机械电子技术第五章

1、第五章功率驱动电路第五章功率驱动电路5.1模拟量功率放大电路5.2数字量功率驱动电路5.3电动机控制驱动电路5.1模拟量功率放大电路1.模拟量功率放大电路概述模拟量功率放大电路概述2.甲类（甲类（A类）功放类）功放3.乙类（乙类（B类）功放类）功放4.甲乙类（甲乙类（AB类）功放类）功放5.丙类（丙类（C类类）功放功放6.丁类（丁类（D类）功放类）功放7.集成功率放大器集成功率放大器1.模拟量功率放大电路概述做放大电路的输出级，以驱动 执行机构。 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：、功率输出、功率输出大。大。 电压和电流幅度大，管子接近极限运用状态，输出

2、（供给负载）功率大。、效率要、效率要高高，效率效率指电路最大输出功率最大输出功率与电源损耗的平均电源损耗的平均功率功率之比。电路本身损耗的功率尽可能小，静态时功放管的集电极电流近似为0。 。、非线性失真、非线性失真小。小。 大信号易产生非线性失真、要考虑散热问、要考虑散热问题。题。 集电结消耗功率大，管子温度高，要采取散热措施，一般需加散热器。、大信号工作要用图解法分析、大信号工作要用图解法分析(6-4)功率放大器的分类功率放大器的分类按照输入信号频率的不同，功率放大器可分为低频功率放大器和高频功率放大器。低频功率放大器常常又可以按照以下几种方式分类低频功率放大器常常又可以按照以下几种方式分类

3、:1.按照功率放大器与负载之间的耦合方式不同，可分为：按照功率放大器与负载之间的耦合方式不同，可分为：(1)变压器耦合功率放大器；变压器耦合功率放大器；(2)电容耦合功率放大器，也称无输出变压器功率放大器，即电容耦合功率放大器，也称无输出变压器功率放大器，即OTL功率放大器；功率放大器；(3)直接耦合功率放大器，也称无输出电容功率放大器，即直接耦合功率放大器，也称无输出电容功率放大器，即OCL功功率放大器。率放大器。 (4)桥接式功率放大器，即桥接式功率放大器，即BTL功率放大器。功率放大器。2.根据功放电路是否集成，可分为根据功放电路是否集成，可分为:分立元件式和集成功放。分立元件式和集成功

4、放。3、根据功放管导通时间的长短、根据功放管导通时间的长短 ,可分为：甲类（可分为：甲类（A类），乙类（类），乙类（B类），甲乙类（类），甲乙类（AB类），丙类（类），丙类（C类）和丁类（类）和丁类（D类）类）(6-5)功放三极管在信号的整个周期内都有电流流过。360Q静态工作点位于交流负载线的中间，静态(输入信号为0)时电源仍然消耗功率，效率最大只能达到50%。单管甲类功率放大器由于效率低（一般在20%），一般不适合做功率放大器效率最大只能达到50%。效率最大只能达到50%。2.甲类（甲类（A类）功放：类）功放：晶体管仅在信号的半个周期处于导通状态晶体管仅在信号的半个周期处于导通状态 180

5、Q放大一个周期的信号，必须采用两个晶体管分别对信号的正负半周放大。在理想状态下静态管耗为零，效率可达到80左右。1)变压器耦合乙类推挽电路信号的正半周信号的正半周T1导通、导通、T2截止；负半周截止；负半周T2导通、导通、T1截止。截止。3.乙类（乙类（B类）功放类）功放2CCEBIVUUu静态时，输入电压的正半周：输入电压的正半周： VCCT1CRL地地 C 充电。充电。输入电压的负半周：输入电压的负半周： C 的的 “”T2地地RL C “ ” C 放电。放电。C 足够大，才能认为其对交流信号相当于短路。足够大，才能认为其对交流信号相当于短路。OTL电路低频特性差。电路低频特性差。2)2(

6、CESCComUVU因变压器耦合功放笨重、自身损耗大，故选用因变压器耦合功放笨重、自身损耗大，故选用OTL电路电路。2) 2) OTL 电路 输入电压的正半周：输入电压的正半周： VCCT1RL地地输入电压的负半周：输入电压的负半周： 地地RL T2 VCC两只管子交替导通，两路电源交替供电，双向跟随。两只管子交替导通，两路电源交替供电，双向跟随。2CESCComUVU静态时，静态时，UEQ UBQ0。3) OCL电路输入电压的正半周：输入电压的正半周：VCC T1 RL T4地地输入电压的负半周：输入电压的负半周：VCC T2 RL T3地地22CESCComUVU是双端输入、双端输出形是双

