CN107947655A - 一种具有缓冲保护功能的直流电动机调速系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种具有缓冲保护功能的直流电动机调速系统，其特征在于，包括控制芯片U，分别与控制芯片U的UCC管脚和DIS管脚以及T管脚相连接的脉宽调制电路，与控制芯片U的UCC管脚相连接的缓冲保护电路，以及分别与控制芯片U的R管脚和F管脚以及GND管脚相连接的三集管驱动电路。本发明结构简单，实用性强，本发明设置的脉宽调制电路能对输出脉冲的占空比进行连续的调节，即充分的对脉宽进行调整，而不会影响振荡频率，使脉冲的占空比达到99.99％，从而确保了本发明能输出高脉冲的占空比，很好的解决了脉宽调制器存在输出方波的占空比较低的问题。

Description

一种具有缓冲保护功能的直流电动机调速系统
技术领域
本发明涉及一种调速系统，具体是指一种具有缓冲保护功能的直流电动机调速系统。
背景技术
直流电动机是一种将直流电能转换为机械能的电动机，因其良好的调速性能而在电力拖动中得到广泛应用。直流电动机则是通过脉宽调制器来实现调速的，其脉宽调制器的全称为:Pulse WidthModulator、简称PWM。脉宽调制器是通过改变输出方波的占空比使负载上的平均电流功率从0-100％变化，从而改变直流电动机的速度。
然而，现有的直流电动机所采用的脉宽调制器的输出方波的占空比多在50％左右，也就是说脉宽调制器输出的能量功率也只有50％左右，因此，现有的直流电动机所采用的脉宽调制器不仅存在输出方波的占空比较低，还存在工作稳定性差的问题，导致直流电动机的功率过低，致使直流电动机能量功率得不到充分利用，从而现有的脉宽调制器无法满足人们的需求。
发明内容
本发明的目的在于克服现有的直流电动机所采用的脉宽调制器不仅存在输出方波的占空比较低，还存在工作稳定性差的缺陷，提供一种具有缓冲保护功能的直流电动机调速系统。
本发明的目的通过下述技术方案现实：一种具有缓冲保护功能的直流电动机调速系统，包括控制芯片U，分别与控制芯片U的UCC管脚和DIS管脚以及T管脚相连接的脉宽调制电路，与控制芯片U的UCC管脚相连接的缓冲保护电路，以及分别与控制芯片U的R管脚和F管脚以及GND管脚相连接的三集管驱动电路；所述控制芯片U的GND管脚接地。
所述缓冲保护电路包括场效应管MOS1，场效应管MOS2，正极顺次电感L1和电阻R9后与场效应管MOS1的栅极相连接、负极接地的极性电容C3，一端与极性电容C3的负极相连接、另一端与场效应管MOS2的源极相连接后接地的可调电阻R10，P极与场效应管MOS2的源极相连接、N极与场效应管MOS2的栅极相连接的二极管D6，P极与场效应管MOS1的栅极相连接、N极经电感L2后与场效应管MOS2的源极相连接的二极管D5，以及N极与二极管D5的N极相连接、P极与电感L1与电阻R9的连接点相连接的二极管D4；所述场效应管MOS1的漏极与场效应管MOS2的漏极相连接，所述场效应管MOS1的栅极与场效应管MOS2的栅极相连接；所述场效应管MOS1的漏极与控制芯片UCC管脚相连接；所述极性电容C3的正极作为缓冲保护电路的输入端。
进一步的，所述脉宽调制电路包括一端与控制芯片U的UCC管脚相连接、另一端与控制芯片U的DIS管脚相连接的电阻R1，N极经电阻R2后与控制芯片U的DIS管脚相连接、P极接地的二极管D2，P极与控制芯片U的DIS管脚相连接、N极经可调电阻R3后与二极管D2的P极相连接的二极管D1，以及其中一端经可调电阻R4后与可调电阻R3的调节端相连接、另一端接地的电容C1；所述控制芯片U的T管脚与可调电阻R4的调节端相连接。
