直流電路精選(九篇)

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第1篇：直流電路范文

關(guān)鍵詞： 復(fù)雜直流電路 節(jié)點電壓法 獨立節(jié)點 互導(dǎo) 自導(dǎo)

在復(fù)雜直流電路中，有較多的支路、節(jié)點和回路。在對復(fù)雜直流電路的分析計算中，經(jīng)常會遇到節(jié)點較少而網(wǎng)孔較多的電路，對這類電路可以采用節(jié)點電壓法來分析計算。

一、建立節(jié)點電壓方程

選擇電路中任意點為參考點，其余節(jié)點與此參考節(jié)點之間的電壓稱為對應(yīng)節(jié)點的節(jié)點電壓，節(jié)點電壓方向指向參考節(jié)點。如圖1，選a點作為參考點。

對于獨立節(jié)點，根據(jù)基爾霍夫電流定律有：

式中，電流源電流指向該節(jié)點為正，流出該節(jié)點為負(fù)；G為各支路的電導(dǎo)，自電導(dǎo)為正，互電導(dǎo)為負(fù)。

二、節(jié)點電壓法解題步驟

1.選定參考節(jié)點并標(biāo)出節(jié)點序號，將獨立節(jié)點設(shè)為未知量，其參考方向由獨立節(jié)點指向參考節(jié)點。

2.列寫節(jié)點電壓方程（自電導(dǎo)總為正，互電導(dǎo)總為負(fù)，電流源電流指向該節(jié)點為正，流出該節(jié)點為負(fù)）。

具有n-1個獨立節(jié)點的電路的節(jié)點電壓方程的一般形式如下所示：

其中，Gii――自電導(dǎo)，等于接在節(jié)點i上所有支路的電導(dǎo)之和（包括電壓源與電阻串聯(lián)支路）?？倿檎?/p>

Gij （ Gji）――互電導(dǎo)，等于接在節(jié)點i與節(jié)點j之間的所支路的電導(dǎo)之和，并冠以負(fù)號。

iSii――流入節(jié)點i的所有電流源電流的代數(shù)和（包括由電壓源與電阻串聯(lián)支路等效的電流源）。

3.求解節(jié)點電壓方程，得到各節(jié)點電壓。

4.選定支路電流和支路電壓的參考方向，計算各支路電流和支路電壓。

5.根據(jù)題目要求，計算功率和其他物理量等。

三、節(jié)點電壓法應(yīng)用舉例

1.用節(jié)點電壓法，求圖2電路中各電阻中的電流。

四、用廣義節(jié)點電壓來分析節(jié)點電壓法中無伴電壓源

電路中不與電阻串聯(lián)的電壓源和不與電阻并聯(lián)的電流源稱為無伴電源。含有無伴電源支路的電路有以下兩種情況：一種情況是在一個電路中含有一個無伴電壓源或雖有多個無伴電壓源但它們的一端接在同一個節(jié)點上。另一種情況是在兩個非參考節(jié)點之間接有無伴電壓源。

以上兩種情況可以通過引入由若干互連的無伴電壓源支路及其端節(jié)點組成的廣義節(jié)點，采用節(jié)點電壓分析法對其進行分析，具體可以用兩種常見方法來進行。對第一種情況可以選擇電壓源的一端（公共端）為參考節(jié)點，則另一端的節(jié)點電壓為電壓源的電壓，這樣不必再對該節(jié)點列出節(jié)點方程，方程數(shù)目為（n-1）個。節(jié)點數(shù)減少無伴電壓源的數(shù)目。對第二種情況可以把無伴電壓源接在兩個非參考節(jié)點看做廣義節(jié)點，將它們看做一個包含電壓源及其兩個節(jié)點的一個封閉區(qū)。

從探討電路分析方法的角度出發(fā)，對含無伴電壓源支路的特殊電路可以用廣義節(jié)點電壓分析法，從而減少方程數(shù)量，簡化步驟，不僅有利于手工計算，而且便于計算機編程。

綜上，節(jié)點電壓法是分析處理線性電路的基本方法和常用手段。它的基本思想是適當(dāng)選擇網(wǎng)絡(luò)變量，讓它包含KVL的實質(zhì)，使KVL自動得到滿足，不必再列KVL方程，以節(jié)點電壓作為未知量，對n-1個獨立節(jié)點列寫KCL方程，從而求出各節(jié)點電壓，繼而進一步求解其他電量。

第2篇：直流電路范文

【摘 要】《電工基礎(chǔ)》是涉電專業(yè)的基礎(chǔ)課程，電工電子教師面對著基礎(chǔ)各不相同的學(xué)生，教學(xué)時要循序漸進，切實以學(xué)生為主體，增強學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力，充分挖掘?qū)W生的學(xué)習(xí)潛能。

關(guān)鍵詞 復(fù)雜直流電路；概念；策略

筆者近年來一直處于教育教學(xué)第一線，從事電工基礎(chǔ)的教育教學(xué)工作，深知個中滋味，每每遇到學(xué)生糾結(jié)于各種各樣紛繁復(fù)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(xué)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(xué)生在學(xué)習(xí)過程中沒有搞清楚某些電工術(shù)語的相關(guān)含義，經(jīng)常會發(fā)生相互混淆，以偏概全的現(xiàn)象。比如在理解節(jié)點這一概念的時候，為數(shù)不少的學(xué)生經(jīng)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(jié)點。筆者在課上跟學(xué)生交流時就告訴他們首先確定出哪些是支路，然后再數(shù)一數(shù)條數(shù)就可以了。當(dāng)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(yīng)用中有關(guān)“封閉面”這一概念時，就有很多學(xué)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(yīng)的電路圖，將由若干電阻所構(gòu)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(rèn)為，學(xué)生必須弄清相關(guān)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(xí)中，有部分同學(xué)在求解相關(guān)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(rèn)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(xué)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(nèi)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(diào)，支路電流法可以求出各條支路上的電流，它是先假設(shè)各條支路上的電流方向以及回路方向，再根據(jù)基爾霍夫定律列出相應(yīng)的方程式組，最后求解出各條支路上的電流。而疊加定理應(yīng)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(chǎn)生的電流(或電壓)的代數(shù)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(dāng)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?？梢赃@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?？傊靡痪湓拋砀爬ň褪?，哪種方法能簡捷迅速地求出結(jié)果就用哪種方法!

3.把握整體，切中肯綮

解題時，筆者認(rèn)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(fù)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(rèn)為，就應(yīng)該用戴維寧定理，比較簡捷，相對方便。根據(jù)戴維寧定理可對某一個含源二端線性網(wǎng)絡(luò)進行簡化，其定理內(nèi)容顯示，求解的關(guān)鍵在于正確理解和求解出含源二端網(wǎng)絡(luò)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(wǎng)絡(luò)的電源其極性應(yīng)與開路電壓相一致，若求得的開路電壓是負(fù)值，則表示電動勢的方向與原假設(shè)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(diào)，這兩種電源之間的等效變換是對外電路來講的，電源內(nèi)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(fù)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(dāng)然，在兩者進行等效變換時彼此的方向應(yīng)當(dāng)一致，也就是說，恒流源的流出端和恒壓源的正極性端應(yīng)是相互對應(yīng)的。

以上是筆者在平時課堂教育教學(xué)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(xiàn)

第3篇：直流電路范文

關(guān)鍵詞：含電容器，直流電路；分析，計算

中圖分類號：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：E 文章編號：1006-5962（2013）01-0194-01

