關(guān)量驅(qū)動輸出通道。常用的有三極管輸出驅(qū)動電路、繼電器輸出驅(qū)道。常用的有三極管輸出驅(qū)動電路、繼電器輸出驅(qū)動電路、晶閘管輸出驅(qū)動電路、固態(tài)繼電器輸出驅(qū)動電路、晶閘管輸出驅(qū)動電路、固態(tài)繼電器輸出驅(qū)動電路等。動電路等。 1 1 三極管驅(qū)動電路三極管驅(qū)動電路對于低壓情況下的小電流開關(guān)量，用功率三極管就可作開關(guān)驅(qū)動對于低壓情況下的小電流開關(guān)量，用功率三極管就可作開關(guān)驅(qū)動組件，其輸出電流就是輸入電流與三極管增益的乘積。組件，其輸出電流就是輸入電流與三極管增益的乘積。 當(dāng)驅(qū)動電流只有十幾當(dāng)驅(qū)動電流只有十幾 mAmA或幾十或幾十 mAmA

22、時，只要采用時，只要采用一個普通的功率三極管就能一個普通的功率三極管就能構(gòu)成驅(qū)動電路，如構(gòu)成驅(qū)動電路，如圖所圖所示。示。6047K3 . 3管極三DELV5+033圖4-6 小功率三極管輸出電路Di1 1) )普通三極管驅(qū)動電路普通三極管驅(qū)動電路設(shè)計(jì)要點(diǎn): 合理確定Ui、R與T的電流放大系數(shù) 值之間的數(shù)值關(guān)系，充分滿足 I b I L / ，可確保T導(dǎo)通時工作于飽和區(qū)，以降低V的導(dǎo)通電阻及減小功耗。 2)2)功功率場效應(yīng)管驅(qū)動電路：率場效應(yīng)管驅(qū)動電路：功率場效應(yīng)管在制造中采用功率場效應(yīng)管在制造中采用V V溝道工藝，簡稱溝道工藝，簡稱VMOSVMOS其改其改進(jìn)型稱進(jìn)型稱TMOSTMOS場效應(yīng)管，

23、具有輸入電阻高（柵極無電場效應(yīng)管，具有輸入電阻高（柵極無電流），流），D-SD-S間電流容量大，耐壓能力強(qiáng)，開關(guān)速度快等間電流容量大，耐壓能力強(qiáng)，開關(guān)速度快等特點(diǎn)，開啟電壓（閾值電壓）為特點(diǎn)，開啟電壓（閾值電壓）為2V-6V;2V-6V;其內(nèi)部二極管其內(nèi)部二極管VDSVDS是在制造中形成；是在制造中形成；DSDS不能反接。不能反接。工作原理：當(dāng)輸入電壓工作原理：當(dāng)輸入電壓UiUi高于開啟電壓時高于開啟電壓時VMOSVMOS導(dǎo)通；低于開啟電壓導(dǎo)通；低于開啟電壓VMOSVMOS的的DSDS間斷開間斷開; ;穩(wěn)穩(wěn)壓管壓管VSVS和電阻形成保護(hù)和電阻形成保護(hù)電路，限制柵極電壓過電路，限制柵極電壓過高。

24、高。3) 達(dá)林頓驅(qū)動電路達(dá)林頓驅(qū)動電路 當(dāng)驅(qū)動電流需要達(dá)到幾百毫安時，如驅(qū)動中功率繼電器、當(dāng)驅(qū)動電流需要達(dá)到幾百毫安時，如驅(qū)動中功率繼電器、電磁開關(guān)等裝置，輸出電電磁開關(guān)等裝置，輸出電路多采取達(dá)路多采取達(dá)林頓陣列驅(qū)動林頓陣列驅(qū)動器，如：器，如： MC1416MC1416的結(jié)構(gòu)圖，內(nèi)含的結(jié)構(gòu)圖，內(nèi)含7對達(dá)林頓復(fù)合管，每個復(fù)合管的集電極對達(dá)林頓復(fù)合管，每個復(fù)合管的集電極電流可達(dá)電流可達(dá)500mA，截止時能承受，截止時能承受100V電壓，其輸入輸出端均有箝電壓，其輸入輸出端均有箝位二極管，輸出箝位二極管位二極管，輸出箝位二極管D2抑制高電位上發(fā)生的正向過沖，抑制高電位上發(fā)生的正向過沖，D1、D3可抑

