有刷直流電機可編程調(diào)速器的設(shè)計
出處：維庫電子市場網(wǎng) 發(fā)布于：2023-08-09 17:01:33 | 908 次閱讀
該調(diào)節(jié)器不受溫度、電壓或電機負載變化的影響。此外，該電路不受電機線圈電阻的影響，允許在同一應(yīng)用中使用多個電機，而無需進行修改。
上述電路是專門為采用低功率有刷直流電機并需要穩(wěn)定的電機速度和最小噪聲的設(shè)備而設(shè)計的?？梢酝ㄟ^I 2 C接口修改電機速度，但它是預(yù)先編程的，安裝后不需要微調(diào)。
圖2：基于TDA7275A的傳統(tǒng)直流電機速度控制器
當電刷從一個線圈切換到另一個線圈時，每個有刷直流電機都會產(chǎn)生干擾。這被認為是此類電機的最大缺點之一。如果未經(jīng)過濾，它可能會中斷由同一電源供電或位于附近的電路的正常工作。雖然可以使用與電機并聯(lián)的電容器（在某些情況下，串聯(lián)鐵氧體線圈）將干擾濾除到可接受的水平，但不可能完全消除它。
在本文檔中描述的設(shè)計的情況下，小的剩余干擾用于確定電機速度。在大多數(shù)情況下，廉價、低電壓、低功率的有刷直流電機具有三個動圈。它們中的每一個都會以尖峰的形式產(chǎn)生干擾；因此，尖峰的頻率是轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)數(shù)的 3 倍。因此，通過對尖峰進行計數(shù)，不僅可以確定速度，還可以通過自動調(diào)整到預(yù)編程值來控制速度。所有這些以及更多功能都可以通過使用SLG47004來實現(xiàn)，SLG47004 是一款僅具有基本外部組件的多功能可編程混合 IC。示意圖見圖3。
圖3：有刷直流電機可編程調(diào)速器原理圖
設(shè)計運營
如前所述，本設(shè)計中僅使用了一顆芯片。SLG47004 IC 將所有必要的模擬和數(shù)字宏單元組合在一個微型 3 × 3mm STQFN-24 封裝中。
要了解其工作原理，請參見圖 4 中的簡化原理圖。
圖4：簡化示意圖
模擬部分是一個簡單的電壓調(diào)節(jié)器，輸出端帶有功率 P 溝道 MOSFET。但它沒有電壓基準，而是由設(shè)備的數(shù)字部分控制的數(shù)字電位器。
數(shù)字部分由 ACMP 組成，它檢測來自電機電刷的小尖峰。電容器 C2 阻斷直流電壓，但允許尖峰通過。放大到 V DD電平后，它們進入計數(shù)器，該計數(shù)器被設(shè)置為頻率檢測模式，其中尖峰頻率與來自振蕩器的參考頻率進行比較。
當設(shè)備上電時，數(shù)字電位器的阻值是預(yù)設(shè)的，因此一些小電壓通過運放和 P-FET 構(gòu)建的電流放大器（電壓調(diào)節(jié)器）到達電機。它開始旋轉(zhuǎn)并產(chǎn)生尖峰。每檢測到一個尖峰，數(shù)字電位器電阻就會增加 1 位，從而緩慢增加電機電壓。結(jié)果，電機速度將上升，直到尖峰頻率與參考頻率匹配。當出現(xiàn)這種情況時，計數(shù)器將向電位計發(fā)出信號，使其電阻在每次尖峰時減少 1 位。電壓將隨著電機速度下降。計數(shù)器將檢測頻率下降并向電位器發(fā)出信號以增加其電阻，然后循環(huán)繼續(xù)。
換句話說，當尖峰頻率低于參考頻率時，電機上的電壓升高，反之亦然。一旦電機速度穩(wěn)定，電位器將上下一級（1 LSB），使速度穩(wěn)定在±1 LSB內(nèi)。理想情況下，需要 ±1 LSB 來穩(wěn)定電機速度，但由于慣性，可能需要 ±50 LSB。電機負載越重，穩(wěn)定速度所需的 LSB 就越多。
