直流電路精選(九篇)

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第1篇：直流電路范文

關(guān)鍵詞： 復(fù)雜直流電路 節(jié)點(diǎn)電壓法 獨(dú)立節(jié)點(diǎn) 互導(dǎo) 自導(dǎo)

在復(fù)雜直流電路中，有較多的支路、節(jié)點(diǎn)和回路。在對(duì)復(fù)雜直流電路的分析計(jì)算中，經(jīng)常會(huì)遇到節(jié)點(diǎn)較少而網(wǎng)孔較多的電路，對(duì)這類(lèi)電路可以采用節(jié)點(diǎn)電壓法來(lái)分析計(jì)算。

一、建立節(jié)點(diǎn)電壓方程

選擇電路中任意點(diǎn)為參考點(diǎn)，其余節(jié)點(diǎn)與此參考節(jié)點(diǎn)之間的電壓稱(chēng)為對(duì)應(yīng)節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)電壓，節(jié)點(diǎn)電壓方向指向參考節(jié)點(diǎn)。如圖1，選a點(diǎn)作為參考點(diǎn)。

對(duì)于獨(dú)立節(jié)點(diǎn)，根據(jù)基爾霍夫電流定律有：

式中，電流源電流指向該節(jié)點(diǎn)為正，流出該節(jié)點(diǎn)為負(fù)；G為各支路的電導(dǎo)，自電導(dǎo)為正，互電導(dǎo)為負(fù)。

二、節(jié)點(diǎn)電壓法解題步驟

1.選定參考節(jié)點(diǎn)并標(biāo)出節(jié)點(diǎn)序號(hào)，將獨(dú)立節(jié)點(diǎn)設(shè)為未知量，其參考方向由獨(dú)立節(jié)點(diǎn)指向參考節(jié)點(diǎn)。

2.列寫(xiě)節(jié)點(diǎn)電壓方程（自電導(dǎo)總為正，互電導(dǎo)總為負(fù)，電流源電流指向該節(jié)點(diǎn)為正，流出該節(jié)點(diǎn)為負(fù)）。

具有n-1個(gè)獨(dú)立節(jié)點(diǎn)的電路的節(jié)點(diǎn)電壓方程的一般形式如下所示：

其中，Gii――自電導(dǎo)，等于接在節(jié)點(diǎn)i上所有支路的電導(dǎo)之和（包括電壓源與電阻串聯(lián)支路）。總為正。

Gij （ Gji）――互電導(dǎo)，等于接在節(jié)點(diǎn)i與節(jié)點(diǎn)j之間的所支路的電導(dǎo)之和，并冠以負(fù)號(hào)。

iSii――流入節(jié)點(diǎn)i的所有電流源電流的代數(shù)和（包括由電壓源與電阻串聯(lián)支路等效的電流源）。

3.求解節(jié)點(diǎn)電壓方程，得到各節(jié)點(diǎn)電壓。

4.選定支路電流和支路電壓的參考方向，計(jì)算各支路電流和支路電壓。

5.根據(jù)題目要求，計(jì)算功率和其他物理量等。

三、節(jié)點(diǎn)電壓法應(yīng)用舉例

1.用節(jié)點(diǎn)電壓法，求圖2電路中各電阻中的電流。

四、用廣義節(jié)點(diǎn)電壓來(lái)分析節(jié)點(diǎn)電壓法中無(wú)伴電壓源

電路中不與電阻串聯(lián)的電壓源和不與電阻并聯(lián)的電流源稱(chēng)為無(wú)伴電源。含有無(wú)伴電源支路的電路有以下兩種情況：一種情況是在一個(gè)電路中含有一個(gè)無(wú)伴電壓源或雖有多個(gè)無(wú)伴電壓源但它們的一端接在同一個(gè)節(jié)點(diǎn)上。另一種情況是在兩個(gè)非參考節(jié)點(diǎn)之間接有無(wú)伴電壓源。

以上兩種情況可以通過(guò)引入由若干互連的無(wú)伴電壓源支路及其端節(jié)點(diǎn)組成的廣義節(jié)點(diǎn)，采用節(jié)點(diǎn)電壓分析法對(duì)其進(jìn)行分析，具體可以用兩種常見(jiàn)方法來(lái)進(jìn)行。對(duì)第一種情況可以選擇電壓源的一端（公共端）為參考節(jié)點(diǎn)，則另一端的節(jié)點(diǎn)電壓為電壓源的電壓，這樣不必再對(duì)該節(jié)點(diǎn)列出節(jié)點(diǎn)方程，方程數(shù)目為（n-1）個(gè)。節(jié)點(diǎn)數(shù)減少無(wú)伴電壓源的數(shù)目。對(duì)第二種情況可以把無(wú)伴電壓源接在兩個(gè)非參考節(jié)點(diǎn)看做廣義節(jié)點(diǎn)，將它們看做一個(gè)包含電壓源及其兩個(gè)節(jié)點(diǎn)的一個(gè)封閉區(qū)。

從探討電路分析方法的角度出發(fā)，對(duì)含無(wú)伴電壓源支路的特殊電路可以用廣義節(jié)點(diǎn)電壓分析法，從而減少方程數(shù)量，簡(jiǎn)化步驟，不僅有利于手工計(jì)算，而且便于計(jì)算機(jī)編程。

綜上，節(jié)點(diǎn)電壓法是分析處理線(xiàn)性電路的基本方法和常用手段。它的基本思想是適當(dāng)選擇網(wǎng)絡(luò)變量，讓它包含KVL的實(shí)質(zhì)，使KVL自動(dòng)得到滿(mǎn)足，不必再列KVL方程，以節(jié)點(diǎn)電壓作為未知量，對(duì)n-1個(gè)獨(dú)立節(jié)點(diǎn)列寫(xiě)KCL方程，從而求出各節(jié)點(diǎn)電壓，繼而進(jìn)一步求解其他電量。

第2篇：直流電路范文

【摘 要】《電工基礎(chǔ)》是涉電專(zhuān)業(yè)的基礎(chǔ)課程，電工電子教師面對(duì)著基礎(chǔ)各不相同的學(xué)生，教學(xué)時(shí)要循序漸進(jìn)，切實(shí)以學(xué)生為主體，增強(qiáng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力，充分挖掘?qū)W生的學(xué)習(xí)潛能。

關(guān)鍵詞 復(fù)雜直流電路；概念；策略

筆者近年來(lái)一直處于教育教學(xué)第一線(xiàn)，從事電工基礎(chǔ)的教育教學(xué)工作，深知個(gè)中滋味，每每遇到學(xué)生糾結(jié)于各種各樣紛繁復(fù)雜的直流電路問(wèn)題而不能自拔時(shí)，倍感焦急!為此，筆者特地將教育教學(xué)過(guò)程中一些心得體會(huì)與大家共勉，希望能夠起到拋磚引玉的效果。

1.弄清概念，深入理解

一些學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中沒(méi)有搞清楚某些電工術(shù)語(yǔ)的相關(guān)含義，經(jīng)常會(huì)發(fā)生相互混淆，以偏概全的現(xiàn)象。比如在理解節(jié)點(diǎn)這一概念的時(shí)候，為數(shù)不少的學(xué)生經(jīng)常會(huì)搞錯(cuò)，在其定義中明確指出:三條或三條以上支路匯聚的那個(gè)點(diǎn)稱(chēng)為節(jié)點(diǎn)。筆者在課上跟學(xué)生交流時(shí)就告訴他們首先確定出哪些是支路，然后再數(shù)一數(shù)條數(shù)就可以了。當(dāng)然，還有一些概念在理解時(shí)需要更深層次一些，譬如在解釋基爾霍夫電流定律的推廣應(yīng)用中有關(guān)“封閉面”這一概念時(shí)，就有很多學(xué)生很茫然，紛紛表示不理解。筆者在上課時(shí)其實(shí)就在黑板上畫(huà)出相應(yīng)的電路圖，將由若干電阻所構(gòu)成的多邊形全部圈起來(lái)就可以了，流進(jìn)封閉面的電流等于流出該封閉面的電流即可。因此，筆者認(rèn)為，學(xué)生必須弄清相關(guān)概念，必要時(shí)還要進(jìn)行深入的理解才可以。

2.明確目的，按圖索驥

在平時(shí)的練習(xí)中，有部分同學(xué)在求解相關(guān)電流時(shí)會(huì)感到不知從什么地方下手，就譬如在解決一條題目時(shí)，感覺(jué)運(yùn)用支路電流法可以，想想用疊加定理也行，甚至還能用戴維寧定理解決問(wèn)題。筆者認(rèn)為遇到上述這些情況至少還屬于幸福的煩惱之列，總比那些感到不知所措的情況要好很多。然而，學(xué)生在解決問(wèn)題的同時(shí)也必須注重效率，爭(zhēng)取能在最短的時(shí)間內(nèi)更好更徹底地解決問(wèn)題。俗話(huà)說(shuō)，總不能捧著金飯碗討飯啊。筆者在課堂上再三強(qiáng)調(diào)，支路電流法可以求出各條支路上的電流，它是先假設(shè)各條支路上的電流方向以及回路方向，再根據(jù)基爾霍夫定律列出相應(yīng)的方程式組，最后求解出各條支路上的電流。而疊加定理應(yīng)用于由線(xiàn)形電阻和多個(gè)電源組成的線(xiàn)性電路中，任何一個(gè)支路中的電流(或電壓)等于各個(gè)電源單獨(dú)作用時(shí)所產(chǎn)生的電流(或電壓)的代數(shù)和。在理解所謂恒壓源不作用時(shí)，就是指該恒壓源處可用短接線(xiàn)替代;恒流源不作用，就是說(shuō)該恒流源處用開(kāi)路替代。當(dāng)然，疊加定理只能用來(lái)求解電路中的電壓或電流，而并不能用來(lái)計(jì)算電路的功率。可以這樣講，上述兩種方法對(duì)各條支路的電流都能求解，只是在求解題目時(shí)要視具體情況而定?？傊靡痪湓?huà)來(lái)概括就是，哪種方法能簡(jiǎn)捷迅速地求出結(jié)果就用哪種方法!

