時間：2023-05-29 18:03:36
開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇直流電路，希望這些內容能成為您創作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進步。
關鍵詞： 信號放大電路； 放大測量電路； 低通濾波電路； 影響隔離
中圖分類號： TN721+.5?34； TM930 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2017）14?0149?05
Abstract： In view of the facts that the low signal?to?noise ratio， poor anti?interference ability and low measurement accuracy exist in the measuring process of microvolt?level DC voltage signal， an amplifying measurement circuit taking TLC2652 as its core device is proposed in this paper to realize precision amplification of voltage signals （5～45 μV）. The low?pass filtering circuit and band?stop circuit are adopted to reduce its internal noise and external interference. The isolation circuit is adopted to isolate the effect of the measuring end on the collection end. The linear regulating chip is used in power module design to improve the measurement accuracy and reduce power consumption. The simulation experiment result proves that the amplifying measurement circuit for microvolt?level DC voltage signal can suppress common mode interference and temperature drifting， has good stability and strong anti?interference， and its accuracy can reach to 0.044%.
Keywords： signal amplifying circuit； amplification measuring circuit； low?pass filtering circuit； influence isolation
0 引 言
信號檢測是人們在當今時代獲取信息的重要途徑。在需要微弱信號檢測的各個領域中，各N微弱的物理量信號都需要先轉換成電壓或電流信號之后再進行放大、并進行信號檢測處理，因此研究微弱信號的檢測方法具有重要意義。然而，由各種微弱物理量信號轉換得到的電信號多數是微弱的直流或低頻信號，如微波功率檢波器輸出的信號[1]。微弱信號，顧名思義信號的幅度是極其微弱的，但這不是微弱信號檢測的難點所在，檢測微弱直流信號的困難在于其被嚴重淹沒于噪聲信號中。在實際的電路測量系統中，微弱的直流信號更是容易受到各種直流誤差的影響，特別是放大器的失調、漂移等誤差的影響[1]。此外，微弱直流電壓信號的檢測還容易受到各種低頻噪聲的干擾，因此，直流微弱信號的檢測困難重重。
從了解的資料來看，對微伏級直流電壓信號的測量大致分為兩種測量方法。一是將直流信號調制成幅值和直流信號呈比例關系的方波交流信號[2]。以避免直接放大微弱直流信號存在直流誤差的影響，特別是直流放大器失調電壓的影響，還可以避免外部工頻干擾等低頻噪聲的影響。在各種直流調制技術中，應用最廣泛的就是通過場效應管的開關特性來作為調制器。通過一定頻率的控制信號控制場效應管柵極電壓的極性來控制場效應管的通斷，以達到調制直流信號的目的[1]。但存在的問題是：在調制過程中會產生斬波失調電壓、調制尖峰信號等。場效應管作為電子開關的同時也存在開關管損耗。實際應用中模擬開關的這種理想效果是不可能達到的，場效應管開關在作為調制器時，無論有無輸入信號，只要存在調制信號，模擬開關的輸出端都會產生瞬態的尖峰電壓，而且還會引起輸出信號漂移，從而造成測量結果不精確。二是利用特低噪聲、特低漂移的高精度直流放大器對微弱直流信號進行測量。如市面上的高精度直流放大器輸出電壓能達到伏級，可以給數據采集和處理，但存在的問題是，價格昂貴，不能廣泛應用于實踐研究。
為了解決微弱直流電壓信號測量易受噪聲干擾、測量精度不高、抗干擾能力差的問題，設計微伏級信號放大電路時，采用高精度儀表運算放大器TLC2652進行信號的精準放大，以提高測量精度；采用四階低通濾波電路、雙T型帶阻濾波電路來減小內部噪聲與外部干擾；采用高精度模擬信號隔離電路，隔離測量端對采集端的影響；采用低噪聲、高效率的電源芯片及線性穩壓芯片進行電源模塊的設計，以提高測量精度并降低功耗。
1 設計思路
微伏級直流電壓信號，首先要通過放大才能被后端電路所采集。然而，后端采集電路的電壓工作范圍一般在伏級，因此放大電路的放大倍數應該設置的很大。但實現較高的放大倍數必須要進行多級放大才可實現，因為輸入的直流微弱信號和噪聲是疊加在一起的，一般比噪聲小很多，如果輸入級放大倍數設置過大，微弱直流電壓信號在被放大的同時，噪聲信號同樣也會被放大，造成后續很難去除噪聲[3]。但隨著放大級數的增多，勢必也帶來很多雜波，此外，微弱直流信號的測量易受到各種低頻噪聲的干擾，及各種直流誤差的影響，如放大器中的失調電壓、溫漂等。工頻干擾也是一種低頻噪聲，這種干擾電信號進入電子檢測系統會嚴重影響微弱信號檢測的準確性。
因此，針對輸入信號為微伏級直流電壓信號，測量過程中存在信噪比低、測量精度不高、抗干擾能力差的問題，設計了微伏級直流電壓信號放大電路。系統主要由高精度儀表放大電路、低通濾波電路、陷波電路及高精度隔離電路組成。微伏級直流電壓信號采用屏蔽電纜送進高精度儀表放大電路進行初步放大后，首先進行低通濾波，再輸入到中間級放大電路進行主要放大，而后進行高頻噪聲和市電50 Hz降噪處理，以及通過高精度模擬信號隔離電路隔離測量端對采集端的影響，實現輸入、輸出和電源間的相互隔離。應用低噪聲、高效率的電源芯片及線性穩壓芯片進行電源模塊的設計，以提高測量精度并降低功耗。經實驗測量，系統可以實現對5～45 μV范圍內電壓信號的精準放大，放大輸出電壓范圍為0.25～2.25 V，完全可以滿足后級采集電路的需要，且能夠達到0.044%的精度。此外，該電路還具有抗共模干擾、抑制溫漂、穩定性好、抗干擾性強等特點。微伏級電壓信號放大電路系統方框圖如圖1所示。
2 信號放大電路
信號放大電路采用初級放大和中間級放大兩級放大形式。傳感器采樣輸出的直流電壓信號經屏蔽電纜輸入到初級放大電路，因此需要檢測的直流電壓信號微弱且含有大量雜波。從而要求選用的運算放大器具有以下特點：低失調電壓、低溫度漂移的高性能差動放大電路，以克服溫漂；選用開環增益較大的運放，而單級放大器的閉環增益不可過大，這會大大減小增益誤差，從而提高檢測信號的精度。
因此，設計電路時采用高精度斬波穩零運算放大器TLC2652，具有優異的直流特性，失調電壓及其漂移、低頻噪聲、電源電壓變化、共模電壓等對運算放大器的影響被降低到了最小[4]。Multisum中的具體設計電路如圖2所示。
運算放大器TLC2652的增益由輸入電阻和反饋電阻決定，計算公式為：
設計時輸入電阻 kΩ，反饋電阻 kΩ，電路增益為50。電路中為確保運算放大器輸入級差分放大電路的對稱性，設置補償電阻，其值為輸入端接地時，反相輸入端總等效電阻。電路中，使用絕緣電阻很高的優質電容器，可選擇的容量范圍為0.1～1 μF之間。放大倍數的設置，要考慮到初級放大電路中存在有用信號和噪聲一起輸入的問題，如果初級放大電路的增益設置較大，信號和噪聲將被同時放大，在這種情況下，若噪聲幅值較大，無疑會降低電路信噪比（信噪比是指電子系統中信號和噪聲的比值），不便于對信號的進一步去噪處理。另外，為確保運算放大器的精度，負反饋電阻的精度要很高，同時電路的閉環增益不能設置的太大；保證印制板較高的質量，以避免印制板表面存在的漏電流問題[4]。為此，可在印制板上設置保護環。高精度儀表放大器在放大微弱直流信號時，通常可在輸出端加一低通濾波電路，以濾除輸出電壓中的交流分量來減小交流干擾，使電壓輸出更加穩定。中間級放大電路，設置在四階低通濾波電路之后，主要目的是實現放大模塊較大的放大倍數。
3 濾波電路
因為需要檢測的微伏級直流電壓信號非常微弱且含有大量雜波，測量回路、儀表放大電路和相關器件的固有噪聲以及外界的干擾噪聲通常比被檢測目標信號的幅值大很多，有用信號和噪聲在經儀表放大電路后將被同時放大。此外，電路結構的不合理設計也會引入噪聲干擾，所以，僅對信號進行放大是測量不出微伏級這樣微小信號的[5]。電路中為了更好地提取出有用信號，設計了濾波模塊來有效地抑制噪聲。
3.1 低通濾波電路
針對電路系統的內部噪聲以及外部系統的干擾多為交流信號，設計四階巴特沃斯型有源低通濾波電路對輸入級放大電路的輸出電壓信號進行處理，以抑制放大了的噪聲信號。設置低通濾波電路的截止頻率為20 Hz，選用單片集成運算放大器OP200，具體器件參數設置及電路設計如圖3所示。圖4為電路在Multisum中仿真的幅頻特性。
3.2 陷波電路
陷波電路也即帶阻濾波電路，主要用來減少工頻干擾。通常使用的各種儀器的供電電源都為市電或者經市電轉換得到，而市電的頻率為50 Hz。這樣測量電路中就會串入工頻，產生工頻干擾，嚴重時將導致電路無法接收信號[6]。電路中采用經典的雙T型帶阻濾波電路，其中要求電阻R和電容C有較高的精度，以保證帶阻濾波電路的中心頻率正好在50 Hz處。圖5為陷波電路結構原理圖。
