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开关稳压器降低电磁制动电机刹车功耗

发布时间:2020-06-07 16:28人气:

使传动轴转动。尽管这种刹车简单而可靠,但它需要大量释放离合器的能量,而保持激励状态需要的能量要少的多。

测量表明,额定24V直流电压的刹车需要最小18V的释放电压,而保持电压可低至8V。将这些数值代入公式PCOIL=V2/RCOIL表明,激励后,刹车只消耗不到开始释放时需要的功率的1/4。一般情况下,过高的释放能量转换为热能不会产生问题。但是,如果将刹车装在精密定位器的长传动轴上,如果传动螺钉受热膨胀,改变了装置的位置,则会造成不可接受的误差。

图1

解决这个问题的一种方法是为刹车加一个24V的短时直流激励电压,然后将保持电压降至12V。在此条件下,刹车只消耗初始功率的1/4,因而可以工作在合适的温度下。图1表示激励电压对刹车温度的影响。如预期那样,激励后降低电压可以显著减低刹车的温度,因此减小了对定位螺钉的影响。

图2

图2示出了一个降压方案,它采用继电器和一只功率电阻器,将施加在刹车上的电压减半。限流电阻RPower设定为等于刹车螺线管的电阻RBRAKE,但这会带来一些问题。首先,功率电阻器的散热功率必须与刹车螺线管线圈的相等。其次,继电器和功率电阻器会在印制电路板上占据相当大的空间。第三,很难找到R1C1延迟电路元件的适当值来实现数秒的延迟。

图3

图3是另一种方案,它采用激励器线圈的电感,并用一只IC代替继电器。刹车上不需要施加连续电压,加一个PWM(脉宽调制)电压效果与加一个直流保持电压相同,因为线圈的电感会整合电流脉冲。

一个开关稳压器就可以提供廉价而有效的PWM驱动电压。例如,美国国家半导体公司的LM2575可调稳压器IC1,它工作在7V~40V范围内,带有一个开/关控制输入,以及大电阻反馈输入,不过,也可以选用任何一种具有这两种特性的开关稳压器IC。电阻器R1和R2决定了保持电压(图4)。电容器C3将PWM信号在反馈输入端过滤为直流电压,并在地电位启动期间将反馈输入端保持数秒时间,迫使稳压器提供满程输入电压以激活刹车。当稳压器关断时,二极管D1使电容器快速放电,二极管D2对刹车激励线圈中产生的关断瞬变电压进行箝位,而二极管D3则保护IC1不受反向电压的影响。光耦IC2将刹车控制器与控制电路隔离开。

图4

在启动期间,稳压器24V的激励脉冲输出周期会在1秒~4秒间波动(图4)。所幸,这种波动不会影响电路的功能,但如果其它设备需要精密的定时激励脉冲,则可能会造成问题。启动后,稳压器提供一个12V的保持电压,将功率需求降低到启动值的1/4。该电路还有一个额外好处,它采用廉价的元件,在印制电路板上只占用数平方厘米的面积,而且无需两只机电继电器。PWM驱动电压的连线会辐射电噪声,除非电路很靠近刹车。当远距离安装时,应用屏蔽双绞线电缆,以尽量减少噪声辐射。

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