Стабилизатор скорости вращения двигателя не нуждается в тахометре

Texas Instruments DRV101 OPA237

Характеристики обратной ЭДС двигателей постоянного тока уже давно используются в регуляторах числа оборотов. В таких схемах линейных драйверов применяются мощные операционные усилители (ОУ), создающие отрицательное выходное сопротивление, которое противодействует падению напряжения на последовательном сопротивлении двигателя [1]. Схема на Рисунке 1 демонстрирует реализацию этого метода контроля скорости с использованием ШИМ-управления, снижающего мощность, рассеиваемую в схеме драйвера.

Напряжение положительной обратной связи, снимаемое с токоизмерительного резистора RS, увеличивает коэффициент заполнения импульсов ШИМ-контроллера IC2 для стабилизации частоты вращения двигателя при изменяющейся нагрузке.
Рисунок 1. Напряжение положительной обратной связи, снимаемое с токоизмерительного
резистора RS, увеличивает коэффициент заполнения импульсов ШИМ-контроллера
IC2 для стабилизации частоты вращения двигателя при изменяющейся нагрузке.

Управляющее напряжение VIN устанавливает скорость вращения, а элементы IC1, Q1 и R3 преобразуют VIN в ток от 0 до 200 мкА. Источник тока управляет коэффициентом заполнения драйвера ШИМ микросхемы IC2 (вывод 3). Элементы D1, D2 и R5 предназначены для защиты схемы от чрезмерно низкого входного напряжения, способного вызвать инверсию контура регулирования.

Ток двигателя идет в общий провод через внутренний ключевой транзистор микросхемы IC2 и через токоизмерительный резистор RS. Схема фильтрует и масштабирует напряжение, падающее на токоизмерительном резисторе, чтобы сформировать сигнал положительной обратной связи, подаваемый на вход схемы через резистор R2. При подходящей глубине положительной обратной связи рост нагрузки на двигатель увеличивает ток двигателя, что, в свою очередь, увеличивает коэффициент заполнения импульсов драйвера для поддержания постоянства скорости.

Уравнение баланса скорости имеет вид

где

RM – сопротивление двигателя,
IM – ток двигателя,
V+ – напряжение на неинвертирующем входе IC1.

Эта модель пренебрегает потерями в коммутаторе микросхемы IC2. Такие потери, в зависимости от напряжения источника питания, могут существенно влиять на требуемые характеристики цепи обратной связи. В отличие от реализации схемы на мощном ОУ, на этот входящий в контур регулирования ШИМ-контроллер влияет абсолютное значение напряжения питания. Потери напряжения при переключении не являются чисто резистивными, и их сложно смоделировать. На практике можно оптимизировать управление скоростью, настроив глубину положительной обратной связи с помощью потенциометра R4. При правильной регулировке скорость двигателя остается относительно постоянной при значительных изменениях нагрузки. Хотя точность этого недорогого метода ниже, чем обеспечивают истинные контроллеры с сигналом обратной связи, получаемым от тахометра, он значительно лучше простого управления по напряжению.

Ссылка

  1. Burr-Brown Applications Bulletin AB-152

Материалы по теме

  1. Datasheet Texas Instruments DRV101
  2. Datasheet Texas Instruments OPA237
  3. Datasheet Microchip 2N7000

EDN

Перевод: AlexAAN по заказу РадиоЛоцман

На английском языке: Motor controller operates without tachometer feedback

Изготовление 1-4 слойных печатных плат за $2

16 предложений от 15 поставщиков
Контроллеры и драйверы двигателей / движения / зажигания PWM Solenoid/ Valve Driver
AliExpress
Весь мир
1 шт./лот DRV101FKTWT DRV101 DRV101F TO263-7 IC Chip новый оригинальный
175 ₽
DRV101T
Texas Instruments
392 ₽
T-electron
Россия и страны СНГ
DRV101F/500
Texas Instruments
442 ₽
TradeElectronics
Россия
DRV101FKTWTG3
Texas Instruments
по запросу
Для комментирования материалов с сайта и получения полного доступа к нашему форуму Вам необходимо зарегистрироваться.
Имя