24 V直流电机控制系统的设计

设计中，要求电压和电流信号都能作为控制信号，达到控制电机的转向及转速目的，为此先设计了一个电流／电压转换电路，如图2所示。若输入4～20 mA控制电流，则可以在采样电阻R44上形成0．4～2 V的电压值，输入到单片机中进行处理。在采样电阻的两端并联一个瞬态二极管，起到保护的作用，电容的存在可以起到滤波作用，令输入到单片机的电压信号更加稳定。

由于电机在正常工作时对电源的干扰很大，如果只用一组电源会影响单片机的正常工作，所以选用双电源供电。电源系统采用DC／DC转换芯片IBl215LS-1W和IBl209LS-1W，电路设计，如图3所示。为防止瞬时输入电压过大，在电源入口放置稳压芯片7818，再经过瞬态二极管的降压，最后进入DC／DC芯片，得到两路电压15 V和9 V，电感L1和L2的作用是组成"LC"滤波网络，可以进一步减少输入输出纹波，利用这两路电压经过三端稳压芯片78L05就可以得到需要的5 V和+5 V两路电源系统，分别给单片机控制电路和驱动电路供电。

2．3 驱动电路

由于功率MOSFET是压控元件，具有输入阻抗大、开关速度快、无二次击穿现象等特点，满足高速开关动作需求，因此采用IR公司的场效应管IRF9540和IRF540构成H桥电路的桥臂。H桥电路中的4个功率MOSFET分别采用n沟道型和p沟道型，设计的电路原理，如图4所示。

数字电平上下跳变时，集成电路耗电发生突变，引起电源产生毛刺。数字电路越复杂，数据速率越高，累计的电流跳变越强烈，高频分量越丰富，而普通印刷电路板不能完全吸收逻辑电平跳变产生的电压毛刺，这种噪声会严重干扰电路。为了实现模拟电路和数字电路的隔离，提高信噪比，有效的抑制噪声对模拟电路的干扰，在PWM信号从控制系统引出之后，需要经过光电隔离，才能送入驱动电路。在不影响驱动器整体性能的前提下，使用TLP521-1光电耦合器，主要考虑的是价格因素。

运放2902在电路中用作比较器，把输入逻辑信号同基准电压比较，转换成接近功率电源电压幅度的方波信号。运放的输入电压范围不能接近负电源电压，否则会出错。因此在运放输入端增加了防止电压范围溢出的二极管D13。输入端的电阻R50用于限流，R66用于在输入悬空时把输入端降为低电平。

当运放2902输出端为低电平时，三极管Q25截止，场效应管Q23导通。三极管Q16导通，场效应管Q19截止，输出为高电平。当运放输出端为高电平时，三极管Q24导通，场效应管Q23截止。三极管Q16截止，场效应管Q19导通，输出为低电平。

作者：汉泽西，徐 岳，甘志强 西安石油大学   来源：电子科技