DZ194H型PWM数字直流调速系统设计
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PWM 电动机速度控制器 /DC 电灯调光器工作原理分析给这个装置提供动力的是一个利用太阳能的环式太阳能电源发生装置。其外观视图如下:该装置的电路图如下:为 12V 至 24V 供电电路设计的 PWM( pulse width modulator 直流脉冲宽度调制控制器)出处:家庭用电1999 年第 7 期作者:G.Forrest Cook介绍:PWM 控制器是一种可以被应用为有效率的电灯亮度调节器或者直流电动机速度控制器的装置。这个电路在这里是被描述成一种可以被用来控制那些将几安培电流控制住的直流装置和电器的装置。这种电流可以被应用于那些只有几条不重要的线路变化的 12V 到 24V 之间的电路系统。这种装置已经被用来作为汽车尾灯的亮度控制器或者作为一个用于电脑电源供应部分小直流风扇的电机速度控制器。PWM 控制器的电流工作原理是产生一个方波,通过控制方波开通和关断的比例来实现的,而开通和关断的时间比例可以从 0 到 100 之间变化。通过这种方法,就可以转换出一种比较稳定的电源。PWM 控制电流比逆变电流控制器最大的好处就是效率高,在开通关断比例 50%的时候,PWM 控制器会占用 50%的总能源,而所有的总能源几乎都被转换而运用;而逆变控制器此时会消费掉大概 71%的总能源,其中,大概 50%的能源被运用了,其余的 21%则都被浪费到了连续的逆变产热中。运用效率几乎是最为关键的一个指标,无论是在太阳能发电和其他一些综合性的能源系统中。另外 PWM 还具有另外一个好处就是,它可以很轻松的达到最大的供电电压并且产生更大的转矩,而那些中间性的电机逆变装置要做到这点就难多了。最后,在 PWM 电路中,一般的小电位将被应用于那些脉宽大的负载,而那些大的和贵重的高电位能源型逆变器将为逆变控制器所广为需求。PWM 电路的最大不利就在于它增加了一些干扰,尤其是有可能引入无线电频率干扰信号。这种微波干扰信号可以通过以下几个方法来抑制:1、让控制器离负载近一些2、使用短的输电线并放在一个小盒子里3、在输电线上使用附带的过滤装置这个电路可能会在人经过或者附近有 AM 收音机的时候产生少量的干扰。如果需要一个附带的电流滤波器,那么,汽车的收音机电线扼流圈应该和那些直流电源线一起捆绑放置,但是要确保不要超过扼流圈的电流比率。在上面的电路中,干扰大体来源于包含电源、负载和转换 FET 管的高电流路径。具体参数:PWM 电路的工作频率:400Hz电流比率:3A(使用 IRF521 FET)10A(使用 IRFZ34N FET 和散热器)PWM 电路电流:1.5ma(不带 LED 显示和负载)操作电压:12V 到 24V 之间(取决于电路结构)理论分析:PWM 电路需要一个稳定的、持续的高频交流来操作控制。 U1a 和 U1d和大约 400Hz 左右的频率干扰会形成一个方波或者三角波发生器。U1c 是用来产生一个 6V 的干扰电流,这个干扰电流会为高频交流提供一个虚拟的电流基点,为了使高频交流消耗单独的电源供应而不是+/-型的双重电源供应。U1b 被连成了一个比较器,并且作为产生脉冲宽度调制的一部分。 U1上的 6 片可以接收来自 R6、VR1、R7 电压差的大幅度电压。这个电压将会与来自 U1-14 的三角波进行比较。当三角波电压高于片 6 上的电压时,U1 就会产生一个高频输出;反之,当三角波电压低于片 6 上的电压时,U1 就会产生一个低频输出。通过改变片 6 的电压,就可以控制开关点在三角波上下移动,以此来实现脉冲宽度调制。逆变电阻 R6 和 R7 是用来设置VR1 控制的结束点的,VR1 的作用是允许这种控制在电位的变化过程中有最大的开关量和最大的关闭量设置。这些部分的改变直接影响了最终电位的表现量。