【文章內(nèi)容簡介】 T1從左至右穿過電機(jī)，然后再經(jīng)VT4回到電源負(fù)極。按圖中電流箭頭所示，驅(qū)動電機(jī)按特定方向轉(zhuǎn)動（黑色箭頭指向為電流流過的方向）。該流向的電流將驅(qū)動電機(jī)順時針轉(zhuǎn)動。當(dāng)VT1和VT4關(guān)斷時，電機(jī)保持轉(zhuǎn)動，便成了發(fā)電機(jī)。電流從二極管VD4經(jīng)過直流電機(jī)流向VD1。因此二極管是續(xù)流二極管。圖36 H橋電路驅(qū)動電機(jī)逆時針轉(zhuǎn)動圖35 H橋電路驅(qū)動電機(jī)順時針轉(zhuǎn)動同理，當(dāng)IGBT VT3和VT2導(dǎo)通時，如圖36所示，電流就從電源正極經(jīng)VT1從右至左穿過電機(jī)，然后再經(jīng)VT4回到電源負(fù)極。從而驅(qū)動電機(jī)沿另一方向轉(zhuǎn)動（黑色箭頭指向為電流流過的方向）。因此可以通過控制IGBT的通斷來改變電機(jī)的轉(zhuǎn)向。電流從二極管VD2經(jīng)過直流電機(jī)流向VD3。驅(qū)動電機(jī)時，保證H橋上兩個同側(cè)的三極管不會同時導(dǎo)通非常重要。如果IGBT VT1和VT2同時導(dǎo)通，那么電流就會從正極穿過兩個三極管直接回到負(fù)極。此時，電路中除了兩個IGBT VT1和VT2外沒有其他任何負(fù)載，因此電路上的電流就可能達(dá)到最大值（該電流僅受電源性能限制），甚至燒壞三極管，造成極大損失。所以在設(shè)計時應(yīng)保證同側(cè)IGBT的控制信號不能同時為“1”。 主電路的驅(qū)動 電機(jī)的總體驅(qū)動電路如圖37所示。圖中，4個IGBT VT1～VT4,四個快速恢復(fù)二極管VD1～VD4組成了一個典型的H橋電路。電路中還有兩個電機(jī)驅(qū)動芯片IR2110，下面對圖37 總體驅(qū)動電路這個芯片做簡要介紹。IR2110是一種高壓高速功率MOSFET驅(qū)動器，有獨立的高端和低端輸出驅(qū)動通道，圖38為其引腳圖。它包括輸入/輸出邏輯電路、電平移位電路、輸出驅(qū)動電路欠壓保護(hù)和自舉電路等部分。圖38 IR2110引腳圖引腳功能分別是：LO（引腳 1）:低端輸出 COM（引腳 2）:公共端 Vcc（引腳 3）:低端固定電源電壓 Nc（引腳 4）: 空端 Vs（引腳 5）:高端浮置電源偏移電壓 VB (引腳 6):高端浮置電源電壓 HO（引腳 7）:高端輸出 Nc（引腳 8）: 空端 VDD（引腳 9）:邏輯電源電壓 HIN（引腳 10）: 邏輯高端輸入 SD（引腳 11）:關(guān)斷 LIN（引腳 12）:邏輯低端輸入 Vss（引腳 13）:邏輯電路地電位端，其值可以為 0V Nc（引腳 14）:空端 IR2110 的特點： （1）具有獨立的低端和高端輸入通道。 （2）懸浮電源采用自舉電路，其高端工作電壓可達(dá) 500V。（3）輸出的電源端（腳 3）的電壓范圍為 10—20V。（4）邏輯電源的輸入范圍（腳 9）5—15V，可方便的與 TTL，CMOS 電平相匹配，而且邏輯電源地和功率電源地之間允許有 V 的便移量。（5）工作頻率高，可達(dá) 500KHz。 （6）開通、關(guān)斷延遲小，分別為 120ns 和 94ns。 （7）圖騰柱輸出峰值電流 2A。 IR2110的一大特點是采用了自舉技術(shù)，它的內(nèi)部為自舉操作設(shè)計了懸浮電源。同一集成電路可同時輸出兩個驅(qū)動信號給逆變橋中的上、下晶體管。懸浮電源保證了IR2110直接可用于母線電壓為4V至+500V的系統(tǒng)中來驅(qū)動功率管MOSFET或IGBT。同時器件本身容許驅(qū)動信號電壓上升率達(dá)到177。50V/ms，故保證了芯片自身整形功能，實現(xiàn)了不論其輸入信號前后沿陡度如何，都可以保證加到被驅(qū)動的MOSFET或IGBT柵極上的驅(qū)動信號前后沿很陡，因此可以極大的減少被驅(qū)動功率器件的開關(guān)時間，降低開關(guān)損耗。