再进一步的，所述三集管驱动电路包括三集管Q1，三集管Q2，一端与三集管Q2的基极相连接、另一端与控制芯片U的F管脚相连接的电阻R5，P极与控制芯片U的F管脚相连接、N极经电阻R6后与三集管Q2的发射极相连接的二极管D3，正极与三集管Q1的集电极相连接、负极与二极管D3的N极相连接的极性电容C2，以及一端与极性电容C2的负极相连接、另一端与控制芯片U的GND管脚相连接的电阻R7；所述三集管Q1的发射极与控制芯片U的R管脚相连接，该三集管Q1的基极与三集管Q2的集电极相连接；所述二极管D3的N极接地；所述三集管Q1的集电极与控制芯片U的GND管脚共同形成三集管驱动电路的输出端。
更进一步的，所述电阻R1为二极管D1的正向电阻，该电阻R1＝电阻R2＝1kΩ；所述可调电阻R3＞电阻R1和电阻R2，且可调电阻R3＝10M。所述控制芯片U为NE555集成芯片。
本发明与现有技术相比具有以下优点及有益效果：
(1)本发明结构简单，实用性强，本发明设置的脉宽调制电路能对输出脉冲的占空比进行连续的调节，即充分的对脉宽进行调整，而不会影响振荡频率，使脉冲的占空比达到99.99％，从而确保了本发明能输出高脉冲的占空比，很好的解决了脉宽调制器存在输出方波的占空比较低的问题。
(2)本发明设置的缓冲保护电路通过双电感有效的对电流上升率进行抑制；同时，通过电容与滑动电阻相结合，能很好的对电压上升率进行了抑制，从而确保了整个系统工作的稳定性。
(3)本发明设置的三集管驱动电路实现了对直流电动机的启闭的准确控制。
附图说明
图1为本发明的整体电路结构示意图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式并不限于此。
实施例
如图1所示，本发明公开了一种具有缓冲保护功能的直流电动机调速系统，包括控制芯片U，分别与控制芯片U的UCC管脚和DIS管脚以及T管脚相连接的脉宽调制电路，与控制芯片U的UCC管脚相连接的缓冲保护电路，以及分别与控制芯片U的R管脚和F管脚以及GND管脚相连接的三集管驱动电路；所述控制芯片U的GND管脚接地。
本实施例中的控制芯片U优先采用了具有脉冲发生功能的NE555集成芯片来实现，该控制芯片U与脉宽调制电路相结合，能使输出脉冲的占空比得到连续的调节，即脉宽得到充分的调整，而不会影响控制芯片U的振荡频率，使脉冲的占空比达到99.99％。
进一步地，所述脉宽调制电路包括电阻R1，电阻R2，可调电阻R3，可调电阻R4，二极管D1，二极管D2，以及电容C1。
连接时，电阻R1的一端与控制芯片U的UCC管脚相连接，另一端与控制芯片U的DIS管脚相连接。二极管D2的N极经电阻R2后与控制芯片U的DIS管脚相连接，P极接地。二极管D1的P极与控制芯片U的DIS管脚相连接，N极经可调电阻R3后与二极管D2的P极相连接。电容C1的其中一端经可调电阻R4后与可调电阻R3的调节端相连接，另一端接地。所述控制芯片U的T管脚与可调电阻R4的调节端相连接。
其中，所述的电阻R1为二极管D1的正向电阻，电阻R1＝电阻R2＝1kΩ；所述可调电阻R3＞电阻R1和电阻R2，且可调电阻R3＝10M，而可调电阻R4作为可调电阻R3的辅助电阻，其阻值应低于可调电阻R3的阻值，可调电阻R4的采用了阻值为1M的电位器来实现；其电容C1作为本电路的储能元件，容值则优先设定为0.1μF。
再进一步的，所述三集管驱动电路包括三集管Q1，三集管Q2，电阻R5，电阻R6，电阻R7，极性电容C2，以及二极管D3。
连接时，电阻R5的一端与三集管Q2的基极相连接，另一端与控制芯片U的F管脚相连接。二极管D3的P极与控制芯片U的F管脚相连接，N极经电阻R6后与三集管Q2的发射极相连接。极性电容C2的正极与三集管Q1的集电极相连接，负极与二极管D3的N极相连接。电阻R7的一端与极性电容C2的负极相连接，另一端与控制芯片U的GND管脚相连接。
所述三集管Q1的发射极与控制芯片U的R管脚相连接，该三集管Q1的基极与三集管Q2的集电极相连接；所述二极管D3的N极接地；所述三集管Q1的集电极与控制芯片U的GND管脚共同形成三集管驱动电路的输出端。