25、制低電平上的負(fù)向過沖。可抑制低電平上的負(fù)向過沖。1C2C3C4C5C6C7CCOM161514131211109GND7B6B5B4B3B2B1B1234567810.5kBR07.2kR1D1R2T1T2D3CED2COM3k(a)MC14716結(jié)構(gòu)圖（b）復(fù)合管內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖4-7 MC1416達(dá)林頓陣列驅(qū)動器圖圖 4 -8 達(dá)達(dá) 林林 頓頓 陣陣 列列 驅(qū)驅(qū) 動動 電電 路路7 4 0 6達(dá)達(dá) 林林 頓頓 復(fù)復(fù) 合合 管管負(fù)負(fù) 荷荷 線線 圈圈+ 2 4 VDi1 B1 CG N D圖為達(dá)林頓陣列驅(qū)動中的一路驅(qū)動電路，當(dāng)圖為達(dá)林頓陣列驅(qū)動中的一路驅(qū)動電路，當(dāng)CPUCPU數(shù)據(jù)線數(shù)據(jù)線D Di

26、i 輸出數(shù)字輸出數(shù)字“0 0”即低電平時，經(jīng)即低電平時，經(jīng)74067406反相鎖存器變?yōu)楦唠娖剑惯_(dá)林頓復(fù)合反相鎖存器變?yōu)楦唠娖?，使達(dá)林頓復(fù)合管導(dǎo)通，產(chǎn)生的幾百毫安集電極電流足以驅(qū)動負(fù)載線圈，而且利用管導(dǎo)通，產(chǎn)生的幾百毫安集電極電流足以驅(qū)動負(fù)載線圈，而且利用復(fù)合管內(nèi)的保護(hù)二極管構(gòu)成了負(fù)荷線圈斷電時產(chǎn)生的反向電動勢的復(fù)合管內(nèi)的保護(hù)二極管構(gòu)成了負(fù)荷線圈斷電時產(chǎn)生的反向電動勢的泄流回路。泄流回路。2 繼電器驅(qū)動電路繼電器驅(qū)動電路 電磁繼電器主要由線圈、鐵心、銜鐵和觸點(diǎn)等部件組電磁繼電器主要由線圈、鐵心、銜鐵和觸點(diǎn)等部件組成成，分，分為電壓繼電器、電流繼電器、中間繼電器等幾種類為電壓繼電器、電流繼電器

27、、中間繼電器等幾種類型。繼電器方式的開關(guān)量輸出是一種最常用的輸出方式，型。繼電器方式的開關(guān)量輸出是一種最常用的輸出方式，通過弱電控制外界交流或直流的高電壓、大電流設(shè)備。通過弱電控制外界交流或直流的高電壓、大電流設(shè)備。繼電器驅(qū)動電路的設(shè)計(jì)要根據(jù)所用繼電器線圈的吸合電繼電器驅(qū)動電路的設(shè)計(jì)要根據(jù)所用繼電器線圈的吸合電壓和電流而定，控制電流一定要大于繼電器的吸合電流壓和電流而定，控制電流一定要大于繼電器的吸合電流才能使繼電器可靠地工作。才能使繼電器可靠地工作。 由于繼電器線圈是電感性負(fù)載，當(dāng)電路突然關(guān)斷時，由于繼電器線圈是電感性負(fù)載，當(dāng)電路突然關(guān)斷時，會出現(xiàn)較高的電感性浪涌電壓，為了保護(hù)驅(qū)動器件，會出

