「电路分析」PWM速度控制5

这是连载系列文章中的第五篇。

当您突然增加需求速度时，控制器不希望立即响应。这个问题的一个很好的例子就是输入设备是脚踏板。把你的脚放在油门上，车辆快速向前倾斜，你的身体向后仰，这样你的脚就减少了对踏板的压力。结果被称为袋鼠电气！

类似的论点也适用于减速，因为控制器有再生制动。

因此，只要输入变化很快，控制器就必须以可控的速率响应。对于什么样的加速率是“最佳”的，有很多争论：简单的回答是没有最佳的，理想的响应取决于车辆和驾驶员。

2QD只有一个简单的CR坡道，220K和C8。这并不理想：它可以在加速，但斜坡率取决于应用的输入水平，因此减速是非常缓慢的，因为控制器接近零速度。它也不可调。

TEC库有一页斜坡电路可供会员使用. 这是我们在大多数控制器上使用的电路8。

这给出了线性斜坡（恒定dV/dt），可在相当可观的范围内，分别针对正（加速）和负（减速）斜坡进行调整。

这个恒定的dV/dt似乎是大多数低速车辆最可接受的坡道之一，并在工业中广泛使用。但是随着车速的增加，它变得不理想。这样做的原因是你需要一个更低的dV/dt，这样加速就可以持续更长的时间。但是加速度斜坡从零输出开始。现在，任何负载的电机都不会开始工作，直到电流达到一个取决于机器机械的值。当从零开始加速时，在骑手能够察觉到的任何事情发生之前，会有一个停顿。然后，电机电流将开始增大，直到机器以与电压斜坡相同的速度加速。此时，机器将以恒定的电机电流加速，直到接近全速。

从这一点可以明显看出，理想的斜坡是相当复杂的-并且正确设置它需要安装人员的大量技术意识，即使制造商提供了一个合适的可编程系统！所以常数dV/dt是最常用的折衷方法。

在许多应用中，没有理由说明为什么车辆驾驶员在想要倒车时不能简单地抛出一个双极转换开关，这正是许多模型机车系统所做的。当然，你不能在机器移动的时候改变方向：这应该是不言而喻的，如果有人把他们的汽车引擎或变速箱扔到倒车档，没有人会同情他们。但由于某些原因，如果一个电动汽车控制器或电机可能会因为试图在高速下倒车而遭到破坏，这似乎应该归咎于控制器。所以倒车控制器必须安全地这样做。为了安全倒车，您必须在电机停止或缓慢旋转的情况下进行。在大多数商用控制器中，这涉及到测量电机速度，并且只允许在零电枢电压下反转。

我们早期的倒车控制器使用不同的系统：只有在需求速度（经过斜坡处理后）为零时，它们才会改变方向。这是“预选”倒车，因为在用户将速度降至零之前，方向开关根本不起作用。然后，车辆将按预先选定的方向重新起动。这个系统运行良好，可以在今天使用，但有一次它是不可接受的。

考虑一个操纵杆控制的系统。在这里，很容易从前进到后退快速摇动棍子。如果这样做了，那么预选将不会做任何事情，因为速度没有保持在零足够长的时间被接受，所以操纵杆不会反转！所需要的是一个方向锁存器（无论如何都需要，因为需求方向可以随时改变，并且必须记住当前方向）和某种比较器，它将需求方向与锁定方向进行比较，并在发生冲突时给出输出。当方向闩锁可以改变时，“改变方向”请求必须使需求速度下降到零，然后“改变方向”请求将为零。然后控制器在新方向上以所需的速度爬升。

这是“双坡道”倒车。几乎通用的系统，用于任何倒车控制器。它看起来比2QD要复杂一点！然而，并非所有这些都与斜坡和倒车有关。

我们现在可以介绍NCC系列控制器电路 .

点火开关向Tr3的底座施加电压，使其和Tr 2接通。Tr3打开电流源（Tr6和Tr7），使控制器通电。当Tr2不导电时，允许电流从9v电源流过其10K集电极电阻和二极管，进入Tr25的底部，Tr25是速度钳（双斜坡换向电路的一部分）。结果是，当点火开关关闭时，Tr25被打开，并导致需求速度降到零，所以控制器会降低到零速度。

在Tr3的集电极中，还有一个4K7电阻器。它由输出电荷泵供电，因此当输出切换时，4µ7（电路上靠近Tr5）保持完全充电。当点火开关关闭时，该电容器上的电荷保持电流源，因此当控制器下降到零速度时，9v轨道保持不变。只有当输出关闭时（9v）才停止。

关闭过程中有一点延迟：这是必要的，因为在全速下，控制器没有切换，因此如果没有延迟，控制器将在点火开关关闭后立即断电。延迟应该（如果增益设置正确的话）允许控制器有时间从全速开始略微下降，所以在这个延迟到期之前它是切换的。

断电也是一种安全功能。如果MOSFET熔断，那么（很可能）驱动MOSFET发生短路故障。这是危险的，也是所有控制器制造商担心的故障模式（幸运的是非常罕见），因为机器无法全速运转。但在这种情况下，输出不会切换，因此继电器将在延迟时间后断电，通过短路电机使机器紧急停机。

