1、三防平板直流電機(jī)控制
直流電機(jī)是應(yīng)用最廣、最常見的一類電力拖動(dòng)設(shè)備，具有啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大、調(diào)速性能好等特點(diǎn)。
對(duì)于三防平板直流電機(jī)的控制，一般有改變電樞回路電阻調(diào)速、改變電樞電壓調(diào)速、采用晶閘管變流器供電的調(diào)速、改變勵(lì)磁電流調(diào)速、脈沖寬度調(diào)制（PWM）調(diào)速等方法。對(duì)于小型直流電動(dòng)機(jī)的控制，脈寬調(diào)制調(diào)速是最為簡單、易行且有效的方法。
圖1是由TD340和4個(gè)MOSFET構(gòu)成的H橋式驅(qū)動(dòng)電路。當(dāng)MOS管Q1、Q4導(dǎo)通，Q2、Q3截止時(shí)，電流從電機(jī)的1端流向2端，電機(jī)正轉(zhuǎn)；當(dāng)MOS管Q2、Q3導(dǎo)通，Q1、Q4截止時(shí)，電流從電機(jī)的2端流向1端，電機(jī)反轉(zhuǎn)。如果不持續(xù)導(dǎo)通某一組MOS管，而是在控制端加載PWM信號(hào)，就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)直流電機(jī)的雙向連續(xù)調(diào)速。
圖1 TD340與4個(gè)MOSFET構(gòu)成的H橋式驅(qū)動(dòng)電路
三防平板TD340驅(qū)動(dòng)器芯片是ST公司推出的一種用于直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)的控制器件，可用于驅(qū)動(dòng)N溝道MOSFET。TD340采用雙列貼片式封裝，各引腳的功能如下：
● L1、L2：低邊門極驅(qū)動(dòng)。
● H1、H2：高邊門極驅(qū)動(dòng)。
● Stby：待機(jī)模式。
● Wd：看門狗信號(hào)輸入。
● Cwd：設(shè)置看門狗電容端。
● Vout：用于微處理器的5V電壓。
● Cf：設(shè)置PWM頻率的外部電容接入端。
● In1：模擬或數(shù)字信號(hào)輸入端。
● In2：電機(jī)旋轉(zhuǎn)方向控制端。
● Vbat、Gnd：電源正端和地端。
TD340和H橋構(gòu)成的直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)具有元器件需求少、所占空間小、裝配成本低等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)由該器件驅(qū)動(dòng)的MOS功率管可根據(jù)實(shí)際需求選擇，驅(qū)動(dòng)功率可靈活設(shè)置。
三防平板TD340內(nèi)集成有可驅(qū)動(dòng)N溝道高速功率MOS管的電荷泵和內(nèi)部PWM發(fā)生器，可進(jìn)行速度和方向控制而且器件本身功耗很低，同時(shí)具有過壓（＞20 V）、欠壓（＜6.2 V）保護(hù)功能，以及反向電源保護(hù)功能。TD340內(nèi)含可調(diào)的頻率開關(guān)（0～25 kHz）及待機(jī)模式，且集成了看門狗和復(fù)位電路。
除此之外，三防平板TD340芯片還具有H橋直流電機(jī)部分和微控制器之間的必要接口，直流電機(jī)的速度和方向可由外界輸入給TD340的信號(hào)來控制。三防平板其中速度由PWM來控制，當(dāng)然也可以接收外部的脈沖寬度調(diào)制（PWM）信號(hào)。當(dāng)TD340的Cf端通過電容接地時(shí)，0～5 V的模擬輸入即可產(chǎn)生PWM輸出。實(shí)際上，當(dāng)Cf端直接接地時(shí)，輸入TD340的數(shù)字PWM信號(hào)便可驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)。
2 三防平板步進(jìn)電機(jī)控制
三防平板步進(jìn)電機(jī)是一種將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成直線或角位移的執(zhí)行元件，具有控制特性好、誤差不長期積累、步距值不受各種干擾因素的影響等優(yōu)點(diǎn)。步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)的速度取決于脈沖信號(hào)的頻率，總位移量取決于總的脈沖數(shù)，它作為伺服電動(dòng)機(jī)應(yīng)用于控制系統(tǒng)時(shí)，可以使系統(tǒng)簡化、工作可靠，而且可以獲得較高的控制精度。
三防平板步進(jìn)電機(jī)的繞組是按一定方式輪流通電工作的，為了實(shí)現(xiàn)這種輪流通電，需要將控制脈沖按規(guī)定的方式分配給步進(jìn)電機(jī)，實(shí)現(xiàn)這種脈沖分配功能的是環(huán)狀分配器，環(huán)狀分配器的輸出信號(hào)還需要進(jìn)行功率放大才能驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)。三防平板步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)框圖如圖2所示。
圖2 三防平板步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)框圖