本实施例中的三集管Q1采用了型号为3AX81的放大管来实现，而三集管Q2则优先采用了3DG12；同时，电阻R5的阻值设定为4.7kΩ，电阻R6的阻值设定为47kΩ，电阻R7作为截流电阻，其阻值设定为10kΩ；极性电容C2作为触发电容器，其为高容值的2200μF充放电容；二极管D3则优先采用了1N4148的开关管。
所述缓冲保护电路如图1所示，其包括场效应管MOS1，场效应管MOS2，电感L1，电感L2，电阻R9，可调电阻R10，二极管D4，二极管D5，二极管D6，以及极性电容C3。
连接时，极性电容C3的正极顺次电感L1和电阻R9后与场效应管MOS1的栅极相连接，负极接地。可调电阻R10的一端与极性电容C3的负极相连接，另一端与场效应管MOS2的源极相连接后接地。二极管D6的P极与场效应管MOS2的源极相连接，N极与场效应管MOS2的栅极相连接。二极管D5的P极与场效应管MOS1的栅极相连接，N极经电感L2后与场效应管MOS2的源极相连接。二极管D4的N极与二极管D5的N极相连接，P极与电感L1与电阻R9的连接点相连接。
所述场效应管MOS1的漏极与场效应管MOS2的漏极相连接，所述场效应管MOS1的栅极与场效应管MOS2的栅极相连接；所述场效应管MOS1的漏极与控制芯片UCC管脚相连接；所述极性电容C3的正极作为缓冲保护电路的输入端。
本实施例中的场效应管MOS1和场效应管MOS2均优先采用了型号为TO-263的开关管来实现；电感L1采用了可变电感，其该电感L1的电感值设定为0～100μH，而电感L2与电感L1在电路中形成圆弧形反激电路，其电感L2＜电感L1＝50μH；电阻R9作为二极管D4和二极管D5的正向电阻，其阻值应＞1000kΩ＝10M，使二极管D4与二极管D5之间不会出现回路的现象，而可调电阻R10的阻值设定为100kΩ；二极管D4～D6则均采用了型号为1N4002的高频整流二极管；极性电容C3的容值设定为10μF。
该电路运行时，在输入电压过高时，电感L1开始充电，并释放电流，二极管D4上电流升高，二极管D4对电流进行整流并释放，应电感具有电流不变的特性，因此电感L2上的电流不会升高，场效应管MOS1的源极上的电平保持不变，场效应管MOS1导通。同时，在电感L1的充电下，极性电容C3的电平继续上升，当上升到一定时，二极管D6的极性反转电压耦合到二极管D5的P极上，足以使二极管D5导通，抑制了场效应管MOS2的源极上的电平上升，使场效应管MOS2的漏极上的电压达到稳压值而导通，因此缓冲保护电路能始终输出稳定的电压电流，从而确保了整个系统工作的稳定性。
实施时，所述的脉宽调制电路中的电阻R1、二极管D1、可调电阻R3和电容C1与控制芯片U的UCC管脚形成一个脉冲发生的充电回路，其该充电回路的充电时间为t0，其t0＝In2(R1+D1+R3)C，而因电阻R1为二极管D1的正向电阻，该电阻R1的阻值较小，使t0≈0.693(R1+R2)C。当电容C1完成充电后，其与可调电阻R4的连接端则为正极，该电容C1并与可调电阻R4电阻R2二极管D2形成放电会路，使控制芯片U内的放电管导通，而DIS管脚接地，因此所此时的放电时间为t1，其t1≈0.693(R4+R2)C。因此，控制芯片U的振荡周为T，其T＝t0+t1≈0.693(R3+R4+R1+R2)C＝0.693(R3+R1+R2)C。
所述的电阻R1为二极管D1的正向电阻，电阻R1＝电阻R2＝1kΩ；所述可调电阻R3＞电阻R1和电阻R2，且可调电阻R3＝10M，因此可得到脉冲占空比为D，其D＝t1÷T＝(R1+R3)÷(R4+R1+R2)。当R4＝0时，D＝R1/(R4+R1+R2)≈R1/R4＝0.01％；当R3＝0时，R3变成R4，此时的脉冲占空比为D＝R1+R4/(R4+R1+R2)＝99.99％。同时，可调电阻R3与可调电阻R4相配合后能实现对脉冲占空比的连续调节。
