「電路分析」PWM速度控制5

這是連載系列文章中的第五篇。

當您突然增加需求速度時，控制器不希望立即響應。這個問題的一個很好的例子就是輸入設備是腳踏板。把你的腳放在油門上，車輛快速向前傾斜，你的身體向后仰，這樣你的腳就減少了對踏板的壓力。結(jié)果被稱為袋鼠電氣！

類似的論點也適用于減速，因為控制器有再生制動。

因此，只要輸入變化很快，控制器就必須以可控的速率響應。對于什么樣的加速率是“最佳”的，有很多爭論：簡單的回答是沒有最佳的，理想的響應取決于車輛和駕駛員。

2QD只有一個簡單的CR坡道，220K和C8。這并不理想：它可以在加速，但斜坡率取決于應用的輸入水平，因此減速是非常緩慢的，因為控制器接近零速度。它也不可調(diào)。

TEC庫有一頁斜坡電路可供會員使用. 這是我們在大多數(shù)控制器上使用的電路8。

這給出了線性斜坡（恒定dV/dt），可在相當可觀的范圍內(nèi)，分別針對正（加速）和負（減速）斜坡進行調(diào)整。

這個恒定的dV/dt似乎是大多數(shù)低速車輛最可接受的坡道之一，并在工業(yè)中廣泛使用。但是隨著車速的增加，它變得不理想。這樣做的原因是你需要一個更低的dV/dt，這樣加速就可以持續(xù)更長的時間。但是加速度斜坡從零輸出開始?，F(xiàn)在，任何負載的電機都不會開始工作，直到電流達到一個取決于機器機械的值。當從零開始加速時，在騎手能夠察覺到的任何事情發(fā)生之前，會有一個停頓。然后，電機電流將開始增大，直到機器以與電壓斜坡相同的速度加速。此時，機器將以恒定的電機電流加速，直到接近全速。

從這一點可以明顯看出，理想的斜坡是相當復雜的-并且正確設置它需要安裝人員的大量技術(shù)意識，即使制造商提供了一個合適的可編程系統(tǒng)！所以常數(shù)dV/dt是最常用的折衷方法。

在許多應用中，沒有理由說明為什么車輛駕駛員在想要倒車時不能簡單地拋出一個雙極轉(zhuǎn)換開關，這正是許多模型機車系統(tǒng)所做的。當然，你不能在機器移動的時候改變方向：這應該是不言而喻的，如果有人把他們的汽車引擎或變速箱扔到倒車檔，沒有人會同情他們。但由于某些原因，如果一個電動汽車控制器或電機可能會因為試圖在高速下倒車而遭到破壞，這似乎應該歸咎于控制器。所以倒車控制器必須安全地這樣做。為了安全倒車，您必須在電機停止或緩慢旋轉(zhuǎn)的情況下進行。在大多數(shù)商用控制器中，這涉及到測量電機速度，并且只允許在零電樞電壓下反轉(zhuǎn)。

我們早期的倒車控制器使用不同的系統(tǒng)：只有在需求速度（經(jīng)過斜坡處理后）為零時，它們才會改變方向。這是“預選”倒車，因為在用戶將速度降至零之前，方向開關根本不起作用。然后，車輛將按預先選定的方向重新起動。這個系統(tǒng)運行良好，可以在今天使用，但有一次它是不可接受的。

考慮一個操縱桿控制的系統(tǒng)。在這里，很容易從前進到后退快速搖動棍子。如果這樣做了，那么預選將不會做任何事情，因為速度沒有保持在零足夠長的時間被接受，所以操縱桿不會反轉(zhuǎn)！所需要的是一個方向鎖存器（無論如何都需要，因為需求方向可以隨時改變，并且必須記住當前方向）和某種比較器，它將需求方向與鎖定方向進行比較，并在發(fā)生沖突時給出輸出。當方向閂鎖可以改變時，“改變方向”請求必須使需求速度下降到零，然后“改變方向”請求將為零。然后控制器在新方向上以所需的速度爬升。

這是“雙坡道”倒車。幾乎通用的系統(tǒng)，用于任何倒車控制器。它看起來比2QD要復雜一點！然而，并非所有這些都與斜坡和倒車有關。

我們現(xiàn)在可以介紹NCC系列控制器電路 .

