為了讓學生們能夠熟悉H橋驅動的原理,圓夢小車設計時采用了分立元件構成,希望學生們在組裝調試過程中能有具體的感受。
通過一段時間的交流和反饋,感覺這樣做十分必要,其意義不止在于對H橋原理的把握,更重要的是對分析故障、解決問題能力的鍛煉。
圓夢小車一代所用的是直插式器件,焊接容易,所以沒有暴露出處理故障能力偏弱的問題。第二代使用了表貼器件,而且是MOS管,易損壞,一下暴露了的很多問題。
從交流情況看,多數學生遇到故障不會分析,實際上H橋所涉及的知識有限,應該說用中學物理中的電學知識即可應付,但現實似乎并非如此,是不是簡單到了無從下手?
為了輔助學生們提高這方面能力,想嘗試用問題加以引導。大學生們多是應試教育的產物,擅長解題,也許能夠通過對問題的解答學會分析故障的方法。
圓夢小車的H橋驅動電路如下:
圓夢小車所用電機參數如下:
電機額定電壓 —— 4.5V
空載電流 —— 85 – 95 mA
空載轉速 —— 9800 rpm +/- 10%
堵轉電流 —— 1100mA
堵轉力矩 —— 50g/cm (最大)
以下是圍繞圓夢小車二代的電機驅動部分提出問題:
問題一:
根據電機參數表,小車所用直流電機在額定電壓下的啟動電流是多少?等效電阻多大?
問題二:
根據電機參數表,小車所用直流電機在額定電壓下的空載電流是多少?等效電阻多大?
問題三:
調試步驟中要求在電流取樣電阻(RL7)的位置串入100歐姆電阻的目的是什么?根據電路分析其作用原理。
問題四:
根據電路分析,在串入100歐姆電阻(以下問題均為此狀態,不再贅述),使用測試程序控制電機,觀察正、反轉指示時,如插上電機,正、反轉指示燈能否亮?為什么?
問題五:
如不插電機,指示燈能正常指示電機控制信號,為什么?如果將串入的100歐姆電阻換為10k,會怎樣?
以下是借助所提供的PC測試程序和小車的電機工作指示燈做出初步判斷過程。
為了便于檢查問題,建議測試用PWM置為 250,即100% ,這樣測試電壓時反映的是真實的電壓,而 PWM 小于100% 時,輸出的不是連續的直流電壓,是方波。由于萬用表直流電壓測量的是平均值,對于方波信號不是很準確。
問題六:
發送正轉控制信號,正轉指示燈DL1亮,能否說明對應驅動管TL1、TL4就是好的?如果不能,能說明什么?
接著發送反轉控制信號,反轉指示燈DL2 也亮,則一切OK。如不亮,能說明什么?可否判斷出TL1 — TL4 哪個橋臂不正常?可否確定哪個橋臂沒有問題?
問題七:
發送正轉控制信號,正轉指示燈DL1不亮,能否說明對應驅動管TL1、TL4就是壞的?如果不能,為什么?
接著發送反轉控制信號,反轉指示燈DL2 亮,能說明什么?能否判斷哪個橋臂有問題?哪個橋臂沒有問題?
如DL2 也不亮?能得出什么結論?
問題八:
發送惰行控制信號,指示燈DL1或DL2仍然亮,能說明什么?
以上問題是根據指示燈做出初步判斷,出現故障后,要確定哪一個橋臂存在問題,需要借助萬用表檢查。(假設電池電壓BAT為5V)
注:所有電壓未做特殊說明,均指對地(即電池負極)的電壓,對應圖中Gnd1點。
問題九:
基于問題六故障現象(DL1亮、DL2 不亮),應該在正轉還是反轉狀態下測量?
正轉狀態下,MDL1、MDL2、MDL-I 三處的電壓分別應該是多少?實際是多少?
反轉轉狀態下,MDL1、MDL2、MDL-I 三處的電壓又分別應該是多少?實際是多少?
如果反轉狀態下,MDL-I的電壓大于1V,能說明什么?
此時發送惰行信號,MDL2的電壓接近5V,能說明什么?如果接近“0”,又能說明什么?
如果反轉狀態下,MDL1、MDL2、MDL-I的電壓接近“0”,能說明什么?
如果反轉狀態下,MDL1、MDL2的電壓接近5V,MDL-I的電壓接近“0”,能說明什么?
問題十:
基于問題七故障現象一(DL1不亮、DL2 亮),應該在正轉還是反轉狀態下測量?
正轉狀態下,MDL1、MDL2、MDL-I 三處的電壓分別應該是多少?實際是多少?
反轉轉狀態下,MDL1、MDL2、MDL-I 三處的電壓又分別應該是多少?實際是多少?
分析參照問題九。
問題十一:
基于問題七故障現象二(DL1、DL2均不亮)。
發送惰行命令,如果MDL1、MDL2電壓接近5V,說明什么?如果接近“0”V,又說明什么?
正轉狀態下,如果MDL-I 電壓大于1V,說明什么?此時如MDL1接近5V,說明什么?
反轉狀態下,如果MDL-I 電壓大于1V,說明什么?此時如MDL2接近5V,說明什么?
正轉狀態下,如果MDL-I 電壓接近0V,說明什么?此時如MDL2接近5V,說明什么?
反轉狀態下,如果MDL-I 電壓接近0V,說明什么?此時如MDL1接近5V,說明什么?
暫時提出這些,如需要會有所補充。
分析時,將 4 個橋臂三極管等效為開關,不必考慮其導通電阻,只有當測量時電壓不符合理想值時,再考慮導通電阻的影響。
期望能夠借助這些問題,將思路引入到電路的分析上,從而確定故障點,并從中學會分析的方法。
所謂分析,最常見的方式就是設問和假設,根據設問假設,按照假設推演,自然會發現其中的問題。