3.把握整體，切中肯綮

解題時(shí)，筆者認(rèn)為，如果對(duì)題目的理解能夠從整體上把握的話(huà)，可以起到事半功倍的效果。就像在運(yùn)用戴維寧定理時(shí)，只在針對(duì)某一個(gè)復(fù)雜電路時(shí)，并不需要把所有支路的電流都求解出來(lái)，而只是要求解出其中某一條支路的電流，在這種情況下，筆者認(rèn)為，就應(yīng)該用戴維寧定理，比較簡(jiǎn)捷，相對(duì)方便。根據(jù)戴維寧定理可對(duì)某一個(gè)含源二端線(xiàn)性網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行簡(jiǎn)化，其定理內(nèi)容顯示，求解的關(guān)鍵在于正確理解和求解出含源二端網(wǎng)絡(luò)的開(kāi)路電壓和其等效電阻。在此，筆者需要提醒的是，代替含源二端網(wǎng)絡(luò)的電源其極性應(yīng)與開(kāi)路電壓相一致，若求得的開(kāi)路電壓是負(fù)值，則表示電動(dòng)勢(shì)的方向與原假設(shè)的方向正好相反。再舉個(gè)例子，筆者在講解兩種電源模型的等效變換時(shí)，首先強(qiáng)調(diào)，這兩種電源之間的等效變換是對(duì)外電路來(lái)講的，電源內(nèi)部是不等效的。其次講清楚電壓源和電流源這兩種電源分別是如何形成的，可以從電源對(duì)于負(fù)載的功能方面來(lái)闡述，也就是說(shuō)，既可以看作是電壓的提供者，也可以視為是電流的提供者。然后再將兩種電源模型的等效變換條件弄清楚就可以了。當(dāng)然，在兩者進(jìn)行等效變換時(shí)彼此的方向應(yīng)當(dāng)一致，也就是說(shuō)，恒流源的流出端和恒壓源的正極性端應(yīng)是相互對(duì)應(yīng)的。

以上是筆者在平時(shí)課堂教育教學(xué)中的點(diǎn)滴感悟，懇請(qǐng)大家能夠提出寶貴意見(jiàn)和建議，以便能夠相互促進(jìn)，共同提升。

參考文獻(xiàn)

第3篇：直流電路范文

關(guān)鍵詞：含電容器，直流電路；分析，計(jì)算

中圖分類(lèi)號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：E 文章編號(hào)：1006-5962（2013）01-0194-01

電學(xué)是中學(xué)物理的重點(diǎn)，也是難點(diǎn)。歐姆定律又是電學(xué)的基礎(chǔ)。初次接觸電路問(wèn)題的中學(xué)生在利用歐姆定律和串、并聯(lián)電路的特點(diǎn)進(jìn)行定性分析和定量計(jì)算時(shí)，往往覺(jué)得很"繁"、很"亂"、很"難"。其實(shí)，解決電路問(wèn)題的關(guān)鍵在于掌握思路和方法：一般是先對(duì)電路進(jìn)行變形、整理，組成簡(jiǎn)單的串、并聯(lián)電路，然后利用歐姆定律及串聯(lián)的特點(diǎn)建立方程。學(xué)生的問(wèn)題大多不是出在電路分析階段，而是建立方程階段，在教學(xué)中，發(fā)現(xiàn)學(xué)生"亂"就亂在不知先用哪個(gè)公式算什么量.后用哪個(gè)公式算什么量。往往花很長(zhǎng)時(shí)間還理不出頭緒，于是，越想越糊涂，簡(jiǎn)單的問(wèn)題也變難了，當(dāng)然解決不了，怎么辦呢？很簡(jiǎn)單，只要有一種能迅速獲得計(jì)算結(jié)果的方法就行了。本文以?xún)蓚€(gè)用電器串、并聯(lián)電路為例，介紹一種簡(jiǎn)單快捷的電器計(jì)算方法。

直流電路中，當(dāng)電容器充放電時(shí)，電路里有充、放電電流。一旦電路達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，電容器在電路中就相當(dāng)于一個(gè)阻值無(wú)限大（只考慮電容器是理想的不漏電情況）的元件，電容器所在支路可視為斷路，簡(jiǎn)化電路時(shí)可去掉，簡(jiǎn)化后若要求電容器所帶電荷量，可接在相應(yīng)的位置。

【例1】如圖1所示，兩個(gè)電阻R1=5Ω，R2=10Ω，兩電容器C1=5μF，C2=10μF，電路兩端電壓恒定，U=18V，求：

（1）當(dāng)S斷開(kāi)時(shí)，A、B兩點(diǎn)間的電壓為多大？

（2）當(dāng)S閉合時(shí)，兩電容器的帶電量分別改變了多少？

【解析】（1）直流電不能通過(guò)C1、C2，所以當(dāng)S斷開(kāi)時(shí)，電路中無(wú)電流。B、C等勢(shì)，A、D等勢(shì)。因此，UAB=UAC=UCD=U=18V。

（2）S斷開(kāi)時(shí)，C1、C2兩端的電壓UC1=UC2=18V。S閉合后，電阻R1、R2導(dǎo)通，且R1、R2串聯(lián)，C1、C2分別并聯(lián)在R1、R2 上，C1兩端電壓U′C1=IR1=UR1+R2R1=185+10=6V，C2兩端電壓U′C2=18-6=12V，Q=CU S閉合前后，C1、C2的電荷量都減少，電容器通過(guò)電路放電了。

Q1=C1UC1=5×10-6×（18-6）=6×10-5C

Q2=C2UC2=10×10-6×（18-12）=6×10-5C

【例2】如圖2所示，在A、B兩點(diǎn)間接一電動(dòng)勢(shì)為4V，內(nèi)阻r=1Ω的直流電源，電阻R1、R2、R3阻值均為4Ω，電容器的電容為30？F，電流表內(nèi)阻不計(jì)。求：

（1）電流表的讀數(shù)

（2）電容器所帶電荷量

（3）斷開(kāi)電源后，通過(guò)R2的電荷量

【解析】（1）由于R1、R2被短路，接入電路的有效電阻僅為R3，則I=ER3+r=44+1=0.8A

所以電流表讀數(shù)為0.8A

（2）電容器與R3并聯(lián)，所以UC=UR3=IR3=0.8×4=3.2V，

故電容器電荷量Q=CUC=30×10-6×3.2=9.6×10-5C

（3）斷開(kāi)電源，R1與R2并聯(lián)，與R3、C構(gòu)成放電回路，故通過(guò)R2的電荷量Q2=Q2=9.6×10-52=4.8×10-5C

【應(yīng)用拓展】如圖3所示，電源電動(dòng)勢(shì)E=6.00V，內(nèi)阻忽略不計(jì)。電阻R1=2.4KΩ，R2=4.8KΩ，電容器C=4.7μF。閉合開(kāi)關(guān)S，待電流穩(wěn)定后，用電壓表測(cè)R1兩端電壓，其穩(wěn)定值為1.50V，

（1）該電壓表的內(nèi)阻為多大？

（2）由于電壓表的接入，電容器所帶電荷量變化了多少？

【答案】（1）RV=4.8KΩ （2）電荷量增加了2.35×10-6C

分析和計(jì)算含有電容器的直流電路時(shí)，應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

1.電路穩(wěn)定后，由于電容器所在支路無(wú)電流通過(guò)，所以此支路的電阻上無(wú)電壓降，因此電容器兩極間電壓等于該支路兩端的電壓。

2.電容器和電阻并聯(lián)后接入電路時(shí)，電容器兩極間電壓和與其并聯(lián)的電阻兩端電壓相等。

第4篇：直流電路范文

關(guān)鍵詞：L298N ISO7220 直流電機(jī)

中圖分類(lèi)號(hào)：TM383 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416(2012)02-0118-02

1、引言

在各類(lèi)機(jī)電系統(tǒng)中,由于直流電機(jī)具有良好的起動(dòng)、制動(dòng)和調(diào)速性能,直流調(diào)速技術(shù)已廣泛運(yùn)用于工業(yè)、航天領(lǐng)域的各個(gè)方面。最常用的直流調(diào)速技術(shù)是脈寬調(diào)制(PWM)直流調(diào)速技術(shù),它具有調(diào)速精度高、響應(yīng)速度快、調(diào)速范圍寬和耗損低等特點(diǎn)[1]。本文在研究單片機(jī)PWM方法調(diào)速直流電機(jī)和電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片L298N的基礎(chǔ)之上，對(duì)單片機(jī)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路進(jìn)行了一點(diǎn)優(yōu)化設(shè)計(jì)。

