【正文】 然后針對(duì)技術(shù)難點(diǎn)講解了高端 MOSFET 的驅(qū)動(dòng)方式和方法，以及控制器的外圍電路 （過(guò)流檢測(cè)、速度閉環(huán)、誤差放大器、振蕩器等）設(shè)計(jì)。 控制器的閉環(huán)電路設(shè)計(jì) 通過(guò)理論分析和實(shí)驗(yàn)，確定了以 /FV變換來(lái)實(shí)現(xiàn)速度反饋的方法，系統(tǒng)利用安森美半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的 MC33039，結(jié)合積分電路，實(shí)現(xiàn)速度 閉環(huán)。 D1D12 主要是用來(lái)阻斷內(nèi)部續(xù)流二極管而采用我們外部連接的續(xù)流二極管。 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(hù)復(fù)位D3R 20霍爾信號(hào)輸入上橋臂輸出信號(hào)下橋臂輸出信號(hào)C 11C2 圖 315 開(kāi)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+ 12R 1 3R 2 3CBCTC T 1C B 11 2U 4A3 4U 4B5 6U 4C 圖 316 主功率模塊設(shè)計(jì) 天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 26 主功率模塊采用專用高端 MOSFET 驅(qū)動(dòng)芯片 IR2110 驅(qū)動(dòng)，其頻率及驅(qū)動(dòng)能力方面都表現(xiàn)非常出色，尤其適合驅(qū)動(dòng) H 橋電路，內(nèi)部結(jié)構(gòu)為自舉電路，不需要隔離電源或隔離變壓器，可直接驅(qū)動(dòng)高端 MOSFET。 圖 313 誤差放大電路 振蕩器設(shè)計(jì) 由于 PWM 頻率 約為 24 kHz, MC33035 的振蕩器元件參數(shù)為 : 10R 選 kΩ , 2C 選 F，圖 314 是它的連接方式。則為閉環(huán)速度控制。 天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 24 R E M A C T5S E N 23I N D O U T6V C C1D R V O U T8I S R C4S E N 12V E E7U2M C 330391MR 13J I Z H U N輸出腳123 圖 312 速度信號(hào)反饋電路 誤差放大器設(shè)計(jì) MC33035 中的誤差放大器外圍電路參數(shù)如圖 313 所示。本設(shè)計(jì)是按電動(dòng)機(jī)的最高轉(zhuǎn)速來(lái)選擇定時(shí)元件。腳 3 接收位置傳感器 3 個(gè)信號(hào) , 經(jīng)有滯后的緩沖電路 , 抑制輸入噪聲。這樣 , 可取 6R 為 120 Ω , 9R 為 30 Ω。 5R 為分流電阻 。因?yàn)楸容^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。在半波電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)應(yīng)用中，不需要頂端驅(qū)動(dòng)輸出，通常情況為令其不連接。制動(dòng)輸入較所有的其它輸入具有無(wú)條件的優(yōu)先權(quán)。接地時(shí)，頂端驅(qū)動(dòng) 輸出關(guān)閉并且底部驅(qū)動(dòng)強(qiáng)制為低，使電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)，錯(cuò)誤指示產(chǎn)生輸出。當(dāng)輸入改變了狀態(tài)，一個(gè)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(shí)的可用頂部和底部驅(qū)動(dòng)輸出將互相轉(zhuǎn)換 (AT 變 AB， BT 變 BB， CT變 CB)。 240176。提供的 60176。 圖 310 典型電路框圖 內(nèi)置轉(zhuǎn)子位置譯碼器監(jiān)控三個(gè)傳感器輸入 (管腳 4， 5， 6)以提供頂端、底部驅(qū)動(dòng)輸入的正確時(shí)序。選擇 此管腳的電氣狀態(tài)決定控制電路工作在60176。當(dāng) VC在 10V到30V的范圍內(nèi)，控制器均可正常工作。 16 地 該管腳為控制電路提供一個(gè)接地，并可以作為參考返回至電源地。 13 誤差放大器輸出 /PWM輸入 在閉環(huán)應(yīng)用情況下，此管腳用做補(bǔ)償。 9 電流檢測(cè)同向輸入 在一個(gè)給定的振蕩器周期中，一個(gè)相對(duì)于管腳 15 為 100mV 的信號(hào)終止輸出開(kāi)關(guān)導(dǎo)通。傳感器相位 可選 60186。 大電流驅(qū)動(dòng)器，可控制 3 相 MOSFET 橋 10 到 30 伏寬工作電壓 或 120186。