CN103051263A - 基于桥式伺服控制的直流电动机转速控制电路 - Google Patents

Abstract

本发明提供基于桥式伺服控制的直流电动机转速控制电路，包括若干电阻、可变电阻器、三极管、比较放大器和直流电压源；本发明利用由桥式电路构造而成的桥式伺服控制系统，在设定电动机转速时，用设定电压来模拟地表示转速设定值，如果设定电压值不变，转速N也稳定不变，从而达到了稳定电动机转速的目的。通过改变设定电压的大小，电动机的转速N也随之改变，从而达到调节电动机转速的目的。本发明实现了电动机转速的稳定性控制，而且满足装置体积要尽量小的需求，并有效减小温度对电路稳定性的影响，从而最大限度的提高整个装置的稳定性。

Description

基于桥式伺服控制的直流电动机转速控制电路

技术领域

本发明涉及一种直流电动机转速控制电路，具体涉及一种基于桥式伺服控制的直流电动机转速控制电路。

背景技术

微型电动机控制技术，对于音响设备等小型装置的品质和经济性的影响越来越显著。而要制作微型电动机就要求其转速控制电路越简单越好，因此我设计了这种可以利用电动机自身的特性来进行转速的检测与控制的电路，而不必设置其他转速传感器来检测转速，不仅减小了装置的体积，而且还能获得良好的经济效益。

但是从日常生活中我们就能发现，由于电动机自身的构造和特性它一定会产生一定的热量，尤其当其加了负载以后温度会更高，虽然随着科技水平的不断提高，电动机工作时产生的温度有所降低，但基于人们对其产品的要求越来越高，这种影响就一定不能忽视。而且现如今的很多音响设备等小型装置随着科技的进步，和人们生活的日常需求还需要加入很多其他的实用功能。这样就会不可避免要加入很多芯片和辅助装置，无形中又在设备内部增加了很多热量，使电路板的温度升高，这样就会影响整个电路的工作精确度和产品的稳定性。

发明内容

为了实现电动机转速的稳定性控制，而且还要考虑装置体积要尽量小的需求，并减小温度对电路稳定性的影响，从而最大限度的提高整个装置的稳定性的技术问题，本发明提供了一种基于桥式伺服控制的直流电动机转速控制电路，包括功率放大电路、基准电压设定电路、比较放大电路和减小温漂电路；所述功率放大电路由三极管Q₂和电阻R₅组成；所述基准电压设定电路由电源E₁和可变电阻器VR组成；所述比较放大电路由电阻R₆、R₇、R₈、R₉和比较放大器组成；所述减小温漂电路由三极管Q₁和温控直流电压源E₂组成。

根据本发明的直流电动机转速控制电路，还包括电阻R₁、电阻R₂、电阻R₃、可变电阻R₂、电阻R₁₀和电源E_b；

电源E_b的正极接三极管Q₂的射极和三极管Q₁的集电极，电源E_b的负极接地；三极管Q₂的集电极分别连接电阻R₁的一端和电阻R₃的一端；电阻R₁的另一端分别连接可变电阻R₂的一端、电源E₁的负极和可变电阻器VR的一端；可变电阻R₂的划片接地；

可变电阻器VR的另一端和电源E₁的正极相连，可变电阻器VR的划片接电阻R₆的一端，电阻R₆的另一端同时接电阻R₈的一端和比较放大器的反相输入端；电阻R₃的另一端同时接直流电动机的一端和电阻R₇的一端，直流电动机的另一端接地，电阻R₇的另一端接比较放大器的同相输入端；

比较放大器的输出端接电阻R₉的一端，电阻R₉的另一端接三极管Q₁的基极，三极管Q₁的发射极分别连接电阻R₁₀的一端和温控直流电压源E₂的负极；电阻R₁₀的另一端接地；温控直流电压源E₂的正极同时接电阻R₅的一端和电阻R₈的另一端；电阻R₅的另一端接三极管Q₂的基极。