2、驅(qū)動(dòng)芯片L298N

L298N是SGS公司生產(chǎn)的直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)集成電路，比較常見(jiàn)的是15腳Multiwatt封裝的L298N（如圖1所示）。內(nèi)部包含4通道邏輯驅(qū)動(dòng)電路，可以方便地驅(qū)動(dòng)兩個(gè)直流電機(jī)，或一個(gè)兩相步進(jìn)電機(jī)。工作電壓為46V，輸出電壓最高可達(dá)50V，可以直接通過(guò)電源來(lái)調(diào)節(jié)輸出電壓；輸出電流可達(dá)2.5A，最大可以達(dá)到4A，可驅(qū)動(dòng)電感性負(fù)載；可以直接用單片機(jī)的IO口提供信號(hào)；而且電路簡(jiǎn)單，使用比較方便。L298N可接受標(biāo)準(zhǔn)TTL邏輯電平信號(hào)VSS，9腳VSS可接4.5～7V的電壓。4腳VS接電源電壓，VS電壓范圍VIH為＋2.5～46V[2]。1腳和15管腳下的發(fā)射極分別單獨(dú)引出以便接入電流采樣電阻，形成電流傳感信號(hào)。L298可驅(qū)動(dòng)2個(gè)電動(dòng)機(jī)，此時(shí)OUT1，OUT2和OUT3，OUT4之間可分別接電動(dòng)機(jī)。5、7、10、12腳接輸入控制電平，控制電機(jī)正反轉(zhuǎn)；ENA，ENB腳接控制使能端，控制電機(jī)的停轉(zhuǎn)[3]。

為了獲取更大的輸出電流，L298N采取輸入輸出并聯(lián)的連接方式，即IN1與IN4（5腳和12腳）、IN2與IN3（7腳和10腳）、OUT1與OUT4（2腳和14腳）、OUT2與OUT3（3腳和13腳）分別連接在一起。

3、電路優(yōu)化部分

3.1 光耦隔離器件ISO7220

在實(shí)際應(yīng)用中，由于存在由弱電到強(qiáng)電的連接，L298N的四個(gè)輸入IN1～I(xiàn)N4都必須采用光耦隔離或者其他有效隔離方式。在這里我們選取光耦產(chǎn)品ISO7220。

ISO7220是TI公司生產(chǎn)的雙通道數(shù)字隔離器。為便于PCB布局，ISO7220所提供的通道都面向一個(gè)方向（如圖2所示）。其有一個(gè)被二氧化硅隔離層隔開(kāi)的邏輯輸入緩存器和邏輯輸出緩存器。與隔離電源配合使用，其能夠阻止高壓，隔絕接地，并防止來(lái)自數(shù)據(jù)總線(xiàn)或其他電路的噪聲電流進(jìn)入本地接地或者破壞敏感電路。根據(jù)傳輸速率其分為1、25和150Mbit/s三種不同型號(hào)。它主要應(yīng)用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)、計(jì)算機(jī)外部接口、伺服控制接口和數(shù)據(jù)采集等場(chǎng)合[4]。

在實(shí)際使用當(dāng)中，引腳1和引腳8上必須加具有不同地的兩個(gè)電源。我們可以將VCC經(jīng)過(guò)5V/5V的DC變換得到VCC1，它們兩個(gè)一起為ISO7220的輸入和輸出端供電。

3.2 續(xù)流電路

由續(xù)流二極管構(gòu)成的“H橋”，作為L(zhǎng)298N的輔助電路來(lái)實(shí)現(xiàn)隨直流電機(jī)的控制。在這里面，二極管并沒(méi)有什么特殊的地方，只不過(guò)是起到了續(xù)流的作用而已。

在實(shí)際使用當(dāng)中，使用二極管要注意其允許最大電流和最大耐壓兩個(gè)參數(shù)。根據(jù)情況不同選取不同參數(shù)的元器件。

3.3 過(guò)流保護(hù)電路

我們以AVR單片機(jī)為例。利用AVR單片機(jī)的模擬比較器，我們可以實(shí)現(xiàn)對(duì)直流電機(jī)的過(guò)流保護(hù)。我們用它來(lái)對(duì)兩個(gè)模擬入端（正極AIN0、負(fù)極AIN1）的輸入電壓進(jìn)行比較。

3.4 硬件電路

這上圖中，PGND代表電源地，Vs代表直流電機(jī)的工作電壓。電阻R的阻值需要根據(jù)實(shí)際情況選取合適的值。

4、結(jié)語(yǔ)

PWM配合橋式驅(qū)動(dòng)電路L298N實(shí)現(xiàn)直流電機(jī)調(diào)速，非常簡(jiǎn)單，而且調(diào)速范圍大。經(jīng)過(guò)我們的改進(jìn)，增加了光耦隔離器件、續(xù)流電路和過(guò)流保護(hù)電路，減少了電機(jī)的電壓不致對(duì)對(duì)單片機(jī)可能造成的干擾，提高了系統(tǒng)的抗干擾性、穩(wěn)定性和可靠性。

參考文獻(xiàn)

[1]張立勛,沈錦華,路敦民,楊勇.AVR 單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的直流電機(jī)PWM調(diào)速控制器[J].機(jī)械與電子,2006(4):29～32.

[2]張?zhí)禊i,徐磊.L298N控制直流電機(jī)正反轉(zhuǎn)[J].工業(yè)設(shè)計(jì),2011(3):98～99.

[3]張爭(zhēng)爭(zhēng),任永德,謝寶昌.基于DSP 的無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)[J].微特電機(jī),2001,29(2):34-36.

[4]龍脈工作室,朱飛,楊平.AVR單片機(jī)C語(yǔ)言開(kāi)發(fā)入門(mén)與典型實(shí)例[M].北京:人民郵電出版社,2010:369～376.

第5篇：直流電路范文

【關(guān)鍵詞】電位差計(jì)；電阻箱；檢流計(jì)；電動(dòng)勢(shì)；電阻；惠斯登電橋

0 引言

電位差計(jì)是運(yùn)用補(bǔ)償法原理來(lái)測(cè)量電動(dòng)勢(shì)和電勢(shì)差的一種精密的電學(xué)測(cè)量?jī)x器，為了讓學(xué)生了解電位差計(jì)的原理與使用，大學(xué)實(shí)驗(yàn)室一般是用11米線(xiàn)電位差計(jì)板組裝直流電位差計(jì)，讓學(xué)生測(cè)量電池電動(dòng)勢(shì)等電學(xué)量?；菟沟请姌蚍y(cè)量電阻是測(cè)量中值電阻準(zhǔn)確度較高的一種方法，而大學(xué)實(shí)驗(yàn)室在教學(xué)中也是用滑線(xiàn)式惠斯登電橋板來(lái)組裝電路。無(wú)論是11米線(xiàn)電位差計(jì)板還是滑線(xiàn)式惠斯登電橋板，這些儀器都有其局限性，一般只在各自實(shí)驗(yàn)中使用。本文中使用實(shí)驗(yàn)室常見(jiàn)儀器――電阻箱代替11米線(xiàn)電位差計(jì)板來(lái)組裝電位差計(jì)，介紹了如何利用這樣的電位差計(jì)測(cè)量電動(dòng)勢(shì)和電阻，并且，此電路稍加改動(dòng)即可成為惠斯登電橋法測(cè)量電阻的電路。無(wú)論是用電位差計(jì)測(cè)量電動(dòng)勢(shì)和電阻，還是用惠斯登電橋的方法測(cè)量電阻，這兩種方法都是測(cè)量準(zhǔn)確度較高的方法。

1 電位差計(jì)的工作原理

1.1 補(bǔ)償法原理

如圖1所示，當(dāng)兩個(gè)電源對(duì)接，Ex是待測(cè)電源，E0為一連續(xù)可調(diào)的標(biāo)準(zhǔn)電源，調(diào)節(jié)E0使檢流計(jì)指針示零，說(shuō)明電路中沒(méi)有電流通過(guò)，電路達(dá)到平衡，此時(shí)，兩個(gè)電源在回路中互為補(bǔ)償。若已知平衡狀態(tài)下的標(biāo)準(zhǔn)電源E0的大小，則Ex的大小亦被確定。這種由標(biāo)準(zhǔn)電源與待測(cè)電源相互補(bǔ)償，通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)電源電動(dòng)勢(shì)測(cè)量待測(cè)電源電動(dòng)勢(shì)的方法即為電位差計(jì)的補(bǔ)償法原理，這是電位差計(jì)的基本工作原理[1]。

1.2 電位差計(jì)電路工作原理

電位差計(jì)的實(shí)驗(yàn)電路中，可調(diào)標(biāo)準(zhǔn)電源可用穩(wěn)壓電源與一可變電阻組成，如圖2所示，將開(kāi)關(guān)K撥向Es端（Es為一電動(dòng)勢(shì)已知的標(biāo)準(zhǔn)電池），調(diào)整C的位置，當(dāng)檢流計(jì)指針示零時(shí)，Es電動(dòng)勢(shì)與A、C間電位差相補(bǔ)償，則I0=；再將開(kāi)關(guān)K撥向待測(cè)電源Ex端，調(diào)整C的位置使檢流計(jì)指針示零，此時(shí)，Ex電動(dòng)勢(shì)與C、B間電位差相補(bǔ)償，則Ex=I0RCB=RCB，即求得待測(cè)電源電動(dòng)勢(shì)。

2 電位差計(jì)實(shí)驗(yàn)電路設(shè)計(jì)

2.1 測(cè)量電動(dòng)勢(shì)