電學(xué)是中學(xué)物理的重點，也是難點。歐姆定律又是電學(xué)的基礎(chǔ)。初次接觸電路問題的中學(xué)生在利用歐姆定律和串、并聯(lián)電路的特點進行定性分析和定量計算時，往往覺得很"繁"、很"亂"、很"難"。其實，解決電路問題的關(guān)鍵在于掌握思路和方法：一般是先對電路進行變形、整理，組成簡單的串、并聯(lián)電路，然后利用歐姆定律及串聯(lián)的特點建立方程。學(xué)生的問題大多不是出在電路分析階段，而是建立方程階段，在教學(xué)中，發(fā)現(xiàn)學(xué)生"亂"就亂在不知先用哪個公式算什么量.后用哪個公式算什么量。往往花很長時間還理不出頭緒，于是，越想越糊涂，簡單的問題也變難了，當(dāng)然解決不了，怎么辦呢？很簡單，只要有一種能迅速獲得計算結(jié)果的方法就行了。本文以兩個用電器串、并聯(lián)電路為例，介紹一種簡單快捷的電器計算方法。

直流電路中，當(dāng)電容器充放電時，電路里有充、放電電流。一旦電路達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，電容器在電路中就相當(dāng)于一個阻值無限大（只考慮電容器是理想的不漏電情況）的元件，電容器所在支路可視為斷路，簡化電路時可去掉，簡化后若要求電容器所帶電荷量，可接在相應(yīng)的位置。

【例1】如圖1所示，兩個電阻R1=5Ω，R2=10Ω，兩電容器C1=5μF，C2=10μF，電路兩端電壓恒定，U=18V，求：

（1）當(dāng)S斷開時，A、B兩點間的電壓為多大？

（2）當(dāng)S閉合時，兩電容器的帶電量分別改變了多少？

【解析】（1）直流電不能通過C1、C2，所以當(dāng)S斷開時，電路中無電流。B、C等勢，A、D等勢。因此，UAB=UAC=UCD=U=18V。

（2）S斷開時，C1、C2兩端的電壓UC1=UC2=18V。S閉合后，電阻R1、R2導(dǎo)通，且R1、R2串聯(lián)，C1、C2分別并聯(lián)在R1、R2 上，C1兩端電壓U′C1=IR1=UR1+R2R1=185+10=6V，C2兩端電壓U′C2=18-6=12V，Q=CU S閉合前后，C1、C2的電荷量都減少，電容器通過電路放電了。

Q1=C1UC1=5×10-6×（18-6）=6×10-5C

Q2=C2UC2=10×10-6×（18-12）=6×10-5C

【例2】如圖2所示，在A、B兩點間接一電動勢為4V，內(nèi)阻r=1Ω的直流電源，電阻R1、R2、R3阻值均為4Ω，電容器的電容為30？F，電流表內(nèi)阻不計。求：

（1）電流表的讀數(shù)

（2）電容器所帶電荷量

（3）斷開電源后，通過R2的電荷量

【解析】（1）由于R1、R2被短路，接入電路的有效電阻僅為R3，則I=ER3+r=44+1=0.8A

所以電流表讀數(shù)為0.8A

（2）電容器與R3并聯(lián)，所以UC=UR3=IR3=0.8×4=3.2V，

故電容器電荷量Q=CUC=30×10-6×3.2=9.6×10-5C

（3）斷開電源，R1與R2并聯(lián)，與R3、C構(gòu)成放電回路，故通過R2的電荷量Q2=Q2=9.6×10-52=4.8×10-5C

【應(yīng)用拓展】如圖3所示，電源電動勢E=6.00V，內(nèi)阻忽略不計。電阻R1=2.4KΩ，R2=4.8KΩ，電容器C=4.7μF。閉合開關(guān)S，待電流穩(wěn)定后，用電壓表測R1兩端電壓，其穩(wěn)定值為1.50V，

（1）該電壓表的內(nèi)阻為多大？

（2）由于電壓表的接入，電容器所帶電荷量變化了多少？

【答案】（1）RV=4.8KΩ （2）電荷量增加了2.35×10-6C

分析和計算含有電容器的直流電路時，應(yīng)注意以下幾點：

1.電路穩(wěn)定后，由于電容器所在支路無電流通過，所以此支路的電阻上無電壓降，因此電容器兩極間電壓等于該支路兩端的電壓。

2.電容器和電阻并聯(lián)后接入電路時，電容器兩極間電壓和與其并聯(lián)的電阻兩端電壓相等。

第4篇：直流電路范文

關(guān)鍵詞：L298N ISO7220 直流電機

中圖分類號：TM383 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-9416(2012)02-0118-02

1、引言

在各類機電系統(tǒng)中,由于直流電機具有良好的起動、制動和調(diào)速性能,直流調(diào)速技術(shù)已廣泛運用于工業(yè)、航天領(lǐng)域的各個方面。最常用的直流調(diào)速技術(shù)是脈寬調(diào)制(PWM)直流調(diào)速技術(shù),它具有調(diào)速精度高、響應(yīng)速度快、調(diào)速范圍寬和耗損低等特點[1]。本文在研究單片機PWM方法調(diào)速直流電機和電機驅(qū)動芯片L298N的基礎(chǔ)之上，對單片機的電機驅(qū)動電路進行了一點優(yōu)化設(shè)計。

2、驅(qū)動芯片L298N

L298N是SGS公司生產(chǎn)的直流電機驅(qū)動集成電路，比較常見的是15腳Multiwatt封裝的L298N（如圖1所示）。內(nèi)部包含4通道邏輯驅(qū)動電路，可以方便地驅(qū)動兩個直流電機，或一個兩相步進電機。工作電壓為46V，輸出電壓最高可達(dá)50V，可以直接通過電源來調(diào)節(jié)輸出電壓；輸出電流可達(dá)2.5A，最大可以達(dá)到4A，可驅(qū)動電感性負(fù)載；可以直接用單片機的IO口提供信號；而且電路簡單，使用比較方便。L298N可接受標(biāo)準(zhǔn)TTL邏輯電平信號VSS，9腳VSS可接4.5～7V的電壓。4腳VS接電源電壓，VS電壓范圍VIH為＋2.5～46V[2]。1腳和15管腳下的發(fā)射極分別單獨引出以便接入電流采樣電阻，形成電流傳感信號。L298可驅(qū)動2個電動機，此時OUT1，OUT2和OUT3，OUT4之間可分別接電動機。5、7、10、12腳接輸入控制電平，控制電機正反轉(zhuǎn)；ENA，ENB腳接控制使能端，控制電機的停轉(zhuǎn)[3]。

為了獲取更大的輸出電流，L298N采取輸入輸出并聯(lián)的連接方式，即IN1與IN4（5腳和12腳）、IN2與IN3（7腳和10腳）、OUT1與OUT4（2腳和14腳）、OUT2與OUT3（3腳和13腳）分別連接在一起。

3、電路優(yōu)化部分

3.1 光耦隔離器件ISO7220

在實際應(yīng)用中，由于存在由弱電到強電的連接，L298N的四個輸入IN1～I(xiàn)N4都必須采用光耦隔離或者其他有效隔離方式。在這里我們選取光耦產(chǎn)品ISO7220。

