脉宽调制功率放大器SA03在电机控制中的应用

作者：中国兵器工业第203研究所 张亚师 来源：《国外电子元器件》 摘要：sa03是由美国apex公司生产的高性能脉宽调制功率放大器。文中介绍了sa03的基本特性和应用注意事项，给出了sa03的直流电机双环调速系统中的应用系统框图。 关键词：脉宽调制 滤波 旁路 控制 sa03 1 概述 脉宽调制功率放大器（pwm）通常工作在开、关状态，而且其功耗低、效率高、频带宽、线性好。在电机控制系统中，干摩擦是影响系统性能的一个主要因素，它一方面会造成系统静态误差，另一方面，在系统低速运行时还会引起跳动。在采用pwm控制时，电机一般处于微振状态，这样就起到了“动力润滑”的作用，从而减小了摩擦力矩以及静、动摩擦力矩之差，因此，该微振是避免产生低速跳动的重要途径，有利于提高整个系统的动态性能和低速运行时的平稳性。 sa03是由美国apex公司生产，由伟健电子有限公司代理的高性能脉宽调制功率放大器。它可为负载提供3000w功率。由于其内部自带45khz振荡器，因而不需要外部元件。时钟输入级可将内部振荡频率二分频，从而提供22.5khz的基准开关频率，也可以使用外部振荡器来降低开关频率或同步多个放大器。h桥的每半边都带有电流传感器，可用于给出幅值和方向信息。关断端可关掉h桥的输出驱动器。利用高压边电流限制和可设定的低压边电流限制，除了可防止负载短路之外，还可防止放大器与电源或地短路。通过直接检测基体温度可防止h桥输出mos场效应管过热。 sa03功能强大，使用一片sa03可取代原来大功率晶体管构成的功率模块形成整块pwm放大器印制板。sa03的外形和引脚排列如图1所示。 2 基本功能特性 图2是sa03的内部结构和外部基本连接电路。sa03的内部时钟频率大约是45khz，一般情况下，clk out引脚直接连接到clk in引脚。时钟进入lck in后被二分频并加到rc网络上，从而在-pwm/ramp引脚产生三角波。外部时钟信号可加在clk in引脚以同步多个放大器，如果频率低于45khz，可在-pwm/ramp端外加一个电容，以使该端电路和内部电容相并联。但选择该电容必须使得三角波振荡具有4v的峰-峰值，且低边幅值高于地电平3v以上。 在通过pwm输入比较器使用全桥驱动器时，如果+pwm>-pwm，那么，a out>b out。此时，产生pwm信号的运行控制处理器能够用参考于地的信号来驱动这些管脚。 sa03内含保护电路，因此，在任一输出脚对地短路或器件温度超限时，高压边限流电路都会将输出晶体管封锁，直到故障排除后再重新复位。 sa03有两个负载电流取样端i sense a和i sense b。采用电压型控制时，这两个端子应短接。而采用电流型控制时，这两个端子必须外接取样电阻，取样电阻应选用无感电阻，图2给出了这两个端子在电流控制时的取样电阻连接方法。 为sa03供电的电源应当有充裕的旁咱来保证其正确运作，否则可能不稳定并降低效率，而且在输出端可能会有过多的振荡。vs应当用至少1μf的陶瓷电容和另一个低esr的至少10μf的并联电容来旁路。开关应用是选择电容类型唯一要考虑的。旁路电容应当直接连到电源供电端。连线较长也将引起输出端过多的振荡。sa03对vcc电源旁路的要求虽然不是很荷刻，但最好用0.1μf～0.47μf的陶瓷电容进行旁路。 所有n沟道输出桥电路的高压边均可由自举电路和泵荷电路驱动。为了使电路产生无限的100%循环周期，每个半桥电路的低边必须预先设置在开状态。这就是说：如果在启动时输入给sa03的信号要求100%的周期循环，那么，输出可能未跟随命令且可能在三态状态。此时三角波必须在输入