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直流电机调速器_PWM原理分析

直流电动机脉宽调制(PWM)控制器UC3637用于控制开环或闭环直流电动机

速度或位置，其内部产生1路模拟误差电压信号，并输出2路PWM脉冲信号，这

2路PWM脉冲信号与误差电压信号的幅值成正比，并与其极性相关，因此构成双

向调速系统，实现PWM双输出，驱动电流能力为100mA，该器件还具有限流保护、

欠电压封锁及温度补偿等特点。而驱动集成电路IR2110对PWM信号具有自举功

能。有2路完全独立的高保真输入输出通道，且这2路通道具有开通慢、关断快

的防桥臂直通的互锁功能，可使电路可靠工作。这里采用UC3637和IR2110设计

一种直流电动机PWM开环控制电路，并与计算机控制系统相结合，实现对某种舵

系统直流电动机的控制，进而验证该电路的正确性。

2PWM开环控制电路

该电路设计控制系统的目标是在计算机不同的给定信号下，电动机可快速达

到指定位置，以满足系统性能要求。控制原理框图如图1所示。被控直流电动机

M的转速由测速发电机G测得，测速发电机所测得的转速信号经A/D转换后的数

字信号在计算机中与给定信号相比较，再经计算后输出数字控制信号，经D/A

转换变为模拟信号送至UC3637的脉宽信号产生电路，从而实现对直流电动机的

速度控制。

图2为基于UC3637的直流电动机PWM控制电路，该电路分为4部分：脉宽

信号产生电路、自举驱动电路、主电路、保护电路。

该电路产生5～10V的阈值电压，分别将U2=10V接引脚1，U1=5V接引脚

3，这样三角波就在5~10V内变化，即电容CT连接的引脚2电压在5~10V内变

化。UK是从计算机输出经数模转换得到的电压，其范围为-10～+lOV，而UC36

37需要5～10V的控制电压接引脚9和11，控制输出端的占空比。利用R2~R5

对控制电压UK进行电平转换，令R2=10kΩ、R3=18kΩ、R5=20kΩ，当UK=-1

0V时，应有UR=5V，由电路分流可以获得：

代入数据解得，R4=2kΩ。

为避免工作过程中发生直通短路现象，应在UC3637的输出端引脚4和引脚

7后各接一个RC延时电路，设需延时时间r=5μs，延时电路中所用电阻R6取5

Ω，由公式可得：

这样双路互补PWM脉冲信号在上升沿有几个微秒的延时，在下降沿无延时，

与IR2110内部上下路信号设置的延时相结合，可确保“H”μF的电容，以滤除

交流杂波的干扰。

2.2自举驱动电路

该电路使用2个IR2110，这两个IR2110由4个MOS管组成的“H”μμF

的陶瓷电容和一只1μF的钽电容并联，而逻辑电源VDD上用一只0.1斗F的陶

瓷电容即可，即电容C4、C5分别为1μμF。在具体布线时，IR2110是逻辑部分

和功率变换部分的接口，逻辑信号地线和主功率电源的地线应合理布局，使负载

回路的引线尽可能短，以减少回路电感，同时还要避免因布线而引起的负载电流

在信号回路中流动产生的共模干扰。

2.3主电路

直流电动机的转速通过测速发电机测得，当被控直流电动机的转速小于给定

转速时，计算机经D/A转换器输出控制电压UK，再经R2~R5电平转换成UR输入

至引脚9和引脚11，使引脚4导通。引脚4的导通信号经RC延时电路传输至I

R2110(1)的引脚10和IR2110(2)的引脚12，分别使上通道引脚10和下通道引脚

12导通。这时2片IR2110间的“H”桥电路中的VF1、VF2被触发导通，电路给

电动机提供正向的电流，电动机升速。当被控直流电动机的转速大于给定转速时，

UR使UC3637中的引脚7导通，引脚7的导通信号经RC延时电路传输至IR2110

(1)的引脚12和IR2110(2)的引脚10，分别使下通道引脚12和上通道引脚1O

导通。这时“H”桥电路中的VF4、VF3被触发导通，流过电动机的电流反向，电

动机降速。在控制电路输出的上、下通道输入信号的作用下，VF1、VF2和VF4、

VF3交替轮流导通，实现直流电动机的调速。由于IR2110内部的驱动阻抗很小，

直接用其驱动“H”桥中的MOSFET器件会引起快速开关，可能造成MOSFET漏源

间电压振荡，从而损坏MOS管。所有，应在I