【正文】 系統(tǒng)設(shè)計的主功率電路經(jīng)試驗表面，遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)越于 MC33035 內(nèi)部集成的驅(qū)動電路。則為開環(huán)速度控制 , 此時放大器被接成增益為 1 的電壓跟隨器 。管腳 9 的輸入電壓為過流檢測比較器的正相輸入端 . 這樣 , 通過選擇合適的 6R 、 7R （阻值盡量 大）的值 , 并滿足以上關(guān)系 , 便能起到很好的過流保護作用。當(dāng)制動輸入 (管腳 23)接高電位時，實施制動。包含了內(nèi)置上拉電阻以使所需的外部器件最少。 15 電流檢測反向輸入 對應(yīng)內(nèi)部 100mV 門限電壓的參考管腳。 帶電流檢測參考的引腳 圖 38 閉環(huán)控制系統(tǒng)框圖 MC33035 無刷直流電動機控制器集成電路簡介 MC33035 是美國安森美半導(dǎo)體公司的高性能第二代單片無刷直流電動機控制器，包含實現(xiàn)一個全性能三相或四相電動機開環(huán)控制系統(tǒng)所需的全部功能。 a) 分立元件驅(qū)動電路 b) 專用驅(qū)動集成芯片 圖 36 MOSFET 專用驅(qū)動集成芯片 天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué) 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 （論文） 17 LO1C O M2V C C3NC4VS5VB6HO7NC8V+9H I N10SD11L I N12V13NC14U?I R 21 10D 1 1C3+ 12C1C2+ 12R1R2AABATQ1Q4D2 D4D1 D3A T 1A B 1+ 24 圖 37 換向電路的一個橋臂及其驅(qū)動電路 逆變電路中其中一個半橋結(jié)構(gòu)原理圖如圖 37 所示，由 2 個功能模塊組成。如果在很寬的占空比范圍內(nèi)工作時，應(yīng)用技術(shù)復(fù)雜 。加速驅(qū)動電路有以下幾種方式： （圖 33 中的 D 元件）； PNP 關(guān)斷電路； 3. NPN 關(guān)斷電路； 4. NMOS 關(guān)斷電路。直接驅(qū)動分為 TTL驅(qū)動、互補輸出驅(qū)動和 CMOS 驅(qū)動三種方式 。如果器件用作開關(guān)運行，驅(qū)動電路具有供出大的瞬態(tài)電流的能力，這將減小處于線性區(qū)的時間，因而減小開關(guān)損耗。首先逆變器的開關(guān)頻率很高，功率開關(guān)元件不宜采用晶閘管，而雙極型大功率晶體管雖然在大電流導(dǎo)通時其導(dǎo)通電阻很小，但卻要求較大的驅(qū)動功率，其開關(guān)速度也要比 MOSFET、 IGBT 低。 天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué) 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 （論文） 9 小 結(jié) 本章主要講述了直流無刷電動的基本構(gòu)成，同時闡述了直流無刷電機的基本工作原理以及電機的所具有的運行特性。自 20世紀(jì) 90年代以來，隨著人們生活水平的提高和現(xiàn)代化生產(chǎn)、辦公自動化的發(fā)展，家用電器、工業(yè)機器人等設(shè)備都越來越趨向于高效率化、小型化及高智能化。無刷直流電動機的這種工作方式叫兩相導(dǎo)通星型三相六狀態(tài)，這是無刷直流電動機最常用的一種工作方式。這種方法雖然計算稍顯復(fù)雜，但是其優(yōu)點也很顯著，其誤差小、調(diào)速范圍廣，是一種比較理想的檢測方法，在當(dāng)時國 外已經(jīng)開始應(yīng)用于實踐和應(yīng)用中。在各種驅(qū)動裝置和伺服系統(tǒng)中都廣泛使用直流電機，但是直流電機的換向器和電刷是電機更好發(fā)展的一個阻礙。在課題的最后階段對直流無刷電機系統(tǒng)控制效果專門 進(jìn)行了實驗數(shù)據(jù)分析，并且對總體的設(shè)計過程做出了總結(jié)。與此同時，人們又把對直流無刷電機研究的方向轉(zhuǎn)移到電子換向與智能控制這兩個方面，以求降低產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩波動。 在次期間，轉(zhuǎn)子始終受到順時針方向的電磁轉(zhuǎn)矩作用，沿順時針方向連續(xù)旋轉(zhuǎn)。 工作特性 電樞電流與輸出轉(zhuǎn)矩的關(guān)系、效率輸出轉(zhuǎn)矩的關(guān)系如圖 26所示 。 （ 1）轉(zhuǎn)矩脈動控制。 主電路的設(shè)計 主電路主要由逆變電路構(gòu)成，與電動機的聯(lián)結(jié)關(guān)系如圖 32 所示，圖中直流無刷電機額定功率為 50W，電樞繞組 Y 連接。 根據(jù)以上綜合考慮，一般選擇柵源電壓為 1018V，本文取 15V。 ，功率管極間電容越大，所需電流越大，即帶負(fù)載能力越大。