上述電路是專門為采用低功率有刷直流電機并需要穩(wěn)定的電機速度和最小噪聲的設(shè)備而設(shè)計的?？梢酝ㄟ^I 2 C接口修改電機速度，但它是預(yù)先編程的，安裝后不需要微調(diào)。
與圖 1 所示的傳統(tǒng)電路不同，該設(shè)計不需要反饋傳感器，因為電機本身充當傳感器。電機線圈電阻會影響其他更傳統(tǒng)的設(shè)計（參見圖 2）。兩者都需要后期剪輯。某些應(yīng)用程序（例如音頻應(yīng)用程序）對噪聲極其敏感。因此任何基于 PWM 的電機控制器都是不合適的。
圖2：基于TDA7275A的傳統(tǒng)直流電機速度控制器當電刷從一個線圈切換到另一個線圈時，每個有刷直流電機都會產(chǎn)生干擾。這被認為是此類電機的最大缺點之一。如果未經(jīng)過濾，它可能會中斷由同一電源供電或位于附近的電路的正常工作。雖然可以使用與電機并聯(lián)的電容器（在某些情況下，串聯(lián)鐵氧體線圈）將干擾濾除到可接受的水平，但不可能完全消除它。
在本文檔中描述的設(shè)計的情況下，小的剩余干擾用于確定電機速度。在大多數(shù)情況下，廉價、低電壓、低功率的有刷直流電機具有三個動圈。它們中的每一個都會以尖峰的形式產(chǎn)生干擾；因此，尖峰的頻率是轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)數(shù)的 3 倍。因此，通過對尖峰進行計數(shù)，不僅可以確定速度，還可以通過自動調(diào)整到預(yù)編程值來控制速度。所有這些以及更多功能都可以通過使用SLG47004來實現(xiàn)，SLG47004 是一款僅具有基本外部組件的多功能可編程混合 IC。示意圖見圖3。
圖3：有刷直流電機可編程調(diào)速器原理圖設(shè)計運營
如前所述，本設(shè)計中僅使用了一顆芯片。SLG47004 IC 將所有必要的模擬和數(shù)字宏單元組合在一個微型 3 × 3mm STQFN-24 封裝中。
要了解其工作原理，請參見圖 4 中的簡化原理圖。
圖4：簡化示意圖模擬部分是一個簡單的電壓調(diào)節(jié)器，輸出端帶有功率 P 溝道 MOSFET。但它沒有電壓基準，而是由設(shè)備的數(shù)字部分控制的數(shù)字電位器。
數(shù)字部分由 ACMP 組成，它檢測來自電機電刷的小尖峰。電容器 C2 阻斷直流電壓，但允許尖峰通過。放大到 V DD電平后，它們進入計數(shù)器，該計數(shù)器被設(shè)置為頻率檢測模式，其中尖峰頻率與來自振蕩器的參考頻率進行比較。
當設(shè)備上電時，數(shù)字電位器的阻值是預(yù)設(shè)的，因此一些小電壓通過運放和 P-FET 構(gòu)建的電流放大器（電壓調(diào)節(jié)器）到達電機。它開始旋轉(zhuǎn)并產(chǎn)生尖峰。每檢測到一個尖峰，數(shù)字電位器電阻就會增加 1 位，從而緩慢增加電機電壓。結(jié)果，電機速度將上升，直到尖峰頻率與參考頻率匹配。當出現(xiàn)這種情況時，計數(shù)器將向電位計發(fā)出信號，使其電阻在每次尖峰時減少 1 位。電壓將隨著電機速度下降。計數(shù)器將檢測頻率下降并向電位器發(fā)出信號以增加其電阻，然后循環(huán)繼續(xù)。
換句話說，當尖峰頻率低于參考頻率時，電機上的電壓升高，反之亦然。一旦電機速度穩(wěn)定，電位器將上下一級（1 LSB），使速度穩(wěn)定在±1 LSB內(nèi)。理想情況下，需要 ±1 LSB 來穩(wěn)定電機速度，但由于慣性，可能需要 ±50 LSB。電機負載越重，穩(wěn)定速度所需的 LSB 就越多。
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