7、端输入、双端输出形式，输入信号、负载电阻均式，输入信号、负载电阻均无接地点。无接地点。4只管子以推挽方式工作：只管子以推挽方式工作：4) 4) BTL 电路 单电源供电，单电源供电，笨重，效率低，低频特性差。笨重，效率低，低频特性差。单电源供电单电源供电，输出需大电容，低输出需大电容，低频特性差。频特性差。双电源供电，双电源供电，效率高，低频特性好。效率高，低频特性好。单单、双、双电电源供电，源供电，低频特性好；双端输入双端输出。低频特性好；双端输入双端输出。几种乙类推挽电路的比较： 乙类电路交越失真问题： 输入信号小于三级管的死区电压是，三级管截止，无输出电压就会产生失真，就叫交越失真。在三

8、级管发射结加上很小的正向电压，让它微导通，这样三级管处于甲乙类状态。三极管在信号的大半个周期，有电流流过。360180QR1D1D2R2+USC-USCULuiiLRLT1T2 静态时T1、T2两管发射结电位分别为二极管D1， D2的正向导通压降，致使两管均处于微弱导通状态；4.甲乙类（甲乙类（AB类）功放类）功放(6-12) 为更换好地和T1、T2两发射结电位配合，克服交越失真电路中的D1、D2两二极管可以用UBE电压倍增电路替代。UBE电压倍增电路B1B2+-BER1R2UIBIU UBE221RRR 合理选择R1、R2大小，B1、B2间便可得到UBE任意倍数的电压。 图中B1、B2分别接

9、T1、T2的基极。假设I IB，则达林顿驱动电路（复合管） 为提高驱动电流，输出电路采取由多对两个三极管组成的为提高驱动电流，输出电路采取由多对两个三极管组成的达林顿复合管构成提高三极管增益。达林顿驱动器具有高输达林顿复合管构成提高三极管增益。达林顿驱动器具有高输入阻抗、高增益、输出功率大的特点，适用于功放电路。入阻抗、高增益、输出功率大的特点，适用于功放电路。达林顿电路有四种接法：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 复合管构成方式很多。不论哪种等效方式，要保证各管能工作于放大状态，等效后晶体管的性能均如下确定： 1 2晶体管的类型由复合管中的第一支管子决定。方式 2达林顿电路的四种接法达林顿电路的四种接法(6-16)OCL准互补输出功放电路+USC-USCR1R2RLuiT1T2T3T4T5T6 T1：电压推动级 T1、R1、R2： UBE倍增电路 T3、T4、T5、T6： 复合管构成的输 出级准互补：两个功放管不完全对称 输出级中的T4、T6均为NPN型晶体管，两者特性容易对称。(6-17) 实际功放电实际功放电路

11、：路： 这里介绍一个实用的OCL准互补功放电路。其中主要环节有 ： 恒流源式差动放大输入级（T1、T2、T3）； 偏置电路（R1、D1、D2）； 恒流源负载（T5）； OCL准互补功放输出级（T7、T8、T9、 T10）； 负反馈电路（Rf、C1、Rb2构成交流电压串联负 反馈）； 共射放大级（T4）； 校正环节（C5、R4）； UBE倍增电路（T6、R2、R3）；调整输出级工作点元件（Re7、Rc8、Re9、Re10）。(6-18)实用的OCL准互补功放电路+24vuiRLT7T8RC8-24vR2R3T6Rc1T1T2Rb1Rb2C1RfR1D1D2T3Re3T4Re4C2T5Re 5C3

12、C4T9T10Re10Re7Re 9C5R4BX差动放大级偏置电路恒流源负载UBE倍增电路准互补功放级共射放大级反馈级保险管(6-19)实用的OCL准互补功放电路差动放大级反馈级偏置电路共射放大级UBE倍增电路恒流源负载准互补功放级保险管负载+24vuiRLT7T8RC8-24vR2R3T6Rc1T1T2Rb1Rb2C1RfR1D1D2T3Re3T4Re4C2T5Re 5C3C4T9T10Re10Re7Re 9C5R4BX(6-20)输出功率的估算输出电压的最大值约为 19.7v设负载 RL= 8 则最大输出功率为：PMAX = W3 .248127 .192实际输出功率约为 20W。注：该实