電位差計(jì)的實(shí)驗(yàn)電路如圖3所示，E0是穩(wěn)壓電源，Rp是滑動(dòng)變阻器，在電路中起到分壓保護(hù)的作用，R1、R2為兩個(gè)變阻箱（標(biāo)準(zhǔn)電阻），K2是保護(hù)開(kāi)關(guān)用以保護(hù)檢流計(jì)，Es是標(biāo)準(zhǔn)電池，其電動(dòng)勢(shì)已知，Ex是待測(cè)電源。給R1和R2一個(gè)初始阻值（例如使R1和R2均為2000.0Ω，這個(gè)數(shù)字不易太小，太小會(huì)影響有效數(shù)字，取幾百或幾千的整數(shù)是為了后面調(diào)整時(shí)便于記憶），閉合開(kāi)關(guān)K1，開(kāi)關(guān)K2先撥向最大電阻R端的粗調(diào)檔，電路調(diào)整中隨著檢流計(jì)指針偏轉(zhuǎn)變小，再將其依次換到r端中調(diào)檔和導(dǎo)線(xiàn)端細(xì)調(diào)檔，將開(kāi)關(guān)K3撥向標(biāo)準(zhǔn)電池Es一端，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器使檢流計(jì)指針示零，此時(shí)R1兩端的電位差與標(biāo)準(zhǔn)電源的電動(dòng)勢(shì)Es相等，則主回路中的電流I0可表示為I0=。再將開(kāi)關(guān)K3撥向待測(cè)電源Ex一端，保持R1、R2的阻值之和不變，調(diào)整電阻箱阻值，使檢流計(jì)指針示零，此時(shí)R2兩端的電位差與待測(cè)電源的電動(dòng)勢(shì)Ex相等，且主回路的電流依然為I0，則Ex=I0R2=R2。

電位差計(jì)是一個(gè)電阻分壓裝置，它將待測(cè)電動(dòng)勢(shì)與一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)電動(dòng)勢(shì)直接比較，實(shí)驗(yàn)中只需已知標(biāo)準(zhǔn)電池的電動(dòng)勢(shì)Es，利用R1、R2的比值，即可求得待測(cè)電源的電動(dòng)勢(shì)，并且在測(cè)量過(guò)程中，Es和Ex均不提供電流，避免了導(dǎo)線(xiàn)電阻和電源內(nèi)阻對(duì)測(cè)量準(zhǔn)確度的影響，因此，這種補(bǔ)償法測(cè)量電位差準(zhǔn)確度較高[2]。

2.2 測(cè)量電阻

2.2.1 電位差計(jì)測(cè)電阻

這種使用電位差計(jì)測(cè)量電阻方法，不使用電流表和電壓表，不存在表頭內(nèi)阻分壓或分流造成的誤差，也不存在因電流表和電壓表準(zhǔn)確度不高而帶來(lái)的誤差。使用這種測(cè)量方法測(cè)量電阻甚至不需已知Es的大小，只要電阻箱的準(zhǔn)確度高，以及檢流計(jì)靈敏度足夠高，即可精確測(cè)量未知電阻的阻值。

2.2.2 惠斯登電橋法測(cè)電阻

圖3測(cè)量電動(dòng)勢(shì)的電路只需稍加變化，即可成為另一種測(cè)量電阻的電路。如圖5所示，將圖3電路中單刀雙擲開(kāi)關(guān)K3去掉，將三端導(dǎo)線(xiàn)直接相連，再用標(biāo)準(zhǔn)電阻R0與待測(cè)電阻Rx分別取代Es與Ex的位置，標(biāo)準(zhǔn)電阻使用電阻箱或一個(gè)不可調(diào)電阻均可，但阻值必須可知。

當(dāng)圖5電路中的開(kāi)關(guān)閉合時(shí)，若流過(guò)檢流計(jì)的電流零，此時(shí)，R1兩端的電位差與R0兩端的電位差相等，R2兩端的電位差與Rx兩端的電位差相等，則有I1R1=I0R0，I2R2=IxRx，因?yàn)榱鬟^(guò)檢流計(jì)的電流為零，所以I1=I2，I0=Ix，由此得，即，Rx=R0。

這種測(cè)量電阻的方法稱(chēng)為惠斯登電橋法。與電位差計(jì)將待測(cè)電動(dòng)勢(shì)與標(biāo)準(zhǔn)電動(dòng)勢(shì)相比較來(lái)求待測(cè)電動(dòng)勢(shì)類(lèi)似，惠斯登電橋法測(cè)電阻，是通過(guò)將待測(cè)電阻與標(biāo)準(zhǔn)電阻比較，來(lái)測(cè)量待測(cè)電阻阻值的方法。因此，惠斯登電橋法測(cè)電阻，只需根據(jù)R1、R2與R0的阻值，即可計(jì)算出待測(cè)電阻的大小。

圖5中，若標(biāo)準(zhǔn)電阻R0不可調(diào)，則可通過(guò)調(diào)整R1或R2的阻值來(lái)使檢流計(jì)指針指零，在調(diào)整過(guò)程中隨著流過(guò)檢流計(jì)的電流減少，相應(yīng)調(diào)整保護(hù)開(kāi)關(guān)的檔位，當(dāng)K2在細(xì)調(diào)檔時(shí)檢流計(jì)的指針示零，則電橋平衡，此時(shí)Rx=R0。

若標(biāo)準(zhǔn)電阻R0可調(diào)（可用一電阻箱代替），則可先固定R1、R2的比率，調(diào)整R0使檢流計(jì)指針指零，若調(diào)整R0不能夠使檢流計(jì)指零，則可再調(diào)整R1或R2的阻值，最終使電橋平衡，再根據(jù)Rx=R0的關(guān)系式求出待測(cè)電阻的阻值。

3 優(yōu)缺點(diǎn)

本文中介紹的用電阻箱組裝電位差計(jì)的電路具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、組裝靈活、使用儀器常規(guī)等特點(diǎn)，并且無(wú)論是測(cè)量電動(dòng)勢(shì)還是測(cè)量電阻都不需要使用電壓表和電流表，這就使測(cè)量不會(huì)受到電壓表、電流表精確度的影響，也不存在儀表內(nèi)阻分壓或分流的影響，測(cè)量準(zhǔn)確度較高。但是，整個(gè)電路的測(cè)量依賴(lài)電阻箱準(zhǔn)確度，以及檢流計(jì)靈敏度，并且，文章中所介紹的兩種測(cè)量電阻的方法，因?yàn)榫泳€(xiàn)電阻和接觸點(diǎn)上的接觸電阻，因此，這兩種方法均不適合測(cè)量低值電阻，測(cè)量低值電阻，誤差較大。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文中所設(shè)計(jì)的這個(gè)實(shí)驗(yàn)電路簡(jiǎn)單，卻即可通過(guò)補(bǔ)償法測(cè)量電動(dòng)勢(shì)和電阻，也可利用惠斯登電橋的方法測(cè)量電阻，且測(cè)量準(zhǔn)確度較高。電路中使用的儀器均是實(shí)驗(yàn)室常見(jiàn)的儀器，這些實(shí)驗(yàn)儀器幾乎是所有大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)室必備的儀器設(shè)備，所以該實(shí)驗(yàn)比較適合用于設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，或在需要電位差計(jì)，以及需要精確測(cè)量中值電阻，而又缺少專(zhuān)業(yè)設(shè)備時(shí)，即可組裝本文所介紹的電路來(lái)進(jìn)行測(cè)量。

【參考文獻(xiàn)】

第6篇：直流電路范文

【關(guān)鍵詞】直流；穩(wěn)壓電路；原理分析

穩(wěn)壓電路是指在輸入電壓、負(fù)載、環(huán)境溫度、電路參數(shù)等發(fā)生變化時(shí)仍能保持輸出電壓恒定的電路。這種電路能提供穩(wěn)定的直流電源，對(duì)各種電子設(shè)備能夠穩(wěn)定工作起到了重要的作用。常見(jiàn)直流穩(wěn)壓電路主要有四種，分別為：穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓電路、串聯(lián)晶體管穩(wěn)壓電路、并聯(lián)晶體管穩(wěn)壓電路和開(kāi)關(guān)型穩(wěn)壓電路。

一、穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓電路

穩(wěn)壓二極管，又叫齊納二極管，是一種直到臨界反向擊穿電壓前都具有很高電阻的半導(dǎo)體器件。在這臨界擊穿點(diǎn)上，反向電阻降低到一個(gè)很小的數(shù)值，在這個(gè)低阻區(qū)盡管流過(guò)二極管的電流變化很大，而其兩端的電壓卻變化極小，并且這種現(xiàn)象的重復(fù)性很好，從而起到穩(wěn)壓作用。因?yàn)檫@種特性，穩(wěn)壓管主要被作為穩(wěn)壓器或電壓基準(zhǔn)元件使用。

圖1為穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓電路，由限流電阻RS和穩(wěn)壓二極管DZ組成。

Us為未穩(wěn)壓的輸入直流電壓， UO為經(jīng)過(guò)穩(wěn)壓的直流電壓， RS為DZ的限流保護(hù)電阻， 又起電壓調(diào)整作用， DZ為穩(wěn)壓二極管， RL為負(fù)載電阻。其工作原理是： 此電路主要利用穩(wěn)壓二極管的穩(wěn)壓特性， 即DZ反向?qū)ê笃鋬啥说膲航祷颈３植蛔?。?dāng)US增大引起RS上的電流增大， 但UO 即DZ兩端的電壓保持恒定不變， 這樣US的增大量全部降在RS上， 以保持UO不變， 反之亦然。在實(shí)際應(yīng)用中RS的特性和DZ的特性對(duì)整個(gè)穩(wěn)壓過(guò)程起關(guān)鍵作用。

