测控电路 控制输出

1、1功率开关驱动电路功率开关驱动电路继电器继电器直流电机驱动电路直流电机驱动电路步进电机驱动电路步进电机驱动电路LED显示驱动电路显示驱动电路第六章第六章 控制输出电路控制输出电路 26.1 6.1 功率开关驱动电路功率开关驱动电路 按照电路中所采用的功率器件类型分类晶体管驱动电路场效应管驱动电路晶闸管驱动电路 按照电路所驱动的负载类型分类电阻性负载驱动电路电感性负载驱动电路 按照电路所控制的负载电源类型分类直流电源负载驱动电路交流电源负载驱动电路 36.1 6.1 功率开关驱动电路功率开关驱动电路+ +VcVD RL ILUiRV Ib 晶体管驱动电路晶体管驱动电路 当当Ui为为“0”时，时，

2、Ib较小，较小，V 截止截止0LI当当Ui为为“1”时，时，Ib较大，较大，V 饱和饱和导通导通LCECLRVVI其中：其中：VC 电源电压电源电压VCE晶体管饱和导通压降晶体管饱和导通压降 （硅管（硅管0.3V，锗管锗管0.1V）一、晶体管直流负载功率驱动电路一、晶体管直流负载功率驱动电路4达林顿管结构达林顿管结构6.1 6.1 功率开关驱动电路功率开关驱动电路1 1、驱动能力：、驱动能力：（晶体管作为开关管）饱和导通时，（晶体管作为开关管）饱和导通时， 一般可驱动的负载电流一般可驱动的负载电流500mA500mA。如果需要驱动更大的负载时，可采用如果需要驱动更大的负载时，可采用多级驱动多级

3、驱动或使用或使用VMOSVMOS管管。 （达林顿管（达林顿管0. 5A15A） （1. 5A100A）bccbIIII思考56.1 6.1 功率开关驱动电路功率开关驱动电路2 2、当负载为、当负载为感性感性负载时负载时加泄放回路加泄放回路VD+ +VcRLILUiRV Ib 晶体管驱动电路晶体管驱动电路 63 3、注意负载的、注意负载的限流限流问题。（如：问题。（如：LEDLED驱动电路）驱动电路）LCEDCIVVVR1其中：其中：VC 电源电压电源电压VD 发光二极管导通压降（发光二极管导通压降（1.62.4V）VCE晶体管导通压降（硅管晶体管导通压降（硅管0.3V）IL 负载所需电流（负载

4、所需电流（LED：520mA）biHIUR7 . 0 + +VC VDR1IL UiRIb LED驱动电路驱动电路 V6.1 6.1 功率开关驱动电路功率开关驱动电路76.1 6.1 功率开关驱动电路功率开关驱动电路返 回上一页下一页实例：喇叭控制电路86.1 6.1 功率开关驱动电路功率开关驱动电路 用于功率驱动电路的场效应晶体管称为功率场效应晶体管。功率场效应晶体管是电压控制器件，具有很高的输入阻抗，所需的驱动功率很小，对驱动电路要求较低。功率场效应晶体管具有较高的开启阈值电压，有较高的噪声容限和抗干扰能力。 场效应晶体管大多数为绝缘栅型场效应管，亦称MOS场效应管。功率场效应晶体管在制造

5、中多采用V沟槽工艺，简称为VMOS场效应管。其改进型则称为TMOS场效应管 二、场效应晶体管直流负载功率驱动电路二、场效应晶体管直流负载功率驱动电路9场效应晶体管功率驱动电路场效应晶体管功率驱动电路 a)VMOS场效应管电极场效应管电极b)场效应管驱动电路场效应管驱动电路 VS VD V Ui R IL ZL +Ec b)a) 漏极D 栅极G VDS 源极S6.1 6.1 功率开关驱动电路功率开关驱动电路当当Ui UGS 时，时，V 导通导通106.1 6.1 功率开关驱动电路功率开关驱动电路 交流负载的功率驱动电路，通常采用晶闸管来构成。 晶闸管的类型单向晶闸管双向晶闸管可关断晶闸管 三、晶

6、闸管交流负载功率驱动电路三、晶闸管交流负载功率驱动电路11单向晶闸管图形符号 阳 极A 门 极G 阴 极K 6.1 6.1 功率开关驱动电路功率开关驱动电路1.单向晶闸管（单向可控硅单向晶闸管（单向可控硅SCR）12（1 1）导通条件：）导通条件：阳极阳极A A与阴极与阴极K K之间加正向电压，之间加正向电压，门极门极G G与阴极与阴极K K之间加正向电压（触发）之间加正向电压（触发）（2 2）维持条件：）维持条件：阳极阳极A A与阴极与阴极K K之间的电流之间的电流 其维持电流其维持电流I IH H，而与门极而与门极G G的电压无关。的电压无关。（3 3）关断条件：）关断条件：阳极阳极A A