13、用功放电路的详细分析计算请参考模拟 电子技术基础（童诗白主编）丙 类放大器电流的流通角则小于180o 信号的小半个周期有电流流过三极管。+ub-CL+uc1-icRp+uCE-+uBE _它的工作点在截止区。晶体管的导通时间小于半个周期，丙类放大器的电流波形失真太大，因而不能用于 低频功率放大，只能用于采用调谐回路作为负载的谐振功率放大。由于调 谐回路具有滤波能力，回路电流与电压仍然极近于正弦波形，失真很小。丙类功放多用于通信电路中对高频信号的放大，属于高频功放 。5.丙类（丙类（C类类）功放功放称数字式放大器：信号为调制脉冲，功放管工作在开关状态。基本原理：基本原理： 功放由1.脉冲宽度调制

14、脉冲宽度调制PWM(Pulse Width Modulation),2.D类功放类功放和3.低通滤波器低通滤波器三部分组成：丁丙乙甲乙甲功率放大器的效率： 6.丁类（丁类（D类）功放类）功放1）PWM（脉宽调制）原理：（脉宽调制）原理： PWM是利用比较器将输入音频信号与以固定载波频率工作的三角波或斜波进行比较，产生一串脉冲。在每每个载波周期内，个载波周期内，PWM脉冲的占空比正比于音频信号的脉冲的占空比正比于音频信号的幅度幅度。 PWM载波频率一般为信号最高频率的5-10倍。(几百千赫)AIC2B+IC3IC1uO+VSCCuiL-VSCCT1T2丁类功放（丁类功放（D类）原理：类）原理：2

15、）开关功放）开关功放 由T1T2构成，（IC2，IC3为驱动）将PWM信号变成高电压、大电流的大功率PWM信号。D类功放放大元件处于开关工作状态。无信号输入时放大器处于截止状态，不耗电（有电压、无电流）。工作时，输入信号让晶体管进入饱和导通状态，相当于一个接通的开关（有电流、无电压），把电源与负载直接接通。本身仍不耗电。实际上晶体管总会有很小的饱和压降而消耗部分电能。所以特别有利于超大功率的场合。3) 低通滤波器低通滤波器但由于此时电流很大，RC结构的低通滤波器电阻会耗能，不能采用，必须使用LC低通滤波器。当占空比大于1：1的脉冲到来时，C的充电时间大于放电时间，输出电平上升；窄脉冲到来时，放

16、电时间长，输出电平下降，正好与原音频信号的幅度变化相一致，所以原音频信号被恢复出来。作用:将大功率PWM波形中的音频信息还原出来。构成：L、C。(6-26)工作可靠、使用方便。只需在器件外部适当连线，即可向负载提供一定的功率。特点：功率驱动集成电路主要生产商功率驱动集成电路主要生产商:WWW.IRF.COMWWW.ST.COMWWW.NXP.COMWWW.ONSEMI.COMWWW.FAIRCHILDSEMI.COM芯片简介：集成功放芯片，以AB类、D类功放为主，输出功率：5W50W；种类繁多，使用方便。7.集成功率放大器集成功率放大器集成功放LM384生产厂家：美国半导体器件公司电路形式：O

17、TL输出功率：8负载上可得到5W功率电源电压：最大为28V 集成功放LM384管脚说明:14、 - 电源端（ Vcc）3、4、5、7、- 接地端（ GND）10、11、12、- 接地端（GND）2、6 、- 输入端 （一般2脚接地） 8 、- 输出端 （经500 电容接负载）)12345 678910111213141、- 接旁路电容（5 ） 9、13、- 空脚（NC）(6-28)集成功放LM384外部电路典型接法500-+ 0.12.78146215Vccui8(6-29)D810系列集成功率放大器 输出功率：5-10W 内部电路简图 提高集成功放输出功率的方法：可以由两个完全相同的OTL或

18、OCL电路按图示的方式组成一个BTL电路； 可成倍提高输出功率。原理：原理：电路输出以推挽方式轮流工作，共同完成对信号的放大。如正半个周期内，V1，V4导通，负载两端的电压为2uo1。在理想情况下，uO1=VCC；在另半个周期内，同理。即负载上的最大峰值电压为电源电压的两倍。由于输出功率与输出电压的平方成正比，因此在同样条件下，BTL的输出功率可为OTL或OCL电路的4倍(6-31)由两个集成功放5G37组成的BTL电路； 三极管T担任倒相器。(6-32)(12341RRRR ioURRU)(1212 一般集成功放构成的BTL电路(6-33) 静态电流：50mA 输出功率：30W 谐波失真：0