點火開關向Tr3的底座施加電壓，使其和Tr 2接通。Tr3打開電流源（Tr6和Tr7），使控制器通電。當Tr2不導電時，允許電流從9v電源流過其10K集電極電阻和二極管，進入Tr25的底部，Tr25是速度鉗（雙斜坡?lián)Q向電路的一部分）。結(jié)果是，當點火開關關閉時，Tr25被打開，并導致需求速度降到零，所以控制器會降低到零速度。

在Tr3的集電極中，還有一個4K7電阻器。它由輸出電荷泵供電，因此當輸出切換時，4μ7（電路上靠近Tr5）保持完全充電。當點火開關關閉時，該電容器上的電荷保持電流源，因此當控制器下降到零速度時，9v軌道保持不變。只有當輸出關閉時（9v）才停止。

關閉過程中有一點延遲：這是必要的，因為在全速下，控制器沒有切換，因此如果沒有延遲，控制器將在點火開關關閉后立即斷電。延遲應該（如果增益設置正確的話）允許控制器有時間從全速開始略微下降，所以在這個延遲到期之前它是切換的。

斷電也是一種安全功能。如果MOSFET熔斷，那么（很可能）驅(qū)動MOSFET發(fā)生短路故障。這是危險的，也是所有控制器制造商擔心的故障模式（幸運的是非常罕見），因為機器無法全速運轉(zhuǎn)。但在這種情況下，輸出不會切換，因此繼電器將在延遲時間后斷電，通過短路電機使機器緊急停機。

事實上，我們已經(jīng)有控制器“失敗”到全速。但到目前為止，這是由水進入電路板或類似事件引起的。當然，沒有一個控制器制造商能夠針對水污染進行設計，盡管我們確實把每一塊板都浸在防水保形涂層中。

IC1a只是一個輸入緩沖器，用來驅(qū)動斜坡電路。TR1S通常硬啟動，因此引腳1被10電阻拉高到9v。零速時，針腳1低。當速度增加時，IC1A引腳1將變高。Tr21的集電極將上升，電流將流過Accel預設值，在Tr21的基礎上改變4μ7。但如果通過預設的電流過大，Tr21將變?yōu)閛t，導致Tr20搶流。因此，4μ7的充電電流（其控制dV/dT）由預設值控制。

減速時，引腳1低，Tr22集電極的二極管攜帶4μ7斜坡電容器的放電電流。所以放電速度由減速預設控制。

Tr1由速度電位計中的電流打開。如果速度電位器中的電流過低，Tr1將關閉，并且不再有任何東西拉起IC1a的引腳1，因此需求速度降為零。如果一根電線斷了，或者鍋的軌道斷了，那么鍋電流就會變低。然后，該電路確保pot和接線故障都是故障安全的。

Tr25是“斜坡夾鉗”。它使IC1a引腳1短路，使需求速度降低到零，無論何時開啟。當點火開關關閉時，由方向改變請求電路的輸出或點火電路的信號接通。在任何一種情況下，關閉需求速度都會導致控制器下降到零速度。

您還可以注意到pwm振蕩器（IC1b）與2QD上使用的不同。這兩種電路都在4QD-TEC上進行了描述PWM調(diào)制器第頁。二極管振蕩器使用的元件比以前的少，由于其和槽電平依賴于obe二極管而不是兩個電阻，因此更容易預測，并且波形在使用前不需要電平偏移。