ISO7220是TI公司生產(chǎn)的雙通道數(shù)字隔離器。為便于PCB布局，ISO7220所提供的通道都面向一個方向（如圖2所示）。其有一個被二氧化硅隔離層隔開的邏輯輸入緩存器和邏輯輸出緩存器。與隔離電源配合使用，其能夠阻止高壓，隔絕接地，并防止來自數(shù)據(jù)總線或其他電路的噪聲電流進入本地接地或者破壞敏感電路。根據(jù)傳輸速率其分為1、25和150Mbit/s三種不同型號。它主要應(yīng)用于工業(yè)現(xiàn)場總線、計算機外部接口、伺服控制接口和數(shù)據(jù)采集等場合[4]。

在實際使用當(dāng)中，引腳1和引腳8上必須加具有不同地的兩個電源。我們可以將VCC經(jīng)過5V/5V的DC變換得到VCC1，它們兩個一起為ISO7220的輸入和輸出端供電。

3.2 續(xù)流電路

由續(xù)流二極管構(gòu)成的“H橋”，作為L298N的輔助電路來實現(xiàn)隨直流電機的控制。在這里面，二極管并沒有什么特殊的地方，只不過是起到了續(xù)流的作用而已。

在實際使用當(dāng)中，使用二極管要注意其允許最大電流和最大耐壓兩個參數(shù)。根據(jù)情況不同選取不同參數(shù)的元器件。

3.3 過流保護電路

我們以AVR單片機為例。利用AVR單片機的模擬比較器，我們可以實現(xiàn)對直流電機的過流保護。我們用它來對兩個模擬入端（正極AIN0、負(fù)極AIN1）的輸入電壓進行比較。

3.4 硬件電路

這上圖中，PGND代表電源地，Vs代表直流電機的工作電壓。電阻R的阻值需要根據(jù)實際情況選取合適的值。

4、結(jié)語

PWM配合橋式驅(qū)動電路L298N實現(xiàn)直流電機調(diào)速，非常簡單，而且調(diào)速范圍大。經(jīng)過我們的改進，增加了光耦隔離器件、續(xù)流電路和過流保護電路，減少了電機的電壓不致對對單片機可能造成的干擾，提高了系統(tǒng)的抗干擾性、穩(wěn)定性和可靠性。

參考文獻(xiàn)

[1]張立勛,沈錦華,路敦民,楊勇.AVR 單片機實現(xiàn)的直流電機PWM調(diào)速控制器[J].機械與電子,2006(4):29～32.

[2]張?zhí)禊i,徐磊.L298N控制直流電機正反轉(zhuǎn)[J].工業(yè)設(shè)計,2011(3):98～99.

[3]張爭爭,任永德,謝寶昌.基于DSP 的無刷直流電動機控制系統(tǒng)[J].微特電機,2001,29(2):34-36.

[4]龍脈工作室,朱飛,楊平.AVR單片機C語言開發(fā)入門與典型實例[M].北京:人民郵電出版社,2010:369～376.

第5篇：直流電路范文

【關(guān)鍵詞】電位差計；電阻箱；檢流計；電動勢；電阻；惠斯登電橋

0 引言

電位差計是運用補償法原理來測量電動勢和電勢差的一種精密的電學(xué)測量儀器，為了讓學(xué)生了解電位差計的原理與使用，大學(xué)實驗室一般是用11米線電位差計板組裝直流電位差計，讓學(xué)生測量電池電動勢等電學(xué)量?；菟沟请姌蚍y量電阻是測量中值電阻準(zhǔn)確度較高的一種方法，而大學(xué)實驗室在教學(xué)中也是用滑線式惠斯登電橋板來組裝電路。無論是11米線電位差計板還是滑線式惠斯登電橋板，這些儀器都有其局限性，一般只在各自實驗中使用。本文中使用實驗室常見儀器――電阻箱代替11米線電位差計板來組裝電位差計，介紹了如何利用這樣的電位差計測量電動勢和電阻，并且，此電路稍加改動即可成為惠斯登電橋法測量電阻的電路。無論是用電位差計測量電動勢和電阻，還是用惠斯登電橋的方法測量電阻，這兩種方法都是測量準(zhǔn)確度較高的方法。

1 電位差計的工作原理

1.1 補償法原理

如圖1所示，當(dāng)兩個電源對接，Ex是待測電源，E0為一連續(xù)可調(diào)的標(biāo)準(zhǔn)電源，調(diào)節(jié)E0使檢流計指針示零，說明電路中沒有電流通過，電路達(dá)到平衡，此時，兩個電源在回路中互為補償。若已知平衡狀態(tài)下的標(biāo)準(zhǔn)電源E0的大小，則Ex的大小亦被確定。這種由標(biāo)準(zhǔn)電源與待測電源相互補償，通過標(biāo)準(zhǔn)電源電動勢測量待測電源電動勢的方法即為電位差計的補償法原理，這是電位差計的基本工作原理[1]。

1.2 電位差計電路工作原理

電位差計的實驗電路中，可調(diào)標(biāo)準(zhǔn)電源可用穩(wěn)壓電源與一可變電阻組成，如圖2所示，將開關(guān)K撥向Es端（Es為一電動勢已知的標(biāo)準(zhǔn)電池），調(diào)整C的位置，當(dāng)檢流計指針示零時，Es電動勢與A、C間電位差相補償，則I0=；再將開關(guān)K撥向待測電源Ex端，調(diào)整C的位置使檢流計指針示零，此時，Ex電動勢與C、B間電位差相補償，則Ex=I0RCB=RCB，即求得待測電源電動勢。

2 電位差計實驗電路設(shè)計

2.1 測量電動勢

電位差計的實驗電路如圖3所示，E0是穩(wěn)壓電源，Rp是滑動變阻器，在電路中起到分壓保護的作用，R1、R2為兩個變阻箱（標(biāo)準(zhǔn)電阻），K2是保護開關(guān)用以保護檢流計，Es是標(biāo)準(zhǔn)電池，其電動勢已知，Ex是待測電源。給R1和R2一個初始阻值（例如使R1和R2均為2000.0Ω，這個數(shù)字不易太小，太小會影響有效數(shù)字，取幾百或幾千的整數(shù)是為了后面調(diào)整時便于記憶），閉合開關(guān)K1，開關(guān)K2先撥向最大電阻R端的粗調(diào)檔，電路調(diào)整中隨著檢流計指針偏轉(zhuǎn)變小，再將其依次換到r端中調(diào)檔和導(dǎo)線端細(xì)調(diào)檔，將開關(guān)K3撥向標(biāo)準(zhǔn)電池Es一端，調(diào)節(jié)滑動變阻器使檢流計指針示零，此時R1兩端的電位差與標(biāo)準(zhǔn)電源的電動勢Es相等，則主回路中的電流I0可表示為I0=。再將開關(guān)K3撥向待測電源Ex一端，保持R1、R2的阻值之和不變，調(diào)整電阻箱阻值，使檢流計指針示零，此時R2兩端的電位差與待測電源的電動勢Ex相等，且主回路的電流依然為I0，則Ex=I0R2=R2。

電位差計是一個電阻分壓裝置，它將待測電動勢與一個標(biāo)準(zhǔn)電動勢直接比較，實驗中只需已知標(biāo)準(zhǔn)電池的電動勢Es，利用R1、R2的比值，即可求得待測電源的電動勢，并且在測量過程中，Es和Ex均不提供電流，避免了導(dǎo)線電阻和電源內(nèi)阻對測量準(zhǔn)確度的影響，因此，這種補償法測量電位差準(zhǔn)確度較高[2]。