19、.02% 额定增益：26dB 工作电压：25V 转换速率：18V/S 输出峰值电流：4A 集成功放集成功放-LM1875LM1875的引脚排列 1同相输入端，2反相输入端，3负电源端，4输出端，5正电源端。 LM1875主要参数： 16电压范围： LM1875集成功放构成的BTL电路 60V(6-34)LM1875集成功放构成的OCL电路 LM1875集成功放构成的OTL电路(6-35)集成D类功放电路MAX9703(单通道), MAX9704(双通道)特点： 1. 10V-25V单电源供电 2. 负载8欧时，输出功率可达15W 3. 内涵低通滤波器。引脚图：引脚说明：引脚说明：(6-37)M

20、XA9703应用电路应用电路mxa9704应用电路应用电路5.2 功率驱动电路v1 1 三极管驱动电路三极管驱动电路 v2 2 继电器驱动电路继电器驱动电路 v3 3 晶闸管驱动电路晶闸管驱动电路 v4 4 固态继电器驱动电路固态继电器驱动电路 引言 数字量输出通道数字量输出通道简称简称 DO 通道，它的任务是把计通道，它的任务是把计算机输出的微弱数字信号转换成能对生产过程进行算机输出的微弱数字信号转换成能对生产过程进行控制的数字驱动信号。根据现场负荷的不同，如指控制的数字驱动信号。根据现场负荷的不同，如指示灯、继电器、接触器、电机、阀门等，可以选用示灯、继电器、接触器、电机、阀门等，可以选用

21、不同的功率放大器件构成不同的开关量驱动输出通不同的功率放大器件构成不同的开关量驱动输出通道。常用的有三极管输出驱动电路、继电器输出驱道。常用的有三极管输出驱动电路、继电器输出驱动电路、晶闸管输出驱动电路、固态继电器输出驱动电路、晶闸管输出驱动电路、固态继电器输出驱动电路等。动电路等。 1 1 三极管驱动电路三极管驱动电路对于低压情况下的小电流开关量，用功率三极管就可作开关驱动对于低压情况下的小电流开关量，用功率三极管就可作开关驱动组件，其输出电流就是输入电流与三极管增益的乘积。组件，其输出电流就是输入电流与三极管增益的乘积。 当驱动电流只有十几当驱动电流只有十几 mAmA或几十或几十 mAmA

22、时，只要采用时，只要采用一个普通的功率三极管就能一个普通的功率三极管就能构成驱动电路，如构成驱动电路，如图所图所示。示。6047K3 . 3管极三DELV5+033图4-6 小功率三极管输出电路Di1 1) )普通三极管驱动电路普通三极管驱动电路设计要点: 合理确定Ui、R与T的电流放大系数 值之间的数值关系，充分满足 I b I L / ，可确保T导通时工作于饱和区，以降低V的导通电阻及减小功耗。 2)2)功功率场效应管驱动电路：率场效应管驱动电路：功率场效应管在制造中采用功率场效应管在制造中采用V V沟道工艺，简称沟道工艺，简称VMOSVMOS其改其改进型称进型称TMOSTMOS场效应管，

23、具有输入电阻高（栅极无电场效应管，具有输入电阻高（栅极无电流），流），D-SD-S间电流容量大，耐压能力强，开关速度快等间电流容量大，耐压能力强，开关速度快等特点，开启电压（阈值电压）为特点，开启电压（阈值电压）为2V-6V;2V-6V;其内部二极管其内部二极管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：当输入电压工作原理：当输入电压UiUi高于开启电压时高于开启电压时VMOSVMOS导通；低于开启电压导通；低于开启电压VMOSVMOS的的DSDS间断开间断开; ;稳稳压管压管VSVS和电阻形成保护和电阻形成保护电路，限制栅极电压过电路，限制栅极电压过高。

24、高。3) 达林顿驱动电路达林顿驱动电路 当驱动电流需要达到几百毫安时，如驱动中功率继电器、当驱动电流需要达到几百毫安时，如驱动中功率继电器、电磁开关等装置，输出电电磁开关等装置，输出电路多采取达路多采取达林顿阵列驱动林顿阵列驱动器，如：器，如： MC1416MC1416的结构图，内含的结构图，内含7对达林顿复合管，每个复合管的集电极对达林顿复合管，每个复合管的集电极电流可达电流可达500mA，截止时能承受，截止时能承受100V电压，其输入输出端均有箝电压，其输入输出端均有箝位二极管，输出箝位二极管位二极管，输出箝位二极管D2抑制高电位上发生的正向过冲，抑制高电位上发生的正向过冲，D1、D3可抑