本发明的有益效果是实现了电动机转速的稳定性控制，而且满足装置体积要尽量小的需求，并有效减小温度对电路稳定性的影响，从而最大限度的提高整个装置的稳定性。

附图说明

图1为桥式电路的构成图；

图2为桥式伺服控制电路的构成原理图；

图3为基于桥式伺服控制的直流电动机转速控制电路。

具体实施方式

一台实际直流电动机可以用包括电枢电阻R_a和反电动势源E_c的等效电路来表示。因此，包括电动机在内的桥式电路如图1所示。桥式电路构成时，桥臂电阻的参数值应满足如下比例条件，即R₁:R₂＝R₃:R_a，这样才能保证电动机转速为零时，桥式电路的输出电压E_ab亦为零。当电动机旋转时，电动机将感应出与转速成比例的反电动势E_c，桥式电路的输出电压E_ab也将与反电动势E_c（即与电动机转速）成比例变化。这样一来，就可以利用E_ab作为转速信号，来对电动机的转速进行控制了。

当电动机的负载变动时，要想使电动机的转速保持一定，只要让桥式电路的输出电压E_ab自动保持一定就可以了。为此，可以采用自动调节电动机的电源电压等手段，把桥式电路构造成一个桥式伺服控制系统。图2说明了构造桥式伺服控制系统的基本思路。由于电动机的转速N与反电动势E_c成正比，在设定电动机转速时，应该用一个相应的电压来模拟地表示这个转速设定值，这个电压称为转速设定基准电压，简称为设定电压，如图2中的E_R所示。将设定电压E_R设置在桥臂R₁，R₂一侧，图2中同时标出了E_R的极性。桥式伺服控制电路应能自动调节电源电压E_b，使桥臂输出电压始终保持E_ab＝0，这时应有E_c/E_R=(R₁+R₂)/R₁。由于桥臂参数R₁和R₂的电阻值已经确定，因此如果事先设定好了E_R值，则反电动势E_c就是确定的，也就是说，电动机的转速N就被确定了。如果E_R不变，转速N就会稳定不变，这样一来就达到了稳定电动机转速的目的。改变设定电压E_R的大小，电动机的转速N也会随之改变，从而可以达到调节电动机转速的目的。

图3为基于上述原理而构成的本实施例的直流电动机桥式伺服控制电路。图3中包括Ⅰ区域：功率放大电路，由三极管Q₂和电阻R₅组成；Ⅱ区域：基准电压设定电路，由电源E₁和可变电阻器VR组成；Ⅲ区域：比较放大电路，由电阻R₆、R₇、R₈、R₉和比较放大器组成；Ⅳ区域：减小温漂电路，由三极管Q₁和温控直流电压源E₂组成；还包括电阻R₁、电阻R₂、电阻R₃、可变电阻R₂、电阻R₁₀和电源E_b。

图3中各个元件的连接关系如下：电源E_b的正极接PNP型三极管Q₂的射极和NPN型三极管Q₁的集电极，电源E_b的负极接地。从三极管Q₂的集电极分出两条支路，一条接电阻R₁的一端，另一条接电阻R₃的一端。从电阻R₁的另一端再分出两条支路，一条接可变电阻R₂的一端，R₂的划片接地，另一条同时接电源E₁的负极和可变电阻器VR的一端，可变电阻器VR的另一端和电源E₁的正极相连，VR的划片接电阻R₆的一端，R₆的另一端同时接电阻R₈的一端和比较放大器的反相输入端。电阻R₃的另一端同时接直流电动机的一端和电阻R₇的一端，直流电动机的另一端接地，电阻R₇的另一端接比较放大器的同相输入端。比较放大器的输出端接电阻R₉的一端，电阻R₉的另一端接三极管Q₁的基极，三极管Q₁的发射极分出两条支路，第一条支路接电阻R₁₀的一端，电阻R₁₀的另一端接地，第二条支路接温控直流电压源E₂的负极，E₂的正极同时接电阻R₅的一端和电阻R₈的另一端。电阻R₅的另一端接三极管Q₂的基极。