圖39 IR2110 內(nèi)部功能圖IR2110 的工作原理:IR2110 內(nèi)部功能如圖39 所示：由三部分組成：邏輯輸入；電平平移及輸出保護(hù)。如上所述IR2110的特點，可以為裝置的設(shè)計帶來許多方便。尤其是高端懸浮自舉電源的設(shè)計，可以大大減少驅(qū)動電源的數(shù)目，即一組電源即可實現(xiàn)對上下端的控制。高端側(cè)懸浮驅(qū)動的自舉原理：IR2110驅(qū)動半橋的電路如圖所示，其中C1，VD1分別為自舉電容和自舉二極管，C2為VCC的濾波電容。圖310 HIN為高電平假定在S1關(guān)斷期間C1已經(jīng)充到足夠的電壓（VC1 VCC）。 當(dāng)HIN為高電平時如圖310：VM1開通，VM2關(guān)斷，VC1加到S1的柵極和源極之間，C1通過VM1，Rg1和柵極和源極形成回路放電，這時C1就相當(dāng)于一個電壓源，從而使S1導(dǎo)通。由于LIN與HIN是一對互補(bǔ)輸入信號，所以此時LIN為低電平，VM3關(guān)斷，VM4導(dǎo)通，這時聚集在S2柵極和源極的電荷在芯片內(nèi)部通過Rg2迅速對地放電，由于死區(qū)時間影響使S2在S1開通之前迅速關(guān)斷。圖311 HIN為低電平時如當(dāng)HIN為低電平時如圖311： VM1關(guān)斷，VM2導(dǎo)通，這時聚集在S1柵極和源極的電荷在芯片內(nèi)部通過Rg1迅速放電使S1關(guān)斷。經(jīng)過短暫的死區(qū)時間LIN為高電平，VM3導(dǎo)通，VM4關(guān)斷使VCC經(jīng)過Rg2和S2的柵極和源極形成回路，使S2開通。在此同時VCC經(jīng)自舉二極管，C1和S2形成回路，對C1進(jìn)行充電，迅速為C1補(bǔ)充能量，如此循環(huán)反復(fù)。根據(jù)圖37我們可以看到電路圖兩邊的電路是對稱的，因此我們只需分析一邊的電路就能將整個電路讀懂。兩個PWM控制信號經(jīng)單片機(jī)輸出以后分別連向兩邊的光耦合器。因為連接了一個非門，同一側(cè)的光耦輸入端信號是正好相反的。這樣可以避免H橋同側(cè)的IGBT管同時導(dǎo)通。當(dāng)沒有脈沖信號時，光耦的輸出端由于上拉電阻作用使電平升高，再經(jīng)反相器的作用使得進(jìn)入IR2110的信號輸入端的電平為低電平，這樣保證沒有信號時，H橋的上下晶體管是保持關(guān)斷的。當(dāng)光耦的輸入端有信號輸入時，光耦中的發(fā)光二極管發(fā)光，照在受光器上，受光器接受光線后導(dǎo)通，從而形成了鉗位電路。光耦輸出端因為鉗位電路使得電平為低電平，經(jīng)反相器作用后變成高電平，傳入IR2110 的信號輸入端。圖中D1和C3分別為二極管和自舉電容, C2為Vcc的濾波電容。與IR2110供電電源連接的二極管D1,為了防止自舉電容兩端的放電,二極管要選用高頻的快恢復(fù)二極管,此電路選用FR107,它的最大反向恢復(fù)時間為500ns,最大反向耐壓1 000V。由于IGBT是電壓控制器件，輸入阻抗高，為防止靜電感應(yīng)損壞管子，在IGBT的門極和與發(fā)射極之間并聯(lián)150KΩ的電阻。門極回路串聯(lián)22Ω電阻，是為了防止門極回路產(chǎn)生振蕩。圖312 控制電路簡化圖如果不考慮驅(qū)動電路的電流、電壓轉(zhuǎn)換電路，只分析邏輯數(shù)字信號的變化，可以將整個驅(qū)動電路簡化為圖312。由此我們將PWM控制信號與驅(qū)動電路的關(guān)系的分析進(jìn)行簡化。我們通過編寫程序控制單片機(jī)，讓單片機(jī)執(zhí)行相應(yīng)的指令來控制指定的PWM1和PWM2信號,如圖 所示，當(dāng)PWM2保持為高電平時，VT2管保持導(dǎo)通，而VT1管保持關(guān)斷。 同時PWM1為控制信號，表現(xiàn)為高低電平周期性地交替，VT3和VT4管交替導(dǎo)通。