由此可以得出結論：為了使設計的陷波電路性能最佳，也即滿足窄帶濾波效果和高Q值，m應接近1取值。
設計電路時采用增益調節電位器，使其在50 Hz處衰減效果最好。經計算kΩ， μF；為增益帶寬調節電位器。圖6為具體設計電路，圖7為50 Hz陷波電路在Multisum中仿真的幅頻特性圖。
4 隔離電路
在微伏級直流電壓信號放大測量過程中，抗干擾是一個不可避免的問題。若不通過信號隔離，測量系統就會引入各種電磁干擾。目誦藕胖謝烊敫扇判藕牛不但會降低測量的準確度，而且尖峰電磁脈沖會對后端采集電路造成一定破壞。因此，針對微弱直流電壓信號測量存在的干擾問題，設計了隔離電路。
發光二極管和光敏三極管的伏安特性使光電耦合器件非線性失真十分嚴重，一般只用來隔離數字信號，而不能簡單應用到對模擬信號的隔離。因此，模擬信號的隔離相對復雜的多，一方面要求其達到隔離效果，另一方面又要求最大限度地使模擬信號不失真，也就是能確保模擬信號的線性傳輸[7]。有源隔離模塊T6550D/S內部采用電磁隔離技術，精度達到13～14位，具有良好的線性度及優良的溫漂與時漂性能[8]，能夠實現輸入/輸出和電源間的相互隔離，非常適合高精度信號隔離測量。電路接口如圖8所示。
【摘 要】《電工基礎》是涉電專業的基礎課程，電工電子教師面對著基礎各不相同的學生，教學時要循序漸進，切實以學生為主體，增強學生自主學習能力，充分挖掘學生的學習潛能。
關鍵詞 復雜直流電路；概念；策略
筆者近年來一直處于教育教學第一線，從事電工基礎的教育教學工作，深知個中滋味，每每遇到學生糾結于各種各樣紛繁復雜的直流電路問題而不能自拔時，倍感焦急!為此，筆者特地將教育教學過程中一些心得體會與大家共勉，希望能夠起到拋磚引玉的效果。
1.弄清概念，深入理解
一些學生在學習過程中沒有搞清楚某些電工術語的相關含義，經常會發生相互混淆，以偏概全的現象。比如在理解節點這一概念的時候，為數不少的學生經常會搞錯，在其定義中明確指出:三條或三條以上支路匯聚的那個點稱為節點。筆者在課上跟學生交流時就告訴他們首先確定出哪些是支路，然后再數一數條數就可以了。當然，還有一些概念在理解時需要更深層次一些，譬如在解釋基爾霍夫電流定律的推廣應用中有關“封閉面”這一概念時，就有很多學生很茫然，紛紛表示不理解。筆者在上課時其實就在黑板上畫出相應的電路圖，將由若干電阻所構成的多邊形全部圈起來就可以了，流進封閉面的電流等于流出該封閉面的電流即可。因此，筆者認為，學生必須弄清相關概念，必要時還要進行深入的理解才可以。
2.明確目的，按圖索驥
在平時的練習中，有部分同學在求解相關電流時會感到不知從什么地方下手，就譬如在解決一條題目時，感覺運用支路電流法可以，想想用疊加定理也行，甚至還能用戴維寧定理解決問題。筆者認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，學生在解決問題的同時也必須注重效率，爭取能在最短的時間內更好更徹底地解決問題。俗話說，總不能捧著金飯碗討飯啊。筆者在課堂上再三強調，支路電流法可以求出各條支路上的電流，它是先假設各條支路上的電流方向以及回路方向，再根據基爾霍夫定律列出相應的方程式組，最后求解出各條支路上的電流。而疊加定理應用于由線形電阻和多個電源組成的線性電路中，任何一個支路中的電流(或電壓)等于各個電源單獨作用時所產生的電流(或電壓)的代數和。在理解所謂恒壓源不作用時，就是指該恒壓源處可用短接線替代;恒流源不作用，就是說該恒流源處用開路替代。當然，疊加定理只能用來求解電路中的電壓或電流，而并不能用來計算電路的功率。可以這樣講，上述兩種方法對各條支路的電流都能求解，只是在求解題目時要視具體情況而定。總之用一句話來概括就是，哪種方法能簡捷迅速地求出結果就用哪種方法!
3.把握整體，切中肯綮
解題時，筆者認為，如果對題目的理解能夠從整體上把握的話，可以起到事半功倍的效果。就像在運用戴維寧定理時，只在針對某一個復雜電路時，并不需要把所有支路的電流都求解出來，而只是要求解出其中某一條支路的電流，在這種情況下，筆者認為，就應該用戴維寧定理，比較簡捷，相對方便。根據戴維寧定理可對某一個含源二端線性網絡進行簡化，其定理內容顯示，求解的關鍵在于正確理解和求解出含源二端網絡的開路電壓和其等效電阻。在此，筆者需要提醒的是，代替含源二端網絡的電源其極性應與開路電壓相一致，若求得的開路電壓是負值，則表示電動勢的方向與原假設的方向正好相反。再舉個例子，筆者在講解兩種電源模型的等效變換時，首先強調，這兩種電源之間的等效變換是對外電路來講的，電源內部是不等效的。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，可以從電源對于負載的功能方面來闡述，也就是說，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。當然，在兩者進行等效變換時彼此的方向應當一致，也就是說，恒流源的流出端和恒壓源的正極性端應是相互對應的。
以上是筆者在平時課堂教育教學中的點滴感悟，懇請大家能夠提出寶貴意見和建議，以便能夠相互促進，共同提升。
參考文獻
關鍵詞： DSPIC； 無刷直流電機； 驅動電路； 功率MOS管
中圖分類號： TN710?34 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2013）04?0107?04
無刷直流電動機（BLDCM）簡單的說，就是沒有電刷的直流電動機。與傳統的有刷電機相比，其突出特點就是沒有電刷。無刷直流電機的主體部分要由電機本體、位置傳感器和電子開關3大部分構成。它是在機電一體化大背景下人類科技進步的產物。嚴格說，它只是一種永磁式的同步電機，而不是真正意義上的直流電機。這是因為，在大多數情況下，輸入電機的直流電在送入到線圈之前，換流器（Current Inverter）都會將直流電壓轉換成三相交流電來驅動電機。與有刷電機相比，無刷直流電機具有響應速度快、轉化效率高、磨損小以及體積小等諸多優點。因此，在能源日趨枯竭的今天，無刷直流電機越來越受到各國科研工作者的親睞。
1 BLDCM的結構以及DSP30F4011概述
1.1 BLDCM的結構
BLDCM主要由機械本體、轉子位置傳感器和MOS管開關電路3大部分構成。MOS管開關組電路的主要作用是通過MOS管的開關把直流電轉化成交流電，交流電使定子組能產生變化的磁場。轉子位置傳感器隨時檢測到轉子位置，并給出轉子位置的控制信號，間接控制MOS管開關電路，以實現快速電子換向。
1.2 DSP30F4011概述
根據市場的需要，美國微芯公司根據公司實力開發出了DSPIC30F系列單片機。這是微芯公司充分考慮了用戶需求而設計開發的。這款芯片的主要特點是：接口豐富、運算速度快。它兼有單片機和DSP的雙重優點。具體的講就是，這個系列處理器采用了16位改進的哈佛結構，帶有增強型指令集，同時還具備強大的數字信號處理能力。它采用24位的指令寬度，23位的PC寬度。因此，可尋址程序空間高達96 Mb。除此之外，DSPIC30F內部還有16個可供用戶設置使用的16位通用寄存器。DSPIC30F系列控制器內部自帶存儲容量大[1]，RAM最高可達64 KB。
作為DSPIC系列典型代表的DSPIC30F4011，具有極為豐富的資源供用戶使用。其中包括5個16位定時器、高速CAN總線模塊、UART串口通信模塊、10位精度的高速AD轉換模塊、40個內部中斷、5個外部中斷、3組6路PWM波形輸出模塊。其中，PWM輸出模塊的PWM輸出是可改寫的，死區時間可程控的。
BLDCM驅動電路主要是由以DSPIC30F4011的PWM模塊為中心的控制電路構成。在電機運行的過程中，霍爾位置傳感器隨時監測轉子的位置，并通過CN（Change Notification）模塊進行監測計算而得到電機的轉速信息。同時在此過程中，霍爾電流、電壓傳感器會實時的采集電機工作過程中的電流信息和電壓信息，從而得到BLDCM實時運行參數。當電流或者電壓信息發生異常時，處理器的FLAT端口的電位會被拉低，同時關閉PWM輸出以停止電機運行[2]。而CAN模塊則隨時接收指令并上傳電機參數信息[3]。
2 BLDCM驅動電路的硬件系統
BLDCM驅動電路模塊框圖如圖1所示。
如圖1所示，本系統主要由DSPIC30F處理器、IR2136 MOS管驅動芯片、轉子位置檢測模塊、電壓采樣模塊、電流采樣模塊以及三相MOS管逆變電路、CAN總線模塊和保護電路模塊構成。由于單片機無法直接驅動MOS管組，因此需要借助IR2136來間接驅動MOS管組的狀態。下面分模塊詳細介紹。三相逆變電路主要是由三組功率MOS管構成的。由于功率型的MOS管開啟電壓很大，因此單片機不能直接驅動MOS管的開關，需要間接的通過IR2136來驅動。三相逆變電路的主要作用是，將直流電壓按照一定的邏輯分配到電機的定子繞組上[4]。以DSPIC30F為核心的單片機模塊，主要由5 V供電電路、晶振電路、RESET電路、軟件下載接口、A/D采樣電路以及CAN總線通信電路組成。5 V供電電路、晶振電路是單片機正常工作的基礎。程序燒寫接口方便用戶升級程序。
過壓保護電路、欠壓保護電路以及過流保護電路共同構成了系統的保護電路模塊。此模塊是系統穩定工作的基礎。欠壓保護是為避免電池組過放電而對自身造成傷害。過壓過流保護則是為了防止電壓電流過大傷害電機本身。欠壓過壓過流保護的具體參數可以在軟件中根據特定電機和電池參數而設定。為了增加系統的魯棒性，系統采用了雙閉環的控制策略。雙閉環的含義是電流電壓和轉速閉環。保護電路中的電壓采樣電路和電流采樣電路在保護電路的同時，也實時為雙閉環控制提供可參考的數據。下面對各個關鍵模塊進行簡要介紹：
2.1 電源電路
系統供電擬設計為可采用220 V交流市電和48 V直流電壓方案，其中220 V交流市電經過變壓器、整流電路、濾波電路和穩壓電路輸出直流的48 V后再送到各電路中去；考慮到系統的機動性，同時擬設計48 V直流供電系統，方便與電池應用場合。
2.2 三相逆變橋
一般而言，電機主體部分由轉子和定子兩部分構成。有刷電機中，定子是永磁體，轉子是電樞（Armature）[5]。而在無刷直流電機中，定子是電樞，轉子是永磁體。在電動機中，電樞是產生磁力的部件。要使電動機轉起來，那么電樞的磁場必須與定子的磁場產生一定的空間角度（90°）。在無刷直流電機中，由于電樞是定子，若直接通直流電，那么電樞上產生的磁場是不變的，并不能與定子的磁場始終保持90°夾角。因此，并不能實現電能和機械能的轉化。所以，必須把電樞上的電流由直流變為可控的交流電。由此，設計了如圖2所示的三相逆變橋電路來實現直流交流的變化以驅動無刷直流電機轉動。