這種穩(wěn)壓電路的工作范圍受穩(wěn)壓管最大功耗的限制，Iz不能超過(guò)一定數(shù)值。其關(guān)鍵是：在US、RL及UO均為給定的條件下，Rs值的選取應(yīng)保證在輸入電壓為最大值USmax時(shí)，穩(wěn)定電流Iz和穩(wěn)壓管允許的功耗不超過(guò)規(guī)定的最大值；在輸入電壓為最小值時(shí)，又能保證Iz不低于最小的穩(wěn)定電流。

二、并聯(lián)晶體管穩(wěn)壓電路

晶體管是一種固體半導(dǎo)體器件，可以用于檢波、整流、放大、開(kāi)關(guān)、穩(wěn)壓、信號(hào)調(diào)制和許多其它功能。晶體管作為一種可變開(kāi)關(guān)，基于輸入的電壓，控制流出的電流，因此晶體管可做為電流的開(kāi)關(guān)。

圖2為并聯(lián)晶體管穩(wěn)壓電路。其中T是調(diào)整管、DZ是基準(zhǔn)穩(wěn)壓管，Rs是Dz的限流電阻，RO是負(fù)載。這個(gè)穩(wěn)壓電路的輸出電壓約等于穩(wěn)壓管DZ的穩(wěn)壓值（實(shí)際上要加上T發(fā)射結(jié)電壓，一般鍺管取0.3V，硅管取0.7V）。這是由于電源在工作時(shí)，T發(fā)射結(jié)導(dǎo)通，發(fā)射極電壓與基極電壓連結(jié)一致，而基極電壓被DZ穩(wěn)定在一個(gè)固定值。這個(gè)電路可以看作T將DZ的穩(wěn)壓作用放大了β倍，相當(dāng)于接入一個(gè)穩(wěn)壓值為DZ穩(wěn)壓值，穩(wěn)壓效果為β倍DZ穩(wěn)壓效果的穩(wěn)壓管。

并聯(lián)穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓性能有所提高，線(xiàn)路也不復(fù)雜，其優(yōu)點(diǎn)是：有過(guò)載自保護(hù)性能，輸出斷路時(shí)調(diào)整管不會(huì)損壞；在負(fù)載變化小時(shí)，穩(wěn)壓性能比較好；對(duì)瞬時(shí)變化的適應(yīng)性較好。 但并聯(lián)穩(wěn)壓電路也有比較大的缺點(diǎn)：效率較低，特別是輕負(fù)載時(shí)，電能幾乎全部消耗在限流電阻和調(diào)整管上；輸出電壓調(diào)節(jié)范疇很?。环€(wěn)定度不易做得很高。這些固有的缺點(diǎn)很難改進(jìn)，所以現(xiàn)在普遍利用的都是串聯(lián)穩(wěn)壓電路。

三、串聯(lián)晶體管穩(wěn)壓電路

圖3為簡(jiǎn)單的串聯(lián)晶體管穩(wěn)壓電路。調(diào)整管T與負(fù)載電阻RO相串聯(lián)，當(dāng)由于供電或用電發(fā)生變化引起電路輸出電壓波動(dòng)時(shí)，它都能及時(shí)地加以調(diào)節(jié)，使輸出電壓保持基本穩(wěn)定，因此它被稱(chēng)做調(diào)整管。穩(wěn)壓管DZ為調(diào)整管提供基準(zhǔn)電壓，使調(diào)整管基極電位不變。RS 是DZ的保護(hù)電阻，限制通過(guò)DZ的電流，起保護(hù)穩(wěn)壓管的作用。

電路穩(wěn)壓過(guò)程是這佯的：如果輸人電壓US增大，使輸出電壓UO增大時(shí)，由于Ub=Uw固定不變，調(diào)整管基射集間電壓Ube =Ub-US將減小，基極電流Ib隨之減小，而管壓降Uce 隨之增大，從而抵消了US 增大的部分，使UO基本穩(wěn)定。如果負(fù)載電流IO增大，使輸出電壓UO減小時(shí)，由于Ub固定，Ube 將增大，Uce 減小，也同樣地使UO基本穩(wěn)定。

從上面分析中可以看到，調(diào)整管既象是一個(gè)自動(dòng)的可變電阻：當(dāng)輸出電壓增大時(shí)，它的“阻值”就增大，分擔(dān)了大出來(lái)的電壓；當(dāng)輸出電壓減小時(shí)，它的“阻值”就減小，補(bǔ)足了小下去的電壓。無(wú)論是哪種情況，都使電路保持輸出一個(gè)穩(wěn)定的電壓。這種穩(wěn)壓電路也能輸出較大的電流，而且輸出電阻低，穩(wěn)壓性能好；電路也易于制作，但其也有輸出電壓不可調(diào)等缺點(diǎn)。

四、開(kāi)關(guān)型穩(wěn)壓電路

基于上述線(xiàn)性穩(wěn)壓電路的線(xiàn)性穩(wěn)壓電源雖然電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠，但它存在著效率低（只有30%-50%）、體積大、銅鐵消耗量大，工作溫度高及調(diào)整范圍小等缺點(diǎn)。為解決線(xiàn)性型穩(wěn)壓電源功耗較大的缺點(diǎn)，研制了開(kāi)關(guān)型穩(wěn)壓電源。開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器的轉(zhuǎn)換率可達(dá)60%～85%以上，而且可以省去工頻變壓器和巨大的散熱器，體積和重量都大為減小，具有體積小，效率高的優(yōu)點(diǎn)。這種開(kāi)關(guān)型電路已在各種電子設(shè)備中獲得廣泛的應(yīng)用。

開(kāi)關(guān)式穩(wěn)壓電源接控制方式分為調(diào)寬式和調(diào)頻式兩種，在實(shí)際的應(yīng)用中，調(diào)寬式使用得較多，在目前開(kāi)發(fā)和使用的開(kāi)關(guān)電源集成電路中，絕大多數(shù)也為脈寬調(diào)制型。

開(kāi)關(guān)式穩(wěn)壓電源的基本電路框圖如圖4所示。 交流電壓經(jīng)整流電路及濾波電路整流濾波后，變成含有一定脈動(dòng)成份的直流電壓，該電壓進(jìn)人高頻變換器被轉(zhuǎn)換成所需電壓值的方波，最后再將這個(gè)方波電壓經(jīng)整流濾波變?yōu)樗枰闹绷麟妷??？刂齐娐窞橐幻}沖寬度調(diào)制器，它主要由取樣器、比較器、振蕩器、脈寬調(diào)制及基準(zhǔn)電壓等電路構(gòu)成。這部分電路目前已集成化，制成了各種開(kāi)關(guān)電源用集成電路。控制電路用來(lái)調(diào)整高頻開(kāi)關(guān)元件的開(kāi)關(guān)時(shí)間比例，以達(dá)到穩(wěn)定輸出電壓的目的。

常用的實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)控制的方法；有自激式開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器、脈寬調(diào)制式開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器和直流變換式開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器等。開(kāi)關(guān)型穩(wěn)壓電路體積小，轉(zhuǎn)換效率高，但控制電路較復(fù)雜。隨著自關(guān)斷電力電子器件和電力集成電路的迅速發(fā)展，開(kāi)關(guān)電源已得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)：

[1]張立榮.一種改進(jìn)太陽(yáng)能計(jì)算器芯片二極管穩(wěn)壓電路設(shè)計(jì)[J]，電子與封裝，2012（10）.

[2]李向東，劉偉. 串聯(lián)型穩(wěn)壓電路的設(shè)計(jì)，周口師范高等專(zhuān)科學(xué)校學(xué)報(bào)[J]，2001（09）.

第7篇：直流電路范文

>> 基于TL494太陽(yáng)能降壓充電電路設(shè)計(jì) 基于STC89C52和TL494的開(kāi)關(guān)電源的設(shè)計(jì) 基于脈寬控制器TL494的升壓開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì) 基于TL494芯片 PWM控制電路工作原理分析與檢測(cè) 直流降壓斬波電路的設(shè)計(jì) 一種基于TL494芯片的電動(dòng)車(chē)電機(jī)控制器 基于PSCAD的直流斬波電路的仿真 基于MATLAB/Simulink的直流斬波電路分析 直流斬波電路的MATLAB研究 基于CPLD的直流無(wú)刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì) 直流斬波電路的Matlab／Simulink仿真研究 基于AD760的高精度直流電壓輸出電路設(shè)計(jì) 基于小型高效直流開(kāi)關(guān)電源的控制電路設(shè)計(jì) GTO斬波調(diào)速系統(tǒng)主電路的設(shè)計(jì) 基于串聯(lián)直流穩(wěn)壓電源電路的Multisim應(yīng)用于電路設(shè)計(jì)分析研究 基于CPLD的WatchDog電路設(shè)計(jì) 基于EMCCD的驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì) 基于89C51單片機(jī)的數(shù)控直流電源電路設(shè)計(jì) 基于Matlab的交流斬波型PFC電路仿真研究 交流信號(hào)轉(zhuǎn)直流信號(hào)電路設(shè)計(jì) 常見(jiàn)問(wèn)題解答 當(dāng)前所在位置：.

[2]王兆安，劉進(jìn)軍.電力電子技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2010.119-120.

[3]胡壽松.自動(dòng)控制原理[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007.264-265.