包括的保護(hù)功能有欠壓鎖定、用可選延時(shí)鎖存關(guān)斷模式的逐周限流、內(nèi)部過(guò)熱關(guān)斷以及獨(dú)特的故障輸出，可與微處理器PI 調(diào)節(jié)器 PI 調(diào)節(jié)器 脈寬調(diào)制功率驅(qū)動(dòng)模塊電動(dòng)機(jī)電機(jī)電流位置傳感器F / V 變換速度給定電流給定天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 19 控制系統(tǒng)接口。電機(jī)剛起動(dòng)時(shí) , 系統(tǒng)基本上為恒流控制 , 即內(nèi)環(huán)起作用 , 當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到一定值后 , 系統(tǒng)基本表現(xiàn)為一個(gè)恒轉(zhuǎn)速系統(tǒng)。 天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) （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(hào)輸入 信號(hào)輸出 以電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片 MC33039 作為功率變換元件 , 采用三相全橋驅(qū)動(dòng)。位置反饋采用霍爾傳感器。 （ 1）電力電子器件的驅(qū)動(dòng) 完成對(duì)逆變電路中電力電子器件的驅(qū)動(dòng)?？刂菩盘?hào)需要進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換。通過(guò)自舉二極管 D 向自舉電容 C 充電，功率 MOSFET 驅(qū)動(dòng)電路研究 C 就成為驅(qū)動(dòng)器的浮動(dòng)電源。但是開(kāi)關(guān)速度較慢，不適合高頻應(yīng)用場(chǎng)合。 3 電荷泵法 充電泵式電路結(jié)構(gòu)如圖 35 c)所示。開(kāi)關(guān)頻率較低時(shí)，脈沖變壓器尺寸顯著增大 。但每個(gè)高壓側(cè) MOSFET 需要一個(gè)隔離電源，電路成本較高，同時(shí)需要將以地為參考點(diǎn)的信號(hào)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(kāi)關(guān)。同時(shí)要求柵極驅(qū)動(dòng)電路功率不會(huì)顯著地影響總效率。 高端功率 MOSFET 驅(qū)動(dòng)電路 功率 MOSFET 因耐壓較高，導(dǎo)通電流大以及低廉的價(jià)格而獲得了廣泛的應(yīng)用。快的開(kāi)關(guān)速度可以降低開(kāi)關(guān)損耗，但關(guān)斷加速電路由于 MOSFET 高的關(guān)斷 di/dt 和 dv/dt 會(huì)使波形產(chǎn)生振鈴。但是這種隔離方式由于需要獨(dú)立電源而電路較復(fù)雜，且由于高速光電藕合器的價(jià)格使驅(qū)動(dòng)回路的成本較高。采用變壓器隔離的驅(qū)動(dòng)電路一般為無(wú)源驅(qū)動(dòng)電路，它具有信號(hào)傳輸時(shí)延小，適合于高頻開(kāi)關(guān)的特點(diǎn)。 直接驅(qū)動(dòng)中常用互補(bǔ)輸出驅(qū)動(dòng)，它們被稱為圖騰柱，如圖 33 所示，由一對(duì)NPNPNP 晶體管組成的互補(bǔ)輸出電路，采用這種電路不但可以提高開(kāi)通時(shí)的速度，還可以提高關(guān)斷速度。 MOSFET 并聯(lián)應(yīng)用時(shí)，電路除了滿足通常的驅(qū)動(dòng)要求外，還應(yīng)特別注意 :具有足夠的 峰值驅(qū)動(dòng)功率，較高的開(kāi)通關(guān)斷速度。 天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 13 。在功率MOSFET 的應(yīng)用中，功率 MOSFET 經(jīng)常連接成橋臂的形式。 在某些電路結(jié)構(gòu)中，即使其性能無(wú)關(guān)緊要，為使柵極上的有害瞬變電壓 .達(dá)到最低，使柵極驅(qū)動(dòng)電路的阻抗減至最小也是重要的。 2. 柵極電路的阻抗 對(duì)一于一個(gè)己導(dǎo)通的器件，不管在線性區(qū)還是飽和區(qū)，必定是要有一定的電荷被送到柵極上，使其達(dá)到預(yù)期的電壓。柵源電壓不能過(guò)高的另一個(gè)原因是 :隨著柵源電壓的升高，功 率 MOSFET 開(kāi)通關(guān)斷的充放電的時(shí)間就會(huì)加長(zhǎng)，開(kāi)關(guān)速度就會(huì)降低。 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 1 圖 32 主功率電路 天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 12 MOSFET 的驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì) 盡管功率 MOSFET 較其他 功率開(kāi)關(guān)器件容易驅(qū)動(dòng)，但為了避免器件受損，同時(shí)也為了得到最佳控制性能，設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)電路時(shí)應(yīng)具備以下要求 : 1. 