脈寬調(diào)制功率放大器SA03在電機(jī)控制中的應(yīng)用

作者：中國(guó)兵器工業(yè)第203研究所 張亞師 來(lái)源：《國(guó)外電子元器件》 摘要：sa03是由美國(guó)apex公司生產(chǎn)的高性能脈寬調(diào)制功率放大器。文中介紹了sa03的基本特性和應(yīng)用注意事項(xiàng)，給出了sa03的直流電機(jī)雙環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中的應(yīng)用系統(tǒng)框圖。 關(guān)鍵詞：脈寬調(diào)制 濾波 旁路 控制 sa03 1 概述 脈寬調(diào)制功率放大器（pwm）通常工作在開(kāi)、關(guān)狀態(tài)，而且其功耗低、效率高、頻帶寬、線性好。在電機(jī)控制系統(tǒng)中，干摩擦是影響系統(tǒng)性能的一個(gè)主要因素，它一方面會(huì)造成系統(tǒng)靜態(tài)誤差，另一方面，在系統(tǒng)低速運(yùn)行時(shí)還會(huì)引起跳動(dòng)。在采用pwm控制時(shí)，電機(jī)一般處于微振狀態(tài)，這樣就起到了“動(dòng)力潤(rùn)滑”的作用，從而減小了摩擦力矩以及靜、動(dòng)摩擦力矩之差，因此，該微振是避免產(chǎn)生低速跳動(dòng)的重要途徑，有利于提高整個(gè)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能和低速運(yùn)行時(shí)的平穩(wěn)性。 sa03是由美國(guó)apex公司生產(chǎn)，由偉健電子有限公司代理的高性能脈寬調(diào)制功率放大器。它可為負(fù)載提供3000w功率。由于其內(nèi)部自帶45khz振蕩器，因而不需要外部元件。時(shí)鐘輸入級(jí)可將內(nèi)部振蕩頻率二分頻，從而提供22.5khz的基準(zhǔn)開(kāi)關(guān)頻率，也可以使用外部振蕩器來(lái)降低開(kāi)關(guān)頻率或同步多個(gè)放大器。h橋的每半邊都帶有電流傳感器，可用于給出幅值和方向信息。關(guān)斷端可關(guān)掉h橋的輸出驅(qū)動(dòng)器。利用高壓邊電流限制和可設(shè)定的低壓邊電流限制，除了可防止負(fù)載短路之外，還可防止放大器與電源或地短路。通過(guò)直接檢測(cè)基體溫度可防止h橋輸出mos場(chǎng)效應(yīng)管過(guò)熱。 sa03功能強(qiáng)大，使用一片sa03可取代原來(lái)大功率晶體管構(gòu)成的功率模塊形成整塊pwm放大器印制板。sa03的外形和引腳排列如圖1所示。 2 基本功能特性 圖2是sa03的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和外部基本連接電路。sa03的內(nèi)部時(shí)鐘頻率大約是45khz，一般情況下，clk out引腳直接連接到clk in引腳。時(shí)鐘進(jìn)入lck in后被二分頻并加到rc網(wǎng)絡(luò)上，從而在-pwm/ramp引腳產(chǎn)生三角波。外部時(shí)鐘信號(hào)可加在clk in引腳以同步多個(gè)放大器，如果頻率低于45khz，可在-pwm/ramp端外加一個(gè)電容，以使該端電路和內(nèi)部電容相并聯(lián)。但選擇該電容必須使得三角波振蕩具有4v的峰-峰值，且低邊幅值高于地電平3v以上。 在通過(guò)pwm輸入比較器使用全橋驅(qū)動(dòng)器時(shí)，如果+pwm>-pwm，那么，a out>b out。此時(shí)，產(chǎn)生pwm信號(hào)的運(yùn)行控制處理器能夠用參考于地的信號(hào)來(lái)驅(qū)動(dòng)這些管腳。 sa03內(nèi)含保護(hù)電路，因此，在任一輸出腳對(duì)地短路或器件溫度超限時(shí)，高壓邊限流電路都會(huì)將輸出晶體管封鎖，直到故障排除后再重新復(fù)位。 sa03有兩個(gè)負(fù)載電流取樣端i sense a和i sense b。采用電壓型控制時(shí)，這兩個(gè)端子應(yīng)短接。而采用電流型控制時(shí)，這兩個(gè)端子必須外接取樣電阻，取樣電阻應(yīng)選用無(wú)感電阻，圖2給出了這兩個(gè)端子在電流控制時(shí)的取樣電阻連接方法。 為sa03供電的電源應(yīng)當(dāng)有充裕的旁咱來(lái)保證其正確運(yùn)作，否則可能不穩(wěn)定并降低效率，而且在輸出端可能會(huì)有過(guò)多的振蕩。vs應(yīng)當(dāng)用至少1μf的陶瓷電容和另一個(gè)低esr的至少10μf的并聯(lián)電容來(lái)旁路。開(kāi)關(guān)應(yīng)用是選擇電容類(lèi)型唯一要考慮的。旁路電容應(yīng)當(dāng)直接連到電源供電端。連線較長(zhǎng)也將引起輸出端過(guò)多的振蕩。sa03對(duì)vcc電源旁路的要求雖然不是很荷刻，但最好用0.1μf～0.47μf的陶瓷電容進(jìn)行旁路。 所有n溝道輸出橋電路的高壓邊均可由自舉電路和泵荷電路驅(qū)動(dòng)。為了使電路產(chǎn)生無(wú)限的100%循環(huán)周期，每個(gè)半橋電路的低邊必須預(yù)先設(shè)置在開(kāi)狀態(tài)。這就是說(shuō)：如果在啟動(dòng)時(shí)輸入給sa03的信號(hào)要求100%的周期循環(huán)，那么，輸出可能未跟隨命令且可能在三態(tài)狀態(tài)。此時(shí)三角波必須在輸入