直流電路
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直流電路范文第1篇
關(guān)鍵詞：直流電機(jī)；熱敏電阻；三極管；芯片
一、溫控直流電機(jī)的發(fā)展及運(yùn)用
直流電機(jī)作為最常見(jiàn)的一種電機(jī)，具有非常優(yōu)秀的線性機(jī)械特性、較寬的調(diào)速范圍、良好的起動(dòng)性以及簡(jiǎn)單的控制電路等優(yōu)點(diǎn)，因此在社會(huì)的各個(gè)領(lǐng)域中都得到了十分廣泛的應(yīng)用。本文設(shè)計(jì)了直流電機(jī)控制系統(tǒng)的整體方案，闡述了該系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)、工作原理、運(yùn)行特性及其設(shè)計(jì)方法。重要的作用。
二、溫控直流電機(jī)的設(shè)計(jì)要求與元器件的選擇
（一）論文的內(nèi)容、要求與元器件的選擇
1 用熱敏電阻測(cè)量室內(nèi)溫度，在正常室溫下，電機(jī)不轉(zhuǎn)動(dòng)，溫度指示燈綠燈亮。
2 當(dāng)檢測(cè)的溫度高于室溫5℃時(shí)，電機(jī)正轉(zhuǎn)，同時(shí)溫度指示燈紅燈亮。
3 當(dāng)檢測(cè)的溫度低于室溫5℃時(shí)，電機(jī)反轉(zhuǎn)，同時(shí)溫度指示燈綠燈亮。
4 當(dāng)溫度高于室溫50℃時(shí)，黃燈亮報(bào)警。
三、課題的研究思路和方法、工作方案
本電路可分為兩大部分。一部分為溫度控制電路，另一部分為直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路。溫度控制部分是由集成運(yùn)放LM324構(gòu)成的三路 比較電路，分別對(duì)應(yīng)低于室溫5℃，高于室溫5℃以及高于室溫50℃。由于電機(jī)需要雙向轉(zhuǎn)動(dòng)，因此其驅(qū)動(dòng)電路可采用雙向橋式控制電路。
四、控直流電機(jī)電路組成及設(shè)計(jì)
比較電路模塊
由測(cè)量可知，熱敏電阻Rt在室溫下電阻約為750Ω（中午時(shí)在寢室用萬(wàn)用表測(cè)得），用電烙鐵靠近時(shí)電阻可降到500Ω一下，用浸濕的棉絮擦拭熱敏電阻時(shí)，其阻值可升至820Ω以上。根據(jù)以上數(shù)據(jù)可基本確定比較電路中分壓電阻R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7的阻值。用12V直流電源供電，設(shè)R1=R2=R4=R6=2KΩ，低溫比較電阻R3=820Ω，高溫比較電阻R5=680Ω，高溫報(bào)警比較電阻R7=510Ω。由于實(shí)驗(yàn)室沒(méi)有820Ω的電阻，故將低溫比較電路的兩個(gè)分壓電阻按比例增加，最后取R2=24KΩ，R3=10KΩ。
直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊
R8=R9=1KΩ，R10=R11=100Ω。
還有，在這個(gè)電路中，運(yùn)用了集成運(yùn)放LM324。這個(gè)芯片具有LM324為四運(yùn)放集成電路，采用14腳雙列直插塑料封裝。，內(nèi)部有四個(gè)運(yùn)算放大器，有相位補(bǔ)償電路。電路功耗很小，LM324工作電壓范圍寬，可用正電源3～30V，或正負(fù)雙電源±1.5V～±15V工作。它的輸入電壓可低到地電位，而輸出電壓范圍為O～Vcc。
五、總原理圖及電路原理
電路原理
常溫下，3個(gè)比較器輸出都為低電平，此時(shí)直流電機(jī)不轉(zhuǎn)動(dòng)，發(fā)光二極管L2，L3截至不發(fā)光。而發(fā)光二極管L1兩端有電位差，故L1導(dǎo)通，常溫指示燈點(diǎn)亮，無(wú)警報(bào)。
當(dāng)溫度降低時(shí)，低溫比較器輸出端（即LM324的1腳）為高電平，高溫比較器輸出端（即LM324的7腳）為低電平，警報(bào)比較器輸出端（即LM324的8腳）為低電平。此時(shí)電機(jī)反轉(zhuǎn)，發(fā)光二極管L1，L3均截至，而L2導(dǎo)通發(fā)光，無(wú)警報(bào)，低溫指示燈點(diǎn)亮。
當(dāng)溫度升高時(shí)，低溫比較器輸出端為低電平，高溫比較器輸出端為高電平，警報(bào)比較器輸出端為低電平。此時(shí)電機(jī)正轉(zhuǎn)，發(fā)光二極管L1，L2均截至，而L3導(dǎo)通發(fā)光，無(wú)警報(bào)，高溫指示燈點(diǎn)亮。
六、仿真分析