對于常用的 N 溝道器件，大的放電電流可以通過低輸出阻抗驅(qū)動器或負(fù)的驅(qū)動電壓而得到。采用脈沖變壓器隔離驅(qū)動，電路結(jié)構(gòu)簡單，成本適中 .但其應(yīng)用在許多方面受到限制。該方法簡單，價格便宜，但占空比和開啟時間受自舉電容刷新時間的限制，要求控制信號開關(guān)頻率在幾十赫茲以上，而且自舉電容的值必須十分精確。外環(huán)是速度環(huán) , 內(nèi)環(huán)是電流環(huán) , 均采用 P I 控制 , 以消除靜差。 完全可訪問的誤差放大器，用于閉環(huán)伺服應(yīng)用 12 誤差放大器反向輸入 在開環(huán)應(yīng)用情況下，此輸入通常連接到誤差放大器輸出。 23 制動輸入 輸入為邏輯低時允許電機轉(zhuǎn)動；為邏輯高時電機不允許工作，如是在工作時則立即減速。A 電源電流將會啟動頂部和底部驅(qū)動輸出時序。事實上 , 由分壓關(guān)系可得 : 式中 , maxI 為 電機最大允許電流（設(shè)為 10A） 。可取定時元件 R 為 1MΩ , C 為 750PF。所以，在控制器輸出的驅(qū)動信號與驅(qū)動芯片之間需 要電平翻轉(zhuǎn)，我們采用非門電路 CD4069 來實現(xiàn)。系統(tǒng)是通過改變控制信號的脈沖寬度來調(diào)節(jié)電機繞組上的電流大小，從而實現(xiàn)對速度的控制。此時放大器增益為 10。 R5120R633R7C1下橋臂公共端M C 33 03 5 15 腳M C 33 03 5 9 腳 圖 311 電流檢測電路 速度閉環(huán)設(shè)計 MC33039 是專為無刷直流電動機閉環(huán)速度控制設(shè)計的集成電路。內(nèi)置的 40k? 上拉電阻保證在開路或斷開的情況下實施制動，簡化了與系統(tǒng)安全開關(guān)的接口，圖 20顯示的是換向邏輯真值表。 /l20176。 17 VCC 此管腳為控制 IC 的正電源。／ 300 186。典型的電 動機控制功能包括開環(huán)速度、正向或反向、運行使能以及能耗制動。驅(qū)動控制芯片采用 IR2110 本身具備自具功能，所以上橋驅(qū)動信號不需要隔離。利用電平控制 MOSFET 的開啟，當(dāng) MOSFET被開啟后，以充電泵驅(qū)動?xùn)艠O來產(chǎn)生過干線電壓。在有些應(yīng)用場合，需要功率 MOSFET 用作高壓側(cè)開關(guān)，漏極接到高壓干線，負(fù)載或功率器件接在源極，如圖 12 所示。在這種電路中，晶體管是作為射極跟隨器工作的，不會出現(xiàn)飽和，因而不影響功率 MOSFET 的開關(guān)頻率。在功率 MOSFET 的應(yīng)用中，經(jīng)常是上下橋臂串聯(lián)，同一橋臂上的另一個器件的漏極或源極施加一個階躍電壓，此電壓經(jīng)柵漏電容藕合到柵極上，該電壓可以大到使 下常工作在關(guān)斷狀態(tài)時的功率 MOSFET誤導(dǎo)通，或使正常工作在導(dǎo)通狀態(tài)的功率 MOSFET 誤關(guān)斷。相同面積芯片制作的 IGBT，其最大輸出電流可比 MOSFET 的輸出電流增加兩倍以上。各個電路之間的連接關(guān)系以及能量和信號的傳輸方向如圖 31 所示 。 無刷直流電機轉(zhuǎn)子采用永久磁鐵，其產(chǎn)生的氣隙磁通保持為常值，因而特別適用于恒轉(zhuǎn)矩運行；對于恒功率運行，無刷直流電機雖然不能直接改變磁通實現(xiàn)弱磁控制，但通過控制方法的改進(jìn)也可以獲得弱磁控制的效果。 理論上，只要保證三個位置傳感器在空間上互差 120度，開關(guān)管的換流時刻總是可以推算出來的。再后來，人們把無刷直流 電機應(yīng)用在電子精密設(shè)備、工業(yè)自動化設(shè)備及汽車設(shè)備均取得了巨大的成果。 通過這些年的研究和探索，隨著電子技術(shù)的進(jìn)步和新型材料的出現(xiàn)，無刷直流電動機終于問世了。 本課題主要是根據(jù)直流無刷 專用控制器 MC33035 與 MC33039 相結(jié)合，通過融合電路設(shè)計速度閉環(huán)電路的控制系統(tǒng)。 MC33035 和 MC33039 配合使用，可簡單有效地用于速度閉環(huán)控制器中，具有以下特點： 工作性能穩(wěn)定平衡、保護功能完善、構(gòu)成的系統(tǒng)所需外圍電路簡潔明朗、抗干擾 能力較強等。 天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué) 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 （論文） 4 當(dāng)轉(zhuǎn)子在空間轉(zhuǎn)過 60 電角度， 到達(dá)圖 b 所示位置時，轉(zhuǎn)子位置傳感器輸出的信號經(jīng)控制電路邏輯變換后驅(qū)動逆變器，使 T T2 導(dǎo)通， A、 C 兩相繞組通電，電流從電源的正極流出，經(jīng) T1 流入 A 相繞組，再從 C 相繞組流出，經(jīng) T2 回到電源負(fù)極。 