2.2 測量電阻

2.2.1 電位差計測電阻

這種使用電位差計測量電阻方法，不使用電流表和電壓表，不存在表頭內(nèi)阻分壓或分流造成的誤差，也不存在因電流表和電壓表準(zhǔn)確度不高而帶來的誤差。使用這種測量方法測量電阻甚至不需已知Es的大小，只要電阻箱的準(zhǔn)確度高，以及檢流計靈敏度足夠高，即可精確測量未知電阻的阻值。

2.2.2 惠斯登電橋法測電阻

圖3測量電動勢的電路只需稍加變化，即可成為另一種測量電阻的電路。如圖5所示，將圖3電路中單刀雙擲開關(guān)K3去掉，將三端導(dǎo)線直接相連，再用標(biāo)準(zhǔn)電阻R0與待測電阻Rx分別取代Es與Ex的位置，標(biāo)準(zhǔn)電阻使用電阻箱或一個不可調(diào)電阻均可，但阻值必須可知。

當(dāng)圖5電路中的開關(guān)閉合時，若流過檢流計的電流零，此時，R1兩端的電位差與R0兩端的電位差相等，R2兩端的電位差與Rx兩端的電位差相等，則有I1R1=I0R0，I2R2=IxRx，因為流過檢流計的電流為零，所以I1=I2，I0=Ix，由此得，即，Rx=R0。

這種測量電阻的方法稱為惠斯登電橋法。與電位差計將待測電動勢與標(biāo)準(zhǔn)電動勢相比較來求待測電動勢類似，惠斯登電橋法測電阻，是通過將待測電阻與標(biāo)準(zhǔn)電阻比較，來測量待測電阻阻值的方法。因此，惠斯登電橋法測電阻，只需根據(jù)R1、R2與R0的阻值，即可計算出待測電阻的大小。

圖5中，若標(biāo)準(zhǔn)電阻R0不可調(diào)，則可通過調(diào)整R1或R2的阻值來使檢流計指針指零，在調(diào)整過程中隨著流過檢流計的電流減少，相應(yīng)調(diào)整保護開關(guān)的檔位，當(dāng)K2在細(xì)調(diào)檔時檢流計的指針示零，則電橋平衡，此時Rx=R0。

若標(biāo)準(zhǔn)電阻R0可調(diào)（可用一電阻箱代替），則可先固定R1、R2的比率，調(diào)整R0使檢流計指針指零，若調(diào)整R0不能夠使檢流計指零，則可再調(diào)整R1或R2的阻值，最終使電橋平衡，再根據(jù)Rx=R0的關(guān)系式求出待測電阻的阻值。

3 優(yōu)缺點

本文中介紹的用電阻箱組裝電位差計的電路具有結(jié)構(gòu)簡單、組裝靈活、使用儀器常規(guī)等特點，并且無論是測量電動勢還是測量電阻都不需要使用電壓表和電流表，這就使測量不會受到電壓表、電流表精確度的影響，也不存在儀表內(nèi)阻分壓或分流的影響，測量準(zhǔn)確度較高。但是，整個電路的測量依賴電阻箱準(zhǔn)確度，以及檢流計靈敏度，并且，文章中所介紹的兩種測量電阻的方法，因為均包含接線電阻和接觸點上的接觸電阻，因此，這兩種方法均不適合測量低值電阻，測量低值電阻，誤差較大。

4 結(jié)束語

本文中所設(shè)計的這個實驗電路簡單，卻即可通過補償法測量電動勢和電阻，也可利用惠斯登電橋的方法測量電阻，且測量準(zhǔn)確度較高。電路中使用的儀器均是實驗室常見的儀器，這些實驗儀器幾乎是所有大學(xué)物理實驗室必備的儀器設(shè)備，所以該實驗比較適合用于設(shè)計性實驗教學(xué)中，或在需要電位差計，以及需要精確測量中值電阻，而又缺少專業(yè)設(shè)備時，即可組裝本文所介紹的電路來進行測量。

【參考文獻(xiàn)】

第6篇：直流電路范文

【關(guān)鍵詞】直流；穩(wěn)壓電路；原理分析

穩(wěn)壓電路是指在輸入電壓、負(fù)載、環(huán)境溫度、電路參數(shù)等發(fā)生變化時仍能保持輸出電壓恒定的電路。這種電路能提供穩(wěn)定的直流電源，對各種電子設(shè)備能夠穩(wěn)定工作起到了重要的作用。常見直流穩(wěn)壓電路主要有四種，分別為：穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓電路、串聯(lián)晶體管穩(wěn)壓電路、并聯(lián)晶體管穩(wěn)壓電路和開關(guān)型穩(wěn)壓電路。

一、穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓電路

穩(wěn)壓二極管，又叫齊納二極管，是一種直到臨界反向擊穿電壓前都具有很高電阻的半導(dǎo)體器件。在這臨界擊穿點上，反向電阻降低到一個很小的數(shù)值，在這個低阻區(qū)盡管流過二極管的電流變化很大，而其兩端的電壓卻變化極小，并且這種現(xiàn)象的重復(fù)性很好，從而起到穩(wěn)壓作用。因為這種特性，穩(wěn)壓管主要被作為穩(wěn)壓器或電壓基準(zhǔn)元件使用。

圖1為穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓電路，由限流電阻RS和穩(wěn)壓二極管DZ組成。

Us為未穩(wěn)壓的輸入直流電壓， UO為經(jīng)過穩(wěn)壓的直流電壓， RS為DZ的限流保護電阻， 又起電壓調(diào)整作用， DZ為穩(wěn)壓二極管， RL為負(fù)載電阻。其工作原理是： 此電路主要利用穩(wěn)壓二極管的穩(wěn)壓特性， 即DZ反向?qū)ê笃鋬啥说膲航祷颈３植蛔儭．?dāng)US增大引起RS上的電流增大， 但UO 即DZ兩端的電壓保持恒定不變， 這樣US的增大量全部降在RS上， 以保持UO不變， 反之亦然。在實際應(yīng)用中RS的特性和DZ的特性對整個穩(wěn)壓過程起關(guān)鍵作用。

這種穩(wěn)壓電路的工作范圍受穩(wěn)壓管最大功耗的限制，Iz不能超過一定數(shù)值。其關(guān)鍵是：在US、RL及UO均為給定的條件下，Rs值的選取應(yīng)保證在輸入電壓為最大值USmax時，穩(wěn)定電流Iz和穩(wěn)壓管允許的功耗不超過規(guī)定的最大值；在輸入電壓為最小值時，又能保證Iz不低于最小的穩(wěn)定電流。

二、并聯(lián)晶體管穩(wěn)壓電路

晶體管是一種固體半導(dǎo)體器件，可以用于檢波、整流、放大、開關(guān)、穩(wěn)壓、信號調(diào)制和許多其它功能。晶體管作為一種可變開關(guān)，基于輸入的電壓，控制流出的電流，因此晶體管可做為電流的開關(guān)。

圖2為并聯(lián)晶體管穩(wěn)壓電路。其中T是調(diào)整管、DZ是基準(zhǔn)穩(wěn)壓管，Rs是Dz的限流電阻，RO是負(fù)載。這個穩(wěn)壓電路的輸出電壓約等于穩(wěn)壓管DZ的穩(wěn)壓值（實際上要加上T發(fā)射結(jié)電壓，一般鍺管取0.3V，硅管取0.7V）。這是由于電源在工作時，T發(fā)射結(jié)導(dǎo)通，發(fā)射極電壓與基極電壓連結(jié)一致，而基極電壓被DZ穩(wěn)定在一個固定值。這個電路可以看作T將DZ的穩(wěn)壓作用放大了β倍，相當(dāng)于接入一個穩(wěn)壓值為DZ穩(wěn)壓值，穩(wěn)壓效果為β倍DZ穩(wěn)壓效果的穩(wěn)壓管。