運(yùn)用multisim7.0軟件仿真時(shí)，我發(fā)現(xiàn)：當(dāng)Rt=R3=820Ω時(shí)，就是在常溫下，接通電源，按道理，最上面的三極管輸出電壓應(yīng)為低電平即電壓零，這樣，下面的三極管輸出電壓也為零，通過(guò)反向電壓變?yōu)楦唠娖剑娐穼?dǎo)通，溫度指示燈綠燈亮，電機(jī)不轉(zhuǎn)，可是經(jīng)過(guò)仿真時(shí)用電壓表測(cè)量發(fā)現(xiàn)最上面的電位與實(shí)際事實(shí)相反，有電壓出現(xiàn)；還有，當(dāng)Rt取高于820Ω，此時(shí)，最上面的那個(gè)三極管有高電平輸出與有紅色發(fā)光二極管形成一條回路，所以，紅燈亮，電機(jī)正轉(zhuǎn)；當(dāng)Rt取低于820Ω時(shí)，相反，最上面輸出的電位為低電平，下面的三極管為高電位，與黃色的發(fā)光二極管形成一條回路，所以黃色燈亮，電機(jī)反轉(zhuǎn)。在仿真時(shí)我還發(fā)現(xiàn)，電機(jī)那里的電壓很小，需要調(diào)R8、R9 、R10、R11的電阻。在常溫下，用濕棉絮擦拭熱敏電阻一段時(shí)間后，綠燈亮了，電機(jī)反轉(zhuǎn)。用電烙鐵靠近熱敏電阻，路燈立即熄滅，電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)。過(guò)一會(huì)兒，紅燈開(kāi)始點(diǎn)亮，電機(jī)正轉(zhuǎn)。之后，電烙鐵繼續(xù)升溫，直至黃燈點(diǎn)亮。整個(gè)調(diào)試過(guò)程結(jié)束。
七、PCB設(shè)計(jì)
由于起初審題不夠仔細(xì)，忽視了常溫指示燈，知道PCB板制作完成之后才發(fā)現(xiàn)。故實(shí)際制作的電路中并無(wú)常溫指示燈。
八、實(shí)物制作過(guò)程
1、電子元器件測(cè)試
（1）三極管管腳測(cè)試。
三極管大都是塑料封裝或金屬封裝，常見(jiàn)三極管的外觀，有一個(gè)箭頭的電極是發(fā)射極，箭頭朝外的是NPN型三極管，而箭頭朝內(nèi)的是PNP型。實(shí)際上箭頭所指的方向是電流的方向。電子制作中常用的三極管有90××系列，包括低頻小功率硅管9013（NPN）、9012（PNP），低噪聲管9014（NPN），高頻小功率管9018（NPN）等。它們的型號(hào)一般都標(biāo)在塑殼上，而樣子都一樣，都是TO-92標(biāo)準(zhǔn)封裝。
（2）電路組裝
（3）使用主要儀器
電烙鐵，電烙鐵應(yīng)選用針形電烙鐵，選用這種電烙鐵可以有利于焊PCB版；萬(wàn)用表， 穩(wěn)壓電源，直流電機(jī)，打印機(jī)，轉(zhuǎn)印機(jī)等。
（3）故障診斷及分析
1.指示燈亮而電機(jī)不轉(zhuǎn)：電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路中的R8、R9、R10、R11過(guò)大，致使電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電壓不足。
2.電路時(shí)而能正常工作，時(shí)而不能正常工作：檢測(cè)各焊點(diǎn)。
參考文獻(xiàn)
[1]《模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)》 胡宴如 耿蘇燕編 高等教育出版社.
直流電路范文第2篇
關(guān)鍵字：交流斷路器 直流電路 熄弧
一、直流電路應(yīng)用
1.附件
交流斷路器中含有分勵(lì)脫扣器、欠電壓脫扣器、電動(dòng)操作機(jī)構(gòu)等附件。分勵(lì)、欠電壓脫扣器均為電壓線圈，只要電壓值一致，不需要做任何改變，就可用于直流系統(tǒng)。輔助、報(bào)警鋤頭，交直流通用。電動(dòng)操作機(jī)構(gòu)，用于直流電路中需重新設(shè)計(jì)。
2.保護(hù)特性
2.1過(guò)載長(zhǎng)延時(shí)保護(hù)特性
（1）熱動(dòng)式（雙金屬元件脫扣器）
熱動(dòng)元件采用熱雙金屬材料制成，通過(guò)雙金屬元件本身，或其傍側(cè)的電阻發(fā)熱元件，或雙金屬元件與電阻發(fā)熱元件串聯(lián)通電發(fā)熱，使雙金屬受熱膨脹，變形彎曲來(lái)推動(dòng)斷路器跳閘，以切斷電路。由于直流電流平均值與交流的有效值的發(fā)熱效果是相同的，因此交流與直流基本上無(wú)變化。但當(dāng)額定電流大于1500A時(shí)，因集膚效應(yīng)等因素，交流電流有效值產(chǎn)生的熱量要大于直流，但影響不是太大，所以熱動(dòng)式的雙金屬元件脫扣器用于直流是不需要作任何更改的。
但是熱動(dòng)式中的有一些規(guī)格，如額定電流600A及以上采用CT式（電流互感器式），利用互感器的副邊電流供給雙金屬元件或發(fā)熱元件作發(fā)熱源，則不可能用于直流電路。
（2）全電磁式
全電磁式脫扣器的交流的斷路器在直流電路中使用時(shí)，動(dòng)作特性要變化。考慮直流電源絕大部分經(jīng)交流整流和濾波后所得，整定值變化的范圍為110%—140%原動(dòng)作電流。
2.2 瞬時(shí)脫扣器
采用電磁鐵作電磁脫扣器（瞬時(shí)動(dòng)作脫扣器）斷路器，其瞬動(dòng)電流整定值將有所變化，變化率取決于直流的波形。一般交流斷路器工廠瞬時(shí)脫扣值是按照有效值整定的，但實(shí)際上交流斷路器瞬時(shí)脫扣器是螺管線圈的構(gòu)造，它的脫扣電流是峰值電流，為有效值的1.414倍。考慮對(duì)于經(jīng)交流整流、濾波的直流電路特點(diǎn)，其電流值對(duì)應(yīng)交流有效值，短路電流不存在類(lèi)似交流的峰值問(wèn)題，所以交流斷路器在直流電路中應(yīng)用時(shí)，瞬時(shí)脫扣值應(yīng)乘以一個(gè)系數(shù)，約1.4。
2.3電子式脫扣器
無(wú)論是過(guò)載長(zhǎng)延時(shí)或是短路瞬時(shí)，原按交流50Hz設(shè)汁的電子式脫扣器都無(wú)法使用在直流電路。