28、現(xiàn)較高的電感性浪涌電壓，為了保護(hù)驅(qū)動器件，應(yīng)在繼電器線圈兩端并聯(lián)一個應(yīng)在繼電器線圈兩端并聯(lián)一個續(xù)流二極管續(xù)流二極管，為電感線，為電感線圈提供一個電流泄放回路。圈提供一個電流泄放回路。 cVpV耦耦光光6047KA220V圖圖 4-9 繼繼 電電 器器 輸輸 出出 驅(qū)驅(qū) 動動 電電 路路Di 圖為經(jīng)光耦隔離器的繼電器輸出驅(qū)動電路，當(dāng)圖為經(jīng)光耦隔離器的繼電器輸出驅(qū)動電路，當(dāng)CPU數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)線線Di輸出數(shù)字輸出數(shù)字“1”即高電平時，經(jīng)即高電平時，經(jīng)7406反相驅(qū)動器變反相驅(qū)動器變?yōu)榈碗娖?，光耦隔離器的發(fā)光二極管導(dǎo)通且發(fā)光，使光為低電平，光耦隔離器的發(fā)光二極管導(dǎo)通且發(fā)光，使光敏三極管導(dǎo)通，繼電器線圈敏三

29、極管導(dǎo)通，繼電器線圈KA得電，動合觸點(diǎn)閉合，從得電，動合觸點(diǎn)閉合，從而驅(qū)動大型負(fù)荷設(shè)備。而驅(qū)動大型負(fù)荷設(shè)備。3 晶閘管驅(qū)動電路晶閘管驅(qū)動電路晶閘管又稱可控硅（晶閘管又稱可控硅（SCR），），是一種大功率的半導(dǎo)體器件，具有是一種大功率的半導(dǎo)體器件，具有用小功率控制大功率、無觸點(diǎn)開關(guān)等特點(diǎn)，在交直流電機(jī)調(diào)速用小功率控制大功率、無觸點(diǎn)開關(guān)等特點(diǎn)，在交直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)、調(diào)功系統(tǒng)、隨動系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛。系統(tǒng)、調(diào)功系統(tǒng)、隨動系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛。晶閘管有單向晶閘管和雙向晶閘管兩種類型。晶閘管導(dǎo)通條件：晶晶閘閘管的導(dǎo)通與關(guān)斷條件：管的導(dǎo)通與關(guān)斷條件：晶閘管關(guān)斷條件：晶閘管關(guān)斷條件：主電極陽極A與陰極K之間的電流小于

30、其維持電流IH（或在陽、陰極間施加反向電壓），晶閘管即進(jìn)入關(guān)斷狀態(tài)。 在陽極A與陰極C之間加正向電壓，同時在門極G與陰極C之間加正向電壓（觸發(fā)），兩管B-B間形成正反饋電流，使兩管迅速飽和導(dǎo)通，這樣A與C之間即進(jìn)入導(dǎo)通狀態(tài)。晶閘管一旦導(dǎo)通，只要陽極A與陰極C之間的電流不小于其維持電流IH，門極G與陰極K之間是否還存在正向電壓，對已經(jīng)導(dǎo)通的晶閘管完全沒有影響。在門極G與陰極K之間的電壓VG=0時；VA電壓作用下必有一個PN 結(jié)截止，使IA=0。雙向晶閘管也叫三端雙向可控硅，在結(jié)構(gòu)上相當(dāng)于兩個單向晶雙向晶閘管也叫三端雙向可控硅，在結(jié)構(gòu)上相當(dāng)于兩個單向晶閘管的反向并聯(lián)，但共享一個控制極，結(jié)構(gòu)如圖所示

