成本低廉
体积小，安装方便
26
1. 编码器（脉冲编码器）分类
脉 冲 编 码 器 的 分 类
增量式脉冲编码器
绝对式脉冲编码盘


光电式 接触式 电磁感应式 光电式 接触式 电磁感应式
27
1. 编码器（脉冲编码器）分类 光电编码器
原理：一种角度（角速度）检测装置，它将输入 给轴的角度量，利用光电转换原理转换成相应的 电脉冲或数字量，
23 4 5
1415 0 1 13 2 12 3 11 4 10 5 98 7 6 葛莱编码盘
43
二进制编码盘
（3）混合式光电编码器 高位为绝对式编码，低位为脉冲式编码
在解决初始零位的同时，降低成本
0 HA HB HC A B
44
60
120
180
240
300
360
4.4 无刷直流电动机的功率驱动电路
21
一、旋转变压器
22
一、旋转变压器 4. 旋转变压器的专用数字芯片

作用
将旋转变压器输出的模拟量信号转化为数字信号

型号：AD2S80A
23
AD2S80A内部结构图
24
AD2S80A连接图
25
二、编码器（脉冲编码器）
脉冲编码器是一种旋转式角位移检测装置， 能将机械转角变换成电脉冲。
易于与数字电路接口
B
5v 0v 5v 0v 90o
脉冲编码的输出信号
5v
0v 33
工作原理
U
90
A
B
鉴相：如光栅盘正转时 A相超前90o ，反转时B 相超前90o。
o 5v 0v 5v 0v 90o
脉冲编码的输出信号
5v
基准：另外还产生一脉 A相 冲Z，Z为基准脉冲， 或称零点脉冲，它是圆 B相 光栅盘，可以作为坐标 原点的信号。
输出
(a)
(b)
绝对式脉冲编码盘
37
1） 二进制数码
码盘上有许多同心圆环，称为码道，整个圆 盘又分为若干个等分的扇形区段，每一相同的扇 形区段的码道组成一个数码，着色的码道为“1”， 未着色的码道为“0”，内环码道为数码的高位。 在圆盘的同一半径方向的每个码道处，如图的 圆点所示，安装一个光电元件，光源装在圆盘的另 一侧，码盘转动，每一扇形区段的光信号通过光电 元件转换成数码脉冲信号。
检测信号为方波，只在 转子位置的某些特征点 产生跃变，经过简单的 逻辑变换就可以很方便 地产生绕组电流导通逻
HC 0 30 150 270 360 θ HB 0 θ HA 0 θ
辑信号（功率开关控制
信号） 单相通电方式位置信号
4
4.3 无刷直流电动机的位置传感器
4.3.1 方波运行用位置传感器
1. 开关式霍尔传感器 2. 红外光断续传感器
A C
两相全桥结构
三相半桥结构
47
4.4.2 全控型电力电子器件简介
常用的典型全控Leabharlann 器件IGBT单管及模块电力MOSFET
48
4.4.3 电力电子器件的驱动技术
1 应用电力电子器件系统组成 2 电力电子器件驱动电路概述 3 典型全控型器件的驱动电路
49
1. 应用电力电子器件系统组成
电力电子系统：由控制电路、驱动电路、保护电路 和以电力电子器件为核心的主电路组成。 在 主 电 路
ID R Uin Uout IC R1 E R R1 E R R1 E
a)
b)
c)
52
光耦合器的类型及接法
a) 普通型 b) 高速型 c) 高传输比型
（1） 电力电子器件驱动电路概述
分类
按照驱动信号的性质分，可分为电流驱动型和电压驱
动型。
驱动电路具体形式可为分立元件的，但目前的趋势是 采用专用集成驱动电路。
41
2） 葛莱码
42
3） 两种编码的可靠性的比较:
纯二进制码有一个缺点：相邻两个二进制数可能有多位二 进制码不同，当数码切换时有多个数位要进行切换，增大了误 读的机率。 葛莱码相邻两个二进制数码只有一个数位不同，因此两数切 换时只在一位进行，提高了读数的可靠性。
多位二进 码不同
6 1 7 0 15 8 14 9 1312 1110
双列直插式集成电路及将光耦隔离电路也集成在内的混 合集成电路。
为达到参数最佳配合，首选所用器件生产厂家专门开发
的集成驱动电路。
53
（2） 典型全控型器件的驱动电路
GTO
1) 电流驱动型器件的驱动电路
GTO的开通控制与普 通晶闸管相似。
uG O t
GTO关断控制需施加 负门极电流。 GTO驱动电路通常包括 开通驱动电路、关断驱 动电路和门极反偏电路 三部分，可分为脉冲变 压器耦合式和直接耦合 式两种类型。
控 控制电路 制 电
和控制电 路中附加 一些电路， 以保证电 力电子器 件和整个 系统正常 可靠运行
检测 电路
保护 电路
V1
L R
路
驱动 电路
V2
主电路
50
电气隔离 电力电子器件在实际应用中的系统组成
（1） 电力电子器件驱动电路概述
驱动电路——主电路与控制电路之间的接口
使电力电子器件工作在较理想的开关状态，缩短开、关时 间，减小开关损耗。 对装置的运行效率、可靠性和安全性都有重要的意义。 保护措施也往往设在驱动电路中，或通过驱动电路实现。
16
2）光电三极管

