有刷直流电机可编程调速器的设计
出处：维库电子市场网 发布于：2023-08-09 17:01:33 | 735 次阅读
该调节器不受温度、电压或电机负载变化的影响。此外，该电路不受电机电阻的影响，允许在同一应用中使用多个电机，而无需进行修改。
上述电路是专门为采用低功率有刷直流电机并需要稳定的电机速度和最小噪声的设备而设计的。可以通过I 2 C接口修改电机速度，但它是预先编程的，安装后不需要微调。
图2：基于TDA7275A的传统直流电机速度控制器
当电刷从一个线圈切换到另一个线圈时，每个有刷直流电机都会产生干扰。这被认为是此类电机的最大缺点之一。如果未经过滤，它可能会中断由同一电源供电或位于附近的电路的正常工作。虽然可以使用与电机并联的（在某些情况下，串联铁氧体线圈）将干扰滤除到可接受的水平，但不可能完全消除它。
在本文档中描述的设计的情况下，小的剩余干扰用于确定电机速度。在大多数情况下，廉价、低电压、低功率的有刷直流电机具有三个动圈。它们中的每一个都会以尖峰的形式产生干扰；因此，尖峰的频率是转子转数的 3 倍。因此，通过对尖峰进行计数，不仅可以确定速度，还可以通过自动调整到预编程值来控制速度。所有这些以及更多功能都可以通过使用SLG47004来实现，SLG47004 是一款仅具有基本外部组件的多功能可编程混合 IC。示意图见图3。
图3：有刷直流电机可编程原理图
设计运营
如前所述，本设计中仅使用了一颗芯片。SLG47004 IC 将所有必要的模拟和数字宏单元组合在一个微型 3 × 3mm STQFN-24 封装中。
要了解其工作原理，请参见图 4 中的简化原理图。
图4：简化示意图
模拟部分是一个简单的电压调节器，输出端带有功率 P 沟道 MOSFET。但它没有电压基准，而是由设备的数字部分控制的数字。
数字部分由 ACMP 组成，它检测来自电机电刷的小尖峰。电容器 C2 阻断直流电压，但允许尖峰通过。放大到 V DD电平后，它们进入计数器，该计数器被设置为频率检测模式，其中尖峰频率与来自振荡器的参考频率进行比较。
当设备上电时，数字电位器的阻值是预设的，因此一些小电压通过运放和 P-FET 构建的电流放大器（电压调节器）到达电机。它开始旋转并产生尖峰。每检测到一个尖峰，数字电位器电阻就会增加 1 位，从而缓慢增加电机电压。结果，电机速度将上升，直到尖峰频率与参考频率匹配。当出现这种情况时，计数器将向电位计发出信号，使其电阻在每次尖峰时减少 1 位。电压将随着电机速度下降。计数器将检测频率下降并向电位器发出信号以增加其电阻，然后循环继续。
换句话说，当尖峰频率低于参考频率时，电机上的电压升高，反之亦然。一旦电机速度稳定，电位器将上下一级（1 LSB），使速度稳定在±1 LSB内。理想情况下，需要 ±1 LSB 来稳定电机速度，但由于惯性，可能需要 ±50 LSB。电机负载越重，稳定速度所需的 LSB 就越多。
上述电路是专门为采用低功率有刷直流电机并需要稳定的电机速度和最小噪声的设备而设计的。可以通过I 2 C接口修改电机速度，但它是预先编程的，安装后不需要微调。
与图 1 所示的传统电路不同，该设计不需要反馈，因为电机本身充当传感器。电机线圈电阻会影响其他更传统的设计（参见图 2）。两者都需要后期剪辑。某些应用程序（例如音频应用程序）对噪声极其敏感。因此任何基于 PWM 的电机控制器都是不合适的。
图2：基于TDA7275A的传统直流电机速度控制器当电刷从一个线圈切换到另一个线圈时，每个有刷直流电机都会产生干扰。这被认为是此类电机的最大缺点之一。如果未经过滤，它可能会中断由同一电源供电或位于附近的电路的正常工作。虽然可以使用与电机并联的（在某些情况下，串联铁氧体线圈）将干扰滤除到可接受的水平，但不可能完全消除它。
在本文档中描述的设计的情况下，小的剩余干扰用于确定电机速度。在大多数情况下，廉价、低电压、低功率的有刷直流电机具有三个动圈。它们中的每一个都会以尖峰的形式产生干扰；因此，尖峰的频率是转子转数的 3 倍。因此，通过对尖峰进行计数，不仅可以确定速度，还可以通过自动调整到预编程值来控制速度。所有这些以及更多功能都可以通过使用SLG47004来实现，SLG47004 是一款仅具有基本外部组件的多功能可编程混合 IC。示意图见图3。
图3：有刷直流电机可编程原理图设计运营
如前所述，本设计中仅使用了一颗芯片。SLG47004 IC 将所有必要的模拟和数字宏单元组合在一个微型 3 × 3mm STQFN-24 封装中。
要了解其工作原理，请参见图 4 中的简化原理图。
图4：简化示意图模拟部分是一个简单的电压调节器，输出端带有功率 P 沟道 MOSFET。但它没有电压基准，而是由设备的数字部分控制的数字。
数字部分由 ACMP 组成，它检测来自电机电刷的小尖峰。电容器 C2 阻断直流电压，但允许尖峰通过。放大到 V DD电平后，它们进入计数器，该计数器被设置为频率检测模式，其中尖峰频率与来自振荡器的参考频率进行比较。
当设备上电时，数字电位器的阻值是预设的，因此一些小电压通过运放和 P-FET 构建的电流放大器（电压调节器）到达电机。它开始旋转并产生尖峰。每检测到一个尖峰，数字电位器电阻就会增加 1 位，从而缓慢增加电机电压。结果，电机速度将上升，直到尖峰频率与参考频率匹配。当出现这种情况时，计数器将向电位计发出信号，使其电阻在每次尖峰时减少 1 位。电压将随着电机速度下降。计数器将检测频率下降并向电位器发出信号以增加其电阻，然后循环继续。
换句话说，当尖峰频率低于参考频率时，电机上的电压升高，反之亦然。一旦电机速度稳定，电位器将上下一级（1 LSB），使速度稳定在±1 LSB内。理想情况下，需要 ±1 LSB 来稳定电机速度，但由于惯性，可能需要 ±50 LSB。电机负载越重，稳定速度所需的 LSB 就越多。
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