31、。當(dāng)兩個閘管的反向并聯(lián)，但共享一個控制極，結(jié)構(gòu)如圖所示。當(dāng)兩個電極電極T1、T2之間的電壓大于之間的電壓大于1.5V時，不論極性如何，均可利用時，不論極性如何，均可利用控制極控制極G觸發(fā)電流控制其導(dǎo)通。雙向晶閘管具有雙向?qū)üδ?，觸發(fā)電流控制其導(dǎo)通。雙向晶閘管具有雙向?qū)üδ?，因此特別適用于交流大電流場合。因此特別適用于交流大電流場合。雙向晶閘管亦稱雙向半導(dǎo)體開關(guān)元件（雙向晶閘管亦稱雙向半導(dǎo)體開關(guān)元件（TRIAC）+5V6047180400470.01FT2GT1KSM OC3041220V圖圖 4-11 雙雙 向向 晶晶 閘閘 管管 輸輸 出出 驅(qū)驅(qū) 動動 電電 路路RLDi 4 固態(tài)繼電器

32、驅(qū)動電路固態(tài)繼電器驅(qū)動電路 固態(tài)繼電固態(tài)繼電器器SSR（Solid State Relay）是）是一種新型的無觸點(diǎn)開關(guān)一種新型的無觸點(diǎn)開關(guān)的電子繼電的電子繼電器。器。特點(diǎn)：特點(diǎn)：.實(shí)實(shí)現(xiàn)了控制回路與負(fù)載回路之間的電隔離和信號耦合，而且現(xiàn)了控制回路與負(fù)載回路之間的電隔離和信號耦合，而且沒有任何可動部件或觸點(diǎn)，卻能實(shí)現(xiàn)電磁繼電器的功能，故稱為沒有任何可動部件或觸點(diǎn)，卻能實(shí)現(xiàn)電磁繼電器的功能，故稱為固態(tài)繼電器固態(tài)繼電器。.它它具有體積小、開關(guān)速度快、無機(jī)械噪聲、無抖動和回跳、具有體積小、開關(guān)速度快、無機(jī)械噪聲、無抖動和回跳、壽命長等傳統(tǒng)繼電器無法比擬的優(yōu)壽命長等傳統(tǒng)繼電器無法比擬的優(yōu)點(diǎn)，得點(diǎn)，得到廣

33、泛的應(yīng)到廣泛的應(yīng)用用。固態(tài)繼電器固態(tài)繼電器SSR是一個四端組件，有兩個輸入端、兩個輸出端，其是一個四端組件，有兩個輸入端、兩個輸出端，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)類似于晶閘管輸出驅(qū)動電路。其結(jié)構(gòu)原理圖，共由五部分內(nèi)部結(jié)構(gòu)類似于晶閘管輸出驅(qū)動電路。其結(jié)構(gòu)原理圖，共由五部分組成。組成。光耦隔離電路光耦隔離電路的作用是在輸入與輸出之間起信號傳遞作用，的作用是在輸入與輸出之間起信號傳遞作用，同時使兩端在電氣上完全隔離；同時使兩端在電氣上完全隔離；控制觸發(fā)電路控制觸發(fā)電路是為后級提供一個觸是為后級提供一個觸發(fā)信號，使電子開關(guān)（三極管或晶閘管）能可靠地導(dǎo)通；發(fā)信號，使電子開關(guān)（三極管或晶閘管）能可靠地導(dǎo)通；電子開關(guān)電子開關(guān)