25、制低电平上的负向过冲。可抑制低电平上的负向过冲。1C2C3C4C5C6C7CCOM161514131211109GND7B6B5B4B3B2B1B1234567810.5kBR07.2kR1D1R2T1T2D3CED2COM3k(a)MC14716结构图（b）复合管内部结构图4-7 MC1416达林顿阵列驱动器图图 4 -8 达达 林林 顿顿 阵阵 列列 驱驱 动动 电电 路路7 4 0 6达达 林林 顿顿 复复 合合 管管负负 荷荷 线线 圈圈+ 2 4 VDi1 B1 CG N D图为达林顿阵列驱动中的一路驱动电路，当图为达林顿阵列驱动中的一路驱动电路，当CPUCPU数据线数据线D Di

26、i 输出数字输出数字“0 0”即低电平时，经即低电平时，经74067406反相锁存器变为高电平，使达林顿复合反相锁存器变为高电平，使达林顿复合管导通，产生的几百毫安集电极电流足以驱动负载线圈，而且利用管导通，产生的几百毫安集电极电流足以驱动负载线圈，而且利用复合管内的保护二极管构成了负荷线圈断电时产生的反向电动势的复合管内的保护二极管构成了负荷线圈断电时产生的反向电动势的泄流回路。泄流回路。2 继电器驱动电路继电器驱动电路 电磁继电器主要由线圈、铁心、衔铁和触点等部件组电磁继电器主要由线圈、铁心、衔铁和触点等部件组成成，分，分为电压继电器、电流继电器、中间继电器等几种类为电压继电器、电流继电器

27、、中间继电器等几种类型。继电器方式的开关量输出是一种最常用的输出方式，型。继电器方式的开关量输出是一种最常用的输出方式，通过弱电控制外界交流或直流的高电压、大电流设备。通过弱电控制外界交流或直流的高电压、大电流设备。继电器驱动电路的设计要根据所用继电器线圈的吸合电继电器驱动电路的设计要根据所用继电器线圈的吸合电压和电流而定，控制电流一定要大于继电器的吸合电流压和电流而定，控制电流一定要大于继电器的吸合电流才能使继电器可靠地工作。才能使继电器可靠地工作。 由于继电器线圈是电感性负载，当电路突然关断时，由于继电器线圈是电感性负载，当电路突然关断时，会出现较高的电感性浪涌电压，为了保护驱动器件，会出

28、现较高的电感性浪涌电压，为了保护驱动器件，应在继电器线圈两端并联一个应在继电器线圈两端并联一个续流二极管续流二极管，为电感线，为电感线圈提供一个电流泄放回路。圈提供一个电流泄放回路。 cVpV耦耦光光6047KA220V图图 4-9 继继 电电 器器 输输 出出 驱驱 动动 电电 路路Di 图为经光耦隔离器的继电器输出驱动电路，当图为经光耦隔离器的继电器输出驱动电路，当CPU数据数据线线Di输出数字输出数字“1”即高电平时，经即高电平时，经7406反相驱动器变反相驱动器变为低电平，光耦隔离器的发光二极管导通且发光，使光为低电平，光耦隔离器的发光二极管导通且发光，使光敏三极管导通，继电器线圈敏三

29、极管导通，继电器线圈KA得电，动合触点闭合，从得电，动合触点闭合，从而驱动大型负荷设备。而驱动大型负荷设备。3 晶闸管驱动电路晶闸管驱动电路晶闸管又称可控硅（晶闸管又称可控硅（SCR），），是一种大功率的半导体器件，具有是一种大功率的半导体器件，具有用小功率控制大功率、无触点开关等特点，在交直流电机调速用小功率控制大功率、无触点开关等特点，在交直流电机调速系统、调功系统、随动系统中应用广泛。系统、调功系统、随动系统中应用广泛。晶闸管有单向晶闸管和双向晶闸管两种类型。晶闸管导通条件：晶晶闸闸管的导通与关断条件：管的导通与关断条件：晶闸管关断条件：晶闸管关断条件：主电极阳极A与阴极K之间的电流小于

30、其维持电流IH（或在阳、阴极间施加反向电压），晶闸管即进入关断状态。 在阳极A与阴极C之间加正向电压，同时在门极G与阴极C之间加正向电压（触发），两管B-B间形成正反馈电流，使两管迅速饱和导通，这样A与C之间即进入导通状态。晶闸管一旦导通，只要阳极A与阴极C之间的电流不小于其维持电流IH，门极G与阴极K之间是否还存在正向电压，对已经导通的晶闸管完全没有影响。在门极G与阴极K之间的电压VG=0时；VA电压作用下必有一个PN 结截止，使IA=0。双向晶闸管也叫三端双向可控硅，在结构上相当于两个单向晶双向晶闸管也叫三端双向可控硅，在结构上相当于两个单向晶闸管的反向并联，但共享一个控制极，结构如图所示