IC2d將需求速度與二極管得出的200mV參考電壓進行比較。當需求速度低于此閾值時，針腳14低。銷14控制方向鎖閂的鎖緊，并操作駐車制動器驅(qū)動器Tr 31和Tr32。有一個二極管/電容器輸入到制動驅(qū)動器，使其快速通電（向駐車制動器施加功率，以釋放），但緩慢斷電，在短時間延遲后切斷駐車制動器的電源（并應用）。

IC2c是一個逆變器，因為我們需要比較所需的方向和鎖存的方向。需要反向，所以有兩個信號，一個高用于正向請求，另一個高用于反向請求。

反向方向開關閉合，Tr10反向?qū)?，IC2c引腳10低。因此，針腳13對于倒檔為高，對于正向請求方向為低。

這些信號被輸入到方向改變請求邏輯，引腳13也為方向鎖存器供電。

可逆比較器由兩個icflop構(gòu)成。這個鎖存器似乎沒有合適的名稱：它有3種狀態(tài)：兩種輸出都關閉，一種是高電平，另一種是高電平。當引腳5和7（由需求零點探測器驅(qū)動）較低或沒有需求速度時，兩者都（低）關閉。當有需要的速度時，閂鎖會根據(jù)插腳13的狀態(tài)翻轉(zhuǎn)或翻轉(zhuǎn)。

有一個二極管電橋連接到方向鎖存器的輸出端。這實際上是兩個二極管電阻和柵極，其他兩個二極管形成一個或門，因此當正向和反向或反向和正向時，輸出很高，其中一個反向是需求，另一個是鎖存。二極管是不是很棒。。。。

閂鎖的輸出驅(qū)動兩個繼電器驅(qū)動器。這些是互補的達林頓安排（tr29和Tr30，Tr28和Tr28）。他們是達林頓，因為，雖然繼電器電流永遠不會超過100毫安，我們需要一個高輸入阻抗（100千電阻）或鎖存器的高狀態(tài)不會操作斜坡鉗位二極管邏輯門。

IC2a的輸出（定義為反向）驅(qū)動Tr26的基座。這會將一個10K電阻切換到斜坡需求速度線。斜坡跟隨器（Tr14）和調(diào)制器輸入之間有一個10K電阻，因此當半速接通時，所需速度減半。有一個針狀割臺，可以拆下它來禁用倒檔減速。

為了理解限流器的工作方式，可以考慮簡化電路，對嗎。我們試著感應底部MOSFET中的電流。當這個MOSFET導電時，它的電壓降（Vs）等于I乘以Rds（開），因為導電的mosfet是電阻的。這個電壓“提升”了分壓器鏈R3、R4、D1的一端，因此比較器引腳10上的電壓隨著電機驅(qū)動電流的增加而升高。

當MOSFET關閉時，會有一個高電壓穿過它，就像它在開關期間一樣，所以在這些時間段，電路會打開顯示為Tr15的晶體管，這樣感應被禁用。二極管D1當然是Tr15能夠工作所必需的（Tr15本身就是試圖驅(qū)動馬達的！）。

向比較器的另一個輸入引腳（11）提供參考電壓。該電壓和感應電壓均來自9v1油軌?，F(xiàn)在我們在感測路徑上有一個二極管（D1），二極管上的壓降與溫度有很強的關系。因此，另一個二極管，D2，被包含在參考分壓器中，這樣兩個二極管的溫度變化互相跟蹤，抵消，所以不會影響電路的工作。

電流限制的實際值可以通過改變R1或R2來改變。該電路將自動補償各種各樣的mosfet，因為它使用MSFET作為自己的傳感器。

然而，Rds（開）隨著MOSFET結(jié)溫度的變化，MOSFET的電流會隨著MOSFET的加熱而自動減小。這意味著電路非常安全，可以可靠地推到接近MOSFET公布的限值，但這也意味著該方法不能用于精確的電流傳感，除非MOSFET電流保持在足夠低的水平，以至于結(jié)加熱不明顯。