3.接線方式
50Hz交流電流每秒鐘有100次的電流過(guò)零點(diǎn)，在此瞬間無(wú)電流，即使斷路器的動(dòng)、靜觸頭間有電壓（如是純電感或純電容負(fù)載，i=0時(shí)U最大；純電阻負(fù)載，i=0，U=0），電弧也比較容易熄滅。但直流電流無(wú)過(guò)零點(diǎn)這一特性，電弧切斷有相當(dāng)大的困難。直流電路的電壓越高，電弧電壓大于電源電壓的熄弧條件越難滿足，電弧越不容易熄滅，故使用交流斷路器于直流電路作保護(hù)電器時(shí)，必須采取多斷點(diǎn)的接線方式。
3.1交流斷路器多斷點(diǎn)連接有以下兩個(gè)作用：
（1）在分?jǐn)嘀绷鞫搪冯娏鲿r(shí)，相當(dāng)在電路中增加若干個(gè)電弧動(dòng)態(tài)電阻，電弧電阻起到對(duì)短路電流的限流作用，同時(shí)也提高電弧的燃弧電壓和減小電路的時(shí)間常數(shù)，從而可提高斷路器的直流分?jǐn)嗄芰Α?/p>
（2）降低每一弧隙電壓。例如，兩極斷路器串聯(lián)在250V的直流電源中，每弧隙電壓為125V，減少了1/2電壓，即燃弧時(shí)，弧隙電弧減少了1/2的能量，這樣有利與電弧的熄滅。
3.2 斷點(diǎn)接線圖
多斷點(diǎn)的接線方式有兩種，一是串聯(lián)，二是并聯(lián)。
二、實(shí)際應(yīng)用
西安地鐵二號(hào)線EPS事故照明裝置工作原理：市電正常給負(fù)載供電時(shí)，充電機(jī)將交流電整流成電池組充電所需達(dá)到的充電電壓，加載至電池組“+”、“-”兩極。當(dāng)市電不能正常供電時(shí)，啟動(dòng)逆變器工作，將電池組“+”、“-”兩極之間的直流電壓逆變成交流電壓。
EPS事故照明裝置電池組逆變電路中未使用直流斷路器，而是采用交流斷路器，運(yùn)用多斷點(diǎn)接線方式將電池組“+”極3極串聯(lián)，提高直流分?jǐn)嗄芰Α?/p>
1.交流斷路器選型
交流斷路器作用電池組直流電源的過(guò)流保護(hù)時(shí)，選型三要點(diǎn)：工作電流、額定短路能力、工作電壓。以鳳城五路站EPS事故照明裝置為例（電池組41節(jié)容量135Ah，電池組電壓548V，電池組內(nèi)阻2.7mΩ/節(jié)）說(shuō)明。
（1）選擇斷路器的工作電流。I=U/Z，Z為電路和設(shè)備阻抗，Ri=0.0027*41=0.1Ω為電池內(nèi)阻Z=Ri+R=U/I，當(dāng)R》mRi，Ri可忽略不計(jì)。R約為10Ω，I=548/10=54.8A，可選擇額定電流為63A、100A的斷路器。
（2）選擇斷路器的額定短路能力。Icu=U/Ri=548/0.1=5.5KA，可選擇10 kA或20kA的直流短路保護(hù)能力的斷路器。
也可近似計(jì)算所選用的斷路器的短路保護(hù)能力，用公式Ics=KC，C為電池容量，單位為Ah，K為系數(shù)，10≤K
（3）選擇斷路器的工作電壓。根據(jù)電池的放電電壓？決定所選擇斷路器的工作電壓，斷路器的額定工作電壓要大于電池組的放電電壓。放電低壓為548V，可選擇額定電壓為690V的斷路器。
故鳳城五路站EPS事故照明裝置電池組“+”極交流斷路器選擇ABB S1N125R100，額定工作電流100A，額定短路能力20KA，工作電壓690V。
2.交流斷路器接線方式選擇
交流斷路器串聯(lián)極數(shù)選擇使用取決于直流工作電壓和直流供電系統(tǒng)。選擇原則：
（1）串聯(lián)的極數(shù)和直流電源電壓成正比，直流電壓越高，需要交流斷路器的串聯(lián)極數(shù)越多。同一直流電源電壓下，串聯(lián)的極數(shù)越多，斷路器的直流分?jǐn)嗄芰υ礁摺?/p>
（2）一般直流電源電壓在60V及以下時(shí)，選擇單極斷路器即可，在125V時(shí)可以選擇使用2？極串聯(lián)，在250V及以上時(shí)可以選擇3極或4極串聯(lián)使用，以提高斷路器的分?jǐn)嗄芰Α?/p>
（3）串聯(lián)后的直流短路分?jǐn)嗄芰σh(yuǎn)高于交流斷路器本身的分?jǐn)嗄芰ΑＨ魺o(wú)需過(guò)高分?jǐn)嗄芰筛鶕?jù)負(fù)載和電路電壓的情況減少斷路器的串聯(lián)極數(shù)。
鳳城五路站EPS事故照明裝置電池組電池組電壓548V，在250V以上可以選擇3極或4極串聯(lián)使用。3極串聯(lián)時(shí)單極承受電壓180V左右，4極串聯(lián)時(shí)單極承受電壓130V左右，但回路中不需要過(guò)高分?jǐn)嗄芰Γ蕦?shí)際選擇斷路器3極串聯(lián)方式使用。
三、總結(jié)
結(jié)合交流斷流器在直流電路中的應(yīng)用特點(diǎn)，分析直流供電系統(tǒng)、負(fù)載阻抗和短路電流等特性，交流斷路器應(yīng)用于直流電路中要注意以下幾點(diǎn)：（1）改變電流保護(hù)整定值。（2）提高分?jǐn)嗄芰Γx擇合適的多斷點(diǎn)串聯(lián)或并聯(lián)連接方式。
參考文獻(xiàn)：
直流電路范文第3篇
關(guān)鍵詞：PWM LM339 直流電機(jī) 控制器
中圖分類(lèi)號(hào)：TM33
文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A
