來(lái)源：《電子技術(shù)應(yīng)用》

摘要：在電池供電模式下，采有一種改進(jìn)的限流pfm升壓轉(zhuǎn)換器為微機(jī)器人提供驅(qū)動(dòng)電壓，既保持了傳統(tǒng)pfm的低靜態(tài)電流，又有很高的轉(zhuǎn)換效率。給出了確定pfm控制器的關(guān)鍵參數(shù)及選擇外部器件的方法，設(shè)計(jì)了完整的數(shù)模混合電路系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了管道內(nèi)微機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)控制。 關(guān)鍵詞：pfm 微機(jī)器人 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 近年來(lái)由于核工業(yè)、發(fā)電、化工等行業(yè)對(duì)細(xì)小管道維護(hù)的需要，管道內(nèi)微機(jī)器人的研究成為人們關(guān)注的熱點(diǎn)。這種管道的直徑一般為20～30mm。對(duì)于采用有垂直爬坡能力的管道內(nèi)微機(jī)器人，其控制器的設(shè)計(jì)要求是對(duì)電壓的幅度、頻率、占空比均可調(diào)。筆者設(shè)計(jì)的管道內(nèi)壁檢測(cè)微機(jī)器人控制器的輸入電壓為5v，輸出電壓為-70～+70v，頻率為1khz，占空比為25%（下坡）或75%（爬坡）。設(shè)計(jì)時(shí)要求電路要盡可能小、功耗盡可能低，以便能夠采用多芯片封裝技術(shù)集成到單一芯片上，并直接裝載在微機(jī)器人上。 根據(jù)以上要求，采用maxim公司低功耗的基于pfm的dc-dc升壓芯片、串行輸入dac、8引腳的mcu以及mosfet驅(qū)動(dòng)芯片組成數(shù)�；旌想娐�。 1 pfm升壓轉(zhuǎn)換器的原理 1.1 升壓轉(zhuǎn)換器 為了減小體積和重量，微機(jī)器人采用電池供電。為保證系統(tǒng)穩(wěn)定可靠地工作，需要一個(gè)穩(wěn)定的電源電壓。簡(jiǎn)單的三端線性穩(wěn)壓器無(wú)法滿足要求，只有采用升壓型開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器。 升壓型dc-dc轉(zhuǎn)換器的電路結(jié)構(gòu)原理如圖1所示。開(kāi)關(guān)k接通時(shí)電池b給電感l(wèi)充電，在l中以磁能的形式儲(chǔ)存能量，k斷開(kāi)后l中的磁能又以電能的形式釋放給濾波電容c2和負(fù)載r1。周期性的開(kāi)關(guān)操作使電池能量源源不斷的送入負(fù)載，而輸出電壓被轉(zhuǎn)換為： vout=vin/(1-δ) （1） 其中，δ為開(kāi)關(guān)占空比。控制電路監(jiān)測(cè)輸出電壓并控制占空經(jīng)，從而達(dá)到調(diào)節(jié)和穩(wěn)定輸出直流電壓的目的。 1.2 pfm控制器 常見(jiàn)的控制方式有pfm脈沖頻率調(diào)制和pwm脈沖寬度調(diào)制。前者具有較小的靜態(tài)電壓，輕載情況下效率較高，但絞波稍大；后者在重載時(shí)具有較高效率，噪聲小。而采用改進(jìn)的限流單穩(wěn)態(tài)時(shí)序pfm控制器則同時(shí)具有較小的靜態(tài)電流和重載時(shí)較高效率的優(yōu)點(diǎn)，故采用該種控制器來(lái)驅(qū)動(dòng)外部mosfet。限流單穩(wěn)態(tài)時(shí)序pfm控制器原理圖如圖2所示。它利用一個(gè)誤差比較器、電流檢測(cè)放大器、最小關(guān)斷單穩(wěn)態(tài)和最大開(kāi)啟單穩(wěn)態(tài)作為反饋和控制，消除了傳統(tǒng)門電路振蕩器引起的時(shí)間限制。 由圖1、圖2可知，當(dāng)輸出電壓降低時(shí)，誤差比較器設(shè)置電路開(kāi)啟外部mosfet（即開(kāi)關(guān)k），通過(guò)mosfet的電流增長(zhǎng)向電感l(wèi)存儲(chǔ)能量，當(dāng)電流檢測(cè)放大器或最大時(shí)間單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)后，mosfet關(guān)閉，輸入電流的中斷導(dǎo)致電感產(chǎn)生電壓尖峰，從而迫使電感的電流通過(guò)輸出二極管d到輸出濾波電容c2和負(fù)載。當(dāng)存儲(chǔ)的能量釋放時(shí)，電流下降，直到二極管關(guān)斷。通過(guò)二極管的電流大時(shí)，輸出濾波電容存儲(chǔ)能量，電流變小時(shí)再釋放能量，保持穩(wěn)定的輸出電壓。 由于電感和峰值開(kāi)關(guān)電流不獨(dú)立，無(wú)法直接計(jì)算，一般只能靠多次試驗(yàn)來(lái)估計(jì)。本文采用由darryl phillips提出引入ξ（xi）的方法，快速地推算關(guān)鍵參數(shù)及選擇外部器件。ξ（xi）是時(shí)間參數(shù)的比值，也就是沒(méi)有負(fù)載時(shí)的電流和電路滿負(fù)載時(shí)的電流下降時(shí)間之比。單穩(wěn)態(tài)時(shí)序pfm控制器最大頻率時(shí)有最大負(fù)載，而這受最小關(guān)斷時(shí)間限制。因此ξ（xi）由占空比和開(kāi)啟電壓以及最小關(guān)斷時(shí)間決定。實(shí)際上ξ（xi）只不過(guò)是一個(gè)參數(shù)，它保證峰值開(kāi)關(guān)電流和電感值的協(xié)調(diào)，從而達(dá)到所希望的輸出功率。原算法是基于pfm升壓回掃式轉(zhuǎn)換器的，加以改動(dòng)可用于本系統(tǒng)。 例如在本系統(tǒng)中：輸入電壓vin=5v，最大輸入電壓vin（max）=6v，最小輸入電壓vin（min）=2.5v，輸出電壓vout=70v，輸入電流