并聯(lián)穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓性能有所提高，線路也不復(fù)雜，其優(yōu)點是：有過載自保護性能，輸出斷路時調(diào)整管不會損壞；在負(fù)載變化小時，穩(wěn)壓性能比較好；對瞬時變化的適應(yīng)性較好。 但并聯(lián)穩(wěn)壓電路也有比較大的缺點：效率較低，特別是輕負(fù)載時，電能幾乎全部消耗在限流電阻和調(diào)整管上；輸出電壓調(diào)節(jié)范疇很??；穩(wěn)定度不易做得很高。這些固有的缺點很難改進，所以現(xiàn)在普遍利用的都是串聯(lián)穩(wěn)壓電路。

三、串聯(lián)晶體管穩(wěn)壓電路

圖3為簡單的串聯(lián)晶體管穩(wěn)壓電路。調(diào)整管T與負(fù)載電阻RO相串聯(lián)，當(dāng)由于供電或用電發(fā)生變化引起電路輸出電壓波動時，它都能及時地加以調(diào)節(jié)，使輸出電壓保持基本穩(wěn)定，因此它被稱做調(diào)整管。穩(wěn)壓管DZ為調(diào)整管提供基準(zhǔn)電壓，使調(diào)整管基極電位不變。RS 是DZ的保護電阻，限制通過DZ的電流，起保護穩(wěn)壓管的作用。

電路穩(wěn)壓過程是這佯的：如果輸人電壓US增大，使輸出電壓UO增大時，由于Ub=Uw固定不變，調(diào)整管基射集間電壓Ube =Ub-US將減小，基極電流Ib隨之減小，而管壓降Uce 隨之增大，從而抵消了US 增大的部分，使UO基本穩(wěn)定。如果負(fù)載電流IO增大，使輸出電壓UO減小時，由于Ub固定，Ube 將增大，Uce 減小，也同樣地使UO基本穩(wěn)定。

從上面分析中可以看到，調(diào)整管既象是一個自動的可變電阻：當(dāng)輸出電壓增大時，它的“阻值”就增大，分擔(dān)了大出來的電壓；當(dāng)輸出電壓減小時，它的“阻值”就減小，補足了小下去的電壓。無論是哪種情況，都使電路保持輸出一個穩(wěn)定的電壓。這種穩(wěn)壓電路也能輸出較大的電流，而且輸出電阻低，穩(wěn)壓性能好；電路也易于制作，但其也有輸出電壓不可調(diào)等缺點。

四、開關(guān)型穩(wěn)壓電路

基于上述線性穩(wěn)壓電路的線性穩(wěn)壓電源雖然電路結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠，但它存在著效率低（只有30%-50%）、體積大、銅鐵消耗量大，工作溫度高及調(diào)整范圍小等缺點。為解決線性型穩(wěn)壓電源功耗較大的缺點，研制了開關(guān)型穩(wěn)壓電源。開關(guān)穩(wěn)壓器的轉(zhuǎn)換率可達(dá)60%～85%以上，而且可以省去工頻變壓器和巨大的散熱器，體積和重量都大為減小，具有體積小，效率高的優(yōu)點。這種開關(guān)型電路已在各種電子設(shè)備中獲得廣泛的應(yīng)用。

開關(guān)式穩(wěn)壓電源接控制方式分為調(diào)寬式和調(diào)頻式兩種，在實際的應(yīng)用中，調(diào)寬式使用得較多，在目前開發(fā)和使用的開關(guān)電源集成電路中，絕大多數(shù)也為脈寬調(diào)制型。

開關(guān)式穩(wěn)壓電源的基本電路框圖如圖4所示。 交流電壓經(jīng)整流電路及濾波電路整流濾波后，變成含有一定脈動成份的直流電壓，該電壓進人高頻變換器被轉(zhuǎn)換成所需電壓值的方波，最后再將這個方波電壓經(jīng)整流濾波變?yōu)樗枰闹绷麟妷??？刂齐娐窞橐幻}沖寬度調(diào)制器，它主要由取樣器、比較器、振蕩器、脈寬調(diào)制及基準(zhǔn)電壓等電路構(gòu)成。這部分電路目前已集成化，制成了各種開關(guān)電源用集成電路?？刂齐娐酚脕碚{(diào)整高頻開關(guān)元件的開關(guān)時間比例，以達(dá)到穩(wěn)定輸出電壓的目的。

常用的實現(xiàn)開關(guān)控制的方法；有自激式開關(guān)穩(wěn)壓器、脈寬調(diào)制式開關(guān)穩(wěn)壓器和直流變換式開關(guān)穩(wěn)壓器等。開關(guān)型穩(wěn)壓電路體積小，轉(zhuǎn)換效率高，但控制電路較復(fù)雜。隨著自關(guān)斷電力電子器件和電力集成電路的迅速發(fā)展，開關(guān)電源已得到越來越廣泛的應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)：

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[2]李向東，劉偉. 串聯(lián)型穩(wěn)壓電路的設(shè)計，周口師范高等?？茖W(xué)校學(xué)報[J]，2001（09）.

第7篇：直流電路范文

>> 基于TL494太陽能降壓充電電路設(shè)計 基于STC89C52和TL494的開關(guān)電源的設(shè)計 基于脈寬控制器TL494的升壓開關(guān)電源設(shè)計 基于TL494芯片 PWM控制電路工作原理分析與檢測 直流降壓斬波電路的設(shè)計 一種基于TL494芯片的電動車電機控制器 基于PSCAD的直流斬波電路的仿真 基于MATLAB/Simulink的直流斬波電路分析 直流斬波電路的MATLAB研究 基于CPLD的直流無刷電機驅(qū)動電路設(shè)計 直流斬波電路的Matlab／Simulink仿真研究 基于AD760的高精度直流電壓輸出電路設(shè)計 基于小型高效直流開關(guān)電源的控制電路設(shè)計 GTO斬波調(diào)速系統(tǒng)主電路的設(shè)計 基于串聯(lián)直流穩(wěn)壓電源電路的Multisim應(yīng)用于電路設(shè)計分析研究 基于CPLD的WatchDog電路設(shè)計 基于EMCCD的驅(qū)動電路設(shè)計 基于89C51單片機的數(shù)控直流電源電路設(shè)計 基于Matlab的交流斬波型PFC電路仿真研究 交流信號轉(zhuǎn)直流信號電路設(shè)計 常見問題解答 當(dāng)前所在位置：.

[2]王兆安，劉進軍.電力電子技術(shù)[M].北京：機械工業(yè)出版社，2010.119-120.

[3]胡壽松.自動控制原理[M].北京：機械工業(yè)出版社，2007.264-265.

作者簡介：

第8篇：直流電路范文

關(guān)鍵詞:PSCAD; 直流斬波電路; 建模; 仿真

中圖分類號:TM13 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A

文章編號:1004-373X(2010)13-0209-02

Simulation of DC Chopping Circiut Based on PSCAD

TANG Ren-biao

(Jingyin Polytechnic College, Jiangyin 214405, China)

Abstract: A simulation model of Buck-chopper circuit was established in electromagnetic transient analysis software PSCAD. The simulation analysis of DC chopping circiut is performed attentively on the basis of the model. The simulation waveform is consistent with the results gotten by the method of conventional analysis. The result confirms that the PSCAD software can be applied to the power electronics technology simulation and research.

