Болл С.Р. Аналоговые интерфейсы микроконтроллеров (2007) (1264220), страница 42
Текст из файла (страница 42)
Таким образом, если закоротить выводы двигателя во время его вращения, это быстро приведет к его остановке. Такой метод называется динамическое торможение (дупагп)с Ьга)цпя). На Рис. 7.22 показана рассмотренная ранее мостовая схема (Рис. 7. 14), но несколько модифицированная. Здесь разделены входы управления двигателем так, что теперь каждый транзистор можно включать по отдельности. Если одновременно установить ВЫСОКИЙ уровень на входах А и О, транзисторы ЪТ! и чгТЗ откроются, и двигатель будет вращаться в определенном направлении.
Если ВЫСОКИЙ уровень теперь подать на другую пару транзисторов ггТ2 и Т7Т4, то двигатель станет вращаться в противоположную сторону. Рис. 7.22. Торможение двигателя постоянного тока Теперь предположим, что двигатель по-прежнему вращается, и на входы В и 0 подан НИЗКИЙ логический уровень, а на входы А и С ВЫСОКИЙ. Тогда откроются транзисторы 11Т! и чТ4. Допустим, одна сторона двигателя под более положительным потенциалом, чем другая; например, левая сторона на рисунке. Ток будет протекать по цепи: через транзистор ЪТ4, обмотку двигателя и диод О2. Это быстро остановит двигатель. Если, предположить, что правая сторона более положительна, ток потечет через УТ! и 1)З. Если подать НИЗКИЙ логический уровень на входы В и О вместо А и С, получим тот же самый эффект с протеканием тока через чТЗ/01 илн УТ2/О4. 230 ° Глава 7. Двигатели У многих ИС мостовых контроллеров есть опция динамического торможения.
Это касается и Еб201 и ЕМ!8200. ИС Е6201 снабжена двумя входами для управления двумя разными половинами моста. Если на оба входа подать одинаковый уровень (ВЫСОКИЙ или НИЗКИЙ), драйвер остановит двигатель. ИС ЕМ!8200 имеет отдельный вход для торможения двигателя. Торможение двигателя может быть применено как для резкого торможения, так и для остановки в определенной позиции. Одно ограничение динамического торможения в том, что его сила не может превысить электромагнитной силы, зависящей от прямого падения напряжения на диоде. 7.2.2.
Бесколлекторные двигатели постоянного тока На Рис. 7.23 показано сечение бескаллектарнаго Двигателя постоянного тока. Выглядит довольно похоже на шаговый двигатель, и, действительно, принципы работы бесколлекторного и шагового двигателей во многом совпадают. Статор данного двигателя состоит из трех катушек (А1/А2, В1/В2 и С1/С2). Катушки соединены по трехфазной схеме с общей точкой. Бесколлекторный двигатель обладает повышенным КПД по сравнению с коллекторным двигателем такого же размера. Катушки в бесколлекторном двигателе прикреплены к корпусу а не к ротору, что позволяет легче отводить тепло от двигателя.
Электрическая скема ссединений Аг А! Обмотка А Обмотка В Обмотка С Общий Рис. 7.23. Бесколлекторный двигатель постоянного тока 22. Двыгагиелы настоянного тока ° 231 Бесколлекторный двигатель работает точно так же, как двигатель постоянного тока, но без применения щеток.
Вместо механической коммутации для бесколлекторного двигателя требуется внешняя электронная коммутация. Бесколлекторный двигатель может управляться синусоидальным сигналом, но для него более характерно управление дискретной последовательностью постоянных уровней. На Рис. 7.24 показаны обе временные диаграммы. При синусоидальном питании ток можно регулировать, используя режим прерывания или линейную схему.
Поскольку обмотки расположены под углом 120' друг относительно друга, синусоидальные сигналы управления должны также иметь сдвиг фаз ! 20'. Сумма токов трех обмоток равна нулю. Для переключения обычно используются три уровня— высокий, низкий и плавающий (выкл., высокое сопротивление). Обмоим д Обмотка В Обмотка С Примечание Сдвиг между обмотками 120 Высокий уровень (ток вытекает) Выгл.
Обмотка А низкий уровен~ (ток втекает) Высокий уровень (ток вытекает) Выкл. Обмотка В Низкий уровень (ток втекаег) Высокий уровен~ (ток вытекает) Выкп. Обмотка С Низкий уровень (ток втекает) Рыс. 7.24. Временные диаграммы работы бескодлекториого двигателя Заметим, что при использовании синусоидального управления, контроллеру не нужен источник питания отрицательной полярности; колебания могут происходить между землей и положительным напряжением питания (или даже между двумя положительными уровнями).
Когда все три обмотки находятся под одинаковым потенциалом (например, 5 В), через обмотки ток не протекает. Так средняя точка между двумя любыми напряжениями будет образовывать «виртуальную землю» (в данном примере 2.5 В). 232 ° Глава 7. Двигатели Цифровая система управления бесколлекторном двигателем проше, чем шаговым или двигателем со шетками. Поскольку в определенный момент каждая из фаз имеет один только уровень — либо высокий, либо низкий, либо выкл.
