24V-250w直流电机驱动器设计说明.doc
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2021-10-11
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传统的直流电机调速方法很多，如调压调速、弱磁调速等，它们存在着调速响应慢、
精度差、调速装置复杂等缺点。随着全控式电力电子器件技术的开展， 以大功率晶体管作
为开关器件的直流脉宽调制(PWM)调速系统已成为直流调速系统的主要开展方向。
为配套 24V 直流电机，设计了一种直流无刷电机驱动器。采用美国 Microchip 公
司的 PIC16F690 单片机作为控制器， MOSFET 为驱动元件， 配以相应的控制软件构成
控制系统。实践说明，整个系统的精度、快速性以与可靠性等指标都能满足实际需求。
1 PWM 直流调速原理
在 PWM 调速系统中，一般可以采用定宽调频、调宽调频、定频调宽 3 种方法改
变控制脉冲的占空比，但是前两种方法在调速时改变了控制脉宽的周期，从而引起控制脉
冲频率的改变， 当该频率与系统的固有频率接近时将会引起振荡。为防止之，设计采用定
频调宽改变占空比的方法来调节直流电动机电枢两端电压。
定频调宽法的根本原理是按一个固定频率来接通和断开电源，并根据需要改变一
个周期接通和断开的时间比(占空比)来改变直流电机电枢上电压的占空比，从而改变平均
电压，控制电机的转速。在 PWM 调速系统中，当电机通电时其速度增加，电机断电时其
速度减低。只要按照一定的规律改变通、断电的时间，即可控制电机转速。而且采用
PWM 技术构成的无级调速系统，启停时对直流系统无冲击， 并且具有启动功耗小、运行
稳定的优点。为了说明问题，现假定电机始终接通电源时，电机最大转速为 Vmax, 占空
比为 D = t /T, 那么电机的平均速度 Vd = D*Vmax, 由公式可知，当改变占空比 D =
t /T 时，就可以得到不同的电机平均速度 Vd,从而达到调速的目的。
在一般应用中，可将平均速度与占空比 D 近似地看成线性关系。
2 系统硬件设计
2.1 总体设计原理
系统要求电机能够按照设定值运转，并能实现正反转控制，根据直流电机的
PWM 控制要求，控制系统的硬件局部主要包括单片机控制电路、光电隔离电路、驱动电
路等几个局部，系统的硬件原理框图，如图 1 所示。控制信号送入 PIC 单片机模拟口，经
过处理后，输出 PWM 控制脉冲，为了提高系统的抗干扰性，在单片机控制电路和电机驱
动电路之间用光电耦合器( TLP521) 实现电气隔离， 隔离后的控制信号经电机驱动逻辑电
路产生电机逻辑控制信号， 分别控制 H 桥的上下臂，从而实现电机的正反转和调速的目的，
同时电机的转速能通过编码器反应给单片机， 实现速度的闭环控制。
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