本实施例中各主要元器件的参考值：R₁=500Ω，R₂=1kΩ，R₃=5Ω，电动机内阻R_a=10Ω，R₅=2.2kΩ，R₆=1kΩ，R₇=1kΩ，R₈=500Ω，R₉=150Ω，R₁₀=1kΩ，VR最大阻值为1kΩ，E₁=6V，E_b=12V。

本实施例中，电动机转速设定用的基准电压为E₁，利用可变电阻器VR作为分压器，用来获得转速设定电压E_R。运算放大器的作用是，首先将经VR分压后的设定信号电压E_R与电动机的反电动势E_c进行比较，然后对比较后的偏差信号E_ab进行放大，并作为驱动信号对功率晶体管Q₂（PNP型）进行控制，以便对电动机的供电电压进行调节。晶体管Q₁（NPN型）的输出端接了一个受温度控制的直流电压源E₂，而且当晶体管Q₁的集电极静态电位U_CQ变化时，E₂始终与之保持相等，那么输出信号中就只有输入信号作用的部分了，而与静态电位U_CQ及其温度漂移毫无关系。

该电路调试时，首先在电动机空载运行的情况下，对三极管Q₂施加适当的偏置电压，使E_ab＝0。然后给电动机加上负载。加载后电动机的转速将有所下降，当然反电动势E_c也将随之减小。这时由于运算放大器的输出电平降低，使用于功率控制的三极管Q₂的管压降减小、电流增大，而桥式电路两端的电压增高，电动机的转速也随之回升，直至E_ab＝0，这时，电动机将稳定运行在E_R所设定的转速上。若改变转速设定电压E_R，则控制系统的动作过程与上述过程相同。若调节可变电阻器VR，使转速设定电压E_R降低，这时，运算放大器输入端的E_ab＝0的关系遭到破坏，显然放大器的输出电平将提高，使三极管Q₂向桥式电路所提供的电功率相应减小，桥式电路两端的电压降低，电动机的转速也将随之降低。当然，电动机的反电动势E_c也将按比例减小，直至E_ab＝0，这时，电动机反电动势的大小应最终满足比例关系E_c/E_R=(R₁+R₂)/R₁，电动机也将稳定运行在降低了的E_R所设定的较低转速上。

Claims (2)

1.一种基于桥式伺服控制的直流电动机转速控制电路，其特征在于：包括功率放大电路、基准电压设定电路、比较放大电路和减小温漂电路；所述功率放大电路由三极管Q₂和电阻R₅组成；所述基准电压设定电路由电源E₁和可变电阻器VR组成；所述比较放大电路由电阻R₆、R₇、R₈、R₉和比较放大器组成；所述减小温漂电路由三极管Q₁和温控直流电压源E₂组成。

2.根据权利要求1所述的直流电动机转速控制电路，其特征在于：还包括电阻R₁、电阻R₂、电阻R₃、可变电阻R₂、电阻R₁₀和电源E_b；

电源E_b的正极接三极管Q₂的射极和三极管Q₁的集电极，电源E_b的负极接地；三极管Q₂的集电极分别连接电阻R₁的一端和电阻R₃的一端；电阻R₁的另一端分别连接可变电阻R₂的一端、电源E₁的负极和可变电阻器VR的一端；可变电阻R₂的划片接地；

可变电阻器VR的另一端和电源E₁的正极相连，可变电阻器VR的划片接电阻R₆的一端，电阻R₆的另一端同时接电阻R₈的一端和比较放大器的反相输入端；电阻R₃的另一端同时接直流电动机的一端和电阻R₇的一端，直流电动机的另一端接地，电阻R₇的另一端接比较放大器的同相输入端；

比较放大器的输出端接电阻R₉的一端，电阻R₉的另一端接三极管Q₁的基极，三极管Q₁的发射极分别连接电阻R₁₀的一端和温控直流电压源E₂的负极；电阻R₁₀的另一端接地；温控直流电压源E₂的正极同时接电阻R₅的一端和电阻R₈的另一端；电阻R₅的另一端接三极管Q₂的基极。

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