Keywords: PSCAD; DC chopping circiut; modeling; simulation

在電力電子技術(shù)中,將直流電的一種電壓值通過電力電子變換裝置變換為另一種固定或可調(diào)電壓值的變換,稱為直流-直流變換。由于其基本原理是利用開關(guān)器件對輸入電壓波形周期性地“斬切”,因此也常稱為斬波器。開關(guān)型直-直換流器廣泛用于直流開關(guān)穩(wěn)壓電源和直流電機驅(qū)動等領(lǐng)域中。有許多的文獻(xiàn)與雜志用不同的電力電子仿真軟件對其進行了仿真[1-5] ,這里主要討論了PWM(脈沖寬度調(diào)制)控制方式的降壓電路(Buck Chopper),并應(yīng)用可視化電磁暫態(tài)仿真軟件PSCAD,對該電路及降壓電路進行了建模,并對仿真結(jié)果進行了分析,得到了一種直觀、快捷分析直流變換電路的新方法。

1 直流斬波電路工作原理

直流降壓斬波電路原理圖如圖1(a)所示[6-7] 。圖中用理想開關(guān)S代表實際的電力電子開關(guān)器件;R為純阻性負(fù)載。當(dāng)開關(guān)S在ton時間接通時,加到負(fù)載電阻上的電壓Uo等于直流電源Ud。當(dāng)開關(guān)S在toff時間斷開時,輸出電壓為零,直流變換波形如圖1(b)所示。

輸出電壓平均值為:

UR=uR=1Ts∫Ts0uRdt=1Ts∫t┆on0U┆ddt

=Udt┆ont┆on+t┆off=t┆onTsUd=DUd

(1)

式中:t┆on為斬波開關(guān)S在一個周期內(nèi)的導(dǎo)通時間;t┆off為斬波開關(guān)S在一個周期內(nèi)的關(guān)斷時間;Ts為斬波周期;D為占空比,D=t┆on/Ts。

圖1 帶純電阻負(fù)載的降壓斬波器工作原理

由此可見,Ц謀淶紀(jì)ㄕ伎氈D,就能夠控制斬波電路輸出電壓Uo的大小。由于D是在0～1之間變化的系數(shù),因此輸出電壓Uo總小于輸入電壓Ud,即為降壓輸出。

2 PSCAD簡介

電力系統(tǒng)電磁暫態(tài)計算程序PSCAD是目前世界上廣泛使用的一種電力系統(tǒng)分析軟件。其大規(guī)模的計算容量、完整而準(zhǔn)確的元件模型庫、穩(wěn)定高效的計算內(nèi)核、友好的界面和良好的開放性等特點,已經(jīng)被世界各國的科研機構(gòu)、學(xué)校和電氣工程師廣泛使用[8-10] 。PSCAD/EMTDC有以下元件模型庫:

(1) 集中參數(shù)電阻R、電感L、電容C;隨時間變化的電阻R、電感L、電容C;電壓源、電流源、多相諧波源;

(2) 測量元件庫,包括單相電壓表、電流表、三相電壓表(RMS)、瞬時有功功率/無功功率表、頻率表及相位(差)表;

(3) 高壓直流輸電(HVDC)及靈活交流輸電(FAcTs)模型庫,包括二極管、晶閘管、GTO、IGBT及避雷器模型庫,可以進行電力電子仿真。

(4) 控制系統(tǒng)模型庫,包含91種交/直流控制、數(shù)字/模擬控制模型;邏輯電路庫等。

3 直流斬波電路的建模與仿真

3.1 由IGBT構(gòu)成直流降壓斬波電路的建模和參數(shù)設(shè)置

圖2為由IGBT組成的Buck直流變換器仿真模型,在前面工作原理中分析得到輸出電壓在0~Ud之間跳變,這在許多應(yīng)用中是不允許的,解決的方法就是在圖中通過續(xù)流二極管釋放存儲在電感中的能量,即在IGBT導(dǎo)通區(qū)間,由于二極管呈反偏狀態(tài),由輸入端向負(fù)載和電感提供能量,而當(dāng)IGBT斷開時,電感電流經(jīng)續(xù)流二極管將存儲能量釋放給負(fù)載;利用電感和電容元件組成的低通濾波器可削弱輸出電壓的跳變。IGBT按默認(rèn)參數(shù)設(shè)置,電壓源參數(shù)取Us=100 V,L=100 mH,C=0001 μF;負(fù)載參數(shù)取R=2 Ω。

圖2 IGBT構(gòu)成直流降壓斬波電路

3.2 直流降壓斬波電路的仿真

打開仿真參數(shù)窗口,選擇standard算法,solution time step為100 μs,停止仿真時間設(shè)置為0.5 s,控制脈沖周期設(shè)置為0001 s(頻率為1 000 Hz),控制脈沖占空比分別為40%,50%,80%。參數(shù)設(shè)置完畢后,啟動仿真,得到圖3的仿真結(jié)果。

由圖3可以看出,負(fù)載上電壓分別為40 V,50 V,80 V,滿足公式:

Uo=t┆onTsUd=DUd

4 結(jié) 語

通過以上的仿真過程分析,可以得到下列結(jié)論:直流變換電路主要以全控型電力電子器件作為開關(guān)器件,

通過控制主電路的接通與斷開,將恒定的直流斬成斷續(xù)的方波,經(jīng)濾波后變?yōu)殡妷嚎烧{(diào)的連續(xù)直流輸出電壓。利用PSCAD對降壓斬波電路仿真結(jié)果進行了詳細(xì)分析,驗證了仿真結(jié)果的正確性。

圖3 Buck Chopper仿真結(jié)果圖

參考文獻(xiàn)

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[2]高春俠,張磊.PSPICE軟件在電力電子教學(xué)過程中的應(yīng)用[J].電力系統(tǒng)及其自動化學(xué)報,2007,19(3):125-128.

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[4]王春芳,王開艷,李強.Buck變換器仿真模型及分岔與混沌研究[J].系統(tǒng)仿真學(xué)報,2007,19(24):5824-5826.

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[6]張一工,肖湘寧.現(xiàn)代電力電子技術(shù)原理與應(yīng)用[M].北京:科學(xué)出版社,1999.

[7]趙珂,曹建.基于BUCK型DC-DC變換器的仿真研究[J].南昌航空大學(xué)學(xué)報:自然科學(xué)版,2008(4):34-36.

[8]林良真,葉林.電磁暫態(tài)分析軟件包PSCAD/EMTDC[J].電網(wǎng)技術(shù),2000,24(1):65-66.

第9篇：直流電路范文

關(guān)鍵詞：直流無刷電機；驅(qū)動電路；功率MOS管；脈寬調(diào)制

中圖分類號：TM36+1 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

文章編號：1004373X(2008)0312203

Design and Optimization for a Brushless DC Motor Drive Circuit

SONG Huibin,XU Shen,DUAN Deshan

(National ASIC System Engineering Research Center,Southeast University,Nanjing,210096,China)

Abstract：In this paper,a drive circuit for brushless DC motor is proposed.It is designed with discrete elements,has the features of low price,easy way to realize and high reliability.Based on the presentation of motor′s working principle,the paper analyses the important points of the drive circuit design.Some problems are discussed with the proposed circuit,such as the floating gate drive for the power MOSFET,the dead time setup of the complementary PWM outputs,the reasons to form the oscillation and the way to optimize the drive circuitry.In the end of this paper,a test is performed to verify the functions of the circuit and observe the effect after the optimization.