功率電子開關器件采用的是國際整流器公司的IRFP054N功率MOSFET，該MOSFET最大工作電流可達81 A，漏源耐壓55 V，而通態電阻僅為0.012 Ω，完全可以滿足本設計的需求。由于DSPIC處理器的輸入/輸出口的拉電流灌電流很小（僅40 mA），驅動能力非常有限。因此，采用集成電路IR2136[6?7]來直接驅動三組功率型MOS管。在項目進行中，發現此驅動器，具有穩定性好、反應速度快等優點。
2.3 電流采樣的閉環設計
電流閉環控制電路的基礎是設計電流采用電路，但是電流不能直接送入處理器的A/D采樣模塊進行采用。一般情況下，有兩種方案可選。一種是把電流通過“電流?電壓轉換電路”轉換成一定比例的電壓信號而后對電壓信號采樣；另一種則是用霍爾電流傳感器才實現對電流的采樣。“電流?電壓轉換電路”精度低溫漂厲害，故在可靠性要求高的電路中一般不被采用。而基于霍爾傳感器的采樣電路具有精度高、線性度好、溫漂低、反應時間快等諸多優點[4]。
本驅動電路的電流采樣電路是基于LEM公司LA?28NP型霍爾電流傳感器而開發設計的。如圖3所示，霍爾電流傳感器被串聯在三相橋電路與地線的中間，霍爾電流傳感器會把流經它的電流按照一定的比例縮小，即得到副邊帶電流。副邊帶電流并不能直接被處理器所采樣，因此，要經過電流電壓轉換電路的轉換。圖3中的“電流電壓轉換電路”是基于運算放大器的負反饋電路，具有穩定性高、溫漂低的特點。電機運轉的時候，周圍噪聲是很大的，所以要經過巴特沃斯低通濾波器來對轉換得到的電壓信號做去噪聲處理。最后，經過比例放大電路送入單片機采樣。
2.4 電壓采樣的閉環設計
本設計擬采用LEM公司的高精度電壓傳感器LV?28NP實現動態高精度線電壓檢測。LV?28NP將原邊的交流電壓轉換為很小的副邊電流，副邊電流經過I/V電路后轉換為電壓信號，經過精密全波整流電路和帶增益的低通濾波器后送至單片機的A/D端口進行檢測。
2.5 轉速檢測電路
轉速檢測擬采用霍爾位置傳感器和單片機的CN模塊。每轉過60 個電角度，其中一個霍爾傳感器就會改變狀態。因此，完成電周期需要6步。但是，一個電周期可能并不對應于完整的轉子機械轉動周期。完成一圈機械轉動要重復的電周期數取決于轉子磁極的對數。所以根據極對數可以確定電機的轉速。
2.6 保護電路
為了保護電動機本體和驅動系統在過壓欠壓和過流狀態下不至于損壞，要專門設計極限狀態保護電路。設計的方案如下所述：
過壓保護（OVP）：若由采樣計算得出的母線電壓高于48 V，則控制器發送“停轉”信息，請求停轉。
欠壓保護（UVP）：若由采樣計算得出的電池電壓低于44 V，則控制器亦會強行停轉電動機保護電池。
過流保護（OCP）：為了增加系統可靠性，本系統共有2套硬件OCP措施和一套軟件OCP措施：
（1）第一套OCP電路主要由電流檢測電路和電壓比較器LM311構成。LM311的輸出送到PWM模塊[2]的FLTA端口進行電平檢測。如果FLTA引腳被檢測為低電平，那么PWM模塊會立刻關斷驅動波形的輸出。這套硬件OCP的突出優點就是，響應速度快保護及時。
（2）第二套硬件過流保護電路是由IR2136提供的。副邊帶電流被轉換成電壓信號經過一系列處理之后，會被送到IR2136上的ITRIP引腳上。若此引腳電壓值滿足V>0.5 V的條件，那么IR2136內部[5]比較器會產生動作，將FAULT引腳輸出電平拉低，RCIN引腳連接的電阻電容構成RC延時機制會自動延時[3]。注意：FAULT引腳在自身欠壓的情況下，也會變為低電平。但是，主要區別在于過流情況下FAULT引腳的電平是由高變低而非一直為低電平。
（3）軟件OCP就是把A/D模塊采集到電流數據跟門限數據相比較。若大于門限值則執行相應保護程序。其特點是，反應速度慢。軟件流程圖如圖4所示。實物電路如圖5所示。
3 BLDCM驅動系統的軟件設計
上述各個硬件模塊在單片機的協調下進行有序的工作才可以完成無刷直流電機的驅動，這就要求軟件系統發揮作用。
3.1 電子換相
無刷電機要對轉子永磁置進行精確檢測，并用電子開關切換不同繞組通電以獲得驅動動力，換相必須及時，否則會導致電機失步，從而使電機噪音增大，效率降低，嚴重的還會導致控制器和電機燒毀。本設計采用dsPIC單片機的CN中斷來檢測換相信息，這樣單片機可以在后面繼續運行其他任務。
3.2 無級調速
采用單片機的PWM模塊實現無級調速。要根據電機本身的性質選擇PWM頻率，PWM頻率過高或過低都會導致電機效率下降。
3.3 過壓、欠壓和過流保護
為了提高軟件級保護的實時性，采用PWM中點采樣法進行電流和電壓的檢測，這樣在每個PWM穩定的時間進行電流電壓采樣可以提高精度和實時性。
3.4 雙閉環PID控制算法
雙閉環PID控制系統是實現無刷直流電機平穩運行的有效方法之一。雙閉環的主要含義是，通過電流控制環和轉速控制環的相互嵌套相互協作，來實現無刷電機的平穩運行。PID控制是最早發展起來的線性控制策略之一，至今已經有70多年的歷史，目前仍然是工業控制系統中最常用的一類控制算法。由于其簡單、魯棒性好、可靠性高和參數易整定等優點，已經在工程實際中得到了廣泛的應用。電機運行過程中，各傳感器和采樣模塊會及時的把電機運行的各個實時參數反饋給單片機，配合系統設計的保護電路，DSPIC30F系列控制器利用數字PID算法實現電機的雙閉環驅動控制[8?9]。
3.5 嵌入式實時操作系統
為了方便任務調度，實時的完成系統的各個功能，本驅動電路的內部驅動程序是基于嵌入式操作系統μC/OS?Ⅱ的。μC/OS?Ⅱ是一個基于優先級的搶占式多任務實時內核，將它移植到單片機中，可以實現多任務調度[10]。μC/OS?Ⅱ能協調管理芯片里面運行的各個任務，這保證了系統的穩定性和實時性。
任務Start主要負責系統初始化以及各個任務的創建。任務CanTX主要負責與CAN總線進行通信，實時的接收來自CAN總線的信息，實時的往CAN總線上發送信息（轉速、過流過壓信號等）。任務Speed主要負責調節PWM占空比來實時的控制電機轉速。
4 結 語
本文介紹了電機的控制方法，打破了傳統的需要電機轉子位置傳感器的無刷直流電機控制方法的局限，不但降低了電路的成本，而且增加了系統的控制靈活性和功能的可擴展性。該方案既可以應用于普通的無刷直流電機控制，也可以用于一些特殊的應用場合，例如變頻壓縮機和調速風機的控制。
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關鍵詞： 滑動變阻器 直流電路 阻流式接法 分壓式接法 分流式接法
一、滑動變阻器的限流式接法——“串反并同”
滑動變阻器采用限流式接法接入電路后，由于滑片的移動使滑動變阻器的阻值變化，從而使電路中各部分的電流、電壓、電功率發生相應的變化，由閉合電路、歐姆定律推理分析，可得“串反并同”規律。
圖1
例如：在圖1所示電路中，當變阻器的滑動觸頭P向b端移動時，各電壓表、電流表的示數如何變化？
解：當P向b端移動時，R■的有效阻值增大，總的阻值增大，由閉合電路歐姆定律可得：總電流減小（A■減小），內電壓減小，外電壓增大（V■增大），定值電阻R■上電壓減小（V■減小），故V■增大，A■增大，A■減小。
圖2
實例分析：如圖2所示，當滑動變阻器R■的滑動片向右移動時，兩電壓表示數變化的絕對值分別是U■和U■，則下列結論正確的是（？搖？搖？搖？搖）
A.U■>U■
B.電阻R■的功率先增大后減小
C.電阻R■的功率一定增大
D.電源的總功率先增大后減小
解析：當滑動變阻器R■的滑動片向右移動時，R■的有效阻值減小，由“串反并同”得：總電壓減小，V■減小，V■增大，故A項正確。
二、滑動變阻器的分壓式接法
圖3
如圖3所示電路為滑動變阻器的分壓式接法，在這類接法中有：分壓器部分的總阻值的變化規律，與變阻器串聯部分的電阻的變化規律相同。即：當P由a向b端移動時，R■增大，R■增大。
推導：設滑動變阻器總電阻為R，滑動觸頭右邊部分的電阻為R■.電路連接為R■與R■并聯，再與滑動變阻器滑動觸頭左邊部分的電阻R■=（R-R■）串聯，則電路總電阻為：R■=■+（R-R■）=R-■=R-■，
故當R■增大時，R■減小，R■減小；當R■減小時，R■增大，R■增大。
圖4
實例分析：如圖4所示，電路中R■為定值電阻，滑動變阻器總電阻為R，在電路兩端加上恒定電壓U，當從a向b移動滑動變阻器的觸頭P時，求電流表A■的示數變化范圍和A■的示數變化情況。
解析：設滑動變阻器滑動觸頭右邊部分的電阻為R■，電路連接為R■與R■并聯，再與滑動變阻器滑動觸頭左邊部分的電阻（R-R■）串聯，則電路總電阻為：
R■=■+（R-R■）=R-■=R-■，
故當R■增大時，R■減小，R■減小，A■示數增大；當R■減小時，R■增大，R■增大，A■示數減小。
三、滑動變阻器的分流式接法
圖5
如圖5所示電路中，滑動變阻器的接法為分流式接法，在這類接法中有：（1）當兩支路上阻值相等時（即R■+R■=R■+R■時），并聯部分的總阻值最大；（2）當兩支路上阻值相差最大時，并聯部分的總阻值最小。
推導：如圖5所示電路中，設P滑到某點時，變阻器ap段電阻為R■，則pb段電阻為（R-R■）；此時外電路的結構為：R■和R■串聯的支路與（R-R■）和R■串聯的支路相并聯，則外電路電阻：
R■=■=■，
由函數圖像可知，當R■=■時，R■有最大值。
將R=R■+R■代入可得：R■+R■=R■+R■，即：當兩支路阻值相等時，并聯部分的總阻值最大；當兩支路上阻值相差最大時，并聯部分的總阻值最小。
圖6
實例分析：如圖6所示電路中，電源電動勢E=6.3V，內阻r=0.5Ω，電阻R■=2Ω，R■=3Ω，滑動變阻器的最大阻值R=5Ω，求滑動片c由變阻器a端滑到b端的過程中，通過電源的電流如何變化？并求出通過電源的電流的變化范圍。
解析：設c滑到某點時變阻器ca段電阻為R■，則cb段電阻為（R-R■）；此時外電路的結構為：R■和R■串聯的支路與（R-R■）和R■串聯的支路相并聯.為滑動變阻器的分流式接法，外電阻為：
R■=■代入數據得：R■=■，
則：I=■=■=■
當R■=0時，流過電源的電流最大，其最大電流為：I■=■A=3A，
當R■=3Ω時，流過電源的電流最小，其最小電流為：I■=■A=2.1A，