文章編號(hào)：1007-3973（2012）008-030-03
1 引言
直流電動(dòng)機(jī)具有良好的起動(dòng)、轉(zhuǎn)矩性能，適于在大范圍內(nèi)平滑調(diào)速，在許多電力拖動(dòng)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。本設(shè)計(jì)主要針對(duì)小型直流電機(jī)平滑調(diào)速應(yīng)用領(lǐng)域設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的控制器。在設(shè)計(jì)中選用模擬電路集成電路芯片作為控制器核心，舍棄了單片機(jī)控制的方法，控制功能完全由硬件電路完成，提高了工作的可靠性，同時(shí)降低了成本。
2 直流電機(jī)調(diào)速原理
早期的直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)采用改變電樞回路中的電阻的方式實(shí)現(xiàn)調(diào)速。這種方法結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；但效率低，串入電阻后電機(jī)機(jī)械特性變軟，不能實(shí)現(xiàn)大范圍和無(wú)級(jí)調(diào)速的性能。目前常用是PWM斬波技術(shù)實(shí)現(xiàn)直流電機(jī)的寬范圍無(wú)級(jí)變速。直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速n特性公式為 式Ua為電樞供電電壓，Ia電樞電流，%O為勵(lì)磁磁通，R為電樞回路總電阻，CE為電勢(shì)系數(shù)， （p為電磁對(duì)數(shù)，a為電樞并聯(lián)支路數(shù)，N為導(dǎo)體數(shù)）。改變輸入電壓Ua就可以對(duì)電機(jī)實(shí)現(xiàn)調(diào)速功能。
3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)
設(shè)計(jì)方案主要由兩部分組成：控制電路部分和主電路部分。主電路采用BUCK降壓斬波拓?fù)洌捎谥绷麟姍C(jī)屬于感性負(fù)載，為防止MOS管在關(guān)斷期間發(fā)生擊穿，在電機(jī)兩端并聯(lián)二極管進(jìn)行續(xù)流。控制電路主要產(chǎn)生PWM波形，并提供各種過(guò)流、過(guò)熱保護(hù)。
3.1 主電路
主電路如圖1所示。
由于電機(jī)為感性負(fù)載，在圖中將電機(jī)以L進(jìn)行替代，則輸出電壓（%Z為導(dǎo)通占空比，UO是負(fù)載電壓，E是電池電壓）通過(guò)調(diào)節(jié)PWM的占空比來(lái)控制流過(guò)電機(jī)的電流大小。電容主要進(jìn)行濾波，減小電池電壓波動(dòng)的影響；采樣電阻的作用是電流采樣，進(jìn)行過(guò)流保。
3.2 控制電路
在控制電路中選用LM339電壓比較器芯片引腳圖如圖2，其內(nèi)部裝有四個(gè)獨(dú)立的電壓比較器，是很常見(jiàn)的模擬集成電路，可以方便的組成各種電壓比較器電路和振蕩器電路，能達(dá)到設(shè)計(jì)要求。用LM339產(chǎn)生鋸齒波信號(hào)和參考信號(hào)經(jīng)過(guò)一個(gè)比較器產(chǎn)生PWM波形。鋸齒波電路如圖3，上電時(shí)電容開(kāi)始充電，電壓增加。11腳電位高于10腳，比較器13腳輸出高電平。10腳的波形就是電容的充電過(guò)程曲線，也就是鋸齒波的上升沿。隨著電容不斷充電，10腳電位不斷升高，當(dāng)高于11腳時(shí)電壓時(shí)，比較器翻轉(zhuǎn)輸出低電平，這樣原來(lái)截止的負(fù)反饋回路導(dǎo)通，電容通過(guò)這個(gè)回路向13腳迅速放電。10腳波形就變成了電容的放電曲線，鋸齒波的下降沿。
10腳電壓隨電容不斷放電而減小，當(dāng)其電壓小于V11，時(shí)比較器又翻轉(zhuǎn)，電容重復(fù)充電過(guò)程，如此往復(fù)下去就形成了連續(xù)的鋸齒波形。PWM波形產(chǎn)生電路如圖4所示。加速器的輸入信號(hào)為0～5V，鋸齒波幅值為0～5V，當(dāng)加速信號(hào)高于鋸齒波信號(hào)時(shí)比較器輸出高電平，鋸齒波電平高于加速信號(hào)電平，比較器輸出低電平，通過(guò)對(duì)加速信號(hào)的調(diào)節(jié)，改變比較基準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)占空比的調(diào)節(jié)。
3.3 過(guò)流保護(hù)電路
為保障電路板的安全以及電池電機(jī)的安全，需要在控制電路中加上過(guò)流保護(hù)，來(lái)限制主電路的最大電流，防止由主電路過(guò)流引起的安全事故的發(fā)生。過(guò)流保護(hù)由一個(gè)比較器和一個(gè)運(yùn)放組成如圖5，圖中R為康銅絲采樣電阻，由于這種電阻阻值很小，通20A電流時(shí)僅產(chǎn)生百毫伏的分壓，需要對(duì)采樣電壓進(jìn)行一級(jí)放大，放大采用MCP6282，然后送到比較器，通過(guò)與設(shè)定的基準(zhǔn)的比較，決定輸出保護(hù)信號(hào)電位的高低。