作者簡(jiǎn)介：

第8篇：直流電路范文

關(guān)鍵詞:PSCAD; 直流斬波電路; 建模; 仿真

中圖分類(lèi)號(hào):TM13 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A

文章編號(hào):1004-373X(2010)13-0209-02

Simulation of DC Chopping Circiut Based on PSCAD

TANG Ren-biao

(Jingyin Polytechnic College, Jiangyin 214405, China)

Abstract: A simulation model of Buck-chopper circuit was established in electromagnetic transient analysis software PSCAD. The simulation analysis of DC chopping circiut is performed attentively on the basis of the model. The simulation waveform is consistent with the results gotten by the method of conventional analysis. The result confirms that the PSCAD software can be applied to the power electronics technology simulation and research.

Keywords: PSCAD; DC chopping circiut; modeling; simulation

在電力電子技術(shù)中,將直流電的一種電壓值通過(guò)電力電子變換裝置變換為另一種固定或可調(diào)電壓值的變換,稱(chēng)為直流-直流變換。由于其基本原理是利用開(kāi)關(guān)器件對(duì)輸入電壓波形周期性地“斬切”,因此也常稱(chēng)為斬波器。開(kāi)關(guān)型直-直換流器廣泛用于直流開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源和直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)等領(lǐng)域中。有許多的文獻(xiàn)與雜志用不同的電力電子仿真軟件對(duì)其進(jìn)行了仿真[1-5] ,這里主要討論了PWM(脈沖寬度調(diào)制)控制方式的降壓電路(Buck Chopper),并應(yīng)用可視化電磁暫態(tài)仿真軟件PSCAD,對(duì)該電路及降壓電路進(jìn)行了建模,并對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行了分析,得到了一種直觀、快捷分析直流變換電路的新方法。

1 直流斬波電路工作原理

直流降壓斬波電路原理圖如圖1(a)所示[6-7] 。圖中用理想開(kāi)關(guān)S代表實(shí)際的電力電子開(kāi)關(guān)器件;R為純阻性負(fù)載。當(dāng)開(kāi)關(guān)S在ton時(shí)間接通時(shí),加到負(fù)載電阻上的電壓Uo等于直流電源Ud。當(dāng)開(kāi)關(guān)S在toff時(shí)間斷開(kāi)時(shí),輸出電壓為零,直流變換波形如圖1(b)所示。

輸出電壓平均值為:

UR=uR=1Ts∫Ts0uRdt=1Ts∫t┆on0U┆ddt

=Udt┆ont┆on+t┆off=t┆onTsUd=DUd

(1)

式中:t┆on為斬波開(kāi)關(guān)S在一個(gè)周期內(nèi)的導(dǎo)通時(shí)間;t┆off為斬波開(kāi)關(guān)S在一個(gè)周期內(nèi)的關(guān)斷時(shí)間;Ts為斬波周期;D為占空比,D=t┆on/Ts。

圖1 帶純電阻負(fù)載的降壓斬波器工作原理

由此可見(jiàn),Ц謀淶紀(jì)ㄕ伎氈D,就能夠控制斬波電路輸出電壓Uo的大小。由于D是在0～1之間變化的系數(shù),因此輸出電壓Uo總小于輸入電壓Ud,即為降壓輸出。

2 PSCAD簡(jiǎn)介

電力系統(tǒng)電磁暫態(tài)計(jì)算程序PSCAD是目前世界上廣泛使用的一種電力系統(tǒng)分析軟件。其大規(guī)模的計(jì)算容量、完整而準(zhǔn)確的元件模型庫(kù)、穩(wěn)定高效的計(jì)算內(nèi)核、友好的界面和良好的開(kāi)放性等特點(diǎn),已經(jīng)被世界各國(guó)的科研機(jī)構(gòu)、學(xué)校和電氣工程師廣泛使用[8-10] 。PSCAD/EMTDC有以下元件模型庫(kù):

(1) 集中參數(shù)電阻R、電感L、電容C;隨時(shí)間變化的電阻R、電感L、電容C;電壓源、電流源、多相諧波源;

(2) 測(cè)量元件庫(kù),包括單相電壓表、電流表、三相電壓表(RMS)、瞬時(shí)有功功率/無(wú)功功率表、頻率表及相位(差)表;

(3) 高壓直流輸電(HVDC)及靈活交流輸電(FAcTs)模型庫(kù),包括二極管、晶閘管、GTO、IGBT及避雷器模型庫(kù),可以進(jìn)行電力電子仿真。

(4) 控制系統(tǒng)模型庫(kù),包含91種交/直流控制、數(shù)字/模擬控制模型;邏輯電路庫(kù)等。

3 直流斬波電路的建模與仿真

3.1 由IGBT構(gòu)成直流降壓斬波電路的建模和參數(shù)設(shè)置

圖2為由IGBT組成的Buck直流變換器仿真模型,在前面工作原理中分析得到輸出電壓在0~Ud之間跳變,這在許多應(yīng)用中是不允許的,解決的方法就是在圖中通過(guò)續(xù)流二極管釋放存儲(chǔ)在電感中的能量,即在IGBT導(dǎo)通區(qū)間,由于二極管呈反偏狀態(tài),由輸入端向負(fù)載和電感提供能量,而當(dāng)IGBT斷開(kāi)時(shí),電感電流經(jīng)續(xù)流二極管將存儲(chǔ)能量釋放給負(fù)載;利用電感和電容元件組成的低通濾波器可削弱輸出電壓的跳變。IGBT按默認(rèn)參數(shù)設(shè)置,電壓源參數(shù)取Us=100 V,L=100 mH,C=0001 μF;負(fù)載參數(shù)取R=2 Ω。

圖2 IGBT構(gòu)成直流降壓斬波電路

3.2 直流降壓斬波電路的仿真

打開(kāi)仿真參數(shù)窗口,選擇standard算法,solution time step為100 μs,停止仿真時(shí)間設(shè)置為0.5 s,控制脈沖周期設(shè)置為0001 s(頻率為1 000 Hz),控制脈沖占空比分別為40%,50%,80%。參數(shù)設(shè)置完畢后,啟動(dòng)仿真,得到圖3的仿真結(jié)果。

由圖3可以看出,負(fù)載上電壓分別為40 V,50 V,80 V,滿(mǎn)足公式:

Uo=t┆onTsUd=DUd

4 結(jié) 語(yǔ)

通過(guò)以上的仿真過(guò)程分析,可以得到下列結(jié)論:直流變換電路主要以全控型電力電子器件作為開(kāi)關(guān)器件,

通過(guò)控制主電路的接通與斷開(kāi),將恒定的直流斬成斷續(xù)的方波,經(jīng)濾波后變?yōu)殡妷嚎烧{(diào)的連續(xù)直流輸出電壓。利用PSCAD對(duì)降壓斬波電路仿真結(jié)果進(jìn)行了詳細(xì)分析,驗(yàn)證了仿真結(jié)果的正確性。

圖3 Buck Chopper仿真結(jié)果圖

參考文獻(xiàn)

[1]羅偉,張明焱.基于Saber的Buck電路仿真與分析[J].電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化學(xué)報(bào),2007,19(3):122-124,128.

[2]高春俠,張磊.PSPICE軟件在電力電子教學(xué)過(guò)程中的應(yīng)用[J].電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化學(xué)報(bào),2007,19(3):125-128.

[3]王利清,魏學(xué)業(yè).基于計(jì)算機(jī)仿真的Buck-Boost電路研究[J].系統(tǒng)仿真學(xué)報(bào),2004,16(1):52-54.

[4]王春芳,王開(kāi)艷,李強(qiáng).Buck變換器仿真模型及分岔與混沌研究[J].系統(tǒng)仿真學(xué)報(bào),2007,19(24):5824-5826.

[5]孔凡燕,潘庭龍.PLECS在DC/DC變換器中的應(yīng)用[J].通訊電源技術(shù),2008(1):52-54.

[6]張一工,肖湘寧.現(xiàn)代電力電子技術(shù)原理與應(yīng)用[M].北京:科學(xué)出版社,1999.

[7]趙珂,曹建.基于BUCK型DC-DC變換器的仿真研究[J].南昌航空大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版,2008(4):34-36.

[8]林良真,葉林.電磁暫態(tài)分析軟件包PSCAD/EMTDC[J].電網(wǎng)技術(shù),2000,24(1):65-66.

第9篇：直流電路范文

關(guān)鍵詞：直流無(wú)刷電機(jī)；驅(qū)動(dòng)電路；功率MOS管；脈寬調(diào)制

中圖分類(lèi)號(hào)：TM36+1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1004373X(2008)0312203

Design and Optimization for a Brushless DC Motor Drive Circuit

SONG Huibin,XU Shen,DUAN Deshan

(National ASIC System Engineering Research Center,Southeast University,Nanjing,210096,China)

Abstract：In this paper,a drive circuit for brushless DC motor is proposed.It is designed with discrete elements,has the features of low price,easy way to realize and high reliability.Based on the presentation of motor′s working principle,the paper analyses the important points of the drive circuit design.Some problems are discussed with the proposed circuit,such as the floating gate drive for the power MOSFET,the dead time setup of the complementary PWM outputs,the reasons to form the oscillation and the way to optimize the drive circuitry.In the end of this paper,a test is performed to verify the functions of the circuit and observe the effect after the optimization.