環(huán)狀分配器可由硬件或軟件構(gòu)成，硬件環(huán)狀分配器可以是由門電路和雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器組成的邏輯電路，也可以使用CH250等專用集成電路。環(huán)狀分配器同樣可以很容易地通過軟件實(shí)現(xiàn)，只需在微控制器內(nèi)存中建立環(huán)狀分配表，設(shè)計(jì)延時(shí)子程序來控制步進(jìn)頻率即可。
三防平板步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路可以由分立元件構(gòu)成，也可以使用集成電路來輔助完成設(shè)計(jì)。L297和L298是意法半導(dǎo)體（ST）公司推出的兩款步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)組合電路芯片，可方便地組成步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器。L297是步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制器（包括環(huán)狀分配器），L298是雙H橋式驅(qū)動(dòng)器。使用集成電路的優(yōu)點(diǎn)在于需要的元件很少，從而使得裝配成本低、可靠性高，并且L297和L298都是獨(dú)立的芯片，應(yīng)用比較靈活。
L297芯片是一種硬件環(huán)狀分配器集成芯片，可產(chǎn)生四相驅(qū)動(dòng)信號(hào)，用于兩相雙極或四相單極步進(jìn)電機(jī)，其核心部分是一組譯碼器，能產(chǎn)生各種所需的相序。三防平板L297的 CONTROL 端的輸入決定斬波器對(duì)相位線A、B、C、D或選通輸入線INH1和INH2起作用。CONTROL為高電平時(shí)，對(duì)A、B、C、D有控制作用；CONTROL為低電平時(shí)，則對(duì)INH1和INH2起控制作用，從而可對(duì)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)矩進(jìn)行控制。譯碼器有四個(gè)輸出點(diǎn)連接到輸出邏輯部分，提供抑制和斬波功能所需的相序。
L297能產(chǎn)生三種相序信號(hào)，分別對(duì)應(yīng)于半步方式、基本步距一相激勵(lì)方式和基本步距兩相激勵(lì)方式（雙四拍）三種不同的工作方式。
（1）半步方式（Half Step）。三防平板設(shè)定HALF/FULL信號(hào)為高電平，步進(jìn)電機(jī)的半步方式如圖3所示，其內(nèi)部定子繞組的勵(lì)磁是一相與兩相相間的，此時(shí)步進(jìn)電機(jī)每接收一個(gè)脈沖，只轉(zhuǎn)過半個(gè)步距角。步進(jìn)電機(jī)工作于該模式時(shí)，步進(jìn)電機(jī)所獲得的轉(zhuǎn)矩與常規(guī)值相比偏小。
圖3 三防平板步進(jìn)電機(jī)的半步方式
（2）基本步距（Full Step，整步）一相激勵(lì)方式（見圖5-25）。設(shè)定HALF/FULL信號(hào)為低電平，此時(shí)步進(jìn)電機(jī)工作于單四拍工作方式。三防平板步進(jìn)電機(jī)工作于基本步距一相勵(lì)磁方式時(shí)，其內(nèi)部定子繞組的勵(lì)磁在任何一個(gè)時(shí)刻都是一相的，此時(shí)步進(jìn)電機(jī)每接收一個(gè)脈沖，轉(zhuǎn)過一個(gè)步距角。步進(jìn)電機(jī)工作于基本步距一相勵(lì)磁方式時(shí)，步進(jìn)電機(jī)獲得常規(guī)轉(zhuǎn)矩。
圖4 三防平板步進(jìn)電機(jī)的基本步距一相激勵(lì)方式
（3）基本步距兩相激勵(lì)方式（見圖5）。步進(jìn)電機(jī)工作于基本步距兩相勵(lì)磁方式時(shí)，此時(shí)步進(jìn)電機(jī)工作于雙四拍工作方式，其內(nèi)部定子繞組的勵(lì)磁在任何一個(gè)時(shí)刻都是兩相的，此時(shí)步進(jìn)電機(jī)每接收一個(gè)脈沖，轉(zhuǎn)過一個(gè)步距角。步進(jìn)電機(jī)工作于基本步距兩相勵(lì)磁方式時(shí)，步進(jìn)電機(jī)獲得的轉(zhuǎn)矩相對(duì)前兩種而言是最大的。
圖5 三防平板步進(jìn)電機(jī)的基本步距兩相激勵(lì)方式
L297是通過兩個(gè)PWM斬波器來控制相繞組電流的，從而實(shí)現(xiàn)恒流斬波控制以獲得良好的矩頻特性。每個(gè)斬波器由一個(gè)比較器、一個(gè) RS 觸發(fā)器和外接采樣電阻組成，并由一個(gè)共用振蕩器向兩個(gè)斬波器提供觸發(fā)脈沖信號(hào)。
f=1/（0.69 RC）
完整的 L297+L298步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路如圖5-27所示。該電路的相關(guān)技術(shù)參數(shù)如下：驅(qū)動(dòng)頻率T=1.44［（R1+2R2）×C1］，每秒可達(dá)0.6～596 step，電機(jī)的轉(zhuǎn)數(shù)可達(dá)0.18～178 rpm。
圖6 三防平板L297+L298步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路
三防平板L298芯片是一種高電壓、大電流雙全橋式驅(qū)動(dòng)器，其輸入端口為標(biāo)準(zhǔn) TTL 邏輯電平信號(hào)，可驅(qū)動(dòng)感性或純阻性負(fù)載。L298的引腳說明如下：
● 1、15引腳：保護(hù)取樣電阻。
● 2、3、13、14引腳：內(nèi)部橋式驅(qū)動(dòng)輸出。
● 4引腳：源驅(qū)動(dòng)電源。
● 9引腳：邏輯電路電源。
● 5、7、10、12引腳：邏輯電平輸入。
● 6、11引腳：選通輸入控制。
● 8引腳：地。