設(shè)計(jì)過(guò)流保護(hù)具有自鎖和自啟動(dòng)功能，在PWM的一個(gè)周期內(nèi)當(dāng)有過(guò)流發(fā)生時(shí)，比較器輸出過(guò)流保護(hù)信號(hào)并自鎖，使比較器在這一個(gè)周期內(nèi)一直輸出過(guò)流信號(hào)而不受采樣電壓的影響，當(dāng)下一個(gè)周期來(lái)臨時(shí)，過(guò)流保護(hù)信號(hào)自鎖解除，比較器仍根據(jù)采樣電壓判斷是否輸出過(guò)流信號(hào)，此自啟動(dòng)功能由峰值電流調(diào)控來(lái)實(shí)現(xiàn)。如圖5所示。
圖5中，正相輸入端5腳為采樣電壓信號(hào)，反相輸入端4腳為基準(zhǔn)電壓，當(dāng)5腳電位高于4腳電位，即過(guò)流時(shí)，比較器輸出端2電位變高，三極管Q導(dǎo)通，使得與之聯(lián)通的PWM信號(hào)被封鎖，實(shí)現(xiàn)了過(guò)流保護(hù)。在未過(guò)流前，比較器輸出為低，正反饋回路由于二極管的作用被關(guān)斷，5腳電位不受其影響。過(guò)流時(shí)，比較器輸出端翻轉(zhuǎn)為高電平，通過(guò)正反饋回路使5腳電位變?yōu)?(比較器高電平輸出近似為 )調(diào)整R22，R19的阻值使得V5大于基準(zhǔn)電壓4引腳處電位，則比較器輸出端一直為高電平，從而不受采樣電壓的影響，實(shí)現(xiàn)過(guò)流自鎖功能。自啟動(dòng)功能由二極管D4實(shí)現(xiàn)，D4的陰極接到鋸齒波發(fā)生電路的放電端，即圖3中的13腳，在一個(gè)周期內(nèi)電容未放電時(shí)，13腳為高電平，但由于二極管的作用，此時(shí)對(duì)5腳電位無(wú)影響。電容放電時(shí)，比較器翻轉(zhuǎn)，13腳為低電平，在這段時(shí)間內(nèi)5腳電位被拉低，這樣每個(gè)周期內(nèi)5腳電位都會(huì)被拉第一次。一旦過(guò)流保護(hù)被自鎖，下一個(gè)周期內(nèi)，由于5腳電位被拉低，比較器就會(huì)解除自鎖，實(shí)現(xiàn)重啟動(dòng)。
3.4 欠壓保護(hù)電路
隨著電池電量的減小，電池兩端的電壓會(huì)下降，如果不采取措施會(huì)使電池過(guò)放電，影響電池壽命。
欠壓保護(hù)由一個(gè)比較器來(lái)實(shí)現(xiàn)，如圖6所示。反相輸入端6腳為基準(zhǔn)電壓，同相輸入端7腳是經(jīng)過(guò)分壓處理后的電池電壓信號(hào)。比較器輸出端1腳通過(guò)反接一個(gè)二極管接到加速信號(hào)。當(dāng)電池電壓正常時(shí)，比較器輸出端為高電位，由于二極管的作用高電位對(duì)加速信號(hào)沒(méi)有影響。當(dāng)電池欠壓時(shí)，7腳電位小于6腳電位，比較器輸出翻轉(zhuǎn)，1腳變?yōu)榈碗娖剑M(jìn)而將加速信號(hào)拉低為低電平，這樣PWM信號(hào)就會(huì)變?yōu)榈停瑥亩怪麟娐窋嚅_(kāi)，電池停止放電，這樣就起到了欠壓保護(hù)的作用。
3.5 過(guò)熱保護(hù)電路
如圖7所示，其中二極管正端接加速信號(hào)端。熱保護(hù)用一個(gè)運(yùn)放就能完成保護(hù)功能，運(yùn)放的反向輸入端是基準(zhǔn)電壓用來(lái)設(shè)定溫度上限，同向輸入端負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻采樣分壓。熱敏分壓高于基準(zhǔn)電壓，運(yùn)放輸出高電平，二極管截止。當(dāng)溫度高時(shí)，熱敏的阻值變小，分壓變小，比較器輸出低電平，二極管導(dǎo)通，電平將加速信號(hào)拉低，PWM輸出變低，從而起到了保護(hù)的作用。
4 調(diào)試結(jié)果
經(jīng)過(guò)調(diào)試和測(cè)試，控制器PWM驅(qū)動(dòng)波形如圖8所示波形比較好沒(méi)有毛刺。過(guò)流響應(yīng)如圖9所示，響應(yīng)速度快。MOS管驅(qū)動(dòng)波形如圖10所示與PWM波形有很好的一致性。接入電機(jī)上電實(shí)驗(yàn)表明該系統(tǒng)具有很好的調(diào)速性能，平滑性也比較好。
5 結(jié)論
本設(shè)計(jì)小型直流電機(jī)控制原理簡(jiǎn)單，運(yùn)行可靠穩(wěn)定。輸出峰值功率可達(dá)1KW。該設(shè)計(jì)采用PWM直流斬波技術(shù)構(gòu)成的無(wú)級(jí)調(diào)速系統(tǒng)，能夠很好的實(shí)現(xiàn)對(duì)直流電機(jī)速度的控制，在保護(hù)方面能夠?qū)﹄姵匾约翱刂破鞅旧淼谋Ｗo(hù)，啟停時(shí)對(duì)直流系統(tǒng)無(wú)沖擊。特別是該系統(tǒng)應(yīng)用單純的模擬系統(tǒng)，為低成本直流電機(jī)控制器的設(shè)計(jì)開(kāi)辟了新的道路。
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直流電路范文第4篇
一、電容器
1.電容器的結(jié)構(gòu)
兩個(gè)彼此靠近且絕緣的金屬導(dǎo)體構(gòu)成一個(gè)電容器，常見(jiàn)的為平行板電容器.