Keywords：brushless DC motor;drive circuitry;power MOSFET;PWM

直流無刷電動機既具有運行效率高、調(diào)速性能好，同時又具有交流電動機結(jié)構(gòu)簡單、運行可靠、維護方便的優(yōu)點，是電機主要發(fā)展方向之一[1],現(xiàn)已成功應(yīng)用于軍事、航空、計算機、數(shù)控機床、機器人和電動自行車等多個領(lǐng)域。電機驅(qū)動電路的性能直接決定了電動機能否正確可靠地運行,本文將結(jié)合三相無刷直流電動機的應(yīng)用，介紹一種驅(qū)動電路，并針對驅(qū)動過程中的幾個要點進行論述與優(yōu)化，如振蕩吸收、死區(qū)時間設(shè)置等，最后給出實際測試波形與結(jié)論。

1 直流無刷電機工作原理

為了便于理解本驅(qū)動電路的設(shè)計及優(yōu)化方法，首先簡單描述一下直流無刷電機的驅(qū)動控制原理。

1.1 三相橋式逆變電路

目前，對于普及的三相直流無刷電機，大多采用三相橋式逆變電路驅(qū)動[2]，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1中底部的3個電感為電機線圈的簡單等效模型，6只功率MOSFET作為開關(guān)器件使用，組成三相橋式結(jié)構(gòu)。如果將他們按照一定的組合方式和頻率進行開關(guān)，即能驅(qū)動三相無刷直流電機轉(zhuǎn)動。

圖1 三相直流無刷電機結(jié)構(gòu)

功率MOSFET的導(dǎo)通順序如圖1所示，由圖可知，系統(tǒng)采用三相六拍制單極控制，電動機每轉(zhuǎn)一周都要經(jīng)過六次換相，每一相都有一個上管和一個下管為導(dǎo)通狀態(tài)，但同一對上下管不能同時導(dǎo)通，否則相當(dāng)于電源短路。這六相分別為：Q1+Q6，Q3+Q6，Q3+Q2，Q5+Q2，Q5+Q4，Q1+Q4。在每相中，電流根據(jù)導(dǎo)通的功率MOSFET不同，按不同方向流經(jīng)電機的不同線圈，由此產(chǎn)生持續(xù)的旋轉(zhuǎn)磁勢，推動電機的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動。

1.2 直流無刷電機驅(qū)動電路的設(shè)計要點

驅(qū)動直流無刷電機就是合理驅(qū)動各橋臂的功率MOSFET開關(guān)，使其按次序?qū)?，設(shè)計過程中要注意如下幾點：

(1) 功率MOSFET的柵極驅(qū)動

一般功率MOSFET的柵極驅(qū)動電壓VGS為10～15 V，且在開關(guān)態(tài)中，需要較大的電流驅(qū)動，否則上升下降時間會變得很慢，影響驅(qū)動效率。從MCU出來的數(shù)字信號是不能達(dá)到要求的，需要設(shè)計電路加大驅(qū)動能力。

在電機驅(qū)動電路中，由于電流較大，上管都采用N型MOSFET。從圖1可看出，每個上管源極的電壓是浮動的，因此，上管的柵極驅(qū)動電壓也必須浮置在源極的電壓之上才能有效地開啟上管。實現(xiàn)這樣的方法有多種，如自舉法、隔離電源法、脈沖變壓器法、充電泵法、載波驅(qū)動法等[3]。

(2) 脈寬調(diào)制控制

直流無刷電機的速度控制一般是由脈寬調(diào)制(PWM)來實現(xiàn)。在每一相中，采用恒定頻率，不同占空比的脈寬信號控制功率MOSFET的導(dǎo)通時間，調(diào)節(jié)流過電機的電流，改變其轉(zhuǎn)動速度，這個PWM信號的頻率一般為數(shù)十kHz。常用的PWM模式如表1所示。

表1 常用的PWM模式

稱方式優(yōu)點缺點

2相變頻開關(guān)式僅上橋臂PWM開關(guān)損耗低，直流總線容量小無法快速改變電機速度

4相同步變頻開關(guān)式上下橋臂同步同相位PWM可快速改變轉(zhuǎn)速總線容量需求大，開關(guān)管發(fā)熱大

4相同步變頻互補開關(guān)式同對上下管互補PWM，導(dǎo)通相下橋臂常開或PWM優(yōu)越的過零點控制，降低開關(guān)管溫度電路設(shè)計和器件選配比較嚴(yán)格

(3) 上下開關(guān)管互補導(dǎo)通時的死區(qū)時間

從圖1可以看出，假設(shè)某一相為Q1Q4導(dǎo)通，則當(dāng)Q1進行PWM調(diào)制關(guān)斷時，電機線圈為了保證電流方向不變，會產(chǎn)生感生電勢，A端為負(fù)，B端為正。由于A端電勢比地電位低，電流會通過Q2的寄生二極管放電，如果此時使Q2反相導(dǎo)通輔助放電，則可以大大減小功率MOSFET的溫升。所以，當(dāng)電流較大時，應(yīng)采用互補開關(guān)模式。采用此模式時，為了避免橋臂直通，一般要求上下管柵極控制信號有一個死區(qū)時間，以確保在換流時上下管不會同時導(dǎo)通。這個死區(qū)時間太長會造成輸出電壓諧波成分增加，太短則不能發(fā)揮應(yīng)有的作用[4]。其長短可根據(jù)電路性能及功率MOSFET的開通關(guān)斷時間來確定。

(4) 振蕩現(xiàn)象

由于電機經(jīng)常工作在惡劣的環(huán)境下，且流過的電流較大，容易在驅(qū)動電路中產(chǎn)生振蕩,嚴(yán)重時會損壞控制板,故需要在電路設(shè)計和布板上進行優(yōu)化，消除或減弱這些振蕩現(xiàn)象，在下面一節(jié)中將會根據(jù)實際電路進行此方面的討論。

2 驅(qū)動電路的設(shè)計與優(yōu)化

2.1 控制驅(qū)動電路原理

本文設(shè)計的直流無刷電機驅(qū)動電路，采用自舉法驅(qū)動高壓側(cè)開關(guān)管，全部采用分立元件，其中一對上下功率MOSFET的驅(qū)動電路如圖2所示，其余兩對開關(guān)管的驅(qū)動電路與之完全相同。

圖2 驅(qū)動電路結(jié)構(gòu)

在圖2所示的電路中，H_PWM和L_PWM分別為驅(qū)動上下開關(guān)管的5 V數(shù)字邏輯PWM信號。

對于Q2管，不需要浮置柵，驅(qū)動方法比較簡單。當(dāng)N2基極的L_PWM為低電平時，N2不導(dǎo)通，N1和P1導(dǎo)通，使得Q2的柵極被15 V電源直接驅(qū)動，Q2導(dǎo)通。當(dāng)L_PWM為高電平時，N2導(dǎo)通，N1,P1關(guān)斷，Q2柵極電位被拉到地，Q2關(guān)斷。

對于Q1管，需要柵極浮置驅(qū)動，原理如下。當(dāng)N3基極的H_PWM信號為低電平時，N3和P2都不導(dǎo)通，此時Q1是關(guān)斷的，而Q2互補導(dǎo)通。15 V電源電壓經(jīng)D1向自舉電容C1充電，使得C1兩端電壓為15 V減去D1的管壓降，大概為14 V。當(dāng)H_PWM信號為高電平時，N3和P2相繼導(dǎo)通，自舉電容C1兩端的電壓通過P2加到Q1的柵極上，浮置于源極之上，電壓差為14 V左右，保證Q1飽和導(dǎo)通，此時Q2必須是互補關(guān)斷的，否則將造成橋臂導(dǎo)通，使電源短路。當(dāng)H_PWM信號再次轉(zhuǎn)為低電平時，P3導(dǎo)通，使Q1的柵極電容迅速放電，及時關(guān)斷Q1。

