摘要：為了實(shí)現(xiàn)水下自主式機(jī)器人的控制，設(shè)計(jì)了一種基于IPM模塊的舵機(jī)控制電路。該電路將舵機(jī)控制信號(hào)與舵機(jī)位置反饋信號(hào)比較獲得的直流偏置電壓信號(hào)作為脈寬調(diào)制芯片UC1637的輸入信號(hào)。UC1637根據(jù)輸入直流偏置電壓信號(hào)的變化輸出不同占空比的PWM信號(hào)驅(qū)動(dòng)IPM模塊內(nèi)部不同IGBT的通斷，從而實(shí)現(xiàn)舵機(jī)的控制。該電路將IPM模塊和脈寬調(diào)制芯片UC1637用于舵機(jī)控制，使該電路具有成本低廉和容易實(shí)現(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該控制電路運(yùn)行穩(wěn)定，控制精度高，有很強(qiáng)的應(yīng)用推廣價(jià)值。
關(guān)鍵詞：IPM模塊；舵機(jī)；脈寬調(diào)制；PWM

0 引言
    絕緣柵雙級(jí)型晶體管IGBT是一種由雙級(jí)型晶體管與MOSFET組和的器件，它既有MOSFET的柵極電壓控制快速開關(guān)特性，又具有雙級(jí)型晶體管大電流處理能力和低飽和壓降的特點(diǎn)。IPM模塊與IGBT模塊相比，具有如下特點(diǎn)：內(nèi)置驅(qū)動(dòng)電路、過(guò)流保護(hù)、短路保護(hù)、控制電源欠壓保護(hù)、過(guò)熱保護(hù)及外部輸出的警報(bào)。本文將日本三菱公司的IPM模塊PM25RLA120和美國(guó)TI公司的電機(jī)控制芯片UC1637用于電動(dòng)舵機(jī)控制。

1 設(shè)計(jì)原理
    舵機(jī)控制原理框圖如圖1所示。

    舵機(jī)是一種位置伺服的驅(qū)動(dòng)器，其工作原理是：控制信號(hào)與舵機(jī)位置反饋信號(hào)比較，獲得直流偏置電壓，偏置電壓進(jìn)入信號(hào)調(diào)制芯片產(chǎn)生一個(gè)比較電平，經(jīng)過(guò)PWM控制芯片UC1637后，輸出一定占空比的PWM信號(hào)，用來(lái)驅(qū)動(dòng)IPM電路中IGBT的通斷，從而實(shí)現(xiàn)電動(dòng)舵機(jī)位置的控制。

2 舵機(jī)控制系統(tǒng)電路
2．1 以UC1637為核心的控制電路
    UC1637是TI公司針對(duì)直流電機(jī)控制設(shè)計(jì)的芯片，該芯片用來(lái)代替通常的驅(qū)動(dòng)電路，內(nèi)含三角波發(fā)生器、誤差放大器、脈寬調(diào)制器、欠壓保護(hù)、過(guò)流保護(hù)電路，提高了電機(jī)控制電路的集成度和系統(tǒng)的可靠性。舵機(jī)控制電路接收控制計(jì)算機(jī)發(fā)送的操舵信號(hào)，與舵機(jī)反饋信號(hào)比較，校正放大處理后，與一定頻率幅值的三角波信號(hào)比較后的信號(hào)輸入U(xiǎn)C1637，在芯片內(nèi)產(chǎn)生一個(gè)模擬誤差電壓信號(hào)，輸出二路不同極性的PWM控制信號(hào)，達(dá)到控制舵機(jī)打出不同舵角的目的。UC1637控制電路如圖2所示，MC2為三角波輸出信號(hào)，M12為UC1637輸入控制信號(hào)，A02，B02為輸出控制信號(hào)，兩路控制信號(hào)經(jīng)過(guò)光電隔離后控制IPM模塊不同的回路的通斷控制舵機(jī)工作。

2．2 IPM模塊驅(qū)動(dòng)電路
    IPM模塊驅(qū)動(dòng)電路是IPM模塊內(nèi)部電路和控制電路間的接口。良好的外部驅(qū)動(dòng)電路對(duì)以IPM模塊構(gòu)成的系統(tǒng)運(yùn)行效率、可靠性和安全性都有重要意義。器件本身含有驅(qū)動(dòng)電路。所以只要提供滿足驅(qū)動(dòng)功率要求的PWM信號(hào)、驅(qū)動(dòng)電路電源和防止干擾的電氣隔離裝置即可。IPM模塊PM25RLA120的外圍驅(qū)動(dòng)電路如圖3所示。

    M25RLA120需要4路不共地的+15 V電源，M57140是三菱公司為其IPM系列產(chǎn)品專門配置的電壓轉(zhuǎn)換模塊，為IPM模塊提供4路不共地的+15 V電源。UC1637輸出的PWM控制信號(hào)A02，B02經(jīng)高速光耦HCPL-0466送到IPM模塊的輸入端，6路輸入信號(hào)的電路結(jié)構(gòu)均相同，這里控制的舵機(jī)為有要直流電機(jī)，因此圖中只畫出其中的4路輸入信號(hào)，高速光耦起到電氣隔離IPM與外部電路的作用。

3 結(jié)語(yǔ)
    實(shí)際運(yùn)行和調(diào)試結(jié)果表明，基于IPM模塊的舵機(jī)控制電路具有集成度高、響應(yīng)速度快、驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，極大地提高舵機(jī)控制電路的可靠性并縮小控制系統(tǒng)的體積，降低產(chǎn)品成本，有著良好的應(yīng)用前景。