調(diào)節(jié)特性 無刷直流電動機的調(diào)節(jié)特性如圖 25所示。 2 定子三次諧波檢測法。位置信號的檢測在本系統(tǒng)中主要實現(xiàn)兩個功能，一是檢測轉(zhuǎn)子位置，為控制單元提供準(zhǔn)確的位置信號，實現(xiàn)開關(guān)管的正確換相；此外它還起到轉(zhuǎn)速測量的作用，根據(jù)轉(zhuǎn)子每換相一次轉(zhuǎn)過固定的電角度，和電機轉(zhuǎn)子磁極對數(shù)，系統(tǒng)利用 F/V 變換器，把轉(zhuǎn)子的位置信號轉(zhuǎn)換成電壓信號，轉(zhuǎn)速越快，電壓越大。柵源電壓不能過高的另一個原因是 :隨著柵源電壓的升高，功 率 MOSFET 開通關(guān)斷的充放電的時間就會加長，開關(guān)速度就會降低。 天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué) 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 （論文） 13 。但是這種隔離方式由于需要獨立電源而電路較復(fù)雜，且由于高速光電藕合器的價格使驅(qū)動回路的成本較高。但每個高壓側(cè) MOSFET 需要一個隔離電源，電路成本較高，同時需要將以地為參考點的信號進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換，電平轉(zhuǎn)換器必須承受全部電壓，要求低功耗快速開關(guān)。通過自舉二極管 D 向自舉電容 C 充電，功率 MOSFET 驅(qū)動電路研究 C 就成為驅(qū)動器的浮動電源。 天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué) 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 （論文） 18 表 31 三相六步換向表真值表 001101101100101100100110110010110010010011011010011001010110101010011100001011110001101010100101011100110001正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)SA SB SC AT ABCTBT BB CB霍爾位置 上橋臂 下橋臂信號輸入 信號輸出 以電機驅(qū)動芯片 MC33039 作為功率變換元件 , 采用三相全橋驅(qū)動。 10到 30 伏寬工作電壓 9 電流檢測同向輸入 在一個給定的振蕩器周期中，一個相對于管腳 15 為 100mV 的信號終止輸出開關(guān)導(dǎo)通。選擇 此管腳的電氣狀態(tài)決定控制電路工作在60176。當(dāng)輸入改變了狀態(tài)，一個指定的傳感器輸入編碼從高電平變?yōu)榈碗娖?(例如 100)，具相同字母標(biāo)識的可用頂部和底部驅(qū)動輸出將互相轉(zhuǎn)換 (AT 變 AB， BT 變 BB， CT變 CB)。因為比較器的正相輸入端連接在 MC33035 的管腳 9 內(nèi)部 , 因此該比較器的反相輸入端可為芯片內(nèi)部提供 100 mV 的標(biāo)準(zhǔn)電壓。本設(shè)計是按電動機的最高轉(zhuǎn)速來選擇定時元件。 SA4SB5SC6F W D / R E V3E R A +11E R A 12I S E N9B R A K E23OE7GND15O S C10AB21BB20CB19AT2BT1CT24VC18VDD17F A U L T14R E F8E R / P W M13D R V G N D16NC22U1M C 33 03 5R1 R2R4R 1812D S 1V C C 2 4vR 10R 11R 12R 13R 14R 15R調(diào)速控制啟?？刂普崔D(zhuǎn)控制堵轉(zhuǎn)保護復(fù)位D3R 20霍爾信號輸入上橋臂輸出信號下橋臂輸出信號C 11C2 圖 315 開環(huán)控制電路 Q1 Q2 Q3Q4 Q5 Q6D2 D6 D 10D4D1 D3D8D5 D7 D9 D 11D 1224VABCA T 1 B T 1 C T 1A B 1 B B 1 C B 1LO1C O M2V C C3NC4VS5VB6HO7NC8V+9H I N10SD11L I N12V13NC14U1I R 2110D 1 1C 3 1+ 12C 1 1C 2 1+ 12R 1 1R 2 1ABATA T 1A B 1LO1C O M2V C C3NC4VS5VB6HO7NC8V+9H I N10SD11L I N12V13NC14U2I R 2110D 1 2C 3 2C 1 2C 2 2+ 12R 1 2R 2 2BBBTB T 1B B 1LO1C O M2V C C3NC4VS5VB6HO7NC8V+9H I N10SD11L I N12V13NC14U3I R 2110D 1 3C 3 3C 1 3C 2 3+ 12