31、。当两个闸管的反向并联，但共享一个控制极，结构如图所示。当两个电极电极T1、T2之间的电压大于之间的电压大于1.5V时，不论极性如何，均可利用时，不论极性如何，均可利用控制极控制极G触发电流控制其导通。双向晶闸管具有双向导通功能，触发电流控制其导通。双向晶闸管具有双向导通功能，因此特别适用于交流大电流场合。因此特别适用于交流大电流场合。双向晶闸管亦称双向半导体开关元件（双向晶闸管亦称双向半导体开关元件（TRIAC）+5V6047180400470.01FT2GT1KSM OC3041220V图图 4-11 双双 向向 晶晶 闸闸 管管 输输 出出 驱驱 动动 电电 路路RLDi 4 固态继电器

32、驱动电路固态继电器驱动电路 固态继电固态继电器器SSR（Solid State Relay）是）是一种新型的无触点开关一种新型的无触点开关的电子继电的电子继电器。器。特点：特点：.实实现了控制回路与负载回路之间的电隔离和信号耦合，而且现了控制回路与负载回路之间的电隔离和信号耦合，而且没有任何可动部件或触点，却能实现电磁继电器的功能，故称为没有任何可动部件或触点，却能实现电磁继电器的功能，故称为固态继电器固态继电器。.它它具有体积小、开关速度快、无机械噪声、无抖动和回跳、具有体积小、开关速度快、无机械噪声、无抖动和回跳、寿命长等传统继电器无法比拟的优寿命长等传统继电器无法比拟的优点，得点，得到广

33、泛的应到广泛的应用用。固态继电器固态继电器SSR是一个四端组件，有两个输入端、两个输出端，其是一个四端组件，有两个输入端、两个输出端，其内部结构类似于晶闸管输出驱动电路。其结构原理图，共由五部分内部结构类似于晶闸管输出驱动电路。其结构原理图，共由五部分组成。组成。光耦隔离电路光耦隔离电路的作用是在输入与输出之间起信号传递作用，的作用是在输入与输出之间起信号传递作用，同时使两端在电气上完全隔离；同时使两端在电气上完全隔离；控制触发电路控制触发电路是为后级提供一个触是为后级提供一个触发信号，使电子开关（三极管或晶闸管）能可靠地导通；发信号，使电子开关（三极管或晶闸管）能可靠地导通；电子开关电子开关

34、电路电路用来接通或关断直流或交流负载电源；用来接通或关断直流或交流负载电源；吸收保护电路吸收保护电路的功能是的功能是为了防止电源的尖峰和浪涌对开关电路产生干扰造成开关的误动作为了防止电源的尖峰和浪涌对开关电路产生干扰造成开关的误动作或损害，一般由或损害，一般由RC串联网络和压敏电阻组成；串联网络和压敏电阻组成；零压检测电路零压检测电路是为是为交流型交流型SSR过零触发而设置的过零触发而设置的 SSR的输入端与晶体管、的输入端与晶体管、TTL、CMOS电路兼容，输电路兼容，输出端利用器件内的电子开关来接通和断开负载。工作时只出端利用器件内的电子开关来接通和断开负载。工作时只要在输入端施加一定的弱

35、电信号，就可以控制输出端大电要在输入端施加一定的弱电信号，就可以控制输出端大电流负载的通断。流负载的通断。 SSRSSR的输出端可以是直流也可以是交流，分别称为直流型的输出端可以是直流也可以是交流，分别称为直流型SSRSSR和交流型和交流型SSRSSR。直流型直流型SSR内部的开关组件为功率三极管内部的开关组件为功率三极管交流型交流型SSR内部的开关组件为双向晶闸管。内部的开关组件为双向晶闸管。交流型交流型SSR按控制触发方式不同又可分为过零型和按控制触发方式不同又可分为过零型和移相型两种，其中应用最广泛的是过零型。移相型两种，其中应用最广泛的是过零型。过零型交流过零型交流SSR是指当输入端加

36、入控制信号后，需等待负是指当输入端加入控制信号后，需等待负载电源电压过零时，载电源电压过零时，SSR才为导通状态；而断开控制信号才为导通状态；而断开控制信号后，也要等待交流电压过零时，后，也要等待交流电压过零时，SSR才为断开状态。才为断开状态。移相型交流移相型交流SSR的断开条件同过零型交流的断开条件同过零型交流SSR，但其导通，但其导通条件简单，只要加入控制信号，不管负载电流相位如何，条件简单，只要加入控制信号，不管负载电流相位如何，立即导通。立即导通。DC-SSR原理图整形放大负载直流电源直流电源VC 用于用于直流大功率驱动直流大功率驱动场合，如直流电机、直流电磁阀、步进电场合，如直流电