34、電路電路用來接通或關(guān)斷直流或交流負(fù)載電源；用來接通或關(guān)斷直流或交流負(fù)載電源；吸收保護(hù)電路吸收保護(hù)電路的功能是的功能是為了防止電源的尖峰和浪涌對開關(guān)電路產(chǎn)生干擾造成開關(guān)的誤動作為了防止電源的尖峰和浪涌對開關(guān)電路產(chǎn)生干擾造成開關(guān)的誤動作或損害，一般由或損害，一般由RC串聯(lián)網(wǎng)絡(luò)和壓敏電阻組成；串聯(lián)網(wǎng)絡(luò)和壓敏電阻組成；零壓檢測電路零壓檢測電路是為是為交流型交流型SSR過零觸發(fā)而設(shè)置的過零觸發(fā)而設(shè)置的 SSR的輸入端與晶體管、的輸入端與晶體管、TTL、CMOS電路兼容，輸電路兼容，輸出端利用器件內(nèi)的電子開關(guān)來接通和斷開負(fù)載。工作時只出端利用器件內(nèi)的電子開關(guān)來接通和斷開負(fù)載。工作時只要在輸入端施加一定的弱

35、電信號，就可以控制輸出端大電要在輸入端施加一定的弱電信號，就可以控制輸出端大電流負(fù)載的通斷。流負(fù)載的通斷。 SSRSSR的輸出端可以是直流也可以是交流，分別稱為直流型的輸出端可以是直流也可以是交流，分別稱為直流型SSRSSR和交流型和交流型SSRSSR。直流型直流型SSR內(nèi)部的開關(guān)組件為功率三極管內(nèi)部的開關(guān)組件為功率三極管交流型交流型SSR內(nèi)部的開關(guān)組件為雙向晶閘管。內(nèi)部的開關(guān)組件為雙向晶閘管。交流型交流型SSR按控制觸發(fā)方式不同又可分為過零型和按控制觸發(fā)方式不同又可分為過零型和移相型兩種，其中應(yīng)用最廣泛的是過零型。移相型兩種，其中應(yīng)用最廣泛的是過零型。過零型交流過零型交流SSR是指當(dāng)輸入端加

36、入控制信號后，需等待負(fù)是指當(dāng)輸入端加入控制信號后，需等待負(fù)載電源電壓過零時，載電源電壓過零時，SSR才為導(dǎo)通狀態(tài)；而斷開控制信號才為導(dǎo)通狀態(tài)；而斷開控制信號后，也要等待交流電壓過零時，后，也要等待交流電壓過零時，SSR才為斷開狀態(tài)。才為斷開狀態(tài)。移相型交流移相型交流SSR的斷開條件同過零型交流的斷開條件同過零型交流SSR，但其導(dǎo)通，但其導(dǎo)通條件簡單，只要加入控制信號，不管負(fù)載電流相位如何，條件簡單，只要加入控制信號，不管負(fù)載電流相位如何，立即導(dǎo)通。立即導(dǎo)通。DC-SSR原理圖整形放大負(fù)載直流電源直流電源VC 用于用于直流大功率驅(qū)動直流大功率驅(qū)動場合，如直流電機(jī)、直流電磁閥、步進(jìn)電場合，如直流電

37、機(jī)、直流電磁閥、步進(jìn)電機(jī)、機(jī)、 大功率繼電器等大功率繼電器等注意：不能超過額定電壓和額定電流注意：不能超過額定電壓和額定電流DC-SSR實(shí)現(xiàn)電路原理：無輸入信號時，GD截止，T1飽和導(dǎo)通使T2截止，SSR斷開。當(dāng)有輸入信號時，GD飽和，T1截止使T2飽和導(dǎo)通，SSR開通。步進(jìn)電機(jī)控制原理圖步進(jìn)電機(jī)控制原理圖DC_SSR應(yīng)應(yīng)用舉例用舉例+5VDC-SSRR1DC-SSRR27406DC-SSRR3+27VP1.0P1.1P1.2直流型直流型SSR的輸入控制信號與輸出完全同步。直流型的輸入控制信號與輸出完全同步。直流型SSR一般取輸入電壓為一般取輸入電壓為:432V，輸入電流，輸入電流:510mA