2.電容器的充電和放電
（1）電容器的充電
如圖1所示，電容器在充電過(guò)程中極板的帶電量從零開(kāi)始逐漸增加，其存貯的電場(chǎng)能也逐漸增加.電容器充電結(jié)束后電荷不再移動(dòng)電路中無(wú)電流，電路處于開(kāi)路狀態(tài)故電容器有隔直作用；此時(shí)極板間電壓等于電源電動(dòng)勢(shì)E，保持恒定（假設(shè)電源內(nèi)阻r=0）.
（2）電容器的放電
如圖2所示，電容器在放電過(guò)程中極板的帶電量逐漸減小，其存貯的電場(chǎng)能也逐漸減小.一般情況下，放電結(jié)束時(shí)極板的帶電量為零，極板間的電壓也為零.
（3）充放電時(shí)的電流方向
規(guī)定正電荷定向移動(dòng)的方向?yàn)殡娏鞣较?分析電流方向時(shí)可以假設(shè)電路中定向移動(dòng)的是正電荷，根據(jù)電流方向的規(guī)定容易判斷充放電的電流方向，如圖1、圖2所示.要注意的是電容器的極板帶電的極性不變，所以充放電的電流方向相反.
3.電容器在直流電路中充放電時(shí)的電壓和電流圖像
（1）定性分析
由于一般情況下在一個(gè)連續(xù)變化的物理過(guò)程中各物理量隨時(shí)間均不會(huì)發(fā)生突變，因此其圖像一定為平滑曲線.電容器在充電過(guò)程中的U-t圖像的斜率（k=ΔUΔt）逐漸減為零，電容器在放電過(guò)程中的U-t圖像的斜率（k=ΔUΔt）大小也逐漸減為零.
4.實(shí)例分析
例1【2011年江蘇高考第5題】如圖4所示，水平面內(nèi)有一平行金屬導(dǎo)軌，導(dǎo)軌光滑且電阻不計(jì).勻強(qiáng)磁場(chǎng)與導(dǎo)軌一閃身圖4垂直.阻值為R的導(dǎo)體棒垂直于導(dǎo)軌靜止放置，且與導(dǎo)軌接觸.T=0時(shí)，將形狀S由1擲到2.Q、i、v和a分別表示電容器所帶的電荷量、棒中的電流、棒的速度和加速度.下列圖象中正確的是
解析當(dāng)s接1時(shí)，電容器完成充電，Uc=E. T=0時(shí)，解題過(guò)程能加強(qiáng)思維，課堂上應(yīng)給學(xué)生足夠思考時(shí)間和空間，引導(dǎo)學(xué)生經(jīng)歷多次反思后促使解題能力和認(rèn)知水平達(dá)到新的高度.
（1）解題前細(xì)致審題.習(xí)題的外在表現(xiàn)形式既包含了問(wèn)題也包含了解決問(wèn)題的突破口，審題這一環(huán)節(jié)一定不能急躁，應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生對(duì)題目中的物理情境進(jìn)行細(xì)致的分析和思考，將其與學(xué)生大腦中的物理知識(shí)表象有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，這是回顧原有知識(shí)的過(guò)程，也是發(fā)現(xiàn)與并有效突破問(wèn)題的過(guò)程.
（3）解題后反思.解題完畢并非是習(xí)題教學(xué)的結(jié)束，拿運(yùn)動(dòng)學(xué)來(lái)說(shuō)，一個(gè)實(shí)際且具體的運(yùn)動(dòng)過(guò)程，可以從多個(gè)運(yùn)動(dòng)學(xué)公式中靈活選取并組合解題，導(dǎo)致解決問(wèn)題的物理方法多元化.為此，習(xí)題教學(xué)不能滿足于學(xué)生是否能夠得到問(wèn)題的正確答案，還應(yīng)該在解題后，積極引導(dǎo)其反思解題的其他方法，并將不同的解題方法放在一起進(jìn)行對(duì)比分析，通過(guò)反思挖掘出自己原有解法以外的物理內(nèi)容，促使思維進(jìn)一步發(fā)散，將解題經(jīng)驗(yàn)和思維能力提升到較高的層次.s接2時(shí)，電容器放電，放電電流i=UcR，但Uc逐漸減小，導(dǎo)體棒有電流通過(guò)，故受到安培力作用，由牛頓第二定律知，導(dǎo)體棒向右加速運(yùn)動(dòng).又由法拉第電磁感應(yīng)定律知，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)逐漸增大.故電路中的總電動(dòng)勢(shì)逐漸減為零，最終Uc=E感，則速度增大、電流減小、安培力減小、加速度減小，所以選D.