37、机、直流电磁阀、步进电机、机、 大功率继电器等大功率继电器等注意：不能超过额定电压和额定电流注意：不能超过额定电压和额定电流DC-SSR实现电路原理：无输入信号时，GD截止，T1饱和导通使T2截止，SSR断开。当有输入信号时，GD饱和，T1截止使T2饱和导通，SSR开通。步进电机控制原理图步进电机控制原理图DC_SSR应应用举例用举例+5VDC-SSRR1DC-SSRR27406DC-SSRR3+27VP1.0P1.1P1.2直流型直流型SSR的输入控制信号与输出完全同步。直流型的输入控制信号与输出完全同步。直流型SSR一般取输入电压为一般取输入电压为:432V，输入电流，输入电流:510mA

38、。它。它的输出端为晶体管输出，输出工作电压为的输出端为晶体管输出，输出工作电压为:30180 V。 过过零型原理图零型原理图过零电路负载交流电源交流电源VCAC-SSR原理图交流型交流型SSR主要用于交流大功率控制。一般取输入电压为主要用于交流大功率控制。一般取输入电压为4.32V，输入电流小于输入电流小于500mA。它的输出端为双向晶闸管，一般额定电流。它的输出端为双向晶闸管，一般额定电流在在1A几百几百A范围内，电压多为：范围内，电压多为：220V480V。AC-SSR原理图AC-SSR过零型原理图过零型原理图无输入信号时，T1饱和旁路了T3的控制电流，T3关断；SSR呈断开。信号输入时，

39、T1截止，T3的状态取决T2；T2为负载电流的零点检测器，当采样电阻R6上电压0,7V;T2导通使T3关断；SSR仍呈断开。只有输入信号加入同时负载电压处于零电压附近导致T2截止时，T3才能注入控制电流而导通，使双向晶闸管导通，开通SSR。移相型交流移相型交流SSR的原理图的原理图原理与原理与过零型原理过零型原理类似。类似。其中：其中：R7、C构成构成吸收电路，防止电吸收电路，防止电网浪涌电流对晶闸网浪涌电流对晶闸管的损害。管的损害。AC-SSR应应用举例用举例VCCAC-SSR1RAC-SSR2RP1.07404RpCpRmRm220VABC单相交流电机正反转控制原单相交流电机正反转控制原理

40、理图图原理：原理：P1.0高电平时，高电平时，SSR1接通，接通，SSR2断开；电机线圈断开；电机线圈A为主绕组，为主绕组，B为副绕组，电机正转；为副绕组，电机正转； P1.0高电平时，主副高电平时，主副绕组对调，电机反转。绕组对调，电机反转。Rm为为压敏电阻，压敏电阻，构成过压保护构成过压保护，Rp、Cp构成构成吸收回路，吸收回路，构成感性负载的续流通路。构成感性负载的续流通路。图为一种常用的固态继电器驱动电路，当输入为图为一种常用的固态继电器驱动电路，当输入为“”时，时， SSR输入端得电则输出端接通大型交流负荷设备输入端得电则输出端接通大型交流负荷设备SSR多路驱动多路驱动1）固态继电器

41、电压等级的选取及过压保护固态继电器电压等级的选取及过压保护 阻性负载阻性负载将耐压值提高将耐压值提高20% 感性负载感性负载220V应选用耐压应选用耐压280V的固态继电的固态继电器。器。 380V应应选用耐压选用耐压480V的固态继电器的固态继电器 过压保护过压保护并接并接压敏电压敏电阻。阻。 压敏电阻的耐压值应为电源压敏电阻的耐压值应为电源电压有效值的电压有效值的1.6 1.9倍倍2）电流等级的选取及过流保护电流等级的选取及过流保护 阻性负载阻性负载电流等级应电流等级应=2倍倍的负载额定电流的负载额定电流 交流电机负载交流电机负载空载启动，电流等级应按空载启动，电流等级应按45倍倍的负载额

42、定的负载额定电流选取，否则按电流选取，否则按67倍倍选取选取 其他感性负载其他感性负载按按45倍倍的负载额定电流选取的负载额定电流选取 过流保护过流保护快速熔断器和空气开快速熔断器和空气开关关固态继电器驱动电路设计要点固态继电器驱动电路设计要点5.3电动机控制驱动电路电动机控制驱动电路1 直流电机驱动电路直流电机驱动电路2 步进电机驱动电路步进电机驱动电路3 变频控制电路变频控制电路电机是最常用的执行机构驱动器件电机是最常用的执行机构驱动器件（1 1）可以驱动各种执行器件，用于各种场合；）可以驱动各种执行器件，用于各种场合；（2 2）行程大；）行程大；（3 3）变速范围大；）变速范围大；（4