38、。它。它的輸出端為晶體管輸出，輸出工作電壓為的輸出端為晶體管輸出，輸出工作電壓為:30180 V。 過過零型原理圖零型原理圖過零電路負(fù)載交流電源交流電源VCAC-SSR原理圖交流型交流型SSR主要用于交流大功率控制。一般取輸入電壓為主要用于交流大功率控制。一般取輸入電壓為4.32V，輸入電流小于輸入電流小于500mA。它的輸出端為雙向晶閘管，一般額定電流。它的輸出端為雙向晶閘管，一般額定電流在在1A幾百幾百A范圍內(nèi)，電壓多為：范圍內(nèi)，電壓多為：220V480V。AC-SSR原理圖AC-SSR過零型原理圖過零型原理圖無輸入信號時，T1飽和旁路了T3的控制電流，T3關(guān)斷；SSR呈斷開。信號輸入時，

39、T1截止，T3的狀態(tài)取決T2；T2為負(fù)載電流的零點(diǎn)檢測器，當(dāng)采樣電阻R6上電壓0,7V;T2導(dǎo)通使T3關(guān)斷；SSR仍呈斷開。只有輸入信號加入同時負(fù)載電壓處于零電壓附近導(dǎo)致T2截止時，T3才能注入控制電流而導(dǎo)通，使雙向晶閘管導(dǎo)通，開通SSR。移相型交流移相型交流SSR的原理圖的原理圖原理與原理與過零型原理過零型原理類似。類似。其中：其中：R7、C構(gòu)成構(gòu)成吸收電路，防止電吸收電路，防止電網(wǎng)浪涌電流對晶閘網(wǎng)浪涌電流對晶閘管的損害。管的損害。AC-SSR應(yīng)應(yīng)用舉例用舉例VCCAC-SSR1RAC-SSR2RP1.07404RpCpRmRm220VABC單相交流電機(jī)正反轉(zhuǎn)控制原單相交流電機(jī)正反轉(zhuǎn)控制原理

40、理圖圖原理：原理：P1.0高電平時，高電平時，SSR1接通，接通，SSR2斷開；電機(jī)線圈斷開；電機(jī)線圈A為主繞組，為主繞組，B為副繞組，電機(jī)正轉(zhuǎn)；為副繞組，電機(jī)正轉(zhuǎn)； P1.0高電平時，主副高電平時，主副繞組對調(diào)，電機(jī)反轉(zhuǎn)。繞組對調(diào)，電機(jī)反轉(zhuǎn)。Rm為為壓敏電阻，壓敏電阻，構(gòu)成過壓保護(hù)構(gòu)成過壓保護(hù)，Rp、Cp構(gòu)成構(gòu)成吸收回路，吸收回路，構(gòu)成感性負(fù)載的續(xù)流通路。構(gòu)成感性負(fù)載的續(xù)流通路。圖為一種常用的固態(tài)繼電器驅(qū)動電路，當(dāng)輸入為圖為一種常用的固態(tài)繼電器驅(qū)動電路，當(dāng)輸入為“”時，時， SSR輸入端得電則輸出端接通大型交流負(fù)荷設(shè)備輸入端得電則輸出端接通大型交流負(fù)荷設(shè)備SSR多路驅(qū)動多路驅(qū)動1）固態(tài)繼電器

41、電壓等級的選取及過壓保護(hù)固態(tài)繼電器電壓等級的選取及過壓保護(hù) 阻性負(fù)載阻性負(fù)載將耐壓值提高將耐壓值提高20% 感性負(fù)載感性負(fù)載220V應(yīng)選用耐壓應(yīng)選用耐壓280V的固態(tài)繼電的固態(tài)繼電器。器。 380V應(yīng)應(yīng)選用耐壓選用耐壓480V的固態(tài)繼電器的固態(tài)繼電器 過壓保護(hù)過壓保護(hù)并接并接壓敏電壓敏電阻。阻。 壓敏電阻的耐壓值應(yīng)為電源壓敏電阻的耐壓值應(yīng)為電源電壓有效值的電壓有效值的1.6 1.9倍倍2）電流等級的選取及過流保護(hù)電流等級的選取及過流保護(hù) 阻性負(fù)載阻性負(fù)載電流等級應(yīng)電流等級應(yīng)=2倍倍的負(fù)載額定電流的負(fù)載額定電流 交流電機(jī)負(fù)載交流電機(jī)負(fù)載空載啟動，電流等級應(yīng)按空載啟動，電流等級應(yīng)按45倍倍的負(fù)載額