這樣就有從右到左的電流流過電動機(jī)，電動機(jī)將順時針轉(zhuǎn)動；在這個過程中，當(dāng)按下加速或減速的按鍵時，單片機(jī)將會根據(jù)程序指令調(diào)整PWM占空比，即控制PWM1高低電平的時間寬度，進(jìn)一步控制VT1管的間斷導(dǎo)通時間，VT1管導(dǎo)通時間越長，電機(jī)轉(zhuǎn)速增大，VT1管導(dǎo)通時間越短，電機(jī)轉(zhuǎn)速減小。反之也成立，當(dāng)PWM1保持為高電平時，VT4管保持導(dǎo)通,VT3管保持關(guān)斷。同時PWM2為控制信號，表現(xiàn)為高低電平周期性地交替，VT3和VT4管交替導(dǎo)通。這樣就有從左到右的電流流過電動機(jī)，電動機(jī)將順時針轉(zhuǎn)動；在這個過程中，當(dāng)按下加速或減速的按鍵時，單片機(jī)將會根據(jù)程序指令調(diào)整PWM占空比，即控制PWM1高低電平的時間寬度，進(jìn)一步控制VT4管的間斷導(dǎo)通時間，VT4管導(dǎo)通時間越長，電機(jī)轉(zhuǎn)速增大，VT4管導(dǎo)通時間越短，電機(jī)轉(zhuǎn)速小。這樣就可以控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)、加速減速、啟動停止。PWM控制信號與四個IGBT VT1～VT4的導(dǎo)通關(guān)系可一用波形圖表示出來。其中4個IGBT的導(dǎo)通用“1”表示，關(guān)斷用“0”表示。PWM控制信號的占空比均按50%畫波形圖。波形圖如圖313 所示。順時針轉(zhuǎn)動逆時針轉(zhuǎn)動圖313 信號關(guān)系波形圖4 主要器件說明 主控芯片STC 89C52 介紹在常用的89系列的單片機(jī)中， 51系列只有4K字節(jié)的在系統(tǒng)可編程Flash存儲器，128字節(jié)RAM ,而增強(qiáng)型的STC89C52具有8K字節(jié)在系統(tǒng)可編程Flash存儲器（ISP），有256字節(jié)RAM，這使得STC89C52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供靈活、有效的解決方案。圖41 STC 89C52 DIP40封裝STC89C52是一種低功耗、高性能CMOS 8位微控制器，操作方便，引腳也充足，而且STC89C52支持ISP串口下載，而ISP串口下載硬件比較便宜，因此本設(shè)計選用了STC89C52作為主控模塊的芯片，芯片DIP封裝如圖41所示。 STC89C52主要功能特性如下： (大于1000次）Flash ROM； ； ； ； ； ，可編程UART串行通道； ，共8個中斷源； ，3級加密位； ，軟件設(shè)置睡眠和喚醒功能； 、PQFP、TQFP及PLCC等幾種封裝形式。我們通過編寫程序來控制單片機(jī)執(zhí)行相應(yīng)的指令，從而實現(xiàn)對指定電路的控制。STC 89C52編程前，要設(shè)置好地址、數(shù)據(jù)及控制信號， 編程方法如下： 1． 在地址線上加上要編程單元的地址信號。 2． 在數(shù)據(jù)線上加上要寫入的數(shù)據(jù)字節(jié)。 3． 激活相應(yīng)的控制信號。 4． 在高電壓編程方式時，將EA/Vpp 端加上+12V 編程電壓。 5． 每對Flash 存儲陣列寫入一個字節(jié)或每寫入一個程序加密位，加上一個ALE/PROG 編程脈沖。每個字節(jié)寫入周期是自身定時的。重復(fù)1—5 步驟，改變編程單元的地址和寫入的數(shù)據(jù)，直到全部文件編程結(jié)束。圖42 無刷直流電動機(jī)的方框原理圖無刷直流電機(jī)由電動機(jī)本體、位置傳感器、電子開關(guān)及控制電路構(gòu)成。如圖22所示:電動機(jī)本體是由多相繞組和永久磁鋼組成。多相繞組類似于普通直流電機(jī)的電樞繞組，但是它被安裝于定子上，通過電子開關(guān)的控制與直流電源相連。永久磁鋼安裝在轉(zhuǎn)子上。定子繞組內(nèi)通入直流電流時，與轉(zhuǎn)子作用產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，使磁鋼轉(zhuǎn)子運(yùn)動。為了保證電動機(jī)連