当可调电阻R3的调节端向左滑动时，脉冲占空比D减小，即正脉冲宽减小，控制芯片U输出的平均值变小，电动机减速；当可调电阻R3的调节端向右滑动时，脉冲占空比D增大，即正脉冲宽增大，控制芯片U输出的平均值变大，电动机加速。
其上述式中的R3为可调电阻R3，R4为可调电阻R4，R1为电阻R1，R2为电阻R2，C1为电容C1，D1为二极管D1，D2为二极管D2。
具体运行时，当控制芯片U的F管脚为1V的高平时，三集管Q1导通，三集管Q2的基极为低电平，也被导通，使直流电动机通电，电动机加速；同时，极性电容C2开始充电。当控制芯片U的F管脚为0V低电平时，三集管Q1截止，三集管Q2同时也截止，将直流电动机的电源切断，此时直流电动机靠贯性和极性电容C2的储能旋转，直流电动机减速。
如上所述，便可很好的实现本发明。

Claims (5)

1.一种具有缓冲保护功能的直流电动机调速系统，其特征在于，包括控制芯片U，分别与控制芯片U的UCC管脚和DIS管脚以及T管脚相连接的脉宽调制电路，与控制芯片U的UCC管脚相连接的缓冲保护电路，以及分别与控制芯片U的R管脚和F管脚以及GND管脚相连接的三集管驱动电路；所述控制芯片U的GND管脚接地；所述缓冲保护电路包括场效应管MOS1，场效应管MOS2，正极顺次电感L1和电阻R9后与场效应管MOS1的栅极相连接、负极接地的极性电容C3，一端与极性电容C3的负极相连接、另一端与场效应管MOS2的源极相连接后接地的可调电阻R10，P极与场效应管MOS2的源极相连接、N极与场效应管MOS2的栅极相连接的二极管D6，P极与场效应管MOS1的栅极相连接、N极经电感L2后与场效应管MOS2的源极相连接的二极管D5，以及N极与二极管D5的N极相连接、P极与电感L1与电阻R9的连接点相连接的二极管D4；所述场效应管MOS1的漏极与场效应管MOS2的漏极相连接，所述场效应管MOS1的栅极与场效应管MOS2的栅极相连接；所述场效应管MOS1的漏极与控制芯片UCC管脚相连接；所述极性电容C3的正极作为缓冲保护电路的输入端。
2.根据权利要求1所述的一种具有缓冲保护功能的直流电动机调速系统，其特征在于：所述脉宽调制电路包括一端与控制芯片U的UCC管脚相连接、另一端与控制芯片U的DIS管脚相连接的电阻R1，N极经电阻R2后与控制芯片U的DIS管脚相连接、P极接地的二极管D2，P极与控制芯片U的DIS管脚相连接、N极经可调电阻R3后与二极管D2的P极相连接的二极管D1，以及其中一端经可调电阻R4后与可调电阻R3的调节端相连接、另一端接地的电容C1；所述控制芯片U的T管脚与可调电阻R4的调节端相连接。
3.根据权利要求2所述的一种具有缓冲保护功能的直流电动机调速系统，其特征在于：所述三集管驱动电路包括三集管Q1，三集管Q2，一端与三集管Q2的基极相连接、另一端与控制芯片U的F管脚相连接的电阻R5，P极与控制芯片U的F管脚相连接、N极经电阻R6后与三集管Q2的发射极相连接的二极管D3，正极与三集管Q1的集电极相连接、负极与二极管D3的N极相连接的极性电容C2，以及一端与极性电容C2的负极相连接、另一端与控制芯片U的GND管脚相连接的电阻R7；所述三集管Q1的发射极与控制芯片U的R管脚相连接，该三集管Q1的基极与三集管Q2的集电极相连接；所述二极管D3的N极接地；所述三集管Q1的集电极与控制芯片U的GND管脚共同形成三集管驱动电路的输出端。
4.根据权利要求3所述的一种具有缓冲保护功能的直流电动机调速系统，其特征在于：所述电阻R1为二极管D1的正向电阻，该电阻R1＝电阻R2＝1kΩ；所述可调电阻R3＞电阻R1和电阻R2，且可调电阻R3＝10M。
5.根据权利要求4所述的一种具有缓冲保护功能的直流电动机调速系统，其特征在于：所述控制芯片U为NE555集成芯片。
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