第四章 直流电机驱动控制系统总体硬件电路设计
1.1U2IF?0.45??RL整流二极管的选择（考虑电网?10%）：
?UR?1.12U2??（2）滤波电路参数 滤波电容选择：RLC=(3～5)
一般选几十至几千微法的电解电容，耐压>1.12U2
4.1.2 元器件选择
（1）要使7812正常工作，必须保证输入与输出之间维持大于2V的压降，因此7812输入端直流电压必须保证14V以上。7812输入端的电流是对变压器副边输出电压U（t）整流、滤波后得到的。假设整流电路内阻为0，负载电流为0，7812输入端有最大电压U=1.414Uef，Uef是U（t）有效值。由于滤波电容不可能无限大，所以U＜1.414Uef，根据经验可知U=1.2Uef，可知Uef=14.4V，考虑到整流桥经过两个二极管约有1.4V的压降，得变压器可取15V。
（3）变压器选择：变压器选择220V/15V变压，考虑到电流不需要太大，最大电流为2A，实际选择变压器输出功率为10W，可以很好的满足要求。
（4）整流桥：考虑到电路中会出现冲击电流，整流桥的额定电流是工作电流的2~3倍。选取IN4007搭接整流桥符合设计要求。
（5）滤波电容：考虑到对纹波电压要求比较高，故选择1000μF耐压值的电解电容去除低频干扰稳定电压。
（6）去耦电容：去耦电容的选择是7812及7805芯片要求的，查手册可知分别为0.33μF 、0.1μF，用来滤除高频分量防止产生自激。
至此，所有元件的参数都已经确定。
4.1.3 绘制稳压电路原理图
原理图绘制采用EDA设计软件Protel99SE，该软件采用设计库管理模式，可以进行联网设计，具有很强的数据交换能力和开放性及3D模拟功能，是一个32位的设计软件，可以完成电路原理图设计，印制电路板设计和可编程逻辑器件设计等工作。
18
四川理工学院毕业设计（论文）
图4-2 12V、5V稳压电路原理图
4.2 H桥驱动电路设计 4.2.1 H桥驱动芯片的选择
常用的直流电机H桥驱动方案有：三极管H桥、MOS管H桥、集成电路H桥等，具体选择哪一种方案还要看实际需要。下面就分析一下几种电路的性能差异。
三极管H桥：驱动效率高，驱动电路消耗能量少，桥臂导通压降小，电路简单便宜。 MOS管H桥：MOS管效率高但比较脆弱，使用时候需要非常注意，例如导通切换的时候要仔细研究时序，否则容易造成桥直通，烧毁MOS管；大功率的MOS管门极需要比较高的驱动电压，否则不能正常导通。
集成电路H桥：芯片简单便宜，而且很容易买到，如常用的L298N，一个芯片里面就集成了2路的H桥电路，还带PWM控制和电流采集。但是它也有严重的缺点，如手册要求电机驱动电压要比控制逻辑电压高2.5V而且芯片在H桥电路上的损耗大效率低。
综合考虑本次设计采用三极管H桥电路，四个晶体三极管B772、D882以对角组合分为两组：根据两个输入端的高低电平决定晶体管的导通和截止。4个二极管4148在电路中起防止晶体管产生反向电压的保护作用。
4.2.2光电隔离电路
由于PWM控制信号发生器信号电压为5V，H桥驱动电压为12V，为了使二者电压得到匹配，在PWM控制信号发生器与H桥驱动电路之间采用光电耦合器，即实现了
19
第四章 直流电机驱动控制系统总体硬件电路设计
电压匹配又将控制部分与电动机的驱动部分隔离开来，有效得防止了干扰和保护了电路。其中光电隔离电路采用光电耦合器TLP521-1，其引脚定义如图4-3所示。
图4-3 TLP521-1光电耦合器引脚定义
4.2.3绘制H桥驱动电路原理图
H桥驱动电路原理图如图4-4所示。图中两个光电耦合器TLP521-1第1引脚接R6、R7限流电阻保护光耦发光二极管端不被烧坏，2脚接PWM信号发生器P2.0、P2.7，3脚接下拉电阻R11、R12，4脚接上拉电阻R8、R9提供光耦三极管端导通电压。R10、R14为初级放大三极管8050提供基极电流，R13、R15为8050提供导通电压的同时为H桥B772、D882提供基极电流。
图4-4 H桥驱动电路原理图
20
四川理工学院毕业设计（论文）
4.3 PLC可编程控制器电路设计
目前，PLC的类型很多，功能和指令系统也都各不相同，但是都以微处理器为核心用作工业控制的专用计算机，所以其结构和工作原理多大致相同，硬件结构和微机相似。可编程序控制器的特点：通用性强、功能强、可靠性高、体积小、耗电少、价格便宜、编程和接线可同步进行、扩展灵活、维修方便。
PLC是一种通用的工业控制装置，其组成与微型计算机基本相同，由中央处理单元、存储器、输入输出接口电路和其他一些电路组成。按结构形式的不同，PLC可分为整体式和组合式。
4.3.1 PLC中央处理器CPU
CPU一般是控制电路、运算器和寄存器组成。它是整个PLC的核心部分，起着总指挥的作用，是PLC的运算和控制中心。PLC的基本结构图如图4-5所示。它主要完成以下功能：
（1）诊断电源、PLC内部电路的故障及编制过程中程序的错误。 （2）采集现场的状态或数据，并送入PLC的存储器中存储起来。
（3）按存放的先后顺序逐条读取用户指令，进行编译解释后，按指令规定的任务
成各种运算和操作，将处理结果送至输出端。
（4）相应各种外围设备的工作要求。
图4-5 PLC的基本结构图
21
第四章 直流电机驱动控制系统总体硬件电路设计
4.3.2 PLC的存储器
存储器是具有记忆功能的半导体电路，用来存放系统程序、用户程序、逻辑变量和其他一些信息。系统程序是用来控制和完成PLC各种功能的程序，这些程序是由PLC制造商用相应CPU的指令系统编写的，并固化到ROM中。用户程序存储器用来存放由编程器输入的用户程序。用户程序是指使用者根据工程现场的生产过程和工艺要求编写的控制程序，可通过编程序修改或增删。系统存储器：存放系统管理程序，用只读存储器（ROM）实现。用户存储器：存放用户编制的控制程序，一般用RAM实现或固化到只读存储器中。
4.3.3 PLC的I/O接口模块
I/O接口是PLC与外围设备传递信息的窗口。如图4-6所示，PLC通过输入接口电路将各种主令电器、检测元件输出的开关量或模拟量通过滤波、光电隔离以及电平转换等处理转换成CPU能接收和处理的信号。输出接口电路是将CPU送出的弱电控制信号通过光电隔离、功率放大等处理转换成现场需要的强电信号输出，以驱动被控设备。PLC对I/O接口的要求主要有两点:一是要有较强的抗干扰能力，二是能够满足现场各种信号的匹配要求。
图4-6 PLC的I/O接口模块图
22