基于IPM模塊的舵機(jī)控制電路設(shè)計(jì)
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摘要:為了實(shí)現(xiàn)水下自主式機(jī)器人的控制,設(shè)計(jì)了一種基于IPM模塊的舵機(jī)控制電路。該電路將舵機(jī)控制信號與舵機(jī)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(dòng)IPM模塊內(nèi)部不同IGBT的通斷,從而實(shí)現(xiàn)舵機(jī)的控制。該電路將IPM模塊和脈寬調(diào)制芯片UC1637用于舵機(jī)控制,使該電路具有成本低廉和容易實(shí)現(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,該控制電路運(yùn)行穩(wěn)定,控制精度高,有很強(qiáng)的應(yīng)用推廣價(jià)值。
關(guān)鍵詞:IPM模塊;舵機(jī);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(guān)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(diǎn)。IPM模塊與IGBT模塊相比,具有如下特點(diǎn):內(nèi)置驅(qū)動(dòng)電路、過流保護(hù)、短路保護(hù)、控制電源欠壓保護(hù)、過熱保護(hù)及外部輸出的警報(bào)。本文將日本三菱公司的IPM模塊PM25RLA120和美國TI公司的電機(jī)控制芯片UC1637用于電動(dòng)舵機(jī)控制。
1 設(shè)計(jì)原理
舵機(jī)控制原理框圖如圖1所示。
舵機(jī)是一種位置伺服的驅(qū)動(dòng)器,其工作原理是:控制信號與舵機(jī)位置反饋信號比較,獲得直流偏置電壓,偏置電壓進(jìn)入信號調(diào)制芯片產(chǎn)生一個(gè)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(dòng)IPM電路中IGBT的通斷,從而實(shí)現(xiàn)電動(dòng)舵機(jī)位置的控制。
2 舵機(jī)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(jī)控制設(shè)計(jì)的芯片,該芯片用來代替通常的驅(qū)動(dòng)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(hù)、過流保護(hù)電路,提高了電機(jī)控制電路的集成度和系統(tǒng)的可靠性。舵機(jī)控制電路接收控制計(jì)算機(jī)發(fā)送的操舵信號,與舵機(jī)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U(xiǎn)C1637,在芯片內(nèi)產(chǎn)生一個(gè)模擬誤差電壓信號,輸出二路不同極性的PWM控制信號,達(dá)到控制舵機(jī)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(jī)工作。
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2.2 IPM模塊驅(qū)動(dòng)電路
IPM模塊驅(qū)動(dòng)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(dòng)電路對以IPM模塊構(gòu)成的系統(tǒng)運(yùn)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(dòng)電路。所以只要提供滿足驅(qū)動(dòng)功率要求的PWM信號、驅(qū)動(dòng)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(dòng)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(jié)構(gòu)均相同,這里控制的舵機(jī)為有要直流電機(jī),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(jié)語
實(shí)際運(yùn)行和調(diào)試結(jié)果表明,基于IPM模塊的舵機(jī)控制電路具有集成度高、響應(yīng)速度快、驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn),極大地提高舵機(jī)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(yīng)用前景。