7、与阴极与阴极K K之间的电流之间的电流 T/2时，电枢两端的平均电压为正，电动机正转；当T/2时，平均电压为负，电动机反转；当=T/2时，平均电压为零，电动机停转。6.3 6.3 直流电机驱动电路直流电机驱动电路306.3 6.3 直流电机驱动电路直流电机驱动电路(3) 单极模式单极模式H桥桥PWM控制电路控制电路316.3 6.3 直流电机驱动电路直流电机驱动电路(4) 受限单极模式受限单极模式H桥桥PWM控制电路控制电路32 双极模式：电流脉动大，低速平稳性好。热损耗高，桥路同侧对管存在直通的危险。适用于小功率快速响应伺服系统。 单极模式：电流脉动小，低速平稳性不好。热损耗低，桥路同侧对管

8、存在直通的危险。适用于大功率传动系统。 受限单极模式：大体同单极模式，但桥路同侧对管不存在直通的危险。轻载时可能断流，适当提高开关频率。适用于大功率传动系统。 6.3 6.3 直流电机驱动电路直流电机驱动电路336.3 6.3 直流电机驱动电路直流电机驱动电路集成集成H桥驱动芯片桥驱动芯片L6201346.3 6.3 直流电机驱动电路直流电机驱动电路L6201双极控制方式双极控制方式356.3 6.3 直流电机驱动电路直流电机驱动电路L6201单极控制方式单极控制方式36步进电机可在开环条件下，将步进电机可在开环条件下，将电脉冲信号电脉冲信号转变成与其转变成与其相对应的相对应的角位移或线位移角

9、位移或线位移。特点：属于特点：属于二值二值控制器件控制器件 用于用于开环开环控制，无累积误差，系统简单。控制，无累积误差，系统简单。6.4 6.4 步进电机驱动电路步进电机驱动电路一、步进电机概述一、步进电机概述37AACBAACB* *增加转子和定子上齿数可缩小步距角增加转子和定子上齿数可缩小步距角30步距角步距角AACBA相通电，相通电，B和和C相断电相断电B相通电，相通电，A和和C相断电相断电C相通电，相通电，A和和B相断电相断电6.4 6.4 步进电机驱动电路步进电机驱动电路二、二、 步进电机工作原理步进电机工作原理38 正传：正传：A B C 反转：反转：C B A 控制脉冲时序：控

10、制脉冲时序： 特点：每次仅有一相绕组通电，功耗小特点：每次仅有一相绕组通电，功耗小 易失步（从一相切换到另一相，转子在平衡点处易产生振荡）易失步（从一相切换到另一相，转子在平衡点处易产生振荡）ABC123456T76.4 6.4 步进电机驱动电路步进电机驱动电路1. 单三拍工作方式单三拍工作方式39 正传：正传：AB BC CA AB BC CA 反转：反转： AC CB BAAC CB BA 控制脉冲时序：控制脉冲时序： 特点：每次有两相绕组通电，功耗大特点：每次有两相绕组通电，功耗大 不易失步不易失步ABC 1 2 3 4 5 66.4 6.4 步进电机驱动电路步进电机驱动电路2. 双三拍

11、工作方式双三拍工作方式40正转：正转：A AB B BC C CA A AB B BC C CA 反转：反转： 控制脉冲时序：控制脉冲时序： 特点：兼于前两种之间特点：兼于前两种之间ABC 1 2 3 4 5 6 1 2 3 4 5 66.4 6.4 步进电机驱动电路步进电机驱动电路3. 单双六拍（半拍）工作方式单双六拍（半拍）工作方式41转速控制：控制脉冲时序的频率转速控制：控制脉冲时序的频率正反转控制：控制脉冲的相序正反转控制：控制脉冲的相序转角控制：给相应的步数转角控制：给相应的步数 步进电机电气连线步进电机电气连线ABCCOM6.4 6.4 步进电机驱动电路步进电机驱动电路426.4

12、6.4 步进电机驱动电路步进电机驱动电路三相反应式步进电机的横截面图。转子的齿数为40，则齿锯角为360/40=9。定子的极距为360/6=60。436.4 6.4 步进电机驱动电路步进电机驱动电路三相反应式步进电机的展开图。ABC1234567123458910111212345123456060636333446.4 6.4 步进电机驱动电路步进电机驱动电路一相通电时磁场情况 。通电顺序为A-B-C-A。步进方式为三相单三拍，步进角为3。 456.4 6.4 步进电机驱动电路步进电机驱动电路二相通电时磁场情况 。通电顺序为AB-BC-CA-AB。步进方式为三相双三拍，步进角为3。 466.