Keywords：brushless DC motor;drive circuitry;power MOSFET;PWM

直流無(wú)刷電動(dòng)機(jī)既具有運(yùn)行效率高、調(diào)速性能好，同時(shí)又具有交流電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠、維護(hù)方便的優(yōu)點(diǎn)，是電機(jī)主要發(fā)展方向之一[1],現(xiàn)已成功應(yīng)用于軍事、航空、計(jì)算機(jī)、數(shù)控機(jī)床、機(jī)器人和電動(dòng)自行車(chē)等多個(gè)領(lǐng)域。電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的性能直接決定了電動(dòng)機(jī)能否正確可靠地運(yùn)行,本文將結(jié)合三相無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用，介紹一種驅(qū)動(dòng)電路，并針對(duì)驅(qū)動(dòng)過(guò)程中的幾個(gè)要點(diǎn)進(jìn)行論述與優(yōu)化，如振蕩吸收、死區(qū)時(shí)間設(shè)置等，最后給出實(shí)際測(cè)試波形與結(jié)論。

1 直流無(wú)刷電機(jī)工作原理

為了便于理解本驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)及優(yōu)化方法，首先簡(jiǎn)單描述一下直流無(wú)刷電機(jī)的驅(qū)動(dòng)控制原理。

1.1 三相橋式逆變電路

目前，對(duì)于普及的三相直流無(wú)刷電機(jī)，大多采用三相橋式逆變電路驅(qū)動(dòng)[2]，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1中底部的3個(gè)電感為電機(jī)線(xiàn)圈的簡(jiǎn)單等效模型，6只功率MOSFET作為開(kāi)關(guān)器件使用，組成三相橋式結(jié)構(gòu)。如果將他們按照一定的組合方式和頻率進(jìn)行開(kāi)關(guān)，即能驅(qū)動(dòng)三相無(wú)刷直流電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。

圖1 三相直流無(wú)刷電機(jī)結(jié)構(gòu)

功率MOSFET的導(dǎo)通順序如圖1所示，由圖可知，系統(tǒng)采用三相六拍制單極控制，電動(dòng)機(jī)每轉(zhuǎn)一周都要經(jīng)過(guò)六次換相，每一相都有一個(gè)上管和一個(gè)下管為導(dǎo)通狀態(tài)，但同一對(duì)上下管不能同時(shí)導(dǎo)通，否則相當(dāng)于電源短路。這六相分別為：Q1+Q6，Q3+Q6，Q3+Q2，Q5+Q2，Q5+Q4，Q1+Q4。在每相中，電流根據(jù)導(dǎo)通的功率MOSFET不同，按不同方向流經(jīng)電機(jī)的不同線(xiàn)圈，由此產(chǎn)生持續(xù)的旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)，推動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)。

1.2 直流無(wú)刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)要點(diǎn)

驅(qū)動(dòng)直流無(wú)刷電機(jī)就是合理驅(qū)動(dòng)各橋臂的功率MOSFET開(kāi)關(guān)，使其按次序?qū)?，設(shè)計(jì)過(guò)程中要注意如下幾點(diǎn)：

(1) 功率MOSFET的柵極驅(qū)動(dòng)

一般功率MOSFET的柵極驅(qū)動(dòng)電壓VGS為10～15 V，且在開(kāi)關(guān)態(tài)中，需要較大的電流驅(qū)動(dòng)，否則上升下降時(shí)間會(huì)變得很慢，影響驅(qū)動(dòng)效率。從MCU出來(lái)的數(shù)字信號(hào)是不能達(dá)到要求的，需要設(shè)計(jì)電路加大驅(qū)動(dòng)能力。

在電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路中，由于電流較大，上管都采用N型MOSFET。從圖1可看出，每個(gè)上管源極的電壓是浮動(dòng)的，因此，上管的柵極驅(qū)動(dòng)電壓也必須浮置在源極的電壓之上才能有效地開(kāi)啟上管。實(shí)現(xiàn)這樣的方法有多種，如自舉法、隔離電源法、脈沖變壓器法、充電泵法、載波驅(qū)動(dòng)法等[3]。

(2) 脈寬調(diào)制控制

直流無(wú)刷電機(jī)的速度控制一般是由脈寬調(diào)制(PWM)來(lái)實(shí)現(xiàn)。在每一相中，采用恒定頻率，不同占空比的脈寬信號(hào)控制功率MOSFET的導(dǎo)通時(shí)間，調(diào)節(jié)流過(guò)電機(jī)的電流，改變其轉(zhuǎn)動(dòng)速度，這個(gè)PWM信號(hào)的頻率一般為數(shù)十kHz。常用的PWM模式如表1所示。

表1 常用的PWM模式

稱(chēng)方式優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)

2相變頻開(kāi)關(guān)式僅上橋臂PWM開(kāi)關(guān)損耗低，直流總線(xiàn)容量小無(wú)法快速改變電機(jī)速度

4相同步變頻開(kāi)關(guān)式上下橋臂同步同相位PWM可快速改變轉(zhuǎn)速總線(xiàn)容量需求大，開(kāi)關(guān)管發(fā)熱大

4相同步變頻互補(bǔ)開(kāi)關(guān)式同對(duì)上下管互補(bǔ)PWM，導(dǎo)通相下橋臂常開(kāi)或PWM優(yōu)越的過(guò)零點(diǎn)控制，降低開(kāi)關(guān)管溫度電路設(shè)計(jì)和器件選配比較嚴(yán)格

(3) 上下開(kāi)關(guān)管互補(bǔ)導(dǎo)通時(shí)的死區(qū)時(shí)間

從圖1可以看出，假設(shè)某一相為Q1Q4導(dǎo)通，則當(dāng)Q1進(jìn)行PWM調(diào)制關(guān)斷時(shí)，電機(jī)線(xiàn)圈為了保證電流方向不變，會(huì)產(chǎn)生感生電勢(shì)，A端為負(fù)，B端為正。由于A端電勢(shì)比地電位低，電流會(huì)通過(guò)Q2的寄生二極管放電，如果此時(shí)使Q2反相導(dǎo)通輔助放電，則可以大大減小功率MOSFET的溫升。所以，當(dāng)電流較大時(shí)，應(yīng)采用互補(bǔ)開(kāi)關(guān)模式。采用此模式時(shí)，為了避免橋臂直通，一般要求上下管柵極控制信號(hào)有一個(gè)死區(qū)時(shí)間，以確保在換流時(shí)上下管不會(huì)同時(shí)導(dǎo)通。這個(gè)死區(qū)時(shí)間太長(zhǎng)會(huì)造成輸出電壓諧波成分增加，太短則不能發(fā)揮應(yīng)有的作用[4]。其長(zhǎng)短可根據(jù)電路性能及功率MOSFET的開(kāi)通關(guān)斷時(shí)間來(lái)確定。

(4) 振蕩現(xiàn)象

由于電機(jī)經(jīng)常工作在惡劣的環(huán)境下，且流過(guò)的電流較大，容易在驅(qū)動(dòng)電路中產(chǎn)生振蕩,嚴(yán)重時(shí)會(huì)損壞控制板,故需要在電路設(shè)計(jì)和布板上進(jìn)行優(yōu)化，消除或減弱這些振蕩現(xiàn)象，在下面一節(jié)中將會(huì)根據(jù)實(shí)際電路進(jìn)行此方面的討論。

2 驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)與優(yōu)化

2.1 控制驅(qū)動(dòng)電路原理

本文設(shè)計(jì)的直流無(wú)刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路，采用自舉法驅(qū)動(dòng)高壓側(cè)開(kāi)關(guān)管，全部采用分立元件，其中一對(duì)上下功率MOSFET的驅(qū)動(dòng)電路如圖2所示，其余兩對(duì)開(kāi)關(guān)管的驅(qū)動(dòng)電路與之完全相同。

圖2 驅(qū)動(dòng)電路結(jié)構(gòu)

在圖2所示的電路中，H_PWM和L_PWM分別為驅(qū)動(dòng)上下開(kāi)關(guān)管的5 V數(shù)字邏輯PWM信號(hào)。

對(duì)于Q2管，不需要浮置柵，驅(qū)動(dòng)方法比較簡(jiǎn)單。當(dāng)N2基極的L_PWM為低電平時(shí)，N2不導(dǎo)通，N1和P1導(dǎo)通，使得Q2的柵極被15 V電源直接驅(qū)動(dòng)，Q2導(dǎo)通。當(dāng)L_PWM為高電平時(shí)，N2導(dǎo)通，N1,P1關(guān)斷，Q2柵極電位被拉到地，Q2關(guān)斷。

對(duì)于Q1管，需要柵極浮置驅(qū)動(dòng)，原理如下。當(dāng)N3基極的H_PWM信號(hào)為低電平時(shí)，N3和P2都不導(dǎo)通，此時(shí)Q1是關(guān)斷的，而Q2互補(bǔ)導(dǎo)通。15 V電源電壓經(jīng)D1向自舉電容C1充電，使得C1兩端電壓為15 V減去D1的管壓降，大概為14 V。當(dāng)H_PWM信號(hào)為高電平時(shí)，N3和P2相繼導(dǎo)通，自舉電容C1兩端的電壓通過(guò)P2加到Q1的柵極上，浮置于源極之上，電壓差為14 V左右，保證Q1飽和導(dǎo)通，此時(shí)Q2必須是互補(bǔ)關(guān)斷的，否則將造成橋臂導(dǎo)通，使電源短路。當(dāng)H_PWM信號(hào)再次轉(zhuǎn)為低電平時(shí)，P3導(dǎo)通，使Q1的柵極電容迅速放電，及時(shí)關(guān)斷Q1。

2.2 上下開(kāi)關(guān)功率MOSFET互補(bǔ)PWM的實(shí)現(xiàn)

