【專題6:mcu硬件電路設計】 之 【33.使用PWM波對馬達調速】

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1.PWM波等效電壓計算方法

  峯值/最大值*佔空比=實際電壓。
  使用佔空比爲25%的100V PWM波驅動馬達的轉速爲n1;使用佔空比爲100%的25V PWM波驅動馬達的轉速爲n2;則n1=n2。因此調速的關鍵就是調佔空比。

2.硬件實現佔空比可調的PWM波原理

(1)通過硬件生成一個三角波。
在這裏插入圖片描述
(2)通過硬件生成一個直流電壓量。
(3)將三角波和直流電壓量同時接在一個比較器的正負端,當三角波的幅值大於直流電壓量時,比較器輸出高;當三角波的幅值小於直流電壓量時,比較器輸出低;這樣一個PWM就在比較器的輸出端產生了。只要改變直流電壓量(比較器閾值)的大小,即可改變該PWM波的佔空比。
注:
(1)生成的PWM波的頻率和三角波頻率相同。
(2)直流電壓量可以通過電阻分壓來得到。

3.三角波的產生方法

3.1.原理分析

a點的充放電波形:
在這裏插入圖片描述
  電容的充電波形在開始的階段可以認爲就是一條斜率爲K的直線。將從V2開始充電到V1的充電波形和從V1開始放電到V2的放電波形組合在一起就是一個三角波。

注:
  三角波的斜率取決於電容充電速度,速度越快,斜率越陡,速度越慢,斜率越緩。當R是一個可變電阻時,就可以改變充電速度了,即改變三角波的斜率,即改變三角波的週期。

總結:
  當電容不變時,三角波的頻率/週期由充放電迴路中阻抗(電阻)所決定的。當電阻不變時,三角波的斜率/週期由電容的容值大小所決定。容值越大,頻率越小/週期越長。即三角波的頻率由電阻和電容決定。

3.2.三角波產生電路

在這裏插入圖片描述
分析:
  產生三角波的關鍵就是引腳2的閾值要發生改變;當充電到V1時開始放電,當放電到V2時開始充電。

思考:怎樣讓一個比較器有兩個閾值?

  (1)一開始,b點電壓比c點高,d輸出高,並開始給電容C3充電,而同時,b點的閾值爲:R5和R6串聯電阻爲R1(比較器輸出高電平是上拉電阻R5提供的,d點電壓是比+15V小的一個電壓,即迴路爲:+15V---->R5---->R6—>b端(比較器輸入端)),R1再和R7並聯得到R2,R2和R12對+15V進行分壓,此時R12上端的電壓就是比較器b端的閾值,假設爲V1。

  (2)當電容C3上端的電壓大於V1時(隨着充電的進行,Vc3在增大),比較器輸出低(地),此時電容C3開始放電,而同時,b點閾值爲:R6和R12並聯之後的阻值爲R3,R3再和R7串聯,然後對+15V進行分壓,此時R12上端的電壓就是比較器b端的閾值,假設爲V2。當電容C3上端的電壓又比V2低時,即b點電壓比c點高,又會重複上面的(1),然後再重複(2),這樣在a點處就會有一個三角波出現。
a點的波形如下圖:
在這裏插入圖片描述
注:
  三角波的上升部分和下降部分不一致,調節各電阻的阻值,即可使左右波形一樣。

3.3.三角波變爲PWM波

在這裏插入圖片描述
  若R10是可調電阻,則相當於佔空比可調。即只要直流電壓量比三角波的幅值電壓大,則比較器輸出爲高電平;如果直流電壓兩比三角波的幅值電壓小,則比較器輸出爲低電平。從而將三角波轉換爲了佔空比可調的PWM波。
在這裏插入圖片描述
注意:
  不是PWM通過了MOS管,而是PWM波可以控制MOS管的開通和關斷的時間長度,從而在MOS管的D極處也形成了一個PWM波。通過下面的方式即可使用一個開關來實現手動模式和自動模式的切換。
在這裏插入圖片描述

4.阻容濾波電路

在這裏插入圖片描述
  Vi可以調整得很快,有時需要Vout不要調得那麼快,就需要上面的電路。
  譬如Vi從0V上升到10V需要1s;則Vout從0V上升到10V可能需要(1*K)s;K是電容的充電係數,由電阻R和電容C決定。

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