直流電動機的脈寬調制功放電路
柏桂珍（哈爾濱工業大學）
1引言
由晶體管組成的線性功率放大器有很多優點，但它有一個****的缺點就是效率底，特別是在電動機低轉速、大轉矩運行時，需要的是低電壓，大電流，效率低這個缺點表現得更為明顯。而采用分立元件組成的脈寬調制型(pwm)功率放大器使用的元件較多，調試比較麻煩。筆者采用集成電路組成pwm功率放大器，加40v電壓可長期輸出3a電流。該電路的特點是結構簡單、調試方便、具有電流負反饋線路和可靠的限流保護措施。該電路在一些高精度位置伺服系統中作為驅動力矩電動機的功率放大器，性能良好，運行可靠。pwm電路的靜態特性.
常見的pwm功放包括雙極性輸出和單極性輸出兩種，其中雙極性輸出的pwm功放電路的輸出雒。是寬度可調的正、負矩形波電壓信號，如圖1所示。把矩形波電壓信號展開成傅里葉級數可得：
式中uo-輸出電壓的平均值
γ——矩形波的占空比，且有
f為放大器的開關頻率，t為開關周期，且有
由式(l)知pwm放大器的輸出電壓可以看成是一個直流電壓分量uo與一系列高頻率的交流電壓分量之和，如果功放的負載是直流電動機，由于開關頻率f遠高于電動機的頻帶和共振區，因此可認為所有高頻交流電壓完全被電機所衰減，對電機轉速起作用的只是直流分量，即輸出的矩形波電壓的平均值uo，uo就可看成是pwm功放的輸出電壓。
pwm功放的輸出電壓uo與輸入電壓ui的關系是：
k為pwm功率放大器的放大系數。由式(4)知pwm功放的輸出電壓uo的大小和正負完全取決于輸入電壓信號ui的大小和正負。
與純直流電壓相比，直流電動機運行在高頻矩形波電壓下，電機電樞回路的功率損耗要大一些，所增加的這一部分功率損耗稱為電機的附加損耗。可以證明附加損耗與開關頻率廠平方成反比。開關頻率越高，交變電壓對電機和整個伺服系統的影響也越小。當開關頻率超出聲頻時，又可降低工作環境的噪聲。可見，希望提高開關頻率，但是由于直流電動機的脈寬調制功放電路半導體元器件本身頻率特性的限制，使開關頻率不能選的太高，同時功放電路本身的開關損耗也與開關頻率，成正比，過大的損耗將使有關電子元件過熱。一般是綜合考慮這些互相矛盾的因素，選擇適當的開關頻率。常見的pwm功放的開頻率為幾千赫至十幾千赫。
2電路組成
圖2是電路原理圖。圖中a11、a12、a13和a14為四遠放tl084，a2為單運放0907，a3、a4是反相器，t1、t2是三極管3dk4，作為功放的推動級，左1/2和右1/2是stk465集成電路塊。輸入信號ui由a11的反相輸入端引入，輸出電壓u o由輸出級的m-m端引出。
整個功放電路包括：
a．輸出級
放大器采用stk465雙通道音頻功率放大集成電路作為輸出級。這種集成電路本來是供收音機、電視機等做音頻功放用的專用集成電路，通過幾年的實際使用覺得用它來組成功放驅動直流電動機也很適用。二級管d6—d9是續流二級管，當輸出電壓uo由正變負或由負變正時，它們為電機中的電流提供了續流回路，同時把輸出端的電位鉗在40v或0v，避免電機電流發生突變時電機繞組電感引起的高壓自感電勢擊穿集成放大器。二極管d6～d9的****平均整流電流應大于功放電路的額定輸出電流3a。r27和r34是0. 5ω的線繞電阻，其上的電壓與功放的輸出電流成正比，供電流負反饋用。f1、f2是保險絲，h1、h2是發光二極管，其它的有關電阻電容是stk465電路所要求的。
b．三角波發生器
由運算放大器al3和a14組成三角波發生器。其中al4組成基 |
