如何实现高转矩伺服电机的应用设计

有时用市场上现成的高转矩伺服电机比建造更方便。设计这种伺服电机用于无线电控制应用，如为了得到中心位置希望脉冲为1.5ms宽。除去已有电路并用一个简单的线性电压控制替代是可能的；然而，选择“不破坏它”而用一个外部脉冲产生器替代。此结果是比预期的更错综复杂。

这些伺服电机的特性是它们要消耗大电流，除非处于“闲置”模式，即用输入脉冲选通低态。在本文特定应用中，是激励一个时序变速箱，1A的“非闲置”电流将不需要消耗12V电池。一个比较好的办法是只在需要变速时唤醒伺服电机。

可惜，简单地选通关断脉冲这种方法不是工作地很好，伺服电机的内部电路在最后脉冲之间势必会使轴端偏离中心位置，也许低占空比脉冲对保持伺服电机半唤醒是必须的。虽然情况如此，存在的噪声危险会造成偶然的开关转换。由于变速箱在每次变速之后需要操纵杆来返回中心位置，所以可靠的点火方法是关键，而最好的方案是在每次变速和返回之后完全禁止伺服电机，通过P沟道MOSFET理Q1去除其电源（见图1）。这种方案的另一个好处是能保持静态电流小于10mA。方向盘上变速开关激励的一对微开关具有信号滤波，并借助R1、C1、R2、C2和NAND门N1去抖动，N1之后是单稳N2。它们每次产生一个625ms宽的脉冲，此脉冲至少对600欠载的伺服是足够的。下一个单稳（N3）产生一个较长的脉冲（大约1.25S宽）。伺服电机可惜，简单地选通关断脉冲这种方法不是工作地很好，伺服电机的内部电路在最后脉冲之间势必会使轴端偏离中心位置，也许低占空比脉冲对保持伺服电机半唤醒是必须的。虽然情况如此，存在的噪声危险会造成偶然的开关转换。由于变速箱在每次变速之后需要操纵杆来返回中心位置，所以可靠的点火方法是关键，而最好的方案是在每次变速和返回之后完全禁止伺服电机，通过P沟道MOSFET理Q1去除其电源（见图1）。这种方案的另一个好处是能保持静态电流小于10mA。方向盘上变速开关激励的一对微开关具有信号滤波，并借助R1、C1、R2、C2和NAND门N1去抖动，N1之后是单稳N2。它们每次产生一个625ms宽的脉冲，此脉冲至少对600欠载的伺服是足够的。下一个单稳（N3）产生一个较长的脉冲（大约1.25S宽）。伺服电机在整个周期处于激励，因此，有625ms时间使其返回到中心位置。注意，脉冲以及加到伺服电机的电源选通开和关。

脉冲本身来自由双运放N5等构成的产生器—调制器。其中N5a是方波产生器（频率200Hz），能保证在首次上电时能启动。其输出由R17、R18、C14变换为良好的三角波。N5b做为比较器，其参考电平由R19、R20设置。电容器C15做为滤波器，用于防止伺服电机干扰电路所引起的噪声。对于变速杆中心位置，由R19、R20确定1.5ms脉宽，但对于变速杆“向下”脉宽2.2ms和“向上”脉宽0.8ms，电阻器R21、R20可使参考电平向上或向下移动，得到所希望的脉宽调制。

由于伺服电机需要+6V电源，（能提供至少2A峰值冲击电流），所以需要相当大的稳压器，在此选用KA317T（N6），还包括低阻抗电容器C17。数字部分采用HCT器件，所以Vd轨由D5降到大约5.4V。保护器件F1Z1以及二极管D6、D7防止电池反向连接时的意外事故。

此电路也可用于工业和按比例缩小的应用中。若采用更小的伺服电机和不关注无功电流，则可简化电路，甚至简化到只用产生器—调制器。简单的“down”和“up”命令可直接从微开关引到R21、R22，去掉逻辑和单稳电路。另外可能性是在0V/6V轨之间连接一个控制杆电位器，并通过限制电阻器（大于200K）连接电位器游标到C15。用R20可以微调脉宽。