基于IPM模块的舵机控制电路设计-EDA365

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基于IPM模块的舵机控制电路设计

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0 引言
绝缘栅双级型晶体管IGBT是一种由双级型晶体管与MOSFET组和的器件，它既有MOSFET的栅极电压控制快速开关特性，又具有双级型晶体管大电流处理能力和低饱和压降的特点。IPM模块与IGBT模块相比，具有如下特点：内置驱动电路、过流保护、短路保护、控制电源欠压保护、过热保护及外部输出的警报。本文将日本三菱公司的IPM模块PM25RLA120和美国TI公司的电机控制芯片UC1637用于电动舵机控制。

1 设计原理
舵机控制原理框图如图1所示。

舵机是一种位置伺服的驱动器，其工作原理是：控制信号与舵机位置反馈信号比较，获得直流偏置电压，偏置电压进入信号调制芯片产生一个比较电平，经过PWM控制芯片UC1637后，输出一定占空比的PWM信号，用来驱动IPM电路中IGBT的通断，从而实现电动舵机位置的控制。

2 舵机控制系统电路
2．1 以UC1637为核心的控制电路
UC1637是TI公司针对直流电机控制设计的芯片，该芯片用来代替通常的驱动电路，内含三角波发生器、误差放大器、脉宽调制器、欠压保护、过流保护电路，提高了电机控制电路的集成度和系统的可靠性。舵机控制电路接收控制计算机发送的操舵信号，与舵机反馈信号比较，校正放大处理后，与一定频率幅值的三角波信号比较后的信号输入UC1637，在芯片内产生一个模拟误差电压信号，输出二路不同极性的PWM控制信号，达到控制舵机打出不同舵角的目的。UC1637控制电路如图2所示，MC2为三角波输出信号，M12为UC1637输入控制信号，A02，B02为输出控制信号，两路控制信号经过光电隔离后控制IPM模块不同的回路的通断控制舵机工作。

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2．2 IPM模块驱动电路
IPM模块驱动电路是IPM模块内部电路和控制电路间的接口。良好的外部驱动电路对以IPM模块构成的系统运行效率、可靠性和安全性都有重要意义。器件本身含有驱动电路。所以只要提供满足驱动功率要求的PWM信号、驱动电路电源和防止干扰的电气隔离装置即可。IPM模块PM25RLA120的外围驱动电路如图3所示。

M25RLA120需要4路不共地的+15 V电源，M57140是三菱公司为其IPM系列产品专门配置的电压转换模块，为IPM模块提供4路不共地的+15 V电源。UC1637输出的PWM控制信号A02，B02经高速光耦HCPL-0466送到IPM模块的输入端，6路输入信号的电路结构均相同，这里控制的舵机为有要直流电机，因此图中只画出其中的4路输入信号，高速光耦起到电气隔离IPM与外部电路的作用。

3 结语
实际运行和调试结果表明，基于IPM模块的舵机控制电路具有集成度高、响应速度快、驱动能力强等优点，极大地提高舵机控制电路的可靠性并缩小控制系统的体积，降低产品成本，有着良好的应用前景。

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