单电源放大电路分析
本文提出了一种用于驱动微型永磁同步电机的单电源供电放大电路,并将其与双电源供电放大电路进行了比较,分析了电路并给出了电路设计方法。文中还给出了PSPICE仿真波形以及实验波形,结果表明电路能正常工作。
1. 引言
永磁同步伺服电动机主要由转子和定子两大部分组成。在转子上装有特殊形状的永磁体,用以产生恒定磁场。转子上的永磁材料可以采用铁氧体或稀土永磁材料。高性能而价格适宜的永磁材料,为提高电动机的伺服性能和实用化提供了条件。由于转子上没有励磁绕组,由永磁体产生磁场,因此不需要引入励磁电流,电机内部的发热只取决电枢电流。
2. 线性放大电路结构特点分析
线性放大主电路具有输出波形谐波含量低、电磁兼容性好等优点,特别是在微小功率(≤100W)的电机驱动中有较大的优势。考虑到驱动伺服系统的转速精确度及电磁兼容性的要求,所以我们采用线性放大器主电路并加以合理设计的滤波电路,使系统的电磁兼容性满足要求。
线性放大电路的示意图如图1所示,其中Ig*表示电流的给定量,If表示电流的反馈,两者相减之后通过电流调节器,再经过功率放大电路直接加在电机的定子上。线性放大主电路包含两部分,一部分是电流闭环调节,包括电流采样和电流调节器。另外一部分是功率放大,两部分都是用硬件来实现的。
电流调节器一般采用P调节。由于采用硬件来实现,电流环的响应很快,和速度环和位置环的时间常数相比电流环的响应时间基本上可以忽略,这简化了我们后面的控制环路的分析。功率放大部分用来放大电流信号,放大倍数要根据实际系统的要求来选取。
功率放大电路一般用功率运算放大器来实现,功率运算放大器要根据电压、电流、封装、功耗等的要求来选取。目前市场上有很多种功率运算放大器可供选择,如TI(如OPA548、OPA549)、Apex(如PA92、PA94)等的产品。
2.1 双电源供电时电路结构特点
如果功率放大部分采用的是双电源供电,电流可以直接通过采样电阻得到,电路的接线方法如图2所示。定子A相定子B相定子C相线性放大主电路控制电路永磁同步电机定子ABCXYZ共地取样电阻图2放大电路双电源供电时的接线方法
此时控制电路、线性放大主电路和电机都是共地的。电机定子绕组要引出六根线,分别为A、X、B、Y、C、Z,定子三相绕组最后接成星型,中性点需要引出来和控制和驱动电路的地接到一起。
放大电路原理图如图3所示,我们可以把这个电路看作两级组成。电路的第一级为电流采样,第二级为电流调节器和放大电路。第一级的放大倍数由采样电阻R3以及R2和R1的比值确定,第二级的放大倍数由电阻R5和R6、R7的比值确定。
在设计单电源供电放大电路时,我们需要考虑到电磁兼容性和转速精确度的要求,从而选择合适的电路结构和元件。同时,我们还需要通过 PSPICE 仿真和实验来验证电路的可行性和性能。
本文提出了一种用于驱动微型永磁同步电机的单电源供电放大电路,并对其进行了详细的分析和比较。该电路具有输出波形谐波含量低、电磁兼容性好等优点,特别是在微小功率(≤100W)的电机驱动中有较大的优势。