圖5例2【2012年南通模擬第5題】如圖5所示電路中，R、R0為定值電阻，C為電容器.t=0時(shí)閉合開(kāi)關(guān)S，在t=t0時(shí)刻斷開(kāi)S，下列關(guān)于流過(guò)電阻R的電流i隨時(shí)間變化的圖象中，可能正確的是
解析t=0時(shí)刻，電容器兩端電壓為零相當(dāng)于短路，故電阻R沒(méi)有電流流過(guò).但此后由于電源對(duì)電容器充電電容器兩端的電壓逐漸增大，通過(guò)R的電流逐漸增大；斷開(kāi)的瞬間，電容器電壓不會(huì)突變，故R的電流不變，但由于放電，電容器兩端電壓逐漸減小，故電流逐漸減小至零.
二、電感
1.電感的結(jié)構(gòu)：由導(dǎo)線盤(pán)繞在鐵芯上制成.
2.電感的特性
穩(wěn)定時(shí)相當(dāng)于一根導(dǎo)線或直流電阻；在變化的瞬間能維持原電流的大小方向不變，但在變化的過(guò)程中只起延緩作用，不該改變電流變化的趨勢(shì).
3.電感在電路發(fā)生變化時(shí)的電流圖像
通電瞬間，，電感要維持原電流0不變，故相當(dāng)于斷路.但在這一變化過(guò)程中通過(guò)電感的電流仍要逐漸增大，等效電阻逐漸減小，最終電流恒定.電流圖像如圖4中0-t1過(guò)程.這一過(guò)程也稱(chēng)為通電自感.
斷電瞬間，電感要維持原電流大小方向不變.在這一過(guò)程中通過(guò)電感的電流仍要逐漸減小，等效電阻逐漸增大，最終電流為零.電流圖像如圖6中t1-t2過(guò)程.這一過(guò)程也稱(chēng)為斷電自感.
直流電路范文第5篇
關(guān)鍵詞：MSP430 壓控電流源 模擬閉環(huán)控制 空載過(guò)壓保護(hù)
中圖分類(lèi)號(hào)：TM615 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2013）10-0003-02
在現(xiàn)實(shí)的生活中，電源類(lèi)產(chǎn)品在出廠前，必須經(jīng)過(guò)性能測(cè)試，合格后才能投入市場(chǎng)。在以往，通常采用靜態(tài)負(fù)載，如電阻箱等可變阻值的電阻來(lái)模擬負(fù)載，但其測(cè)試精度低，方法不易操作，給電源的測(cè)試帶來(lái)了困難。為了解決這個(gè)問(wèn)題，人們?cè)O(shè)計(jì)了一種電子負(fù)載設(shè)備，可以有效改良電源測(cè)試的方法。電子負(fù)載主要依靠電子元器件吸收并消耗電能，其體積較小，一般采用功率半導(dǎo)體器件作為載體，使得負(fù)載易于調(diào)節(jié)和控制，并能達(dá)到很高的精度和穩(wěn)定性。本文在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中采用TI公司的單片機(jī)MSP430，該單片機(jī)工作電流低，能有效降低功耗，具有16位數(shù)據(jù)的處理能力，且內(nèi)置硬件乘法器，乘除法運(yùn)算都為單周期指令，運(yùn)行速度更快，片內(nèi)集成資源豐富，為系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供了可能。同時(shí)通過(guò)測(cè)量電路實(shí)時(shí)監(jiān)控被測(cè)電源的相關(guān)數(shù)據(jù)，并通過(guò)LCD顯示屏，顯示測(cè)得的數(shù)據(jù)。本文設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單易行，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠。
1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原理
1.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案
系統(tǒng)設(shè)計(jì)利用單片機(jī)MSP430作為核心控制器，以44矩陣鍵盤(pán)設(shè)定單片機(jī)輸出電流值，單片機(jī)將相應(yīng)的數(shù)字信號(hào)輸出給D/A芯片處理，將鍵盤(pán)設(shè)定輸出的電流值從數(shù)字電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬電壓信號(hào)，再經(jīng)恒流控制和電流放大，將產(chǎn)生的信號(hào)接入被測(cè)電源的輸入端（電源的正極）。被測(cè)電源的實(shí)際輸出電流（電源的負(fù)極）再經(jīng)過(guò)采樣電阻形成電壓信號(hào)經(jīng)過(guò)A/D信號(hào)轉(zhuǎn)換和電壓檢測(cè)，將數(shù)字信號(hào)輸入單片機(jī)進(jìn)行相應(yīng)的程序處理，再經(jīng)LCD液晶屏顯示。
在電路的設(shè)計(jì)過(guò)程中，為減少誤操作給系統(tǒng)硬件帶來(lái)的破壞，我們也設(shè)計(jì)了空載和過(guò)載報(bào)警電路。當(dāng)系統(tǒng)中沒(méi)有接入被測(cè)電源或者檢測(cè)的電流值超出一定范圍，通過(guò)蜂鳴器報(bào)警和高亮LED的閃爍，引起使用者足夠的注意。以上功能設(shè)計(jì)的系統(tǒng)框圖如圖1所示。
1.2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)
電路設(shè)計(jì)中，D/A轉(zhuǎn)換器我們采用的是8位的數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片DAC0832，其引腳結(jié)構(gòu)如圖2所示。
