为了让学生们能够熟悉H桥驱动的原理,圆梦小车设计时采用了分立元件构成,希望学生们在组装调试过程中能有具体的感受。
通过一段时间的交流和反馈,感觉这样做十分必要,其意义不止在于对H桥原理的把握,更重要的是对分析故障、解决问题能力的锻炼。
圆梦小车一代所用的是直插式器件,焊接容易,所以没有暴露出处理故障能力偏弱的问题。第二代使用了表贴器件,而且是MOS管,易损坏,一下暴露了的很多问题。
从交流情况看,多数学生遇到故障不会分析,实际上H桥所涉及的知识有限,应该说用中学物理中的电学知识即可应付,但现实似乎并非如此,是不是简单到了无从下手?
为了辅助学生们提高这方面能力,想尝试用问题加以引导。大学生们多是应试教育的产物,擅长解题,也许能够通过对问题的解答学会分析故障的方法。
圆梦小车的H桥驱动电路如下:
圆梦小车所用电机参数如下:
电机额定电压 —— 4.5V
空载电流 —— 85 – 95 mA
空载转速 —— 9800 rpm +/- 10%
堵转电流 —— 1100mA
堵转力矩 —— 50g/cm (最大)
以下是围绕圆梦小车二代的电机驱动部分提出问题:
问题一:
根据电机参数表,小车所用直流电机在额定电压下的启动电流是多少?等效电阻多大?
问题二:
根据电机参数表,小车所用直流电机在额定电压下的空载电流是多少?等效电阻多大?
问题三:
调试步骤中要求在电流取样电阻(RL7)的位置串入100欧姆电阻的目的是什么?根据电路分析其作用原理。
问题四:
根据电路分析,在串入100欧姆电阻(以下问题均为此状态,不再赘述),使用测试程序控制电机,观察正、反转指示时,如插上电机,正、反转指示灯能否亮?为什么?
问题五:
如不插电机,指示灯能正常指示电机控制信号,为什么?如果将串入的100欧姆电阻换为10k,会怎样?
以下是借助所提供的PC测试程序和小车的电机工作指示灯做出初步判断过程。
为了便于检查问题,建议测试用PWM置为 250,即100% ,这样测试电压时反映的是真实的电压,而 PWM 小于100% 时,输出的不是连续的直流电压,是方波。由于万用表直流电压测量的是平均值,对于方波信号不是很准确。
问题六:
发送正转控制信号,正转指示灯DL1亮,能否说明对应驱动管TL1、TL4就是好的?如果不能,能说明什么?
接着发送反转控制信号,反转指示灯DL2 也亮,则一切OK。如不亮,能说明什么?可否判断出TL1 — TL4 哪个桥臂不正常?可否确定哪个桥臂没有问题?
问题七:
发送正转控制信号,正转指示灯DL1不亮,能否说明对应驱动管TL1、TL4就是坏的?如果不能,为什么?
接着发送反转控制信号,反转指示灯DL2 亮,能说明什么?能否判断哪个桥臂有问题?哪个桥臂没有问题?
如DL2 也不亮?能得出什么结论?
问题八:
发送惰行控制信号,指示灯DL1或DL2仍然亮,能说明什么?
以上问题是根据指示灯做出初步判断,出现故障后,要确定哪一个桥臂存在问题,需要借助万用表检查。(假设电池电压BAT为5V)
注:所有电压未做特殊说明,均指对地(即电池负极)的电压,对应图中Gnd1点。
问题九:
基于问题六故障现象(DL1亮、DL2 不亮),应该在正转还是反转状态下测量?
正转状态下,MDL1、MDL2、MDL-I 三处的电压分别应该是多少?实际是多少?
反转转状态下,MDL1、MDL2、MDL-I 三处的电压又分别应该是多少?实际是多少?
如果反转状态下,MDL-I的电压大于1V,能说明什么?
此时发送惰行信号,MDL2的电压接近5V,能说明什么?如果接近“0”,又能说明什么?
如果反转状态下,MDL1、MDL2、MDL-I的电压接近“0”,能说明什么?
如果反转状态下,MDL1、MDL2的电压接近5V,MDL-I的电压接近“0”,能说明什么?
问题十:
基于问题七故障现象一(DL1不亮、DL2 亮),应该在正转还是反转状态下测量?
正转状态下,MDL1、MDL2、MDL-I 三处的电压分别应该是多少?实际是多少?
反转转状态下,MDL1、MDL2、MDL-I 三处的电压又分别应该是多少?实际是多少?
分析参照问题九。
问题十一:
基于问题七故障现象二(DL1、DL2均不亮)。
发送惰行命令,如果MDL1、MDL2电压接近5V,说明什么?如果接近“0”V,又说明什么?
正转状态下,如果MDL-I 电压大于1V,说明什么?此时如MDL1接近5V,说明什么?
反转状态下,如果MDL-I 电压大于1V,说明什么?此时如MDL2接近5V,说明什么?
正转状态下,如果MDL-I 电压接近0V,说明什么?此时如MDL2接近5V,说明什么?
反转状态下,如果MDL-I 电压接近0V,说明什么?此时如MDL1接近5V,说明什么?
暂时提出这些,如需要会有所补充。
分析时,将 4 个桥臂三极管等效为开关,不必考虑其导通电阻,只有当测量时电压不符合理想值时,再考虑导通电阻的影响。
期望能够借助这些问题,将思路引入到电路的分析上,从而确定故障点,并从中学会分析的方法。
所谓分析,最常见的方式就是设问和假设,根据设问假设,按照假设推演,自然会发现其中的问题。