脈沖寬度和波形調(diào)制

有許多不同的方法可以控制直流電機的速度，但一種非常簡單易用的方法是使用脈沖寬度調(diào)制。

但是在我們開始查看輸入和輸出之前脈沖寬度調(diào)制我們需要更多地了解直流電機的工作原理。

在步進電機旁邊，永磁直流電機（PMDC）是最常用的小型直流電機可以輕松控制的連續(xù)轉(zhuǎn)速。適用于各種應(yīng)用的小型直流電機需要進行速度控制，例如小型玩具，模型，機器人和其他類似的電子電路。

直流電機基本上由兩部分組成，即電機的固定體稱為“定子”，內(nèi)部旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生稱為“轉(zhuǎn)子”的運動。對于直流電機，轉(zhuǎn)子通常被稱為“電樞”。

通常在小型輕型直流電機中，定子由一對固定的永磁體組成，在電機內(nèi)部產(chǎn)生均勻且靜止的磁通量，從而提供這些類型電動機的名稱為“永磁直流”（PMDC）電動機。

電動機電樞由單個電氣線圈組成，這些電氣線圈圍繞其金屬體以圓形結(jié)構(gòu)連接在一起，產(chǎn)生一個北極然后一個南極然后是北極等類型的現(xiàn)場系統(tǒng)配置。

在這些轉(zhuǎn)子線圈內(nèi)流動的電流產(chǎn)生必要的電磁場。由電樞繞組產(chǎn)生的圓形磁場在電樞周圍產(chǎn)生北極和南極，它們被定子的永磁體排斥或吸引，產(chǎn)生圍繞電動機中心軸的旋轉(zhuǎn)運動，如圖所示。

2極永磁電機

>

當(dāng)電樞旋轉(zhuǎn)時，電流從電機端子傳遞到下一組電樞通過位于換向器周圍的碳刷繞組產(chǎn)生另一個磁場，每次電樞旋轉(zhuǎn)時，一組新的電樞繞組通電，迫使電樞越來越多地旋轉(zhuǎn)等等。

所以旋轉(zhuǎn)速度直流電動機取決于兩個磁場之間的相互作用，一個由定子的固定永磁體設(shè)置，另一個由電樞旋轉(zhuǎn)電磁鐵，通過控制這種相互作用，我們可以控制旋轉(zhuǎn)速度。

定子產(chǎn)生的磁場永久磁鐵是固定的，因此無法改變，但如果我們通過控制流過繞組的電流來改變電樞電磁場的強度，將產(chǎn)生或多或少的磁通量，從而產(chǎn)生更強或更弱的相互作用，因此更快或更慢的速度。

然后直流電機的轉(zhuǎn)速（ N ）與反電動勢成比例（ V b ）電機除以磁通量（永磁體為常數(shù)）乘以機電常數(shù)，取決于電樞繞組的性質(zhì)（ K e ）給我們方程：NαV/ K e Φ。

那么我們?nèi)绾慰刂仆ㄟ^電機的電流。很多人試圖使用與電機串聯(lián)的大型可變電阻器（變阻器）來控制直流電機的速度，如圖所示。

雖然這可能有效，但與Scalextric老虎機賽車一樣，它在阻力中產(chǎn)生大量的熱量和浪費的能量。控制電機速度的一種簡單易行的方法是調(diào)節(jié)其端子上的電壓量，這可以通過“脈沖寬度調(diào)制”或PWM來實現(xiàn)。

顧名思義，脈沖寬度調(diào)制速度控制的工作原理是通過一系列“ON-OFF”脈沖驅(qū)動電機并改變占空比，輸出電壓為“ON”的時間與“OFF”時相比。在保持頻率恒定的情況下，可以控制脈沖。

可以通過改變這些施加脈沖的寬度來控制施加到電動機的功率，從而改變施加到電動機端子的平均DC電壓。通過改變或調(diào)制這些脈沖的定時，可以控制電動機的速度，即，脈沖“ON”越長，電動機旋轉(zhuǎn)得越快，同樣，脈沖“ON”越短，電動機越慢。會旋轉(zhuǎn)。

換句話說，脈沖寬度越寬，施加到電機端子的平均電壓越大，電樞繞組內(nèi)的磁通量越強，電機旋轉(zhuǎn)的速度就越快，這就顯示出來了。下面。

脈沖寬度調(diào)制波形

使用脈沖寬度調(diào)制來控制小型電機具有優(yōu)勢因為晶體管完全“接通”或完全“斷開”，所以開關(guān)晶體管中的功率損耗很小。因此，開關(guān)晶體管的功耗大大降低，使其具有線性控制，從而提高了速度穩(wěn)定性。

電機電壓幅度也保持不變，因此電機始終處于全強度狀態(tài)。結(jié)果是電機可以更慢地旋轉(zhuǎn)而不會停轉(zhuǎn)。那么我們?nèi)绾萎a(chǎn)生脈沖寬度調(diào)制信號來控制電機。輕松，使用Astable 555振蕩器電路，如下所示。

這個簡單的電路基于熟悉的NE555或7555定時器芯片用于以固定頻率輸出產(chǎn)生所需的脈沖寬度調(diào)制信號。定時電容 C 通過流經(jīng)時序網(wǎng)絡(luò) R A 和 R B 正如我們在555定時器教程中所看到的那樣。

555引腳3的輸出信號等于將晶體管完全“接通”的電源電壓。 C 充電或放電所需的時間取決于 R A ， R B 的值。

電容器通過網(wǎng)絡(luò) R A 充電，但轉(zhuǎn)向電阻網(wǎng)絡(luò) R B 并通過二極管 D 1 。一旦電容器充電，它立即通過二極管 D 2 和網(wǎng)絡(luò) R B 放電到引腳7.在放電過程中，引腳3的輸出為0 V，晶體管切換為“OFF”。

然后電容器需要一段時間， C 通過一個完整的充放電循環(huán)取決于 R A ， R B 和 C 時間 T 一個完整周期給出如下：

時間， T H ，其中輸出為“ON”為： T H = 0.693（R A ）。C

時間， T L ，輸出為“OFF”為： T L = 0.693（R B ）.C

總“ON” - “關(guān)閉”循環(huán)時間給定為： T = T H + T L 輸出頻率?= 1 / T

顯示組件值時，使用6.0V電源，可以將波形的占空比從大約8.3％（0.5V）調(diào)節(jié)到大約91.7％（5.5V）。 Astable頻率恒定在256 Hz左右，電機以此速率“ON”和“OFF”。

電阻 R 1 加上電位計的“頂部”部分 VR 1 表示 R A 的電阻網(wǎng)絡(luò)。而電位器的“底部”加上 R 2 表示 R B 的電阻網(wǎng)絡(luò)。

可以更改這些值以適應(yīng)不同的應(yīng)用和直流電機，但是如果555 Astable電路在最低幾百赫茲的速度下運行得足夠快，那么電機的旋轉(zhuǎn)應(yīng)該沒有急動。

二極管 D 3 是我們最喜歡的飛輪二極管，用于保護電子電路免受電機的感應(yīng)負(fù)載。此外，如果電機負(fù)載較高，則在開關(guān)晶體管或MOSFET上放置一個散熱器。

脈沖寬度調(diào)制是一種控制輸送到負(fù)載的功率而不會耗散的好方法任何浪費的力量。上述電路還可用于控制風(fēng)扇的速度或調(diào)暗DC燈或LED的亮度。如果您需要對其進行控制，請使用脈沖寬度調(diào)制進行控制。