42、定的負(fù)載額定電流選取，否則按電流選取，否則按67倍倍選取選取 其他感性負(fù)載其他感性負(fù)載按按45倍倍的負(fù)載額定電流選取的負(fù)載額定電流選取 過流保護(hù)過流保護(hù)快速熔斷器和空氣開快速熔斷器和空氣開關(guān)關(guān)固態(tài)繼電器驅(qū)動電路設(shè)計(jì)要點(diǎn)固態(tài)繼電器驅(qū)動電路設(shè)計(jì)要點(diǎn)5.3電動機(jī)控制驅(qū)動電路電動機(jī)控制驅(qū)動電路1 直流電機(jī)驅(qū)動電路直流電機(jī)驅(qū)動電路2 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電路步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電路3 變頻控制電路變頻控制電路電機(jī)是最常用的執(zhí)行機(jī)構(gòu)驅(qū)動器件電機(jī)是最常用的執(zhí)行機(jī)構(gòu)驅(qū)動器件（1 1）可以驅(qū)動各種執(zhí)行器件，用于各種場合；）可以驅(qū)動各種執(zhí)行器件，用于各種場合；（2 2）行程大；）行程大；（3 3）變速范圍大；）變速范圍大；（4

43、4）輸出力矩大；）輸出力矩大；（5 5）控制靈活方便。）控制靈活方便。伺服電動機(jī)（執(zhí)行電機(jī)）的類型：伺服電動機(jī)（執(zhí)行電機(jī)）的類型：（1 1）直流電機(jī)：調(diào)速容易，是轉(zhuǎn)矩比較大，需要電刷。）直流電機(jī)：調(diào)速容易，是轉(zhuǎn)矩比較大，需要電刷。（2 2）步進(jìn)電機(jī)：可將電脈沖信號轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位）步進(jìn)電機(jī)：可將電脈沖信號轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移，實(shí)現(xiàn)位置控制，電機(jī)的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于移，實(shí)現(xiàn)位置控制，電機(jī)的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數(shù)。運(yùn)動不連續(xù)、不平穩(wěn)。脈沖信號的頻率和脈沖數(shù)。運(yùn)動不連續(xù)、不平穩(wěn)。（3 3）交流電機(jī)：制造比較便宜，運(yùn)行平穩(wěn)，控制相對）交流電機(jī)：制造比較便宜，運(yùn)行平穩(wěn)，控

44、制相對復(fù)雜。目前矢量控制理論和變頻技術(shù)的發(fā)展，控制技術(shù)復(fù)雜。目前矢量控制理論和變頻技術(shù)的發(fā)展，控制技術(shù)已較成熟。已較成熟。（1）用）用帶光電隔離功率晶體帶光電隔離功率晶體管直管直接驅(qū)動電機(jī)接驅(qū)動電機(jī)VCCVCCXP107406MTLP521-1R1R2R3R4Q1Q2（2）用）用繼電器驅(qū)動直流電機(jī)繼電器驅(qū)動直流電機(jī)+5VDC-SSRR1P1.0VCCXM當(dāng)直流電機(jī)不需要調(diào)速，且單向運(yùn)行（不可逆）時，可采當(dāng)直流電機(jī)不需要調(diào)速，且單向運(yùn)行（不可逆）時，可采用（用（1 1）（）（2 2）驅(qū)動方式。）驅(qū)動方式。1直流電機(jī)驅(qū)動電路直流電機(jī)驅(qū)動電路如如:正正負(fù)供電直流電機(jī)正反轉(zhuǎn)控制電路負(fù)供電直流電機(jī)正反轉(zhuǎn)

