LM621在无刷直流电机红外遥控调速系统中的应用

LM 621在无刷直流电机红外遥控调速系统中的应用王韧湖南建材高等专科学校电子信息系,湖南衡阳　421008摘要:文章介绍了N ati onal 公司LM 621芯片的结构、功能和工作原理,提出了利用80C 196、LM 621、PT 2248、PT 2249A 芯片,以遥控方式控制无刷直流电机调速的设计方法,并给出了控制系统的硬件电路及软件流程。

关键词:LM 621;遥控;单片机;无刷直流电机中图分类号:T P 73　文献标识码:B 文章编号:1001-2265(2004)03-0073-03The appl ica tion of LM 621i n an i nfrared re m ote con trol regula ti ng speed syste m of bra shless DC m otorW AN G R enAbstract :T he article in troduces the structu re ,functi on and p rinci p le of LM 621w h ich belongs to N ati onal.M ak ing u se of 80C 196,LM 621,PT 2248and PT 2249A ch i p ,it advances the design m ethod of con tro lling b rash less DC mo to r regu lating speed w ith remo te con tro l ,p resen ts the hardw are circu it and softw are flow of con tro l system .Key words :LM 621;remo te con tro l ;M CU ;b ru sh less DC mo to r图1　LM 621内部结构框图 在电力拖动调速系统中,直流电动机因为具有良好的启动、制动和调速性能,长期以来一直被广泛应用,但是,它的机械电刷和换向器,又直接影响着直流电动机的调速精度和性能。

随着微电子技术、电力电子技术和高性能的磁性材料制造技术的飞速发展,利用电子换向器取代机械电刷和机械换向器,形成了无刷电机。

无刷直流电动机也因兼具交、直流两类电机的优点,而得到广大科技工作者的普遍关注。

笔者应用单片机80C 196、无刷直流电动机控制芯片LM 621及红外遥控收发器,设计了一种三相无刷直流电机正、反转和调速的遥控控制系统。

1　LM 621的特性、结构及工作原理1.1　LM 621的主要特性LM 621是N ati onal 公司推出的用于控制三相或四相无刷直流电动机的专用集成电路芯片,受控的三相无刷直流电动机可以选择全桥或半桥驱动,角形或星形联结方式,四相无刷直流电动机采用半桥驱动,LM 621的特性如下:(1)其输出端可提供35mA 的基极电流,可直接驱动双极型功率晶体管或功率M O SFET 管;(2)无刷直流电动机必须使用霍尔式位置传感器;(3)能直接与外部P WM 信号接口,实现调速功能;(4)具有电机转向控制功能,死区调节功能,过流保护及欠压保护功能。

1.2　LM 621的引脚功能描述LM 621芯片采用双列直插式封装,具有18个引脚,其引脚功能定义如下:(1)引脚1:V cc 1,+5V ,第一电源,给逻辑和时钟电路供电;(2)引脚2:D I R ECT I ON ,转向控制端,高电平电机正转,低电平电机反转;(3)引脚3:R EAD -T I M E ENABL E ,死区功能允许端,高电平有效,允许使用死区功能;(4)引脚4:CLOCK T I M I N G ,振荡时钟输入端,可外接电阻、电容产生振荡时钟,其振荡周期决定死区时间;(5)引脚5、6、7:H 1、H 2、H 3,霍尔式传感器信号输入端。

对于使用3个霍尔传感器的三相电动机,3个输出信号直接接H 1、H 2、H 3,对于使用2个霍尔传感器的四相电动机,2个输出信号分别接H 1、H 2,并把H 2、H 3短接;(6)引脚8:30 60SEL ECT 端。

对于转子有2对磁极的三相电动机,该引脚为高,表示选用30度空间间隔的位置传感器,为低,表示选用60度空间间隔的位置传感器。

对于四相电动机则取高电平;(7)引脚9:LO G I C GROUND ,逻辑地;(8)引脚10:POW ER GROUND ,功率地;(9)引脚11、12、13:CU RR EN T SOU RCE OU T ,下桥臂驱动输出端;(10)引脚14、15、16:CU RR EN T S I N K OU T ,上桥臂驱动输出端;(11)引脚17:OU T PU T I N H I B IT ,输出禁止端,高电平使输出关闭;(12)引脚18:V cc 2,第二电源,+5V ～+40V ,为驱动供电。

1.3　LM 621的内部结构及工作原理LM 621的内部结构框图如图1所示,共有三个模块及相关电路组成。

欠压封锁电路用于对V cc 1进行监视,如电压过低则立即关闭输出,外部也可通过引脚17封锁其输出;死区时间发生器主要用于避免在开关管“开”与“关”的延时过程中以及在突然改变转向的过程中出现直通现象。

通过引脚4外接RC 振荡电路为死区时间发生器提供振荡时钟;换相译码电路主要用于将来自霍尔传感器的信号和引脚8的信号转换成控制开关管的换相信号。

从图1中可以看出,死区时间发生器输出一个死区信号O E ,它通过换相译码电路实现死区功能,来自引脚2的正反转控制信号也通过死区时间发生器,并产生一个延时后的转向信号D I R 输出,来保证转向的状态变化是在死区时间内进行。