提供互補(bǔ)PWM信號(hào)可利用具有兩路PWM輸出的MCU，死區(qū)時(shí)間由軟件給定，但這樣成本會(huì)比較高。本文設(shè)計(jì)一種硬件電路實(shí)現(xiàn)此功能，并且死區(qū)時(shí)間可調(diào)，其電路結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3中的輸入信號(hào)為MCU給出的一路PWM調(diào)制信號(hào)，L_PWM和H_PWM為具有死區(qū)時(shí)間的一對(duì)互補(bǔ)PWM控制信號(hào)，與圖2中相對(duì)應(yīng)。

當(dāng)PWM信號(hào)從低到高時(shí)，通過(guò)R11對(duì)C11充電，C11上端電壓逐漸升高，當(dāng)大于后級(jí)反門(mén)的門(mén)限電壓時(shí)，信號(hào)得以傳輸過(guò)去，其間有個(gè)時(shí)間差T1。同時(shí)，PWM信號(hào)也通過(guò)R13對(duì)C12充電，當(dāng)C12上端電壓大于與門(mén)的門(mén)限時(shí)，信號(hào)得以傳輸過(guò)去，其時(shí)間差為T(mén)2。T1和T2可以通過(guò)改變各自RC的值進(jìn)行改變。

圖3 硬件電路結(jié)構(gòu)

電容上電壓為：

Uc(t)=Us(1－e－(t/RC))

Us為單片機(jī)輸出的5 V電壓，假設(shè)邏輯門(mén)的門(mén)限電壓為Vth，則令Uc(t)=Vth即可算出給定延遲時(shí)間t的情況下，RC的取值。

在本應(yīng)用中，設(shè)置T2>T1。當(dāng)PWM信號(hào)從高到低時(shí)，C11要通過(guò)R11放電，電壓緩緩下降到反門(mén)的門(mén)限電壓以下時(shí)，信號(hào)才能傳輸過(guò)去，其延時(shí)為T(mén)3。而對(duì)于H_PWM，只要PWM一變?yōu)榈?，與門(mén)特點(diǎn)是有低出低，所以信號(hào)會(huì)立刻傳輸過(guò)去，基本沒(méi)有延遲。又從圖2可知，L_PWM信號(hào)與Q2柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)反相，H_PWM信號(hào)與Q1柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)同相，這樣變得到了圖3中的Q1,Q2柵極波形VGS1和VGS2。兩個(gè)死區(qū)時(shí)間分別為T(mén)2,T1和T3。在以上分析中，門(mén)級(jí)延遲相對(duì)于RC延遲可以忽略不計(jì)。

2.3 驅(qū)動(dòng)電路中的振蕩現(xiàn)象及優(yōu)化

MOS管的轉(zhuǎn)換頻率一般可以到200 MHz以上，所以由于封裝和線(xiàn)路上的各種寄生電抗，會(huì)產(chǎn)生寄生振蕩問(wèn)題。同一橋臂上的兩個(gè)功率MOSFET在開(kāi)通和關(guān)斷的轉(zhuǎn)換過(guò)程中，由于較高的dv/dt，柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)會(huì)產(chǎn)生振蕩，導(dǎo)致功率MOSFET產(chǎn)生很大的開(kāi)關(guān)損耗。當(dāng)上管開(kāi)通時(shí)，會(huì)在下管柵極產(chǎn)生阻尼衰減振蕩信號(hào)。更嚴(yán)重的是若振蕩的幅值達(dá)到功率MOSFET的門(mén)限電壓，下管將開(kāi)通，而上管正處于開(kāi)通狀態(tài)，此時(shí)將造成上下功率管的直通現(xiàn)象，損壞功率管。

開(kāi)通時(shí)間是影響驅(qū)動(dòng)信號(hào)振蕩幅值的主要因素，二者成反比關(guān)系。適當(dāng)延長(zhǎng)器件的開(kāi)通時(shí)間，即可很大程度上減小振幅。因此需在功率MOSFET的柵極前加一個(gè)緩沖電阻[5]，人為增加器件的開(kāi)通時(shí)間，在功率MOSFET的柵源極間并聯(lián)電容以延長(zhǎng)柵極電容的充電時(shí)間，降低電壓變化率，如圖2中的C2,C3。緩沖電阻的阻值要設(shè)置適當(dāng)，因?yàn)檫^(guò)大的電阻會(huì)引起更長(zhǎng)的開(kāi)通和關(guān)斷時(shí)間，不但與減小死區(qū)時(shí)間的要求相違背，而且還會(huì)增加功率MOSFET的開(kāi)關(guān)損耗,因此要根據(jù)電流容量和電壓的額定值以及開(kāi)關(guān)頻率選擇合適的緩沖阻值。圖2中緩沖電阻為R3,R8，其阻值一般在100 Ω左右。

緩沖電路參數(shù)通常的選取原則為：

式中f為功率MOSFET的工作頻率。

此外，從布板的角度來(lái)說(shuō)，驅(qū)動(dòng)電路必須靠近MOS管，如圖2中的N2應(yīng)靠近Q2，當(dāng)Q2關(guān)斷，其漏極電壓從低到高時(shí)，柵漏電容的放電電流會(huì)使柵極驅(qū)動(dòng)的連接阻抗壓降升高，若N2離Q2較遠(yuǎn)，即連接阻抗過(guò)高，則柵極電壓過(guò)高，容易產(chǎn)生誤開(kāi)啟。另外N2應(yīng)選擇電流能力較強(qiáng)的三極管，提高放電速度，可減小上述振蕩現(xiàn)象。

3 測(cè)試波形

根據(jù)本文的設(shè)計(jì)與優(yōu)化思路，搭建了直流無(wú)刷電機(jī)控制驅(qū)動(dòng)的實(shí)際電路板，并用一臺(tái)250 W的三相直流無(wú)刷電機(jī)作為負(fù)載進(jìn)行了測(cè)試，以下是一些測(cè)試波形。

圖4為一對(duì)上下功率MOSFET進(jìn)行互補(bǔ)PWM時(shí)的波形。VG1為上管Q1的柵極電壓，VS1為其源極電壓，波形分辨率都為13.2 V/div；VG2為下管Q2的柵極電壓，3.30 V/div；三個(gè)波形的時(shí)間分辨率都為7.5 μs/div。

圖4 上下功率MOSFET進(jìn)行互補(bǔ)PWM時(shí)的波形

從圖4中可以看出當(dāng)上管Q1導(dǎo)通時(shí)，柵極電壓是浮置在源極電壓上的，壓差為14 V左右，上升下降沿也較為理想。上下功率MOSFET的柵極驅(qū)動(dòng)波形VG1,VG2顯示為互補(bǔ)導(dǎo)通，有明顯的死區(qū)時(shí)間，保證了兩開(kāi)關(guān)管不會(huì)同時(shí)導(dǎo)通，該電路較為優(yōu)秀地完成了電機(jī)驅(qū)動(dòng)任務(wù)。

圖5為對(duì)系統(tǒng)中出現(xiàn)的振蕩現(xiàn)象進(jìn)行優(yōu)化前后的測(cè)試波形。VD2為下管Q2的漏極電壓，20 V/div；VG2為Q2柵極電壓，10 V/div；時(shí)間分辨率都是100 ns/div。

圖5 優(yōu)化前后的測(cè)試波形

圖5(a)為優(yōu)化前的情況，可見(jiàn)當(dāng)下管Q2漏極電壓上[JP+1]升時(shí)，其柵極由于上文所述的原因產(chǎn)生較大振蕩，振幅最大15 V左右，這完全能把Q2開(kāi)啟，造成上下開(kāi)關(guān)管同時(shí)導(dǎo)通。

針對(duì)該振蕩問(wèn)題，按照優(yōu)化思路進(jìn)行調(diào)整，適當(dāng)加大緩沖電阻值，減小驅(qū)動(dòng)三極管到下管柵極的走線(xiàn)長(zhǎng)度，增大驅(qū)動(dòng)三極管的拉電流能力等。再次進(jìn)行測(cè)試，由圖5(b)可以看出，改進(jìn)非常明顯，基本消除了振蕩現(xiàn)象，這對(duì)增加系統(tǒng)的穩(wěn)定與可靠性有非常大的作用。

4 結(jié) 語(yǔ)

本文介紹了一種應(yīng)用于三相無(wú)刷直流電機(jī)的控制驅(qū)動(dòng)電路,主要分析了此類(lèi)電路設(shè)計(jì)中的注意要點(diǎn)以及優(yōu)化方法。本電路由分立元件組成，簡(jiǎn)單可靠、易實(shí)現(xiàn)、成本低，并且從測(cè)試波形可以看出其性能也較為優(yōu)異，可以廣泛應(yīng)用。在今后的設(shè)計(jì)中，若能將該電路集成化，則可更進(jìn)一步簡(jiǎn)化電機(jī)控制驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，提高穩(wěn)定性。

參考文獻(xiàn)

[1]譚建成.新編電機(jī)控制專(zhuān)用集成電路與應(yīng)用[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006.

[2]Chris Hill.An Introduction to Low Voltage DC Motors[M].United Kingdom:Philips Semiconductors Application Note AN10293_1,2004.

[3]李正中,孫德剛.高壓浮動(dòng)MOSFET柵極驅(qū)動(dòng)技術(shù)[J].通訊電源技術(shù)，2003(3)：37―40.

[4]吳鳳江,高晗瓔,孫力.橋式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)功率MOSFET驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)[J].電氣傳動(dòng)，2005，35(6)：32―34.

[5]田穎,陳培紅,聶圣芳,等.功率MOSFET驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路設(shè)計(jì)[J].電力電子技術(shù)，2005，39(1)：73―75.