關鍵詞：MSP430 壓控電流源 模擬閉環控制 空載過壓保護
中圖分類號：TM615 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2013）10-0003-02
在現實的生活中，電源類產品在出廠前，必須經過性能測試，合格后才能投入市場。在以往，通常采用靜態負載，如電阻箱等可變阻值的電阻來模擬負載，但其測試精度低，方法不易操作，給電源的測試帶來了困難。為了解決這個問題，人們設計了一種電子負載設備，可以有效改良電源測試的方法。電子負載主要依靠電子元器件吸收并消耗電能，其體積較小，一般采用功率半導體器件作為載體，使得負載易于調節和控制，并能達到很高的精度和穩定性。本文在系統設計中采用TI公司的單片機MSP430，該單片機工作電流低，能有效降低功耗，具有16位數據的處理能力，且內置硬件乘法器，乘除法運算都為單周期指令，運行速度更快，片內集成資源豐富，為系統設計提供了可能。同時通過測量電路實時監控被測電源的相關數據，并通過LCD顯示屏，顯示測得的數據。本文設計簡單易行，系統運行穩定可靠。
1 系統設計的基本原理
1.1 系統設計方案
系統設計利用單片機MSP430作為核心控制器，以44矩陣鍵盤設定單片機輸出電流值，單片機將相應的數字信號輸出給D/A芯片處理，將鍵盤設定輸出的電流值從數字電壓信號轉換為模擬電壓信號，再經恒流控制和電流放大，將產生的信號接入被測電源的輸入端（電源的正極）。被測電源的實際輸出電流（電源的負極）再經過采樣電阻形成電壓信號經過A/D信號轉換和電壓檢測，將數字信號輸入單片機進行相應的程序處理，再經LCD液晶屏顯示。
在電路的設計過程中，為減少誤操作給系統硬件帶來的破壞，我們也設計了空載和過載報警電路。當系統中沒有接入被測電源或者檢測的電流值超出一定范圍，通過蜂鳴器報警和高亮LED的閃爍，引起使用者足夠的注意。以上功能設計的系統框圖如圖1所示。
1.2 系統硬件設計的實現
電路設計中，D/A轉換器我們采用的是8位的數模轉換芯片DAC0832，其引腳結構如圖2所示。
DAC0832內部含有兩級輸入寄存器，使其具備雙緩沖、單緩沖和直通三種輸入方式，以便適用于多種電路設計需要。D/A轉換結果采用電流形式輸出，再通過選用合適的線性運算放大器實現模擬信號的放大，滿足相應的設計需要。同時運放的反饋電阻可通過Rfb引腳端引用片內固有電阻，也可以根據設計需要外接反饋電阻。該芯片的典型應用如圖3所示。
本文系統設計的控制芯片采用的是MSP430，反饋電阻采用的是外接電阻，經D/A轉換后輸出的電流連入集成運算放大器LM324的輸入端，進行模擬信號的放大，再經過反饋電路，將相應的模擬信號進行數據處理。而反饋電路運行的穩定性，直接影響著系統工作的精度，作者采用了如圖4的硬件設計方式實現反饋電路的功能。
受控電流源采用普通三極管SS8050和大功率三極管3DD15D相結合，通過控制流入大功率三極管3DD15D的基極偏置電壓，間接控制輸出到負載上的電流大小。在系統的設計調試過程中，我們采用15V電源和負載電阻來替代實際的被測電源，進行相關的參數研究。實際使用中，我們可以去除負載電阻，在15V電源和GND接線處連接被測電源。設計中，我們還需考慮到輸入到單片機的電壓是經過A/D變換的數字信號，這樣才可以實現與MSP430的接口連接，由核心控制器來進行數據的處理。由于MSP430內置A/D轉換器，可以完成模擬信號向數字信號的轉換，因此降低了系統硬件電路設計的復雜性，有利的節約了開發成本。
實現空載和過載報警電路的方法是測量負載兩端電壓，由于這兩點電壓比較高，因此需分壓后送A/D測量，分壓電阻取值需要較大，以減小對輸出電流的影響，當超過額定值時通過主控制器軟件程序判斷是空載或者過載，電路設計如圖5所示。
2 系統設計的軟件功能原理
在系統硬件設計的基礎上，作者完成了相應的軟件程序設計，其程序流程圖如圖6所示。
在整個硬件系統上電后，首先進行系統初始化，保證各硬件系統運行正常。空載或者過載部分的程序編寫可以有效減少因誤操作對系統的硬件造成的破壞，在這部分程序中，以容錯技術為主，包括：空載報警提示、負載電壓過大報警。當電流源沒有外接負載或者外接負載超過系統設計的參數極限時，產生相應中斷程序，調用聲光報警程序和液晶顯示程序，提示系統的操作者。
除此之外，程序流程圖中的按鍵掃描程序是重要組成部分，實現的相應功能的子程序較多，其中實現的按鍵功能有加1鍵，減1鍵，退格鍵，取消鍵，確定鍵，保存鍵和基本的數字功能鍵。鍵碼的分析中涉及到鍵盤掃描和編碼技術，其中鍵盤掃描的方式一般有三種：主動查詢方式、鍵盤中斷方式和定時中斷方式。鍵盤編碼的方式常見的有三種：特征編碼法、順序編碼法和反轉查表法。本次設計采用主動查詢方式對鍵盤進行掃描，采用反轉查表法對鍵盤編碼。
主程序示例。在主程序中，包括基本的頭文件和主函數，由于整體程序的復雜性，在本文中我們針對主要的功能函數進行簡單說明
3 結語
該簡易直流電子負載電流可以在100mA～1000mA范圍內進行設定，并且以10mA的步進值，對輸出電流大小進行微調，因而可實際應用于檢測小功率恒流源的穩定性。在恒流（CC）工作模式下，當電子負載兩端電壓變化10V時，顯示電流值變化小于1%。電子負載還可以檢測被測電源的電壓與電流，達到設計要求。
作者在接下來的系統研究中，將進一步通過提升硬件性能，改善硬件設計的合理性，提升軟件程序的運行效率，提高電流的輸出精度，達到更穩定的測試性能。
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【關鍵詞】 煤礦 電機 轉子 位置檢測
永磁無刷直流電機除了保留了有刷直流電機起動轉距大、調速范圍寬等優良性能，其最大特點是無傳統換向器和電刷組成的機械換向結構，因此具有結構簡單、使用壽命長、可控性強和穩定性好等優點。
隨著電機學、現代控制理論和電力電子技術的進步及低成本永磁材料的出現，永磁無刷直流電機獲得前所未有的發展，并在能源、汽車、航空和高精度機床等領域獲得廣泛應用。煤礦生產和運輸過程中，對于動力設備的依賴性很大，礦井電能最終消耗主要是通過電機將電能轉換為機械能，可見電機是煤礦井下運用較多的電氣設備。永磁無刷直流電機憑借其優越的性能，在煤礦井下安全生產、提升運輸及輸電變電等領域具有廣闊的應用空間。
一、無刷直流電機和位置傳感器
礦用無刷直流電機與傳統有刷直流電機在電磁結構上相同，但它在定子上纏繞電樞繞組，轉子上安裝徑向充磁的稀土永磁材料，定子上的電樞繞組采用典型三相星型纏繞方式，直流電源經過逆變器與繞組相連，采用轉子位置傳感器取代傳統電刷和機械換向器組成的換向結構。根據繞組通電與逆變器內的功率管之間關系對功率管進行合理控制，電機氣隙中產生跳躍的旋轉磁場與永磁體的磁場相互作用產生電磁轉矩，根據轉子位置改變繞組通電方式，使電磁場方向與永磁體磁場方向始終相反，保證具有持續的轉矩驅動礦用永磁無刷直流電機連續運轉。
位置傳感器在礦用無刷直流電機中起著檢測轉子磁極位置的作用，即實現將轉子磁極的位置信號轉換成電信號，經過信號處理電路發送給處理器，處理器根據電機轉子位置控制定子繞組的導通順序。為了保證電機具有持續的轉矩，功率開關的導通順序必須和轉子轉角同步，所以位置傳感器與功率開關起著與傳統有刷直流電機的機械換向器和電刷相相似的作用。位置傳感器的種類比較多，可分為直接式和間接式，其中直接式位置傳感器以其檢測精度高和可靠性好等優點而被廣泛采用。典型的直接式位置傳感器有光電式、電磁式、磁敏式和接近開關式。
二、礦用無刷直流電機控制系統硬件電路設計
在本文設計礦用無刷直流電機控制系統中，采用TI公司電機控制專用芯片TMS320LF2407A為核心，該DSP內部集成了很多電機控制專用的電路，減少了系統部分硬件電路設計，特別適合礦用無刷直流電機控制。
圖1為礦用無刷直流電機控制系統結構圖，控制系統由DSP、操作面板、轉子位置及轉速檢測電路、MOSFET驅動電路、MOSFET、電流檢測電路、過流保護電路、顯示屏和控制對象礦用無刷直流電機組成，其中DSP用于采集數據和發送動作指令，捕捉轉子位置及轉速檢測電路的脈沖信號，判斷電機轉子位置并發送合理的換向信號給MOSFET驅動電路，根據脈沖信號進行速度計算，并與速度給定比較進行速度修正；轉子位置及轉速檢測電路檢測電機的轉子位置和轉速，為電機的換相和轉速調節提供信息；MOSFET驅動電路對控制指令進行隔離放大，保證MOSFET可靠動作。MOSFET用于電機繞組合理換相，保證電機具有持續的轉矩；電流檢測電路和過流保護電路用于檢測電流值，并在過流時向MOSFET驅動電路發送封鎖指令，保證系統的安全性。
圖1 礦用無刷直流電機控制系統結構圖
2.1 轉子位置檢測電路設計
轉子位置檢測是礦用無刷直流電機控制系統首先要解決的問題，本文采用三個霍爾傳感器對電機轉子位置進行檢測，位置檢測電路如圖1所示。三相霍爾元件發送的信號為HA、HB、HC，當某相（C相）霍爾傳感器輸出高電平時，二極管IN4148截止，光耦TLP521導通，經過施密特觸發器74LS14（消除信號斜坡部分）后輸出高電平，經過10K的電阻R9（TTL和CMOS之間的匹配電阻）將TTL的高電平信號轉換成DSP可識別的高電平信號發送給DSP的信號捕捉引腳CAP3；假如霍爾傳感器輸出低電平時，則二極管IN4148的陽極被置低，光耦TLP521不導通，所以施密特觸發器74LS14輸出為低電平信號，此時DSP接收的信號為低電平。
圖2 位置檢測電路
2.2 電流檢測電路設計
本文選用了型號為LA58-P的霍爾型電流傳感器進行電流檢測，該傳感器具有較高的測量精度、良好的線性度、低溫漂、反應周期、寬頻帶、抗干擾能力強及電流過載能力好等優點，傳感器典型接線圖如圖3所示。LA58-P型霍爾電流傳感器采用±15供電，信號輸出端接一個輔助測量電阻R13，通過測量測量電阻R13兩端的電壓計算出要測量的電流值。
圖3 傳感器接線圖
三、結論
礦用無刷直流電機是電機和電力電子技術的相結合的產品，在煤礦井下的應用前景廣闊。本文結合數字信號處理器（TMS320LF2407A）設計礦用無刷直流電機控制系統整體結構，并對轉子位置檢測和電流檢測電路進行詳細設計，控制系統能夠實現礦用無刷直流電機的穩定控制，具有結構簡單、反應速度快及可靠性強等優點。
參 考 文 獻
[1] 王兆安，黃俊.電力電子技術〔M〕.北京：機械工業出版社，2004.