2.2 上下開關(guān)功率MOSFET互補PWM的實現(xiàn)

提供互補PWM信號可利用具有兩路PWM輸出的MCU，死區(qū)時間由軟件給定，但這樣成本會比較高。本文設(shè)計一種硬件電路實現(xiàn)此功能，并且死區(qū)時間可調(diào)，其電路結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3中的輸入信號為MCU給出的一路PWM調(diào)制信號，L_PWM和H_PWM為具有死區(qū)時間的一對互補PWM控制信號，與圖2中相對應(yīng)。

當(dāng)PWM信號從低到高時，通過R11對C11充電，C11上端電壓逐漸升高，當(dāng)大于后級反門的門限電壓時，信號得以傳輸過去，其間有個時間差T1。同時，PWM信號也通過R13對C12充電，當(dāng)C12上端電壓大于與門的門限時，信號得以傳輸過去，其時間差為T2。T1和T2可以通過改變各自RC的值進行改變。

圖3 硬件電路結(jié)構(gòu)

電容上電壓為：

Uc(t)=Us(1－e－(t/RC))

Us為單片機輸出的5 V電壓，假設(shè)邏輯門的門限電壓為Vth，則令Uc(t)=Vth即可算出給定延遲時間t的情況下，RC的取值。

在本應(yīng)用中，設(shè)置T2>T1。當(dāng)PWM信號從高到低時，C11要通過R11放電，電壓緩緩下降到反門的門限電壓以下時，信號才能傳輸過去，其延時為T3。而對于H_PWM，只要PWM一變?yōu)榈?，與門特點是有低出低，所以信號會立刻傳輸過去，基本沒有延遲。又從圖2可知，L_PWM信號與Q2柵極驅(qū)動信號反相，H_PWM信號與Q1柵極驅(qū)動信號同相，這樣變得到了圖3中的Q1,Q2柵極波形VGS1和VGS2。兩個死區(qū)時間分別為T2,T1和T3。在以上分析中，門級延遲相對于RC延遲可以忽略不計。

2.3 驅(qū)動電路中的振蕩現(xiàn)象及優(yōu)化

MOS管的轉(zhuǎn)換頻率一般可以到200 MHz以上，所以由于封裝和線路上的各種寄生電抗，會產(chǎn)生寄生振蕩問題。同一橋臂上的兩個功率MOSFET在開通和關(guān)斷的轉(zhuǎn)換過程中，由于較高的dv/dt，柵極驅(qū)動信號會產(chǎn)生振蕩，導(dǎo)致功率MOSFET產(chǎn)生很大的開關(guān)損耗。當(dāng)上管開通時，會在下管柵極產(chǎn)生阻尼衰減振蕩信號。更嚴(yán)重的是若振蕩的幅值達(dá)到功率MOSFET的門限電壓，下管將開通，而上管正處于開通狀態(tài)，此時將造成上下功率管的直通現(xiàn)象，損壞功率管。

開通時間是影響驅(qū)動信號振蕩幅值的主要因素，二者成反比關(guān)系。適當(dāng)延長器件的開通時間，即可很大程度上減小振幅。因此需在功率MOSFET的柵極前加一個緩沖電阻[5]，人為增加器件的開通時間，在功率MOSFET的柵源極間并聯(lián)電容以延長柵極電容的充電時間，降低電壓變化率，如圖2中的C2,C3。緩沖電阻的阻值要設(shè)置適當(dāng)，因為過大的電阻會引起更長的開通和關(guān)斷時間，不但與減小死區(qū)時間的要求相違背，而且還會增加功率MOSFET的開關(guān)損耗,因此要根據(jù)電流容量和電壓的額定值以及開關(guān)頻率選擇合適的緩沖阻值。圖2中緩沖電阻為R3,R8，其阻值一般在100 Ω左右。

緩沖電路參數(shù)通常的選取原則為：

式中f為功率MOSFET的工作頻率。

此外，從布板的角度來說，驅(qū)動電路必須靠近MOS管，如圖2中的N2應(yīng)靠近Q2，當(dāng)Q2關(guān)斷，其漏極電壓從低到高時，柵漏電容的放電電流會使柵極驅(qū)動的連接阻抗壓降升高，若N2離Q2較遠(yuǎn)，即連接阻抗過高，則柵極電壓過高，容易產(chǎn)生誤開啟。另外N2應(yīng)選擇電流能力較強的三極管，提高放電速度，可減小上述振蕩現(xiàn)象。

3 測試波形

根據(jù)本文的設(shè)計與優(yōu)化思路，搭建了直流無刷電機控制驅(qū)動的實際電路板，并用一臺250 W的三相直流無刷電機作為負(fù)載進行了測試，以下是一些測試波形。

圖4為一對上下功率MOSFET進行互補PWM時的波形。VG1為上管Q1的柵極電壓，VS1為其源極電壓，波形分辨率都為13.2 V/div；VG2為下管Q2的柵極電壓，3.30 V/div；三個波形的時間分辨率都為7.5 μs/div。

圖4 上下功率MOSFET進行互補PWM時的波形

從圖4中可以看出當(dāng)上管Q1導(dǎo)通時，柵極電壓是浮置在源極電壓上的，壓差為14 V左右，上升下降沿也較為理想。上下功率MOSFET的柵極驅(qū)動波形VG1,VG2顯示為互補導(dǎo)通，有明顯的死區(qū)時間，保證了兩開關(guān)管不會同時導(dǎo)通，該電路較為優(yōu)秀地完成了電機驅(qū)動任務(wù)。

圖5為對系統(tǒng)中出現(xiàn)的振蕩現(xiàn)象進行優(yōu)化前后的測試波形。VD2為下管Q2的漏極電壓，20 V/div；VG2為Q2柵極電壓，10 V/div；時間分辨率都是100 ns/div。

圖5 優(yōu)化前后的測試波形

圖5(a)為優(yōu)化前的情況，可見當(dāng)下管Q2漏極電壓上[JP+1]升時，其柵極由于上文所述的原因產(chǎn)生較大振蕩，振幅最大15 V左右，這完全能把Q2開啟，造成上下開關(guān)管同時導(dǎo)通。

針對該振蕩問題，按照優(yōu)化思路進行調(diào)整，適當(dāng)加大緩沖電阻值，減小驅(qū)動三極管到下管柵極的走線長度，增大驅(qū)動三極管的拉電流能力等。再次進行測試，由圖5(b)可以看出，改進非常明顯，基本消除了振蕩現(xiàn)象，這對增加系統(tǒng)的穩(wěn)定與可靠性有非常大的作用。

4 結(jié) 語

本文介紹了一種應(yīng)用于三相無刷直流電機的控制驅(qū)動電路,主要分析了此類電路設(shè)計中的注意要點以及優(yōu)化方法。本電路由分立元件組成，簡單可靠、易實現(xiàn)、成本低，并且從測試波形可以看出其性能也較為優(yōu)異，可以廣泛應(yīng)用。在今后的設(shè)計中，若能將該電路集成化，則可更進一步簡化電機控制驅(qū)動系統(tǒng)的設(shè)計，提高穩(wěn)定性。

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