直線(xiàn)電機(jī)伺服驅(qū)動(dòng)器開(kāi)關(guān)電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)

趙梓旭

（吉林大學(xué)儀器科學(xué)與電氣工程學(xué)院）

在自動(dòng)控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)的深化發(fā)展下，人們對(duì)控制系統(tǒng)精準(zhǔn)度提出了更高的要求，在需要進(jìn)行直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)操作的場(chǎng)合開(kāi)始應(yīng)用直線(xiàn)電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)控制技術(shù)。其中，直線(xiàn)電機(jī)伺服驅(qū)動(dòng)器電源系統(tǒng)的供電質(zhì)量深刻影響直線(xiàn)電機(jī)伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的整體性能。為此，文章結(jié)合實(shí)際就直線(xiàn)電機(jī)伺服驅(qū)動(dòng)器開(kāi)關(guān)電源系統(tǒng)問(wèn)題展開(kāi)探究。

1 直線(xiàn)電機(jī)伺服驅(qū)動(dòng)器概述

1.1 內(nèi)涵和組成

直線(xiàn)電機(jī)的工作原理和旋轉(zhuǎn)電機(jī)一致，主要是將旋轉(zhuǎn)電機(jī)定子和轉(zhuǎn)子按圓柱面展開(kāi)成平面，成為直線(xiàn)電機(jī)的定子和動(dòng)子。直線(xiàn)電機(jī)一般包含直線(xiàn)感應(yīng)電機(jī)、直線(xiàn)直流電機(jī)、直線(xiàn)步進(jìn)電機(jī)、直線(xiàn)同步電機(jī)。其中，后三者被人們用作伺服電機(jī)。①直線(xiàn)直流電動(dòng)機(jī)。直線(xiàn)直流電動(dòng)機(jī)主要是采用直流激磁、永磁體控制電機(jī)的速度，配合應(yīng)用位置檢測(cè)反饋和專(zhuān)用的芯片。直線(xiàn)直流電動(dòng)機(jī)的典型應(yīng)用是用作音圈電機(jī)，這種電機(jī)具有喇叭狀的輻射狀磁場(chǎng)。②直線(xiàn)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。直線(xiàn)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)是在旋轉(zhuǎn)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)基礎(chǔ)上演變而來(lái)的，主要是將輸入的電脈沖信號(hào)直接轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的微步直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，被人們廣泛的應(yīng)用在打印機(jī)、繪圖儀等領(lǐng)域。③直線(xiàn)同步電動(dòng)機(jī)。直線(xiàn)同步電動(dòng)機(jī)的速度、電頻率往往會(huì)保持精準(zhǔn)的同步關(guān)系，對(duì)電源頻率的控制就是對(duì)電機(jī)運(yùn)行速度的控制。在永磁材料性能的不斷發(fā)下，永磁材料被越來(lái)越多的人作為電動(dòng)機(jī)材料，具有良好的可靠性和高效率。

1.2 硬件結(jié)構(gòu)和原理

直線(xiàn)電機(jī)伺服驅(qū)動(dòng)器主要由控制電路和功率電路共同組成，其中，控制電路以數(shù)字信號(hào)處理器為發(fā)展關(guān)鍵，具體包含位置信息檢測(cè)、電流檢測(cè)、外部接口電路等。功率電路的存在主要是被用來(lái)進(jìn)行電能交換，發(fā)展核心是功率變換器。直線(xiàn)電機(jī)伺服驅(qū)動(dòng)器開(kāi)關(guān)電源能夠?yàn)橹本€(xiàn)電機(jī)伺服驅(qū)動(dòng)器各系統(tǒng)硬件應(yīng)用提供必要的工作。直線(xiàn)電機(jī)伺服驅(qū)動(dòng)器的電流一般會(huì)通過(guò)霍爾傳感器進(jìn)行收集，在采集信息之后應(yīng)用運(yùn)算放大器調(diào)節(jié)電路，之后通過(guò)DSP增強(qiáng)正交編碼脈沖模塊來(lái)獲取編碼器反饋正交編碼信號(hào)。

2 直線(xiàn)電機(jī)伺服驅(qū)動(dòng)器開(kāi)關(guān)電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 直線(xiàn)電機(jī)伺服驅(qū)動(dòng)器開(kāi)關(guān)電源主功率電路系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1.1 主功率電路原理

直線(xiàn)電機(jī)伺服驅(qū)動(dòng)器開(kāi)關(guān)電源以電流型PWM芯片為主要控制器，具有良好的穩(wěn)定性、精準(zhǔn)度。直線(xiàn)電機(jī)伺服驅(qū)動(dòng)器開(kāi)關(guān)電源主功率電路主要由輸入保護(hù)電路、整流濾波、功率變換、輸出整流濾波、輔路線(xiàn)性穩(wěn)壓共同組成，在實(shí)際應(yīng)用中主要是對(duì)輸入端的過(guò)壓、過(guò)電流進(jìn)行保護(hù)。在直線(xiàn)電機(jī)伺服驅(qū)動(dòng)器開(kāi)關(guān)主功率電路中，X電容、Y電容主要被用來(lái)濾除來(lái)自電網(wǎng)的共模干擾。在直線(xiàn)電機(jī)伺服驅(qū)動(dòng)器開(kāi)關(guān)電源變壓器T1一次側(cè)繞組性是上正下負(fù)，這個(gè)時(shí)候需要及時(shí)暢通Q1開(kāi)關(guān)管，與此同時(shí)，二次側(cè)繞組極性是上負(fù)下正，整流二極管處于反向發(fā)展?fàn)顟B(tài)，信息能量被存儲(chǔ)在變壓器中。