(высокое сопротивление), для управления не нужна мостовая схема. На Рис. 7.25 показано как два МОП-транзистора могут быть использованы для управления бесколлекторным двигателем. На входы этой цепи могут быль поданы сигналы либо с ИС контроллера, либо с процессора. Заметим, что защитные диоды нужны и в этой схеме. Сигнал уп1ювпения 1 буФеры, пРеобразователи уровня Сигнал управпения 2 К Обмотке двигателя Сигнал управпения 1 Сигнал упРавления 2 Уровенн на обмотке двигатепя Выкп. Низкий Высокий запрещенное состояние, приведет к замыканию Примечание. Попевой транзистор с каналом р-типа Ш! открывается, когда на вхОде 1 логическая 1, полевой транзистор с каналом и-типа Л2 открывается, когда на вхоДЕ 2 логическая 1.
Рис. 7.25. Управление бесколлекторным двигателем Бесколлекторный двигатель обычно оборудован датчиками Холла (от одного до трех) для индикации позиции вала. Однако управлять бесколлекторным двигателем можно и без каких бы то ни было датчиков. Если взглянуть на диаграммы цифровых сигналов, изображенные на Рис. 7.24, можно заметить, что две фазы всегда включены, а одна фаза всегда выключена.
Движение ротора будет создавать ЭДС в обмотке той фазы, которая выключена. Это напряжение пересекает ноль один раз за период и может быть использовано для определения позиции ротора. Заметим, что должно быть измерено напряжение через неиспользуемую обмотку, которая не включена. Другими словами, измеряют разность потенциалов между выводом обмотки и общей точкой соединения всех обмоток. 7.2. Двигатели настоянного тока ° 233 ыоокий уровень (ток вытекает) ыкл. Обмотка А некий уровень(токвтвквет) ыоокий уровень(токвытекввт) Обмотке В изкий уровень (ток втекает) ыоокий уровень(токвытеквет) Обмотка С ыкл.
изкий уровень (ток втекает) откев измеряется напряжение отке С измеряется напряжение мотке А измеряется напряжение Рвзиоторы П(.„пб обрезрот делители напряжения для ооглвооввния о входным диапазоном АЦП. Двигатель Риг. 7.2б. Управление бесколлекторным двигателем без использования датчиков На Рис. 7.26 показано управление бесколлекторным двигателем без использования датчика. В данной схеме напряжение с общей точки соединения всех трех обмоток используется как напряжение смешения АЦП.
Такая схема включения может снизить шумы измерений. Если напряжение на общей точке не удается использовать как напряжение смещения АЦП, его можно подать на четвертый канал АЦП и из измеряемых значений программно вычитать соответствующую цифровую величину. Если общий провод не выведен за корпус двигателя, значение напряжения в общей точке можно вычислить программно, если позволяет вычислительная 234 ° Глава 7. Двигатели мощность процессора. При недостаточной мощности процессора можно требуемые величины вычислить заранее и ввести в ПЗУ системы.
При управлении двигателем без использования датчика, можно заметить кратковременные выбросы напряжения на измеряемой обмотке в моменты включения и выключения транзисторов. Эти импульсы можно отфильтровать с помощью емкостей, как показано на Рис. 7.26, либо игнорировать измерения в заданные интервалы. Существует целый ряд ИС контроллеров двигателей, способных управлять бееколлекторными двигателями без использования датчиков. К примеру, ИС ТЮА5140 фирмы РР411рв может управлять бесколлекторными двигателями с номинальным током в обмотках до 8 А как с использованием датчиков, так и без них. 7.2.3. Энкодеры Двигатели постоянного тока и бесколлекторные двигатели обычно применяются в микропроцессорных системах совместно со специальными устройствами — знкодерами (епсодег), укрепляемыми на оси.
Назначение этих устройств — передать обратно в систему информацию о позиции оси. Типичный энкодер показан на Рис. 7.27. На данной схеме четыре магнита располагаются вокруг вала двигателя, а на корпус прикрепляется датчик Холла. Датчик Холла будет формировать 4 импульса за один оборот оси. Четыре импульса за оборот — вполне достаточно для управления скоростью вращения в системах с низкой разрешающей способностью, например в вентиляторах. При использовании двигателя с редуктором такой энкодер, установленный на вал двигателя, обеспечит высокое разрешение измерения скорости редуктора.
Однако когда требуется измерение скорости вращения двигателя с высокой точностью, используется оптический энкодер. На Рис. 7.28 показан простой оптический энкодер. На стеклянный диск нанесены непрозрачные метки, 16 в данном примере. Диск устанавливается на ось двигателя, а край его помещается в щелевой оптический датчик.
При каждом пересечении датчика меткой, фототранзистор закрывается, и оптический датчик формирует импульс. Такой энкодер будет вырабатывать 16 импульсов за один оборот оси. Контроллер может подсчитывать число импульсов для определения угла поворота и числа оборотов. Этот энкодер, как и энкодер с датчиком Холла, имеет один крупный недостаток: нельзя определить, в какую сторону вращается двигатель. На Рис. 7.29 показано практическое приспособление для энкодера, дающее информацию о направлении движения. Снова использован стеклянный диск с непрозрачными метками, но используется уже два оптических дат- 7.2. Двигатели посгполнного тока ° 235 Датчик Холла Ось мотора Корпус мотора Датчик Холла ~ — Магните (4) Форма амхолного сигнала Одиноборот Рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