事实上，我们已经有控制器“失败”到全速。但到目前为止，这是由水进入电路板或类似事件引起的。当然，没有一个控制器制造商能够针对水污染进行设计，尽管我们确实把每一块板都浸在防水保形涂层中。

IC1a只是一个输入缓冲器，用来驱动斜坡电路。TR1S通常硬启动，因此引脚1被10电阻拉高到9v。零速时，针脚1低。当速度增加时，IC1A引脚1将变高。Tr21的集电极将上升，电流将流过Accel预设值，在Tr21的基础上改变4µ7。但如果通过预设的电流过大，Tr21将变为ot，导致Tr20抢流。因此，4µ7的充电电流（其控制dV/dT）由预设值控制。

减速时，引脚1低，Tr22集电极的二极管携带4µ7斜坡电容器的放电电流。所以放电速度由减速预设控制。

Tr1由速度电位计中的电流打开。如果速度电位器中的电流过低，Tr1将关闭，并且不再有任何东西拉起IC1a的引脚1，因此需求速度降为零。如果一根电线断了，或者锅的轨道断了，那么锅电流就会变低。然后，该电路确保pot和接线故障都是故障安全的。

Tr25是“斜坡夹钳”。它使IC1a引脚1短路，使需求速度降低到零，无论何时开启。当点火开关关闭时，由方向改变请求电路的输出或点火电路的信号接通。在任何一种情况下，关闭需求速度都会导致控制器下降到零速度。

您还可以注意到pwm振荡器（IC1b）与2QD上使用的不同。这两种电路都在4QD-TEC上进行了描述PWM调制器第页。二极管振荡器使用的元件比以前的少，由于其和槽电平依赖于obe二极管而不是两个电阻，因此更容易预测，并且波形在使用前不需要电平偏移。

IC2d将需求速度与二极管得出的200mV参考电压进行比较。当需求速度低于此阈值时，针脚14低。销14控制方向锁闩的锁紧，并操作驻车制动器驱动器Tr 31和Tr32。有一个二极管/电容器输入到制动驱动器，使其快速通电（向驻车制动器施加功率，以释放），但缓慢断电，在短时间延迟后切断驻车制动器的电源（并应用）。

IC2c是一个逆变器，因为我们需要比较所需的方向和锁存的方向。需要反向，所以有两个信号，一个高用于正向请求，另一个高用于反向请求。

反向方向开关闭合，Tr10反向导通，IC2c引脚10低。因此，针脚13对于倒档为高，对于正向请求方向为低。

这些信号被输入到方向改变请求逻辑，引脚13也为方向锁存器供电。

可逆比较器由两个icflop构成。这个锁存器似乎没有合适的名称：它有3种状态：两种输出都关闭，一种是高电平，另一种是高电平。当引脚5和7（由需求零点探测器驱动）较低或没有需求速度时，两者都（低）关闭。当有需要的速度时，闩锁会根据插脚13的状态翻转或翻转。

有一个二极管电桥连接到方向锁存器的输出端。这实际上是两个二极管电阻和栅极，其他两个二极管形成一个或门，因此当正向和反向或反向和正向时，输出很高，其中一个反向是需求，另一个是锁存。二极管是不是很棒。。。。

闩锁的输出驱动两个继电器驱动器。这些是互补的达林顿安排（tr29和Tr30，Tr28和Tr28）。他们是达林顿，因为，虽然继电器电流永远不会超过100毫安，我们需要一个高输入阻抗（100千电阻）或锁存器的高状态不会操作斜坡钳位二极管逻辑门。

IC2a的输出（定义为反向）驱动Tr26的基座。这会将一个10K电阻切换到斜坡需求速度线。斜坡跟随器（Tr14）和调制器输入之间有一个10K电阻，因此当半速接通时，所需速度减半。有一个针状割台，可以拆下它来禁用倒档减速。

为了理解限流器的工作方式，可以考虑简化电路，对吗。我们试着感应底部MOSFET中的电流。当这个MOSFET导电时，它的电压降（Vs）等于I乘以Rds（开），因为导电的mosfet是电阻的。这个电压“提升”了分压器链R3、R4、D1的一端，因此比较器引脚10上的电压随着电机驱动电流的增加而升高。

当MOSFET关闭时，会有一个高电压穿过它，就像它在开关期间一样，所以在这些时间段，电路会打开显示为Tr15的晶体管，这样感应被禁用。二极管D1当然是Tr15能够工作所必需的（Tr15本身就是试图驱动马达的！）。

向比较器的另一个输入引脚（11）提供参考电压。该电压和感应电压均来自9v1油轨。现在我们在感测路径上有一个二极管（D1），二极管上的压降与温度有很强的关系。因此，另一个二极管，D2，被包含在参考分压器中，这样两个二极管的温度变化互相跟踪，抵消，所以不会影响电路的工作。

电流限制的实际值可以通过改变R1或R2来改变。该电路将自动补偿各种各样的mosfet，因为它使用MSFET作为自己的传感器。

然而，Rds（开）随着MOSFET结温度的变化，MOSFET的电流会随着MOSFET的加热而自动减小。这意味着电路非常安全，可以可靠地推到接近MOSFET公布的限值，但这也意味着该方法不能用于精确的电流传感，除非MOSFET电流保持在足够低的水平，以至于结加热不明显。