光敏三极管有两个PN结。与普通三极管相似，有电流增 益，灵敏度比光敏二极管高。多数光敏三极管的基极没有 引出线，只有正负（c、e）两个引脚，所以其外型与光敏 二极管相似，从外观上很难区别。
17
4.3.2 正弦波运行用位置传感器
输出连续的位置信号
一、旋转变压器
输出连续的位置角度的正弦信号
第四章 无刷直流电动机及其控制系统
内容提要

引言


有刷直流电动机的电磁关系
无刷直流电动机系统结构及原理
无刷直流电动机的位置传感器
无刷直流电动机系统的功率驱动电路
无刷直流电动机控制系统及应用
1
4.3 无刷直流电动机位置传感器
1、位置传感器的作用
通过检测磁极与定子各相绕组的轴线位置，控制电机定子绕 组的通电方向。 方波运行用位置传感器：特征点位置信号
14
2）光电三极管

光电三极管比具有相同有效面积的光电二极管的 光电流大几十至几百倍，但响应速度较二极管差。
工作原理 （1）光电转换 （2）电流放大

15
工作原理


光敏晶体管与一般晶体管很相似, 具有两个PN结, 只是它的 基区一边做得很大, 以扩大光的照射面积。 当光照射在集电结上时,就会在结附近产生电子-空穴对, 从 而形成光电流,相当于三极管的基极电流。由于基极电流的 增加, 因此集电极电流是光生电流的β 倍, 所以光敏晶体管 有放大作用。
绝对式脉冲编码器
增加 一位
达到6位
40
2） 葛莱码
葛莱码的特点是任意相邻的两个二进制数之
间只有一位是不同的，最末一个数与第一个数也
是如此，这样，就形成了循环，使整个循环里的 相邻数之间都遵循这一规律。要生成葛莱码，可 参考下图所示的方法。其中的行和列分别为三位 和二位葛莱码，结合可生成五位葛莱码。
38
绝对式脉冲编码器
二进制编码盘
图中二进制的数码 1100的位置就是从0 位算起的第12个角 度绝对坐标位置， 换算成角度是 （360/16）x12=270 的位置（编码盘分 为16个区段）。
6 1 7 0 15 8 14 9 1312 1110
23 4 5
(2)3 (2)2 (2)1 (2)0 39
13
工作原理
光


光照射在PN结上； 无光照时, 反向电阻很大, 反向电流很小（暗电流）。 光照射PN结时, 光子打在PN结附近, 使PN结附近产生光 生电子和空穴对。它们在PN结处的内电场作用下作定向 运动, 形成光电流。光的照度越大, 光电流越大。 光敏二极管在不受光照射时, 处于截止状态, 受光照射时, 处于导通状态。
4.3 无刷直流电动机的位置传感器
4.3.1 方波运行
2.红外光断续传感器
12
1）光电二极管

工作原理与电池相似，利用光子引起的电子跃迁将光信号 转变成电信号，光生电流与光强成正比。

光敏二极管的结构与一般二极管相似。 它装在透明玻璃外 壳中, 其PN结装在管的顶部, 可以直接受到光的照射。
将光敏二极管的PN 结 设置在透明管壳顶部 的正下方
6
3）霍尔元件
金属或半导体薄片置于磁场中，当有电流 流过时，在垂直于电流和磁场的方向上将产生 电动势，这种物理现象称为霍尔效应。
7
3）霍尔元件
霍尔元件的组成：由霍尔片、四根引线和壳体组成， 如下图示。
8
3）霍尔元件
几种典型结构
9
4）测量原理
罚担罚
10
5）产生位置信号的原理
开关式霍尔传感器
11
绝对式编码器实物照片
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绝对式脉冲编码盘的编码方法有：A图为二进制数码， B图为葛莱循环码
二进制编码盘 葛莱编码盘
6 1 7 0 15 8 14 9 1312 1110
23 4 5
(2)3 (2)2 (2)1 (2)0
1415 0 1 13 2 12 3 11 4 10 5 98 7 6
(2)3 (2)2 (2)1 (2)0
驱动电路的基本任务：
按控制目标的要求施加开通或关断的信号。 对半控型器件只需提供开通控制信号。 对全控型器件则既要提供开通控制信号，又要提供关断控 制信号。