直流電動機的調速性能非常優越，利用電刷和換向器的機械整流作用實現能力的轉換，在此過程中存在換向火花，容易產生各種干擾，嚴重限制了直流電動機在各類控制系統中的使用。無刷直流電動機應運而生，特別是隨著電子整流技術的發展特別是電力電子技術的極大進步，無刷直流電動機克服了傳統直流電動機的缺點和問題，使得其廣泛應用在各類控制系統中。近年來，高磁能積永磁材料陸續出現，無刷直流電動機的性能更加優越、體積更小，目前無刷直流電動機已經在國民經濟的各個領域廣泛應用，特別是在家電、電力傳動摩托車、汽車、航空航天等領域。因此對其進行控制的技術開發也越來越受到重視。
1無刷直流電動機的控制方案
整個控制系統主要由無刷直流電動機、逆變器、傳感器與控制執行器等四大部分組成，同時為了保證裝置的正常工作，具有短路、過流、過電壓和欠電壓等故障保護電路。。無刷直流電動機實際上是永磁同步電機。定子結構與普通同步電動機一致，鐵心上有槽，槽內嵌入嵌有多相對稱繞組，繞組根據需要可以是三角形結構，也可以是Y型結構，不管是何種形式，在使用時分別與逆變器中的各開關管直接相連。逆變器由主開關和附件做成，主開關一般采用大功率電力電子器件，例如雙向可控硅或功率MOSFET等全控型器件。傳感器的作用是檢測無刷直流電動機的轉子中磁極相對與定子中多相繞組的位置信息，為逆變器換相提供精準的位置信息，實現電流轉換工作。位置傳感器的結構包括兩部分：定子和轉子，其中轉子與無刷直流電動機的結構同軸，以實時掌握記錄無刷直流電動機轉子磁極的位置；而定子可以固定在無刷直流電動機的靜止部分，如外殼或端蓋上，把檢測轉子位置信號輸出。控制執行器是無刷直流電動機正常運行并實現各種調節功能指揮中心，例如速度調節、制動、正反轉等，一般具有如下功能：對轉子傳感器輸出的信號、調制信號、控制和制動等各類信號進行邏輯處理，為各開關管的選通信號和斬波信號，實現電機啟動、制動、調速和方向控制；產生調制信號實現電機開環調速；對無刷直流電動機進行電流與速度閉環調節，使得整個控制裝置動態和靜態的各項性能指標良好。微控制器采集電壓、電流和各種控制要求，諸如調速、制動、正反裝等實際控制要求和位置傳感器的三個輸出信號，用編程的方法來模擬無刷電機的控制邏輯，按照控制程序進行處理，將各類控制信號和要求轉換成驅動六個功率開關器件所要求的驅動順序。功率驅動單元主要由三相橋式逆變電路和自舉電路組成。逆變電路把直流信號轉換成交流輸出給無刷直流電動機，無刷直流電動機從而完成各類控制要求，傳感器在無刷直流電動機運行過程中時刻檢測定轉子磁極相對位置，開關電路根據上述信息為整個電路正常各種提供出換相的正確時機。短路、過流、過電壓和欠電壓等故障保護電路由調速信號和制動信號、過電流保護電路、電流采樣電路、電壓比較電路構成。
2控制裝置的硬件設計
2.1電源電路
24V電池送入U1、U2、U3穩壓器輸出+12V、+15V和+5V給MCU及其它裝置供電。
2.2逆變器主電路設計
逆變器采用自控式逆變器，將直流電轉換成交流電向無刷直流電動機供電，另外通過控制使得無刷直流電動機輸入電流的頻率和轉速始終保持在同步狀態，因此無刷直流電動機和逆變器不會產生失步和振蕩。
2.3MCU的選擇與設計
在整個控制裝置中需要把多種模擬量需要轉換成數字量，在目前脈寬調制PWM技術在無刷直流電動機控制中廣泛使用，綜上，選用的MCU應該有多通道A/D轉換模塊同時應具有脈寬調制輸出端口。本控制裝置采用LPC2132作為主控芯片，可以實現專用控制芯片的全部功能，可以通過軟件控制，修改程序可適應不同型號和用途的無刷直流電動機，使得系統設計非常靈活方便，這樣很容易實現系統擴展，以滿足實際控制需求。
2.4保護電路設計
電流信號經由采樣電阻獲取，經過LM492放大，由單片機LPC2132通道1（管腳2）輸入，并進行控制處理。同時。電流采樣信號通過LM492與一固定電壓值比較，當電壓的電流過大時，LM492輸出高電平，送入IGBT直接關斷輸出，進行邏輯功能保護。
3控制裝置的軟件設計
【關鍵詞】單片機；占空比；PWM
1.概述
隨著科學技術的快速發展以及社會經濟水平的不斷提升，人們對物質生活水平的要求越來越高，他們迫切希望能夠通過高的科學技術水平來提升人們的物質生活條件和水平，日常生產生活中的各種事宜都能按照人們的意愿，自動地完成。這就要求在生活中使用各種電動機來驅動機械設備完成人們的預期的功能。直流電機是目前電動機中穩定性較高、應用范圍較廣的設備，已經被廣泛地應用在社會的交通、航空、工業、政府等各個領域中的方方面面。然而，人們對電動機的要求，不僅僅是能夠帶動機械設備完成相應的工作，而且是要在不同的環境條件下，按照不同的速度進行運轉，從而提供更加高質量的服務。直流電機的調度性能非常良好，而且有專門的外部接口能夠對直流電機進行速度控制，從而實現不同條件下的速度要求。單片機是人工智能化的核心控制設備和數據存儲設備，能夠將人們的想法，通過計算機二進制數據的形式存儲在單片機中，并且通過專門的電路和接口生成固定的控制信號，從而實現對各種設備的控制。如何實現通過單片機來控制直流電機，是非常值得研究的問題，通過單片機生成調速信號，驅動直流電機工作，從而實現自動化控制，這對于實現自動化功能、提升生活質量來說，具有非常重要的現實意義。
2.直流電機的工作原理
電動機是將電能轉化成動能的專業設備，而直流電動機則是以直流電為驅動電源的一種旋轉設備，通過內部的磁極、電刷、鐵芯、繞線組等構成的定子和轉子，將直流電轉換成相應的磁場，通過磁場作用產生動力。直流電機的定子是固定的，上面有兩個固定的永久磁鐵，電刷則是與電源直接連通，當有直流電通過時，電刷連接轉子繞線組形成回路，電流通過產生磁場，該磁場與定子永久磁鐵的磁場相互作用，驅動轉子旋轉。特別的，在直流電機中有一個換向器設備，在轉子在一個旋轉周期內旋轉時，由于電刷位置固定，即電流流向的方向，經電刷處是固定的，而轉子的線圈旋轉過半時，繞線組的方向就會發生變化，如果電刷中的電流方向不變化，那么轉子此時產生的磁場與定子磁場的作用力，與上半圈電流流經轉子產生的磁場與定子磁場的作用力正好相反，那么此時轉子就會向反方向提供作用力，電機將不會旋轉，所以換向器的作用就保證了流經繞線組的電流產生的磁場與定子磁場之間的作用力始終是一致的，從而源源不斷的磁場作用力就能使轉子旋轉。最終形成的效果就是，如果提供的電源電流方向不變，轉子方向就不會發生變化，即電機旋轉方向不變，改變電流方向，轉子旋轉方向發生變化，電機旋轉方向發生變化。
3.單片機控制直流電機
單片機控制直流電機，主要是采用PWM技術，對直流電機進行控制。由于直流電機自身的特性，在不同電流流向的直流通過時以及在不同時間的磁場力作用下，轉速和轉向都是不同的。PWM技術就是按照直流電機自身固有的特性，通過對控制信號的改變和調整，來實現對直流電機的控制。
3.1 PWM技術
PWM技術的核心技術就是生成方波，然后調整其不同的占空比和方向來實現對直流電機控制電流的調整和改變。如圖1.所示，為PWM的脈沖信號示意圖。
由圖1可知，PWM脈沖信號是周期為T的信號，在一個完整周期內，高電壓為t1，低電壓為t2，PWM脈沖信號就是重復周期T的信號對直流電機進行控制。當直流電機通過高電壓t1時，直流電機轉子和定子產生相互作用的磁場力，直流電機工作，當直流電機通過低電壓t2時，直流電機轉子不產生磁場力，直流電機不工作。那么在一個完成的周期內，如果能夠按照人們的意愿靈活地改變t1和t2的比例，即可實現對直流電機作用力時間的改變，從而改變直流電機的運轉速度。同樣的，如果改變PWM脈沖信號的直流控制信號方向，那么直流電機的旋轉方向就會發生改變，從而實現對直流電機旋轉方向的控制。