13、4 6.4 步进电机驱动电路步进电机驱动电路三相反应式步进电机也可以按三相六拍方式（A-AB-B-BC-C-CA-A-）工作。每改变一次通电状态，磁场轴线转过60o，转子转过1/6齿距，步进角为1.5。三相反应式步进电机可以有不同的通电状态和运行拍数，每改变一次通电状态时转子转过的角度称为步距角，表达式为： CmZrb360m为相数，Zr为转子的齿数，C为步进方式系数，单三拍、双三拍C=1，三相六拍C=2.476.4 6.4 步进电机驱动电路步进电机驱动电路三、三、 步进电机常用术语步进电机常用术语相数：产生不同对极N、S磁场的激磁线圈对数。拍数：完成电机内磁场变化一个周期所需脉冲数或导电状态

14、，或指电机转过一个齿距角所需脉冲数，以三相电机为例，有三相三拍运行方式，即A-B-C-A；三相双三拍方式，即（AB-BC-CA-AB）；三相六拍运行方式，即A-AB-B-BC-C-CA-A。 步距角：指每给一个脉冲信号，电机转子转过的角位移。 失步：由于转子转速跟不上磁场变化的速度或大于磁场变化的速度，使电机运转的步数不等于理论上的步数，称为失步。 486.4 6.4 步进电机驱动电路步进电机驱动电路4. 步进电机控制与驱动步进电机控制与驱动环形分配器接收控制器发出的步进脉冲，并按照步进电机状态转换表要求的顺序产生各相导通或截止的信号。每来一个步进脉冲，环形分配器的状态变化一次。步进脉冲频率决

15、定步进电机的转速。环形分配器同时接收控制器发出的方向信号，决定其状态转换是按照正转顺序还是反转顺序变化。信号处理部分实现斩波、细分等特殊功能。 功率驱动与保护电路提供给足够的功率给步进电机，完成过流、过压、欠压和过热等保护功能。 496.4 6.4 步进电机驱动电路步进电机驱动电路（1）环形分配器）环形分配器环形分配器的功能是在控制器的步进脉冲和方向信号作用下产生步进电机各相需要的通断控制信号。 环形分配器主要类型有：专用集成芯片、EPROM电路、数字电路、可编程器件和软件产生方法。环形分配器专用集成芯片具有集成度高、可靠性好和使用方便等特点。只需要输入脉冲信号、方向信号和使能信号，即可输出各

16、相需要的波形。 506.4 6.4 步进电机驱动电路步进电机驱动电路三相反应式步进电机环形分配器CH250构成的三相六拍工作方式接线图。其中CP为输入的步进脉冲，A、B、C为三相状态输出。516.4 6.4 步进电机驱动电路步进电机驱动电路（2）驱动器）驱动器驱动器需要为步进电机绕组提供足够的电压和电流。 由于步进电机的供电是断续的、负载为电感特性以及步进电机运动产生旋转电势等情况，在设计驱动器时既要考虑步进电机绕组得到正确的电压电流波形，又要保证功率放大部分的安全运行。 下面简单介绍步进电机驱动方式：单电压驱动、双电压驱动、斩波恒流驱动、调频调压驱动、细分驱动和双极性驱动。 526.4 6.

17、4 步进电机驱动电路步进电机驱动电路 单电压驱动单电压驱动单电压驱动指电机绕组在工作时，只有一个电源电压。 536.4 6.4 步进电机驱动电路步进电机驱动电路 单电压驱动原理单电压驱动原理当脉冲频率较低时，绕组通电时间较长，电流平均值大，获得能量高，转矩大；当脉冲频率较高时，绕组通电时间较短，电流平均值小，获得能量少，转矩下降。 随着转速提高，反电动势越大，使电机转矩下降。 步进电机还有一个重要的问题是低频振荡，即当频率较低时，电机处于步进工作状态，每一步都发生过冲现象，在稳定平衡点形成振荡过程，无法带载和正常工作。通常采用加机械阻尼、电路阻尼（如增大R）和改进电路结构等方法消除低频振荡。