DAC0832內(nèi)部含有兩級(jí)輸入寄存器，使其具備雙緩沖、單緩沖和直通三種輸入方式，以便適用于多種電路設(shè)計(jì)需要。D/A轉(zhuǎn)換結(jié)果采用電流形式輸出，再通過(guò)選用合適的線性運(yùn)算放大器實(shí)現(xiàn)模擬信號(hào)的放大，滿足相應(yīng)的設(shè)計(jì)需要。同時(shí)運(yùn)放的反饋電阻可通過(guò)Rfb引腳端引用片內(nèi)固有電阻，也可以根據(jù)設(shè)計(jì)需要外接反饋電阻。該芯片的典型應(yīng)用如圖3所示。
本文系統(tǒng)設(shè)計(jì)的控制芯片采用的是MSP430，反饋電阻采用的是外接電阻，經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換后輸出的電流連入集成運(yùn)算放大器LM324的輸入端，進(jìn)行模擬信號(hào)的放大，再經(jīng)過(guò)反饋電路，將相應(yīng)的模擬信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。而反饋電路運(yùn)行的穩(wěn)定性，直接影響著系統(tǒng)工作的精度，作者采用了如圖4的硬件設(shè)計(jì)方式實(shí)現(xiàn)反饋電路的功能。
受控電流源采用普通三極管SS8050和大功率三極管3DD15D相結(jié)合，通過(guò)控制流入大功率三極管3DD15D的基極偏置電壓，間接控制輸出到負(fù)載上的電流大小。在系統(tǒng)的設(shè)計(jì)調(diào)試過(guò)程中，我們采用15V電源和負(fù)載電阻來(lái)替代實(shí)際的被測(cè)電源，進(jìn)行相關(guān)的參數(shù)研究。實(shí)際使用中，我們可以去除負(fù)載電阻，在15V電源和GND接線處連接被測(cè)電源。設(shè)計(jì)中，我們還需考慮到輸入到單片機(jī)的電壓是經(jīng)過(guò)A/D變換的數(shù)字信號(hào)，這樣才可以實(shí)現(xiàn)與MSP430的接口連接，由核心控制器來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理。由于MSP430內(nèi)置A/D轉(zhuǎn)換器，可以完成模擬信號(hào)向數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換，因此降低了系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)的復(fù)雜性，有利的節(jié)約了開(kāi)發(fā)成本。
實(shí)現(xiàn)空載和過(guò)載報(bào)警電路的方法是測(cè)量負(fù)載兩端電壓，由于這兩點(diǎn)電壓比較高，因此需分壓后送A/D測(cè)量，分壓電阻取值需要較大，以減小對(duì)輸出電流的影響，當(dāng)超過(guò)額定值時(shí)通過(guò)主控制器軟件程序判斷是空載或者過(guò)載，電路設(shè)計(jì)如圖5所示。
2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的軟件功能原理
在系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，作者完成了相應(yīng)的軟件程序設(shè)計(jì)，其程序流程圖如圖6所示。
在整個(gè)硬件系統(tǒng)上電后，首先進(jìn)行系統(tǒng)初始化，保證各硬件系統(tǒng)運(yùn)行正常。空載或者過(guò)載部分的程序編寫(xiě)可以有效減少因誤操作對(duì)系統(tǒng)的硬件造成的破壞，在這部分程序中，以容錯(cuò)技術(shù)為主，包括：空載報(bào)警提示、負(fù)載電壓過(guò)大報(bào)警。當(dāng)電流源沒(méi)有外接負(fù)載或者外接負(fù)載超過(guò)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的參數(shù)極限時(shí)，產(chǎn)生相應(yīng)中斷程序，調(diào)用聲光報(bào)警程序和液晶顯示程序，提示系統(tǒng)的操作者。
除此之外，程序流程圖中的按鍵掃描程序是重要組成部分，實(shí)現(xiàn)的相應(yīng)功能的子程序較多，其中實(shí)現(xiàn)的按鍵功能有加1鍵，減1鍵，退格鍵，取消鍵，確定鍵，保存鍵和基本的數(shù)字功能鍵。鍵碼的分析中涉及到鍵盤(pán)掃描和編碼技術(shù)，其中鍵盤(pán)掃描的方式一般有三種：主動(dòng)查詢方式、鍵盤(pán)中斷方式和定時(shí)中斷方式。鍵盤(pán)編碼的方式常見(jiàn)的有三種：特征編碼法、順序編碼法和反轉(zhuǎn)查表法。本次設(shè)計(jì)采用主動(dòng)查詢方式對(duì)鍵盤(pán)進(jìn)行掃描，采用反轉(zhuǎn)查表法對(duì)鍵盤(pán)編碼。
主程序示例。在主程序中，包括基本的頭文件和主函數(shù)，由于整體程序的復(fù)雜性，在本文中我們針對(duì)主要的功能函數(shù)進(jìn)行簡(jiǎn)單說(shuō)明
3 結(jié)語(yǔ)
該簡(jiǎn)易直流電子負(fù)載電流可以在100mA～1000mA范圍內(nèi)進(jìn)行設(shè)定，并且以10mA的步進(jìn)值，對(duì)輸出電流大小進(jìn)行微調(diào)，因而可實(shí)際應(yīng)用于檢測(cè)小功率恒流源的穩(wěn)定性。在恒流（CC）工作模式下，當(dāng)電子負(fù)載兩端電壓變化10V時(shí)，顯示電流值變化小于1%。電子負(fù)載還可以檢測(cè)被測(cè)電源的電壓與電流，達(dá)到設(shè)計(jì)要求。
作者在接下來(lái)的系統(tǒng)研究中，將進(jìn)一步通過(guò)提升硬件性能，改善硬件設(shè)計(jì)的合理性，提升軟件程序的運(yùn)行效率，提高電流的輸出精度，達(dá)到更穩(wěn)定的測(cè)試性能。
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