PWM技術應用在單片機控制電動機方面應用十分廣泛，由于PWM脈沖信號為方波，屬于數字信號，單片機很容易通過專門的輸入輸出端口或者通過有序地控制二極管通連情況，來生成PWM脈沖信號。
3.2單片機控制直流電機框架
單片機控制直流電機的電路框架分為三部分，分別是人機交互接口的鍵盤控制電路，單片機核心控制電路，直流電機驅動和工作電路。其中，鍵盤控制電路提供了外部接口能夠方便使用者對單片機輸入控制信號，如開機、加速、減速、換向、關機等。單片機核心控制電路主要是讀取鍵盤區域的外部控制信號、處理內部邏輯運算、生成PWM脈沖信號等。直流電機控制電路主要是接受單片機輸出的PWM脈沖信號，并對其進行電壓放大和功率放大的處理，使其能夠滿足直流電機的正常運轉的功率需求。如圖2.所示，為單片機控制直流電機的電路框架結構圖。
3.3單片機控制流程
當外部用戶按下開機鍵時，單片機開始工作，數據初始化，電動機控制芯片或者電路使能，數據初始化工作不僅包括單片機正常的數據初始化，還包括對內部定時器/計時器的設置、輸入輸出端口的設置等等。當用戶按下加速按鈕，單片機產生默認方向的PWM脈沖信號，占空比為相對較小的單位，此PWM脈沖信號輸出到直流電機控制電路，通過轉換進行放大處理，驅動直流電機工作。當用戶繼續按下加速按鈕時，單片機讀取此信號，繼續改變PWM脈沖信號占空比，脈沖信號的高電壓比例增加，直流電機產生的磁場作用力時間變長，速度提升。當用戶按下減速按鈕時，單片機接收到此信號，減小PWM脈沖信號一個周期內的占空比，直流電機受到的作用力時間減少，速度降低。當用戶按下反向按鈕時，相反地，只需要改變PWM脈沖信號的方向即可實現直流電機的轉向。
改變PWM脈沖信號占空比的方法有很多，如果使用二極管產生脈沖信號，可以采用定時器/計數器方式，對高電壓與低電壓的固定時間進行定時即可。特別的，為了能夠減少直流電機的損耗，在對直流電機的旋轉方向進行控制時，一定要在相對低速的情況下改變方向，這樣對直流電機來能夠起到保護作用。
4.總結
單片機控制直流電機，主要是利用直流電機自身特性，通過生成PWM脈沖信號，改變其占空比與脈沖信號的方向，來對直流電機進行控制，整個電路的框架從控制接口、到核心處理部分、到驅動部分結束生成適合直流電機運轉工作的合適的PWM信號，從而實現對直流電機的智能控制。
參考文獻：
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關鍵詞：晾曬器；太陽能；彈簧；價值工程
DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2017.03.051
1 引言
日常生活和生產中，需要利用太陽光和風晾曬食物、產品等，比如晾曬陽干魚。為晾曬均勻，要求人工翻動或電機驅動翻動食物、產品，翻曬活動要么繁瑣要么耗能。利用太陽能作為動力來代替現有晾曬方式，節能、省事。
但是，現有太陽能應用一般工作過程為：太陽能電池產生較少的電能----蓄電池存儲電能----蓄電池向電動機集中輸出較強的電能----電動機將電能轉化為機械能----機械設備減速增扭后再輸出，顯然較多的能量轉化過程極大地降低了太陽能的利用效率，同時增加價格比較貴的蓄電池，設備的成本提高，重量增重。基于價值工程理論，設計時在保證設備基本功能不變的前提下，減少不必要的零部件，降低設備成本，無疑提高了設備價值。考慮到晾曬器的主要功能是能夠使產品有一定旋轉，受光面、受風面有變換就可以滿足生產需求，至于電動機是否勻速轉動沒有很高的要求。本設計就是基于價值工程理論，比較巧妙地利用彈簧蓄能、傳能，減少能量轉化環節，從而提高太陽能的利用效率、減輕設備重量、降低成本，提高設備價值。
2 太陽能驅動晾曬器的結構
如圖1所示的太陽能驅動晾曬器，包括支撐架2、安裝在支撐架2上的直流電機3、安裝在支撐架2內的導軌盤7、可以在導軌盤7內圓周運動的轉動架5、連接直流電機3與轉動架5的蓄能彈簧4、與直流電機3電連接的太陽能電池板1以及固定在支撐架2上用于防止直流電機3反向轉動的棘輪機構10。蓄能彈簧4的一端與直流電機3的轉子軸30連接，蓄能彈簧4的另一端與轉動架5固定連接。
轉動架5為2根相互垂直的水平軸固定連接而成，2根水平軸的交匯處連接設置有連接軸50，蓄能彈簧4的一端與連接軸50連接固定。水平軸相對于轉子軸30的軸線對稱，每根所述水平軸的兩端分別安裝有滾動軸承6，滾動軸承6型號規格完全相同。
滾動軸承6安裝在導軌盤7的U形槽72內。導軌盤7通過上導軌盤70和下導軌盤71拼接而成。棘輪機構10包括固定在支撐架2上的棘輪以及與直流電機3的轉子軸30固定的棘爪，棘爪抵觸在棘輪上后防止直流電機3反轉。
太陽能電池板1產生的電能直接輸出到直流電機3，輸出過程受電機保護電路控制、保護。直流電機3又直接驅動蓄能彈簧4，當光線弱，太陽能電池板1產生電能不足夠大時，直流電機3會使蓄能彈簧4扭轉儲存機械能；當蓄能彈簧4儲能足夠多時，就會驅動轉動架5、滾動軸承6、晾曬物等繞轉子軸30的軸線圓周運動；當光線較強、太陽能電池板1產生的能力足夠大時，轉動架5、滾動軸承6、晾曬物等繞轉子軸30的軸線圓周運動的響應會迅速些，相對的轉動速度也快些，保障晾曬物在強太陽光線轉動快、晾曬更加均勻。
本設計巧妙地用蓄能彈簧存儲機械能、直接由蓄能彈簧輸出扭矩驅動晾曬物，減少了由太陽能轉化為設備扭矩的中間轉換環節，提高太陽能的利用率、減少了成本、降低了重量；太陽光強時需要轉動晾曬物轉動快些，此時太陽能電池板產生的電能也多，驅動直流電機轉速也快，從而能量供給與需求天然吻合。為防止電機反轉燒毀電機線圈，采用棘輪機構防止電機反轉。
3 電路設計
為使電機不欠壓、不過壓，保障直流電機的正常使用壽命。設計圖2所示保護電路。
在太陽能電池板1和直流電機之間的電機保護電路，由欠壓采樣電路、過壓采樣電路、過流采樣電路、參考電壓、功率管驅動電路、比較器和555單穩態觸發器構成。
在正常工作狀態下，太陽能電池板1輸出電壓12V，陰天或夜晚時，輸出電壓偏低，欠壓取樣電路檢測到的電壓值低于參考電壓，經比較器后輸出低電平，觸發由555構成的單穩態觸發器進行延時，并通過驅動電路關斷功率管。如果經過單穩態觸發器設定的延r時間后，太陽能電池板1輸出電壓回到正常的工作范圍內，則功率管開通，直流電機正常工作，否則繼續進行欠壓保護。
過壓和過流保護電路原理與欠壓保護原理類似，當輸出電壓或電流過高時，過壓或過流取樣電路檢測到低電平，觸發由555構成的單穩態觸發器進行延時，并通過驅動電路關斷功率管。如果經過單穩態觸發器設定的延時時間后，輸出電壓回到正常的工作范圍內，則功率管開通，直流電機正常工作，否則繼續進行過壓或過流保護。
電機保護電路的控制面板上設置有3只電位器，其中1只電位器為延時保護時間的人工設定的電位器，余下的2只電位器分別為人工進行欠壓和過壓保護值設定的電位器。過流保護值是不能人工設定的，機內已經設定為額定電流的1.2-1.5倍。
4 結語
該太陽能驅動晾曬器具備如下幾個優點：
第一，利用太陽能作為能源，清潔環保；
第二，使用蓄能彈簧存儲機械能、直接由蓄能彈簧輸出扭矩驅動晾曬物，減少了由太陽能轉化為設備扭矩的中間轉換環節，提高太陽能的利用率、減少了成本、降低了重量，設備價值得到提高；
第三，太陽光線弱，太陽能小，也不需要過快地轉動晾曬物。當太陽光線較強時，需要相對比較快地轉動晾曬物，這時太陽能電池板提供電能也大，推動直流電機轉子轉動的速度也相應變快，從而通過彈簧帶動轉子架轉動也隨之變快。天然地實現太陽光線強，翻動晾曬物快的需求，使晾曬物晾曬得更均勻。
第四，晾曬期間的光線不均，產生的電能不穩定，恰當的電機保護電路和棘輪機構等保證了電機不欠壓、不過壓、不反轉，保障直流電機的正常使用壽命，所采用的電路造價低廉。
參考文獻：
[1]成大先.機械設計手冊[M].北京：化學工業出版社，2008.