43、4）输出力矩大；）输出力矩大；（5 5）控制灵活方便。）控制灵活方便。伺服电动机（执行电机）的类型：伺服电动机（执行电机）的类型：（1 1）直流电机：调速容易，是转矩比较大，需要电刷。）直流电机：调速容易，是转矩比较大，需要电刷。（2 2）步进电机：可将电脉冲信号转变为角位移或线位）步进电机：可将电脉冲信号转变为角位移或线位移，实现位置控制，电机的转速、停止的位置只取决于移，实现位置控制，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数。运动不连续、不平稳。脉冲信号的频率和脉冲数。运动不连续、不平稳。（3 3）交流电机：制造比较便宜，运行平稳，控制相对）交流电机：制造比较便宜，运行平稳，控

44、制相对复杂。目前矢量控制理论和变频技术的发展，控制技术复杂。目前矢量控制理论和变频技术的发展，控制技术已较成熟。已较成熟。（1）用）用带光电隔离功率晶体带光电隔离功率晶体管直管直接驱动电机接驱动电机VCCVCCXP107406MTLP521-1R1R2R3R4Q1Q2（2）用）用继电器驱动直流电机继电器驱动直流电机+5VDC-SSRR1P1.0VCCXM当直流电机不需要调速，且单向运行（不可逆）时，可采当直流电机不需要调速，且单向运行（不可逆）时，可采用（用（1 1）（）（2 2）驱动方式。）驱动方式。1直流电机驱动电路直流电机驱动电路如如:正正负供电直流电机正反转控制电路负供电直流电机正反转

45、控制电路当直流电机不需要调速，可双向运行（可逆）时，可采用当直流电机不需要调速，可双向运行（可逆）时，可采用专用接口芯片专用接口芯片驱动方式。驱动方式。（3）专用接口芯片驱动）专用接口芯片驱动当直流电机需要调速时，采用当直流电机需要调速时，采用脉宽调制脉宽调制(PWM)控制电路控制电路。（4）脉宽调制）脉宽调制(PWM)控制电路控制电路 脉宽调制脉宽调制(Pulse Width Modulation)控制电路，通常称为控制电路，通常称为PWM控控制电路，是利用半导体功率晶体管或晶闸管等开关器件的导通和制电路，是利用半导体功率晶体管或晶闸管等开关器件的导通和关断，把直流电压变成一系列幅值相等的电

46、压脉冲，通过控制电关断，把直流电压变成一系列幅值相等的电压脉冲，通过控制电压脉冲的宽度以达到变压目的，或者控制电压脉冲宽度和脉冲列压脉冲的宽度以达到变压目的，或者控制电压脉冲宽度和脉冲列的周期以达到变压变频目的的一种变换电路。的周期以达到变压变频目的的一种变换电路。 为什么采用脉宽调制为什么采用脉宽调制, ,而不用电压调速而不用电压调速? ?1) 脉宽调制可以用于直流和交流电机调速脉宽调制可以用于直流和交流电机调速, ,还可以与调频相结合，还可以与调频相结合，通用性强通用性强; ;2) 在电机驱动中在电机驱动中功率放大器工作在非线性状态，脉宽调制让功率功率放大器工作在非线性状态，脉宽调制让功率

47、放大器工作在开关状态，可以减小有功功率消耗，获得较高放大器工作在开关状态，可以减小有功功率消耗，获得较高的效率与较好的线性的效率与较好的线性; ;3) 让电机始终处在有电状态让电机始终处在有电状态, ,对于电机动态特性有利。对于电机动态特性有利。典典型脉宽调制电路型脉宽调制电路三角波发生器三角波发生器 + +- -N1+ +N2- -+ + +R3R1R2CRPR5R6R7R9R8R10R13R11R14R12R15R16R17R18VS1VS2VD1VD2baV1V2V3V4V5uc+Ecuo1-Ecuo2uPR4三角波脉宽调制器 迟滞比较器迟滞比较器 积分器积分器 形成一定死区 三角波脉宽调制器 +1.2V-1.2Vttttttttt000000000uo1uo1uo1uo2uo2uo2uc-uPuc-uPuc-uPucuca)uc=0b)uc0 c)uc0 脉冲宽度受于控制电压脉冲宽度受于控制电压ucucDaadd0EtiLRitT 工作原理工作原理简简单的不可逆单的不可逆PWM控