最后,Q1 是电源转化器,它可以在输出门处接收脉宽调制电压,并通过电源过滤通道将这些负载电流转换开关状态。当 Q1 作用时,它为负载提供一个基点路径;当 Q1 关断时,负载的基点就会上浮。这时要当心,确保负载输出并没有被降低,否则,就会发生短路。负载任何时候都应该拥有一个正常的电压供给,LED1 就是为脉冲宽度调制提供一个直观的显示。电容器 C3 可以过滤掉那些转换中的波形,并且消除部分 RFI,二极管 D1 可以消除那些由电机负载感应出的附加电压。在 24V 工作模式下,控制器 U2 为了运行的 PWM 电流可以转换 24V电压供应为 12V 电压供应。Q1 将 24V 负载电压转换到基点的工作原理和它转换 12V 电压的原理是一样的。仔细看下电路结构图表里那些为 12V或 24V 电压准备的电路电线。 当你只运行几个电灯或者更少时,Q1 散热功能就丧失了。但是,当你要转换更多的电流时,一个带有热量检测的散热器就很必要了。Q1 可以被一些高电流装置替代,比如 IRFZ34N, IRFZ44N, 或 IRFZ48N。所有的电流操作装置,如转换器 S1、保险丝 F1、FET 之间的电线、电源供应和负载,这些都应该被控制在最大的负载电流允许的范围内。电路结构:这个电路的原形是建立在一个建立在部件和线、插孔满布的原形 IC 板上的。这种板子的一类成品被应用去做一种可调速的风扇,这种风扇被集成在一个小金属盒子里,PWM 电路也包含在这个电路里。一个简单的电路板是被构建在免费的 CAD 程序电路板子,也就是一种运行在 LINUX 系统下的 PCB 电路图。(看电路图)这种电路板的原理图是被打印在一种 POSTSCRIPT 的板子上,这种板子是一种被称做 TECHNIKS PRESS-N-PEEL 的蓝色面板。被打印在胶卷上的图案随即被焊到一块干净的单面塑胶平面板上。这种板子是用 FERRIC CHLORIDE 方法腐蚀雕刻的。孔都是用精密仪器量好后钻的,区域已经划分清楚,并且,板子上已经布好了电源线和地线。这项技术有利于在短时间内生产工作板,但是,并不适合生产大量的工作板。一块板子一般都是 3 号大小,这可能要照相到PRESS-N-PEEL 蓝色胶卷上,或者用照相腐蚀过程实现。无缺陷构建技术可以作为选择考虑,这种技术包括使用一种空白的 PC板,利用环氧树脂 5 分钟粘贴一个线对包裹的插座到板子一边,接着布好所有的中间连接线。地孔可以直接被布到板子上。附属部件:这个电路不需要任何其他辅助设备和附属部件。应用:这个电路可以用来做一个直流电灯的调光器,小型发动机控制器,甚至作为一个小型的热量控制器。它甚至可以为一台大型的太阳能电车提供完好的速度控制功能。这个电路已经在和 5 台电机的应用和 IRFZ34N FET 的应用中证实了很好。D1 在和某些电动机搭配使用时,也许需要用一个快点和高点的电流二极管来替代。这个电路应该也可以在类似电动自行车的电机的需求中发挥作用,如果你想尝试一下,一定要确保加上一个易于接受的应急电源离合装置,以便 FET 截断电流,并且保证电路是全开的。为 12V 或者 24V 需求连接电路时,就如图表所示,把电池连接到输入终端,并且把负载连接到输出终端,确保没有遗漏任何输出端子或者任何连接到输出终端的东西,比如电机。调节电位器,就可以从负载处得到想要的速度或者亮度。电路清单:U1:LM324U2:78L12 12V 控制器Q1:IRF521 N 道 MOSFETD1:1N4004 二极管LED1:红色 LEDC1:0.01uF 瓷片电容 25VC2-C5:0.1uF 瓷片电容 50VR1-R4:100L 1/4W R5:47K 1/4WR6-R7:3.3K 1/4WR8:2.7K 1/4WR9:470 1/4WVR1:10KF1:3A 28V 快速熔断保险丝S1:双态转换器 5A
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