摘要：為了實現(xiàn)水下自主式機器人的控制，設計了一種基于IPM模塊的舵機控制電路。該電路將舵機控制信號與舵機位置反饋信號比較獲得的直流偏置電壓信號作為脈寬調(diào)制芯片UC1637的輸入信號。UC1637根據(jù)輸入直流偏置電壓信號的變化輸出不同占空比的PWM信號驅(qū)動IPM模塊內(nèi)部不同IGBT的通斷，從而實現(xiàn)舵機的控制。該電路將IPM模塊和脈寬調(diào)制芯片UC1637用于舵機控制，使該電路具有成本低廉和容易實現(xiàn)的優(yōu)點。實驗結果表明，該控制電路運行穩(wěn)定，控制精度高，有很強的應用推廣價值。
關鍵詞：IPM模塊；舵機；脈寬調(diào)制；PWM
0 引言
絕緣柵雙級型晶體管IGBT是一種由雙級型晶體管與MOSFET組和的器件，它既有MOSFET的柵極電壓控制快速開關特性，又具有雙級型晶體管大電流處理能力和低飽和壓降的特點。IPM模塊與IGBT模塊相比，具有如下特點：內(nèi)置驅(qū)動電路、過流保護、短路保護、控制電源欠壓保護、過熱保護及外部輸出的警報。本文將日本三菱公司的IPM模塊PM25RLA120和美國TI公司的電機控制芯片UC1637用于電動舵機控制。
1 設計原理
舵機控制原理框圖如圖1所示。
舵機是一種位置伺服的驅(qū)動器，其工作原理是：控制信號與舵機位置反饋信號比較，獲得直流偏置電壓，偏置電壓進入信號調(diào)制芯片產(chǎn)生一個比較電平，經(jīng)過PWM控制芯片UC1637后，輸出一定占空比的PWM信號，用來驅(qū)動IPM電路中IGBT的通斷，從而實現(xiàn)電動舵機位置的控制。
2 舵機控制系統(tǒng)電路
2．1 以UC1637為核心的控制電路
UC1637是TI公司針對直流電機控制設計的芯片，該芯片用來代替通常的驅(qū)動電路，內(nèi)含三角波發(fā)生器、誤差放大器、脈寬調(diào)制器、欠壓保護、過流保護電路，提高了電機控制電路的集成度和系統(tǒng)的可靠性。舵機控制電路接收控制計算機發(fā)送的操舵信號，與舵機反饋信號比較，校正放大處理后，與一定頻率幅值的三角波信號比較后的信號輸入UC1637，在芯片內(nèi)產(chǎn)生一個模擬誤差電壓信號，輸出二路不同極性的PWM控制信號，達到控制舵機打出不同舵角的目的。UC1637控制電路如圖2所示，MC2為三角波輸出信號，M12為UC1637輸入控制信號，A02，B02為輸出控制信號，兩路控制信號經(jīng)過光電隔離后控制IPM模塊不同的回路的通斷控制舵機工作。
2．2 IPM模塊驅(qū)動電路
IPM模塊驅(qū)動電路是IPM模塊內(nèi)部電路和控制電路間的接口。良好的外部驅(qū)動電路對以IPM模塊構成的系統(tǒng)運行效率、可靠性和安全性都有重要意義。器件本身含有驅(qū)動電路。所以只要提供滿足驅(qū)動功率要求的PWM信號、驅(qū)動電路電源和防止干擾的電氣隔離裝置即可。IPM模塊PM25RLA120的外圍驅(qū)動電路如圖3所示。
M25RLA120需要4路不共地的+15 V電源，M57140是三菱公司為其IPM系列產(chǎn)品專門配置的電壓轉(zhuǎn)換模塊，為IPM模塊提供4路不共地的+15 V電源。UC1637輸出的PWM控制信號A02，B02經(jīng)高速光耦HCPL-0466送到IPM模塊的輸入端，6路輸入信號的電路結構均相同，這里控制的舵機為有要直流電機，因此圖中只畫出其中的4路輸入信號，高速光耦起到電氣隔離IPM與外部電路的作用。
3 結語
實際運行和調(diào)試結果表明，基于IPM模塊的舵機控制電路具有集成度高、響應速度快、驅(qū)動能力強等優(yōu)點，極大地提高舵機控制電路的可靠性并縮小控制系統(tǒng)的體積，降低產(chǎn)品成本，有著良好的應用前景。
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