继电器及电机的驱动技术

1、第三章 继电器及电机的驱动技术,3.1直流继电器的驱动及泄流,驱动电流较大时，应使用光耦进行隔离,1）用7406 、7407、ULN2003/ULN2803等 （2）光耦驱动 （3）光耦2003,图3.1继电器的续流二极管,直流继电器泄流,3.1直流继电器的驱动及泄流,驱动电流较大时，应使用光耦进行隔离,1）用7406 、7407、ULN2003/ULN2803等 （2）光耦驱动 （3）光耦2003,1、微型继电器的驱动,1）用7406 、7407、ULN200X等直接驱动,直流继电器驱动 供电电压：+5V、 6V、9V、12V、24V 电流：几几十Ma 适用于驱动少路,2）用光耦直接驱动,1

2、）二极管的作用 2）限流电阻R1的计算,3）用光耦+2003驱动,2003内部含有续流二极管,2、大型继电器或电磁阀的驱动,1）三级管扩流后驱动,2）用小继电器中继,3）固态继电器驱动 、如双向可控硅,1）三级管扩流后驱动,防电磁干扰,2）用小继电器中继,3）用固态继电器,用于场合,3.2直流固态继电器及驱动,固态继电器的主要特点 体积小、无触点、开关速度快，可由CMOS/TTL电路直接驱动 固态继电器是经光电隔离的直流或交流驱动模块。 模块通常由光电隔离部件、达林顿晶体管或可控硅驱动器、续流保护电路及散热部件组成,1、原理图,用于直流大功率驱动场合，如直流电机、直流电磁阀、步进电机、 大功率

3、继电器等 注意：不能超过额定电压和额定电流,2、直流固态继电器的性能参数(P49表3.1,控制电压：315V 控制电流：230mA 通断时间：0.2mS 负载电压：12400V 最大负载电流：5A 通态压降：1.3V,步进电机控制原理图,3、应用举例,3.3 交流固态继电器（AC SSR)及驱动,2）过零型负载较大或感性负载,1）随机导通型阻性负载,1）随机导通型阻性负载,用于阻性负载,2）过零型负载较大或感性负载,1、过零型原理图,2、应用举例,1）用驱动交流电磁阀,2、应用举例,2）交流电机控制原理图,大功率场效应管,特点输入阻抗高。关断漏电流小，响应速度快， 与同功率的继电器相比，体积小

4、，价格便宜,3、使用注意事项,1）交流固态继电器输入端的串并联 串联时驱动电压要大于多个开启电压之和 并联时驱动电流应大于多个输入电流之和 2）RC吸收回路和断态漏电流 内部RC回路会带来断态漏电流，但影响不大 对于大感性负载场合，应在固态继电器输出端并接RC吸收回路,3）固态继电器电压等级的选取及过压保护 阻性负载将耐压值提高20% 感性负载220V应选用耐压280V的固态继电器 380V应选用耐压480V的固态继电器 过压保护并接压敏电阻 压敏电阻的耐压值应为电源电压有效值的1.6 1.9倍,4）电流等级的选取及过流保护 阻性负载电流等级应=2倍的负载额定电流 交流电机负载空载启动，电流等

5、级应按45倍的负载额定电流选取，否则按67倍选取 其他感性负载按45倍的负载额定电流选取 过流保护快速熔断器和空气开关 5）电网频率 不宜用于低频或高次谐波分量大的场合,3.4直流电机的PWM驱动,PWM波,常用方法,3.4直流电机的PWM驱动,1）光电隔离器+大功率场效应管（功率晶体管/IGBT） （2）固态继电器 （3）专用接口芯片价格比较贵 （4）专用接口板用于STD或PC总线控制机系统,1）用功率晶体管驱动直流电机,注意结构，驱动电流较小时，Q2也可用单极管； 用于电感负载时，可不加续流二极管,用达林顿晶体管功率模块驱动,直接驱动,用带光电隔离功率晶体管模块直接驱动电机,当VCCX55