柵極電壓的限制 如果柵極電壓超過(guò) 20V,即使電流被限制到很小值，柵源間的氧化層也很容易被擊穿。絕緣基極雙極型大功率 晶體管（ IGBT）則是集 MOSFET 的電壓控制與雙極型大功率晶體管的大電流、低導(dǎo)通電阻的特點(diǎn)于一體的新型復(fù)合場(chǎng)控器件，它還保持了高速、低開(kāi)關(guān)損耗、對(duì)溫度不敏感等特點(diǎn)。功率逆變電路采用三相全橋逆變電路 在直流無(wú)刷電動(dòng)機(jī)的控制系統(tǒng)里，開(kāi)關(guān)器件一般都選用全控型器件如 GTR、GTO、功率 MOSFET、 IGBT 等。位置信號(hào)的檢測(cè)在本系統(tǒng)中主要實(shí)現(xiàn)兩個(gè)功能，一是檢測(cè)轉(zhuǎn)子位置，為控制單元提供準(zhǔn)確的位置信號(hào)，實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)管的正確換相；此外它還起到轉(zhuǎn)速測(cè)量的作用，根據(jù)轉(zhuǎn)子每換相一次轉(zhuǎn)過(guò)固定的電角度，和電機(jī)轉(zhuǎn)子磁極對(duì)數(shù)，系統(tǒng)利用 F/V 變換器，把轉(zhuǎn)子的位置信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，轉(zhuǎn)速越快，電壓越大。根據(jù)外部檢測(cè)到的電機(jī)的位置信號(hào)以及電機(jī)所處的運(yùn)行狀態(tài)來(lái)改變控制器輸出的控制信號(hào)從而調(diào)整電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)。 天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 10 3 直流無(wú)刷電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)的整體方案設(shè)計(jì) 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案 直流無(wú)刷電機(jī)控制系統(tǒng)主要由電源電路、給定電路、電壓和電流檢測(cè)電路、功率管驅(qū)動(dòng)及保護(hù)電路、直流無(wú)刷電機(jī)位置信號(hào)檢測(cè)環(huán)節(jié)以及控制電路和其外圍電路組成。 存在轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)是無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的固有缺點(diǎn)，特別是隨著轉(zhuǎn)速升高，換相導(dǎo)致轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)加劇，并使平均轉(zhuǎn)矩顯著下降。 2 定子三次諧波檢測(cè)法。 目前，無(wú)刷直流電機(jī)的研究主要集中在以下方面： （ 1）無(wú)機(jī)械式轉(zhuǎn)子位置傳感器控制。尤其在節(jié)能已成為時(shí)代主題的今天，無(wú)刷直流電機(jī)高效率的特點(diǎn)更顯示了其巨大的應(yīng)用價(jià)值 。 圖 26 工作特性 在輸出額定轉(zhuǎn)矩時(shí) ,電機(jī)效率高、損耗低是無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的重要特點(diǎn)之一。 調(diào)節(jié)特性 無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)節(jié)特性如圖 25所示。 本設(shè)計(jì)選用的是三相無(wú)刷永磁直流電動(dòng)機(jī)，其額定電壓 UH=36V,電樞額定電流IaH=,電樞峰值電流 IaP? 15A,額定轉(zhuǎn)速 nH=350r/min,額定功率 PH=250W。其他時(shí)間段的開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通情況與此類似。 轉(zhuǎn)子在空間每轉(zhuǎn)過(guò) 60 電角度，定 子繞組就進(jìn)行一次換流，定子合成磁場(chǎng)的磁狀態(tài)就發(fā)生一次躍變。 天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 4 當(dāng)轉(zhuǎn)子在空間轉(zhuǎn)過(guò) 60 電角度， 到達(dá)圖 b 所示位置時(shí)，轉(zhuǎn)子位置傳感器輸出的信號(hào)經(jīng)控制電路邏輯變換后驅(qū)動(dòng)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?gòu)?C 相繞組流出，經(jīng) T2 回到電源負(fù)極。 本文的主要研究?jī)?nèi)容 本文的的主要研究?jī)?nèi)容是：了解直流無(wú)刷電 動(dòng)機(jī)的基本組成，工作原理和控制方式；同時(shí)分析安森美 M