2.1.2 直線(xiàn)電機(jī)伺服驅(qū)動(dòng)器開(kāi)關(guān)電源變壓器的設(shè)計(jì)

①合理選擇磁芯。磁芯是高頻變壓器的重要組成，為了確保直線(xiàn)電機(jī)伺服驅(qū)動(dòng)器開(kāi)關(guān)電源系統(tǒng)穩(wěn)定應(yīng)用，在設(shè)計(jì)高頻變壓器的時(shí)候需要結(jié)合實(shí)際選擇磁芯的材料、結(jié)構(gòu)、參數(shù)等。高頻變壓器磁芯一般在磁滯回線(xiàn)的第一象限工作，在開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通的時(shí)候開(kāi)始存儲(chǔ)相關(guān)能量，在導(dǎo)通之后結(jié)束存儲(chǔ)能量。②原副邊匝數(shù)的確定。在以UC2843為主要控制芯片的反激電源設(shè)計(jì)中，在一般情況下，最大占空比Dmax通道一般選取0.45，根據(jù)整流之后的最小輸入直流電壓，確定輸出電壓Vol1和Vol2。直線(xiàn)電機(jī)伺服驅(qū)動(dòng)器開(kāi)關(guān)電源自供電電壓、輸出整流管壓降匝比計(jì)算公式如（1）-（4）所示。根據(jù)計(jì)算公式發(fā)現(xiàn) Np：Ns1：Ns2：Nc=89：9：5：8。

2.1.3 直線(xiàn)電機(jī)伺服驅(qū)動(dòng)器開(kāi)關(guān)管和整流管的設(shè)計(jì)

根據(jù)直流電機(jī)伺服驅(qū)動(dòng)級(jí)電路的實(shí)際情況來(lái)計(jì)算開(kāi)關(guān)管和蒸餾管所需要承受的電壓壓力，在計(jì)算直線(xiàn)電機(jī)伺服驅(qū)動(dòng)器運(yùn)行所需要電壓壓力的時(shí)候還需要考慮器件在開(kāi)通和關(guān)斷時(shí)候的高低電壓。直線(xiàn)電機(jī)伺服驅(qū)動(dòng)器開(kāi)關(guān)管和整流管計(jì)算公式如（5）、（6）所示。根據(jù)公式計(jì)算得出開(kāi)關(guān)管Q1在選取600V/10AMOS管時(shí)，整流管D1和D8可以選擇100V/10A肖特基二極管。

2.2 直線(xiàn)電機(jī)伺服驅(qū)動(dòng)器電壓反饋電路設(shè)計(jì)

直線(xiàn)電機(jī)伺服驅(qū)動(dòng)器電壓反饋一般采用TL431+TLP281的方式，通過(guò)應(yīng)用這種方式能夠起到穩(wěn)定電壓和確保電壓輸出安全，使直線(xiàn)電機(jī)伺服驅(qū)動(dòng)器電源擁有較好的負(fù)載調(diào)整率。另外，在應(yīng)用TL431+TLP281這一電壓反饋之后還能夠有效補(bǔ)償光耦由于溫漂所引起的輸出端偏移。

2.3 PWM控制電路設(shè)計(jì)

UC2843控制芯片主要是一種電流型PWM控制芯片，在應(yīng)用UC2843控制芯片的情況下能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)電壓電流雙閉環(huán)電路信息的有效反饋。芯片4腳是定頻端口，通過(guò)外接串聯(lián)電阻電容能夠有效調(diào)節(jié)電路工作頻率，合理控制輸出電壓。

3 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，文章應(yīng)用UC2843控制芯片設(shè)計(jì)了一種多路輸出的單端反激式開(kāi)關(guān)電源，且在實(shí)際應(yīng)用中將這種電源作為直線(xiàn)電機(jī)伺服驅(qū)動(dòng)器的主要工作供電電源，直線(xiàn)電機(jī)伺服驅(qū)動(dòng)器開(kāi)關(guān)電頻系統(tǒng)設(shè)計(jì)符合相關(guān)要求，能夠?yàn)橹本€(xiàn)電機(jī)伺服驅(qū)動(dòng)器的應(yīng)用提供穩(wěn)定電壓支持。

[1]羅亮，劉知貴，李盛培.直線(xiàn)電機(jī)伺服驅(qū)動(dòng)器開(kāi)關(guān)電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與制造，2016（03）：209～211+216.

[2]李榮.交流永磁同步直線(xiàn)電機(jī)伺服控制技術(shù)研究[D].太原科技大學(xué)，2014.