6、V时，要考虑光隔输出端耐压值，Q1加12V电压即可,图3.15 功率晶体管模块直接驱动,耐压值为55V,2）用大功率场效应管驱动直流电机,特点输入阻抗高，通态电阻低，关断漏电流小，响应速度快（导通和关断时间短）， 与同功率的继电器相比，体积小，价格便宜,大功率场效应管加OC门驱动直流电机,特点输入阻抗高，关断漏电流小，响应速度快， 与同功率的继电器相比，体积小，价格便宜,提高驱动电压,为提高开关速度加推挽电路,3）用继电器驱动直流电机,本质上是场效应晶体管，突出特点,3.5 IGBT,1）大功率、极高的耐压、极高的过载能力 （2）开关速度高 （3）导通电阻极小 （4）封装尺寸小、许多器件还集成

7、了多种保护措施 （5）对驱动电路的要求比较高，需专门的驱动器,绝缘栅双极型晶体管,7路封装模块,U,V,W为输出,UP,VP,WP为输入,1、IGBT对驱动电路的要求,1）驱动电路与IGBT连线要尽量短 （2）驱动电压前后沿要足够陡 （3）正驱动电源一般选取为12V20V，关断可加一负偏压 （4）驱动电路与控制电路必须隔离,2、IGBT智能功率模块,1）MIG400J101H（2路） 用于控制直流电机控制 （2）PM100RSE060（7路） 多用于交流电机控制，也可用于直流电机,集成了驱动和保护电路，使用时只需用光隔驱动即可,VIN输入低电平时，IGBT 导通 高电平时，IGBT截止,MIG

8、400J101H（2路,图2.23 带驱动的2路IGBT模块MIG400J101H的测试电路,图2.24 7路IGBT功率模块PM100RSE060 的应用电路（三相交流电机变频控制,1,3,5,4,6,2,3.IGBT专用驱动器,3、IGBT模块使用注意事项,1）IGBT模块的选定 模块额定电压按工作电压的3倍左右选择 电流按最大静态电流选择，适当留有余量 （2）防止静电 VGE的耐压值 20V,3.6 直流电机的正反转控制,1） H桥直流电机正反转控制电路 （2）正负供电直流电机正反转控制电路 （3）使用继电器换向电路用于电机停转时换向,1、H桥直流电机正反转控制电路,功率驱动模块可以是达

9、林顿晶体管、功率场效应管或IGBT,3.27 用6路IGBT 模块的H桥电机控制电路图,2、用IGBT智能功率模块组成H桥直流电机正反转控制电路,3正负供电直流电机正反转控制电路,图3.28正负供电直流电机正反转控制电路,4、直流电机的PWM控制逻辑,为减小发热损耗，PWM脉冲频率大于1KHZ时 使模块3，4常通,图3.30 直流电机PWM控制逻辑电路,图3.31 直流电机PWM控制逻辑电路的变化,3.7 交流电机的PWM控制,交流电机的速度与电压频率成正比 常用专用三相PWM脉冲发生器来控制逆变器输出频率，如HEF4752,1）能产生三对相位差120的互补SPWM主控脉冲 （2）采用多载波比

10、自动切换方式 （3）为防止上下桥直通，在每相主控脉冲间插入死区间隔,图3.33 模拟正弦波输出的三相PWM波形,图3.34 HEF4752引脚图(PWM脉冲发生器,1、模拟正弦波输出的三相PWM波形,2、模拟正弦三相PWM脉冲发生器,图3.35 HEF44752应用框图,3.8 驱动模块的封装,3.9 实例：制动试验台电机控制电路设计,应用：检测汽车制动力,1.接近开关及接口电路,电感式：由LC高频振荡器和放大处理电路 所检测的物体必须是金属导电体 电容式：测量头和被测物体构成两个极板， 所检测的物体比较广泛,接近开关,其他类型接近开关,1.接近开关及接口电路,接近开关输出形式：以电平和电流输出为主,图3.40,电子输出：NPN和PNP,常开输出：无接近物时，三极管不通 常闭输出：无接近物时，三极管导通,2.转速测试传感