（集寧師范學院 科研設備處，內蒙古 烏蘭察布 012000）
摘 要：隨著電力測控技術以及電子技術的飛速發展，無刷直流電機得到了廣泛應用，其體積相對較小、運行效率較高、運行平穩可靠、維護十分便捷，憑借這一系列優勢，無刷直流電機在工業控制領域應用及其廣泛.本文主要闡述了基于DSP的無刷直流電機控制系統的設計，主要包括的硬件設計和軟件設計兩方面.所設計的控制系統主要采用觸摸式一體機作為系統控制的上位機，選用專門為電機的數字控制所設計的DSP芯片TMS320LF2407A作為下位機，此芯片作為控制的核心部分，通過上位機與下位機的通訊配合完成無刷直流電機的整體控制.
關鍵詞 ：DSP；無刷直流電機；控制系統
中圖分類號：TM302文獻標識碼：A文章編號：1673-260X（2015）01-0047-02
1 引言
隨著電力測控技術以及電子技術的飛速發展，無刷直流電機廣泛應用于工業控制的各個領域.隨著現代工業的不斷發展，對無刷直流電機控制系統性能的可靠性要求也逐漸提高.所以，開發設計具有響應速度快、控制精度高、調節能力強的無刷直流電機控制系統具有非常重要的意義.無刷直流電機具有體積小、運行效率高、運行平穩可靠、維護便捷等性能，因此它在計算機外圍設備、醫療器械、智能家居、交通運輸、機械制造等領域都占據著重要的地位，它替代了其它種類的多種電機.所以，對無刷直流電機的研究以及應用都得到了廣泛的重視，目前對其進行更加深入的研究以及設計已經成為了電機控制領域的一大熱點.
2 無刷直流電機的工作原理
無刷直流電機主要由三部分組成：電機本體、轉子位置傳感器以及電子開關電路.
2.1 電機本體
電機本體是由主定子和主轉子構成.主定子是電機的靜止部分，主定子包括主定子繞組以及主定子鐵芯，其中主定子繞組由漆包線繞制構成，主定子鐵芯由硅鋼片疊成.在電機本體中，主定子繞組其最重要的部分，在繞組中有電流通過時能夠產生磁電動勢，與轉子產生的磁場，這樣的相互作用來使得轉子旋轉；主轉子是電機的轉動部分，是用來使得電機中產生勵磁磁場，主轉子通常由永磁體、導磁體以及支撐部件構成，永磁體以及導磁體是用來產生磁場元件，支撐部件是轉軸以及軸套等支撐轉子的部件，實現對永磁體以及導磁體的固定.
2.2 轉子位置傳感器
轉子位置傳感器是為了實現無刷直流電機的無接觸換向，這一傳感器相當重要，它是無刷直流電機中的最關鍵部分，轉子位置傳感器包括靜止部分和轉動部分，即定子和轉子，無刷直流電機的轉子磁極位置是通過轉子位置傳感器來測定的，通過測定準確位置來為電子開關電路提供準確的換相信息.
2.3 電子開關電路
電子開關電路主要由功率管、驅動電路好轉子位置信號處理模塊組成，用來配合轉子位置傳感器對電機本體定子的各相繞組的通電時間以及順序進行控制，著也是無刷直流電機實現無接觸換向的重要部件.電子開關電路把轉子位置傳感器輸出的信號進行解調并進行功率放大來觸發功率管，為電樞繞組提供信號，使得電樞繞組遵循一定的邏輯順序進行導通，這樣來確保無刷直流電機按照一定規律可靠運行.
無刷直流電機的系統基本結構如圖1所示.
3 控制系統硬件設計
3.1 控制系統硬件總體構成
本控制系統選用觸摸式一體機機作為上位機，實現人家對話，從而完成數據信息命令的發送并能夠對電機運行狀態進行實時監控，下位機采用DSP芯片以及無刷直流電機專用的集成控制芯片MC33035構成，用來輸出控制信號對電機進行控制和驅動電機.整個控制系統選用PWM的方式來控制電機的轉速，并選擇霍爾位置傳感器來檢測轉子的位置，功率變換器件選用的是MOSFET場效應管.控制過程中DSP芯片能夠采集到電機實時轉速，并根據電機的實際轉速信息，來修正上位機所給出的設定速度，從而實現整個系統對電機轉速的閉環控制.集成控制芯片MC33035用來執行DSP芯片輸出的控制指令，從而輸出控制電機轉速、轉向以及啟停的控制信號.
無刷直流電機控制系統硬件部分主要由三部分組成：控制部分、驅動部分以及檢測部分.無刷直流電機控制系統的硬件構成如圖2所示.
3.2 控制系統的設計
控制部分(DSP)：主要用來處理來自上位機的控制信號以及來自傳感器的反饋信號，并且處理后經這些信號通過光電隔離處理后，傳送至驅動單元，從而驅動電機的轉動.DSP主控板是由TI公司專門為直流電機控制和運動控制的數字化實現而設計的，DSP芯片TMS320LF2407A是控制電路的主控芯片，通過與其配配合的外圍電路組成成控制系統，其中外圍電路主要包括電源轉換電路、JTA仿真接口電路、時鐘與復位電路、上位機通信電路以及存儲器擴展電路等.
驅動部分：主要用來完成驅動控制無刷直流電機.驅動部分的核心是MOTOROLA公司所生產的專用集成控制MC33035芯片，它用來接收霍爾位置傳感器反饋的位置信號并加以處理，來確定無刷直流電機轉子的準確位置，為控制系統提供驅動輸入的時序，從而實現功率管的開關控制，并且接收DSP芯片主控電路所發出的控制信號，并進行相應處理，從而實現對電機的轉速、轉向以及啟停的控制.系統選用IR公司生產的IR2130功率驅動系統對功率逆變器進行驅動，MC33035芯片將位置信號處理后的換相信號發送給IR2130功率驅動電路，從而驅動三相橋式功率逆變電路.
檢測部分：用來實現對無刷直流電機的定子電流以及轉子位置和轉速的實時檢測.接在三相全控橋式功率逆變電路中的采樣電阻來實現對定子電流的檢測，MC33035內部的轉子位置譯碼器對電機內部的三個轉子位置進行檢測.
4 控制系統軟件設計
無刷直流電機控制控制系統的軟件部分分為上位機和下位機.上位機由觸控式一體機構成，主要實現人機對話，上位機程序設計是采用C#語言進行編程開發；下位機是由DSP應用程序和控制算法程序來進行設計，是在TI公司的DSP集成開發環境下開發完成.
4.1 上位機設計
上位機啟動人機監控界面后，第一步是進行串口通訊設置，建立與下位機DSP的通訊協議，接著進入監控界面，進行對電機的運行狀態信息進行監控，并將控制、調試命令通過串口與DSP芯片的控制器進行數據通信，并對電機運行時的各種實時參數進行修正，上位機程序界面中將DSP所上傳的轉速實時數據顯示在相應位置，并可繪制出實時變化的曲線，從而實現對電機狀態的實時監控功能.
上位機監控界面采用用C#語言為開發工具，通過界面設計以及程序的編寫，來實現具有能夠監控電機實時運行狀態的人機界面的軟件.操作者通過該上位機軟件，既可以讀取出電機的實時運行狀態、轉速等信息，也可以通過命令輸入或者控件按鈕等發送啟、停、轉向等指令，從而時間電機狀態的改變.
4.2 下位機設計
上位機一體機要實現與下位機DSP控制器的通信，上位機需要將轉速設定值以及轉向信號、啟停信號等通過數據傳輸線傳送給給DSP控制器，DSP控制器要將電機的實時狀態信號傳送到上位機.
DSP控制系統下位機軟件是采用模塊化的程序思想進行設計，再根據系統功能需求，將下位機程序分為多個不同的功能模塊，這些功能模塊互相獨立，不受影響，實現不同的功能.本系統下位機DSP程序設計模塊主要包括：主程序、初始化子程序、中斷服務程序、轉速檢測子程序和模糊PID控制算法子程序等，每個子程序模塊分別實現不同功能.
5 總結
本文完成了以無刷直流電機專用集成控制芯片MC33035為核心的基于DSPD無刷直流電機控制系統的設計，設計出整個系統的硬件電路，并設計編寫DSP應用程序以及控制算法程序，并采用C#語言編寫了上位一體機監控人機界面，從而實現了對電機運行的各種實時參數的顯示，以及控制信號的輸入，從而實現了對無刷直流電機的有效控制.
參考文獻:
〔1〕張焱．基于DSP的無刷直流電機高性能調速系統的研究[D]．西安電子科技大學，2007.
關鍵詞：彩超機；故障電源；B超機維修
Abstract: The article elaborates the Philips IU22 color Doppler power structure and each component function, and emphatically introduces the special power fault examples in the use, which provides the new ideas for such models B ultrasound machine repair work.