18、546.4 6.4 步进电机驱动电路步进电机驱动电路 双电压驱动双电压驱动双电压驱动原理图 556.4 6.4 步进电机驱动电路步进电机驱动电路 双电压驱动原理双电压驱动原理当低压控制脉冲为高电平时，低压开关三极管TL导通。此时，若高压开关三极管TH导通，则高压电源+UH通过TH给电路提供驱动电压，二极管D2反向截止，低压电源+UL停止供电； 若高压开关三极管TH关断，高压电源+UH停止供电，低压电源+UL通过二极管D2给电路提供驱动电压。 当电机处于锁定状态或运行于低频段时，高压开关三极管TH关断，低压电源+UL通过二极管D2给电路供电。 当低压控制脉冲为低电平时，低压开关三极管TL关断，R

19、、L和二极管D1组成续流电路。 566.4 6.4 步进电机驱动电路步进电机驱动电路 斩波恒流驱动斩波恒流驱动典型斩波恒流驱动电路原理图 576.4 6.4 步进电机驱动电路步进电机驱动电路 斩波恒流驱动斩波恒流驱动当控制脉冲Ua为高电平时，低压控制脉冲Ub为高电平,低压开关三极管TL导通。 此时，若高压控制脉冲Uc为高电平, 则开关三极管TH导通，则高压电源+UH通过TH给电路提供驱动电压，二极管D2反向截止，低压电源+UL停止供电； 若高压控制脉冲Uc为低电平，高压开关三极管TH关断，高压电源+UH停止供电，低压电源+UL通过二极管D2给电路提供驱动电压。 绕组电流通过检测电阻R2转换为电

20、压Ud并和给定值比较，若大于给定值，高压控制脉冲Uc为低电平，若小于给定值，高压控制脉冲Uc为高电平，通过控制开关三极管TH的通断调整绕组电流，使绕组电流恒定。 586.4 6.4 步进电机驱动电路步进电机驱动电路 调频调压驱动调频调压驱动典型调频调压驱动电路原理图 596.4 6.4 步进电机驱动电路步进电机驱动电路 细分驱动细分驱动细分驱动原理图 606.4 6.4 步进电机驱动电路步进电机驱动电路五、五、 步进电机集成驱动芯片步进电机集成驱动芯片616.4 6.4 步进电机驱动电路步进电机驱动电路MC3479是两相双极性小功率步进电机控制与驱动芯片，每相电流驱动能力为350 mA。步进电

21、机的绕组引线L1、L2、L3和L4分别和步进电机驱动芯片MC3479（U1）的第2, 3,14, 和15引脚相连。 单片机89C51（U1）的I/O引脚P2.0输出步进电机控制脉冲信号, I/O引脚P2.1输出步进电机旋转方向信号。 单片机输出的以上两路信号经过74H244（U2）缓冲后，送到光电隔离芯片TLP521-4（U4）的输入端。 626.4 6.4 步进电机驱动电路步进电机驱动电路其中TLP521-4第11引脚输出的步进电机旋转方向信号加到步进电机驱动芯片MC3479（U1）的正/反转选择端，控制步进电机的旋转方向；TLP521-4第13引脚输出的步进电机控制脉冲信号加到步进电机驱动

22、芯片MC3479（U1）的时钟输入端，作为步进电机绕组电流切换的控制信号； TLP521-4第15引脚输出的步进电机控制脉冲信号与电容C2相连，用来控制步进电机在静止、低速和高速工作状态下的供电电压。636.4 6.4 步进电机驱动电路步进电机驱动电路当步进电机在静止或低速运行时，电容C2上累积电压较小，三极管9013（T1）截止，9013的集电极电流为零，三极管RD238（T2）的基极电流为零，三极管RD238（T2）截止，二极管D1截止、D2导通，芯片MC3479（U1）的供电电压为+5V。 当步进电机在高速运行时，电容C2上累积电压较大，三极管9013（T1）导通，9013的集电极为低电

23、压，三极管RD238（T2）的导通，二极管D1导通、D2截止，芯片MC3479（U1）的供电电压为+15V。 步进电机在静止时，绕组供电电压较低，既可以锁定步进电机，又有较小的绕组工作电流，减小了发热，有利于延长步进电机使用寿命。步进电机在低速时采用较低供电电压，可避免低频振荡现象。 步进电机在高速时采用较高供电电压，可加速电流波形上升速度，改善高频工作性能。 646.5 LED6.5 LED显示驱动电路显示驱动电路1. LED（Light Emitting Diode，发光二极管），发光二极管）概述概述(1)发光二极管：用于各种电子产品的光源和状态指示。按照发光颜色可以分为红色、绿色、蓝色、橙色等；按照圆形发光二极管直径分为3.0mm、5.0mm、10mm等；