45、控制電路當(dāng)直流電機(jī)不需要調(diào)速，可雙向運(yùn)行（可逆）時，可采用當(dāng)直流電機(jī)不需要調(diào)速，可雙向運(yùn)行（可逆）時，可采用專用接口芯片專用接口芯片驅(qū)動方式。驅(qū)動方式。（3）專用接口芯片驅(qū)動）專用接口芯片驅(qū)動當(dāng)直流電機(jī)需要調(diào)速時，采用當(dāng)直流電機(jī)需要調(diào)速時，采用脈寬調(diào)制脈寬調(diào)制(PWM)控制電路控制電路。（4）脈寬調(diào)制）脈寬調(diào)制(PWM)控制電路控制電路 脈寬調(diào)制脈寬調(diào)制(Pulse Width Modulation)控制電路，通常稱為控制電路，通常稱為PWM控控制電路，是利用半導(dǎo)體功率晶體管或晶閘管等開關(guān)器件的導(dǎo)通和制電路，是利用半導(dǎo)體功率晶體管或晶閘管等開關(guān)器件的導(dǎo)通和關(guān)斷，把直流電壓變成一系列幅值相等的電

46、壓脈沖，通過控制電關(guān)斷，把直流電壓變成一系列幅值相等的電壓脈沖，通過控制電壓脈沖的寬度以達(dá)到變壓目的，或者控制電壓脈沖寬度和脈沖列壓脈沖的寬度以達(dá)到變壓目的，或者控制電壓脈沖寬度和脈沖列的周期以達(dá)到變壓變頻目的的一種變換電路。的周期以達(dá)到變壓變頻目的的一種變換電路。 為什么采用脈寬調(diào)制為什么采用脈寬調(diào)制, ,而不用電壓調(diào)速而不用電壓調(diào)速? ?1) 脈寬調(diào)制可以用于直流和交流電機(jī)調(diào)速脈寬調(diào)制可以用于直流和交流電機(jī)調(diào)速, ,還可以與調(diào)頻相結(jié)合，還可以與調(diào)頻相結(jié)合，通用性強(qiáng)通用性強(qiáng); ;2) 在電機(jī)驅(qū)動中在電機(jī)驅(qū)動中功率放大器工作在非線性狀態(tài)，脈寬調(diào)制讓功率功率放大器工作在非線性狀態(tài)，脈寬調(diào)制讓功率

47、放大器工作在開關(guān)狀態(tài)，可以減小有功功率消耗，獲得較高放大器工作在開關(guān)狀態(tài)，可以減小有功功率消耗，獲得較高的效率與較好的線性的效率與較好的線性; ;3) 讓電機(jī)始終處在有電狀態(tài)讓電機(jī)始終處在有電狀態(tài), ,對于電機(jī)動態(tài)特性有利。對于電機(jī)動態(tài)特性有利。典典型脈寬調(diào)制電路型脈寬調(diào)制電路三角波發(fā)生器三角波發(fā)生器 + +- -N1+ +N2- -+ + +R3R1R2CRPR5R6R7R9R8R10R13R11R14R12R15R16R17R18VS1VS2VD1VD2baV1V2V3V4V5uc+Ecuo1-Ecuo2uPR4三角波脈寬調(diào)制器 遲滯比較器遲滯比較器 積分器積分器 形成一定死區(qū) 三角波脈寬調(diào)制器 +1.2V-1.2Vttttttttt000000000uo1uo1uo1uo2uo2uo2uc-uPuc-uPuc-uPucuca)uc=0b)uc0 c)uc0 脈沖寬度受于控制電壓脈沖寬度受于控制電壓ucucDaadd0EtiLRitT 工作原理工作原理簡簡單的不可逆單的不可逆PWM控