Key words: Color Doppler; fault ultrasound machine; B ultrasound machine repair
中圖分類號: R197.38文獻標識碼:A文章編號：2095-2104（2012）
自2004年4月荷蘭皇家Philips電子集團推出全新的智能超聲系統以來，Philips IU22由于控制功能智能化及人機工程設計先進而得到了市場普遍的應用和好評。作為現今較為卓越的多普勒彩色超聲診斷儀之一，它集成了2D、3D和實時4D等多維成像模式（3D和實時4D成像模式即表面容積三維、超聲造影功能、血流容積三維及實時四維功能)。使用3年多來，相比同等級別的B超機，Philips IU22彩超機的故障率較低。本文主要對此次特殊的電源故障現象進行了剖析，也為同類B超機的維修提供資料借鑒[1]。
1 電源故障
按正常操作開啟底部交流電源，B超機進入待機狀態，此時位于交流電源開關右側的藍色指示燈點亮，為使機器得電，打開中部ON/STANDY按鍵，機器開始初始化。當PHILIPS幾個字母出現在顯示器不到4S的時間，機器突然停止運行，且藍色指示燈閃爍不停。再次嘗試按下ON/STANDY按鍵，機器無反應，重新開啟電源，機器依然無反應，此時彩超機出現故障。
2 分析故障
結合以往修理經驗及此次彩超機出現的故障現象，初步估計該B超機的故障源位于電源。可能的原因有兩個：第一，是由于電源短路或某部位損壞，導致電流或電壓輸出異常，致使保護電路切斷電源。第二，直流電源沒有提供設備正常運行的需要電壓或供電不足。
3 檢測維修
彩超機的底部左右側板被打開后，可以觀察到，直流供電、交流供電、待機電源部分、高壓電源部分及直流電壓檢測和分配部分、總電源通風散熱等六個部分是IU22B超機電源的主要組成部分。開啟交流電源后發現，亮起的六盞LED燈包含亮紅燈的DS2，DS3，DS5，DS6，DS9及亮綠燈的DS11，六盞LED燈位于直流電壓檢測和分配板上。核查后發現，五盞LED亮紅燈是為了給予維修工作人員提示信息，而DS11亮則指示有+5V的電壓來自交流電源，并使得直流電壓檢測和分配板進入待機狀態。在電源風扇的上部右側，由于DC OK和AC OK綠色指示燈沒有亮，說明此時直流供電部分處于斷電狀態。當ON/STANDY鍵被按下后，DS1，DS4，DS7， DS10、DS11，DS12位于直流電壓檢測和分配板子上的LED均亮綠燈，檢查發現，DS1亮表明輸出交流電壓正常，DS4亮表示平臺和ACQ板的電源供給正常，DS7亮表示允許開機，“DC OK”的信號已經給了主板。DS10、DS11、DS12亮則分別代表從待機開關和主板輸出了“POWER-ON”信號、交流電源輸出了+5V的電壓、平臺配電板正常工作。此時，直流電源開始通電，DC OK和AC OK的指示綠燈被點亮，用于通風散熱的兩個風扇也開始工作，但這種現象僅維持了2～5s，風扇就停止了轉動。同時直流電壓檢測和分配板上再次變成五盞紅燈一盞綠燈，整機再次斷電，電源無法工作[2]。
根據電源電路構成，首先打開交流供電部分，測量交流供電部分電壓值為220V，可以判斷交流供電部分工作正常。接下來判斷直流供電部分工作是否正常。為進一步檢查兩個直流電源的構成，從底座中將直流供電部分取出，在取的時候，注意卸掉固定閘線平板上的螺絲，并將閘線抬起后，再整體取出直流供電部分。取出后，將兩個直流電源的輸入部分分別外接220V電源，測量直流電源的空載輸出，經萬用表測量顯示，直流電源A為+11.8V，直流電源B為+3.7V，±5.5V，±14.9V，+45.3V，均為正常輸出，因此可判斷直流供電電源工作正常。下一步檢測直流電壓檢測和分配板，對器件逐一檢查后發現，帶三態門的8D鎖存器(Philips 74HC573D)發生短路故障，更換故障零件后，機器工作正常[3][4]。
4 分析討論
由于熟悉電源系統結構，本次彩超機維修過程進展順利，并在較短的時間內就找到了故障原因。電源電路各部分作用現總結如下：
①直流供電部分：是整個機器電源的核心來源，它主要由兩個直流電源組成，直流電源A輸出為+11.8V，而直流電源B輸出為+3.7V，±5.5V，±14.9V，+45.3V。直流A和B電源均含有輸出和反饋回路，排列在電源右側的是輸出回路，而排列在電源左側的是反饋回路，處于正常工作時，綠色指示燈DC OK和AC OK會點亮。
②交流供電部分：控制交流電源的通斷是該部分主要作用。它包含一個控制交流通斷的開關，一個空氣斷路器及一個繼電器。在電流突然很大的時候，空氣斷路器負責斷開電路，保護整個機器。在整個系統自檢出現問題時，繼電器會自動斷開，以此保護直流電源。
③待機電源部分：主要由一塊電路板和三個串聯的電池構成的電壓為6V的電池組構成，電路板具有穩壓，整流和給電池組充電的作用。在機器剛啟動時，充電電池能提供T作電壓給交流供電回路中的繼電器，保證在開機時繼電器處于通電狀態。
④高壓電源部分：由很多容量大的電容組成，直流電壓檢測機分配板分別提供±15V和+48V電壓作為該部分的輸入。直流電壓檢測和分配板的輸出與高壓電源輸出為前端超聲發射電路提供電壓。
⑤直流電壓檢測和分配板：電壓的采集，比較，分壓和調整是這部分的主要作用，7塊LM399(電壓比較器)，1塊317D2T，1塊9945A和1塊9435B，帶三態門的8D鎖存器是該部分主要零件，正常工作時，常亮的LED燈有DS7，DS4，DS12，測量發現，DS12電壓在+2.1V到+3．3V之間，屬于高電平工作，而DS7和DS4電壓要小于+2.1V以下，都是低電平工作。
⑥總電源通風散熱部分：主要起到疏散電源熱量的作用，這部分主要包含兩個大型風扇，以及位于風扇接口處的一個檢測裝置，該裝置可用于檢測風扇工作是否正常。
5 歸納總結
綜上所述，整個機器電源的工作流程為：打開電源開關后，220V的交流電進入到直流電源部分，開啟開機/待機按鈕，直流電源供電給電壓檢測和分配板，電壓檢測和分配板開始對各路電壓進行檢測。若各路電壓正常，則將DC OK信號反饋給繼電器，使得繼電器處于吸合狀態。電源自檢結束后，主機的系統開始初始化。
通過此次電源故障的檢測與維修，不僅使我們更加深入的了解了Philips IU22電源的結構及工作原理，同時節省了大筆維修費用，對今后此類故障的診斷和機器維護具有一定的指導意義。
參考文獻
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[2] 史文兵.飛利浦彩色超聲iU22維修一例[J]. 醫療裝備. 2009(09)
關鍵詞：PID算法 轉速測量 直流電機轉速控制 單片機
中圖分類號：TM301 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）05（a）-0108-02
與其它類型的電機相比，直流電機具有良好的起動性能，調速范圍廣，過載能力強等特點，因此直流電機在起動和調速要求較高的生產機械得到了廣泛的應用。隨著人民生活水平的提高，對視聽設備品質要求也在提高，這為小功率直流電機提供了廣闊的市場，因此，高精度控制直流電機轉速成為發展的必然趨勢。本文基于PID算法，以ATmega16單片機為核心實現直流電機的高精度控制，具有結構簡單，適應性強等特點。
1 總體設計方案
系統的總體設計方案如圖1所示，包括ATmega16單片機、從單片機、電機轉速測量裝置、直流電機、鍵盤輸入、顯示以及功能控制電路幾部分。以ATmega16單片機為核心，利用ATmega16具有PWM輸出功能控制電動機轉速，通過在PID運算過程中不斷改變控制參數，從而不斷調整被控參數，完成實時控制任務。
2 硬件設計
2.1 主機設計
主機部分電路由ATmega16單片機、復位電路、電源電路和下載接頭組成。在單片機引腳RESET上保持兩個周期低電平實現單片機的完全復位。采用PB3口作為PWM輸出口，PB0口作為T/C0的輸入捕捉引腳，接受從測速電路反饋回來的信號。PC1-PC3和PD2作為按鍵輸入，PC4-PC7作為數碼管的位選，PA口作為數碼管的段選，具體電路如圖2所示。
2.2 電機驅動電路
由于ATmega16具有PWM輸出功能，所以通過改變占空比就可以控制電動機的轉速。使用光耦Uyyy實現單片機與電機的控制部分和電機驅動部分的電氣隔離。Rggo作為光耦輸入端的限流電阻。Rirf3是上拉電阻，用來提高光耦輸出端的驅動能力。電機上的二極管和電容用來保護電機。MOS管IRF540作為驅動電路的功率輸出。
具體電路如圖3所示。
2.3 電源電路
選用7805三端集成穩壓器，提供+5V直流電壓，輸出電流為1A。交流電壓經過DAC1-DAC4橋式整流、電源指示燈及平滑電容Cyl濾波后得到非穩定8-12V直流電壓加到7805的輸入端。在輸入和輸出分別接人電容Cy3和Cy4來保證電路的穩定工作。
Cy3為輸入穩定電容，當穩壓器輸入阻抗降低時，防止發生振蕩，采用0.1-1uF的陶瓷電容。Cy4為輸出穩定電容，用來降低輸出紋波、輸出噪聲及負載電流變化的影響。采用Cy1和Cy2兩個大容量的電解電容進行濾波，以減小輸出電壓紋波。電源電路如圖4所示。
2.4 測速電路
本設計中，采用光電式傳感器和紅外對管。小電機轉子上安裝八孔光柵，隨著電機轉動而轉動，紅外發光管DHW一直處于發光狀態，電機轉一次，轉盤就擋住發光二極管一下，輸出電平經過三極管Qjs放大，發生一次跳變，單片機計數一次，轉盤轉一圈則計數八次。
轉速測量的電路圖如圖5所示。
3 軟件設計
系統的軟件設計分為主程序模塊、按鍵識別模塊、PID控制算法模塊和中斷子程序模塊。主程序模塊為其余幾個模塊構建整體框架和初始化工作；電機控制模塊通過PWM來對直流電機進行調速，實現在線檢測速度的功能。PID控制算法模塊是通過定時器每隔T秒中斷一次，完成一次PID控制計算，從而不斷調整被控參數，完成實時控制任務。主程序模塊的流程圖如圖6所示。
3.1 PID控制算法模塊
PID參數整定通常包括試湊法，擴充臨界比例度法和擴充響應曲線法。采用擴充響應曲線法確定本系統的，，。通過ATmega16的PB.0端口捕捉光電管上升沿脈沖，在ATmega16內部算出電動機轉速，并同時將速度顯示出來。PID運算過程中所有參數和計算值均以多字節浮點數表示，在控制過程中不斷改變控制參數。系統運行中通過定時器每間隔T秒中斷一次，完成一次 PID控制計算，從而不斷調整被控參數，主程序中的PWM驅動模塊根據控制參數而改變PB3口輸出值，調整PWM輸出波形，完成實時控制任務。其程序流程圖如圖7所示。
4 結語
PID控制在工業控制中起著非常重要的作用。本設計完成了基于PID控制算法的直流調速的系統的研究與設計，包括系統的硬件開發和軟件，具有精度高，結構簡單，適應性強等特點。
參考文獻
[1] 趙長德.MCS-51/98單片機原理與應用[M].北京：機械工業出社，1998.