LM 621产生的换相信号由引脚11～16输出,控制外接的功率晶体管或功率M O SFET 管组成的全桥或半桥驱动电路,来驱动三相或四相无刷直流电动机,从而实现电机转速的调节及转向的控制。

图2表示转子为两对磁极的三相电动机,采用3个霍尔位置传感器且空间间距为60度,在全桥驱动,二二导通方式下,进行正转时的换相波形。

372004年第3期 图2　60度间距换相波形(正转)图3　红外发射、接收模块电路图图4　单片机控制LM621驱动三相电机电路图5　控制系统软件流程框图(下转第79页)2　LM621在无刷直流电机红外遥控调速系统中的应用本调速系统中,以M CS-96系列单片机80C196为核心,配以LM621及红外遥控收发器,用遥控或本机按键方式实现三相无刷直流电机的正反转、加减速及停机控制功能。

整个系统主要由红外遥控发射、接收模块,单片机、LM621控制驱动模块及三相无刷直流电机三部分组成。

2.1　遥控发射、接收电路笔者设计的红外遥控发射部分由发射专用芯片PT2248及外围放大电路等器件组成。

这部分电路采用3V工作电压,遥控器设置5个按键KA1～KA5,分别用来控制电机的正转、反转、加速、减速和停止操作。

红外遥控接收部分由接收专用芯片PT2249A、74L S04及发光二极管等器件组成。

五个发光二极管分别对应于发射部分的五个按键以显示操作,当按下某一个键时,与之对应的发光二极管发光。

红外遥控发射、接收电路如图3所示。

2.2　单片机、LM621控制电路本系统的单片机采用M CS-96系列的80C196,它具有专用的P WM输出接口,用户通过编程能直接生成控制电机调速所需要的P WM波形信号。

为了防止因遥控器丢失或遥控器按键失效从而无法控制系统的现象出现,在本机设置了五个按键K1～K5,分别对应于遥控器上的按键KA1～KA5。

K1～K5分别接至80C196的P3.0～P3.4,同时,来自遥控接收部分电路由74L S04输出的信号也接至80C196的P3.0～P3.4引脚。

P3.5与LM621的引脚2相连,提供电机转向控制信号。

P2.5输出P WM信号,以控制电机转速。

本系统调速电机选用转子为两对磁极的三相无刷直流电动机,采用星形联结方式。

驱动电路选用功率M O SFET管组成的全桥驱动电路,以二二导通方式的换相逻辑进行驱动。

3个霍尔位置传感器的空间间距角为60°。

使用死区功能,死区时间设计为4.8Λs。

因此,LM621的引脚3接高电平,引脚8接低电平。

系统设有过流保护功能。

当电流在电阻R上的压降等于给定电压U0时,比较器输出低电平,使与非门输出高电平,LM621封锁输出,从而起到保护作用。

2.3　控制系统软件监控流程控制系统的软件采用模块化结构,由于系统功能比较单一,因此,控制系统监控程序的结构选用作业优先调度型的方式,事先安排好各功能模块的优先级别,通过依此查询的方法循环进行。

控制系统软件流程框图如图5所示。

在系统初始化程序中,应设定电机运行的初始速度,一般可以根据实际应用情况设为低速或中间某个速度档,电机启动后再利用加、减速按键进行适当的调整以达到预定的要求。

47 组合机床与自动化加工技术2.2.4　钽酸锂加工方法钽酸锂是近年来随着通讯、信息产业迅速发展而开发并产业化的新型晶体材料。

钽酸锂(L iT aO3)单晶与铌酸锂(L i N bO3)同构,属三方晶系,3m点群。

钽酸锂是一种典型的多功能硬脆单晶材料,具有机电耦合系数大、低损耗、高温稳定性、高频性能好等优良的压电、电光和热电性能。

由于L iT aO3晶体的光学均匀性高,在集成电路中应用越来越广泛[25]。

钽酸锂单晶基片具有如下加工特点:硬度低(莫氏5.5),易出划痕;韧性高,加工速度慢;易开裂,主解理面为{012}面族;对温度具有敏感性,易产生微畴反转;另对钽酸锂Y36°切晶片来说,Y36°面与{012}面夹角仅为2°46′,故在平面加工过程中很易产生角度很小的尖劈碎晶,从而产生砂道[26]。

夏宗仁等人采用天然石榴石做研磨磨料,配制适当的磨料浓度和悬浮剂、分散剂的研磨液,并采用化学机械抛光方法,研磨抛光钽酸锂单晶片,获得了较高加工质量的声表面波器件用Y36°切L iT aO3单晶片[26]。

目前,有关钽酸锂晶片的加工特性及其超光滑表面加工技术的研究较少,钽酸锂产品的开发和应用因此受到制约。

3　展望超薄晶体零件的高精度、高质量和低成本等加工要求,对超精密加工技术的发展提出了新的需求。

通过对几种典型超薄晶体材料加工方法研究的综述,可以看出:(1)机械、化学和电磁等相结合的复合抛光是晶片材料加工方法的发展趋势;(2)利用场效应辅助抛光并采用数控机床技术是另一发展趋势;(3)采用软磨料或无磨料抛光是获得超光滑表面的有效新途径;(4)通过控制工件所受的加工压力来控制材料的去除,最终达到弱力乃至微力加工,是提高超光滑表面加工质量的重要途径之一。