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摘要 本文主要介绍一种利用继电器来驱动电机,实现前级与后级之间双重电气隔离的大电流电机驱动的设计。该文主要侧重于利用三极管、光耦、继电器的组合来实现电机的驱动,针对电机正常工作与滞转时的大电流和冲击电流而设计的驱动电路。利用了继电器的电气隔离、光耦的电气隔离来达到双重隔离的效果。
关键词 继电器;光耦;三极管;电机驱动
中图分类号 TM5 文献标识码 A 文章编号 1674-6708(2010)18-0041-02
0 引言
电机一直以来都作为控制方面不可缺少的部分,对驱动电机的方法也是不断研究的重要课题。本文针对电机运转初期、运转过程以及运转结束时的瞬间冲击电流来分析问题。目前,市场上有不少的大电流电机驱动芯片,如L298、BTS7960、VNH3SP30、SLA7078M等,对于驱动继电器也有光耦、三极管、达林顿ULN2803等许多方案。在此,本文仅针对光耦加三极管来驱动继电器的设计进行分析。并对实践中遇到的问题提出了部分个人的见解。
1 系统设计
总体的设计思路为由高低电平驱动光耦,由光耦驱动继电器,继电器控制电机供电的通与断。第一级、第二级均为小电流,第三级为大电流,通过光耦与继电器实现对三部分的有效隔离,这样各级的电流在各级的内部流动不会影响其他级的工作。在电机正常工作与滞转时第三级能承受很大的工作电路与冲击电流,实现了以小电流控制大电流并进行电气隔离的效果。系统设计框图如图1。
2 硬件设计
方案设计:
三极管的接法有射随接法和集电极接法,由于射随接法发射极上电压会被继电器吸走,射随接法只能接低阻抗负载,故采用集电极驱动方式,如图2。该方案在运用中必须注意导线的线宽,通过实践证明该方案在大电流环境下工作稳定。
方案优化:
为了提高电路的反应速度,可在继电器一端串联RC电路,如图3。在电路闭合时,继电器的线圈由于自感会产生反向电动势阻碍线圈中电流的增大,从而延长了继电器吸合的时间,串联上RC电路后在电路闭合的瞬间,电容C两端电压不能突变即可视为短路,这样就将比继电器线圈额定工作电压高的电压加到了线圈上,从而加快了线圈中电流增大的速度,使继电器迅速吸合。电源稳定之后电容C不起作用,电阻R起限流作用,即缩短了继电器的吸合时间,提高了电路的反应速度。
3 器件作用分析
二极管D1_5、D1_6: 反向续流,抑制浪涌。当继电器断开后具有反向的感应电动势,
反向二极管在此与继电器线圈构成回路,吸收释放反向电动势形成的高电压脉冲。
发光二极管D1_1~D1_4:显示光耦TPL521与继电器的是否工作,起方便调试与正常工
作显示的作用。
电阻R1_1、R1_2:限流电阻。
电阻R1_3、R1_4:防止P1_+、P1_-初始化完成之前的高阻状态使继电器误闭合。
电阻R1_5、R1_6:为三极管提供偏置。
电阻R1_7、R1_8:一是保护三极管PNP8550,二是与R1_5、R1_6构成三极管的偏置。
电阻R1_9、R1_10:发光二极管限流电阻。
光耦U1_1、U1_2:为TPL521,起电气隔离与驱动三极管作用。
三极管PNP8550:驱动继电器。
继电器:驱动电机,并隔离电机启动与滞转时的大电流及回流。
4 结论
本文介绍了基于继电器的大电流电机驱动的设计,在电子设备以及电力系统中继电器的电气隔离作用应用十分广泛。小电流通过线圈,产生磁场,这个磁场使得控制大电流的开关吸合,实际上就是一种用小电流来控制大电流的开关,在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用,从而使得人们能够安全的超控大电流大电压设备。而在此正是运用了继电器的这种隔离特性,使得电机在突况下产生的大电流不会影响前级的控制电路,并用光耦增加了输入驱动信号的驱动能力。这种采用电气隔离设计的电机驱动在大电流的承受能力与稳定性上都占有很大的优势。
参考文献
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