有刷直流電機(jī)可編程調(diào)速器的設(shè)計(jì)

出處：維庫(kù)電子市場(chǎng)網(wǎng) 發(fā)布于：2023-08-09 17:01:33 | 772 次閱讀

該調(diào)節(jié)器不受溫度、電壓或電機(jī)負(fù)載變化的影響。此外，該電路不受電機(jī)線圈電阻的影響，允許在同一應(yīng)用中使用多個(gè)電機(jī)，而無需進(jìn)行修改。
上述電路是專門為采用低功率有刷直流電機(jī)并需要穩(wěn)定的電機(jī)速度和最小噪聲的設(shè)備而設(shè)計(jì)的。可以通過I 2 C接口修改電機(jī)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(jì)不需要反饋傳感器，因?yàn)殡姍C(jī)本身充當(dāng)傳感器。電機(jī)線圈電阻會(huì)影響其他更傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)（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(duì)噪聲極其敏感。因此任何基于 PWM 的電機(jī)控制器都是不合適的。

圖 1：帶有電流傳感器的傳統(tǒng)直流電機(jī)速度控制器

圖2：基于TDA7275A的傳統(tǒng)直流電機(jī)速度控制器
當(dāng)電刷從一個(gè)線圈切換到另一個(gè)線圈時(shí)，每個(gè)有刷直流電機(jī)都會(huì)產(chǎn)生干擾。這被認(rèn)為是此類電機(jī)的最大缺點(diǎn)之一。如果未經(jīng)過濾，它可能會(huì)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(jī)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(jì)的情況下，小的剩余干擾用于確定電機(jī)速度。在大多數(shù)情況下，廉價(jià)、低電壓、低功率的有刷直流電機(jī)具有三個(gè)動(dòng)圈。它們中的每一個(gè)都會(huì)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(duì)尖峰進(jìn)行計(jì)數(shù)，不僅可以確定速度，還可以通過自動(dòng)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(shí)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(jī)可編程調(diào)速器原理圖
設(shè)計(jì)運(yùn)營(yíng)
如前所述，本設(shè)計(jì)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(gè)微型 3 × 3mm STQFN-24 封裝中。
要了解其工作原理，請(qǐng)參見圖 4 中的簡(jiǎn)化原理圖。

圖4：簡(jiǎn)化示意圖
模擬部分是一個(gè)簡(jiǎn)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(zhǔn)，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(cè)來自電機(jī)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(jìn)入計(jì)數(shù)器，該計(jì)數(shù)器被設(shè)置為頻率檢測(cè)模式，其中尖峰頻率與來自振蕩器的參考頻率進(jìn)行比較。
當(dāng)設(shè)備上電時(shí)，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(yùn)放和 P-FET 構(gòu)建的電流放大器（電壓調(diào)節(jié)器）到達(dá)電機(jī)。它開始旋轉(zhuǎn)并產(chǎn)生尖峰。每檢測(cè)到一個(gè)尖峰，數(shù)字電位器電阻就會(huì)增加 1 位，從而緩慢增加電機(jī)電壓。結(jié)果，電機(jī)速度將上升，直到尖峰頻率與參考頻率匹配。當(dāng)出現(xiàn)這種情況時(shí)，計(jì)數(shù)器將向電位計(jì)發(fā)出信號(hào)，使其電阻在每次尖峰時(shí)減少 1 位。電壓將隨著電機(jī)速度下降。計(jì)數(shù)器將檢測(cè)頻率下降并向電位器發(fā)出信號(hào)以增加其電阻，然后循環(huán)繼續(xù)。
換句話說，當(dāng)尖峰頻率低于參考頻率時(shí)，電機(jī)上的電壓升高，反之亦然。一旦電機(jī)速度穩(wěn)定，電位器將上下一級(jí)（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(jī)速度，但由于慣性，可能需要 ±50 LSB。電機(jī)負(fù)載越重，穩(wěn)定速度所需的 LSB 就越多。

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