【正文】 最后根據(jù)系統(tǒng)需要分別設(shè)計了直流無刷電動機的開環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)。 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 33035R 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 33039R1R2R41KR8R e s 1R9R 181MR 1712D S 1V C C 24vC2R 10R 11R 12R 13R 14R 15*C3750PR調(diào)速控制啟?？刂普崔D(zhuǎn)控制速度閉環(huán)控制堵轉(zhuǎn)保護復位D3R 20霍爾信號輸入上橋臂輸出信號下橋臂輸出信號C 11 圖 317 閉環(huán)控制系統(tǒng)控制器外圍電路設(shè)計 天津職業(yè)技術(shù)師范大學 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 （論文） 27 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 318 控制器閉環(huán)系統(tǒng)主功率電路設(shè)計 小結(jié) 本章主要介紹了系統(tǒng)設(shè)計思路，從局部到整體介紹了設(shè)計過程，首先講解了主功率電路的設(shè)計內(nèi)容，針對以往電路設(shè)計中存在的問題，加入了諸多改正措施 (如夾斷MOSFET 內(nèi)部續(xù)流二極管等 )，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。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。大大提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。 MOSFET 內(nèi)部的續(xù)流管一般頻率較低，導致信號的上升沿和下降沿不夠陡峭，增加了熱損耗。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)。可靠性遠遠大于分立元件搭建的自舉電路。上臂信號可直接驅(qū)動 P溝道的 MOSFET,下臂信號可直接驅(qū)動 N 溝道 MOSFET（內(nèi)部有互補驅(qū)動電路） 。 圖 314 振蕩器電路 R10C2810+CRR1111213天津職業(yè)技術(shù)師范大學 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 （論文） 25 控制器的開環(huán)電路設(shè)計 根據(jù)課題需要結(jié)合控制器手冊中的經(jīng)典電路設(shè)計出開環(huán)控制電路如圖 315 所示。改變圖中 1R 的值可以改變控制器的調(diào)速范圍。此時放大器增益為 10。 而開關(guān)斷開時。開關(guān)閉合時?？扇《〞r元件 R 為 1MΩ , C 為 750PF。設(shè)計中 , 電動機的最高轉(zhuǎn)速為 500 r /min )。 由課題可知 , 從 MC33039 的管腳 5 輸出的脈沖數(shù)是電動機每一轉(zhuǎn)輸出的 3 4 = 12 個脈沖數(shù)。經(jīng)“或”運算得到相當于電動機每對極下 6 個脈沖的信號。它直接利用三相無刷直流電動機轉(zhuǎn)子位置傳感器 3 個輸出信號 , 經(jīng) /FV變換成正比于電動機轉(zhuǎn)速的電壓信號。 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。對于本設(shè)計 : 67/RR= （ 10 ） /= 4。 100 （ mV）代表6 m 57 1100axR I RR ?? 1)(3天津職業(yè)技術(shù)師范大學 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 （論文） 23 的是過流檢測比較器的反相輸入端的輸入電壓。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） 。分流電阻的阻值一般比較小。功率驅(qū)動橋的下端與功率板地線之間所接的是分流電阻。在此情況下，因或非門是將底部電壓傳感到頂部驅(qū)動輸出的晶體管，仍然是制動狀態(tài)。其目的是當頂部驅(qū)動輸出達到高電位時，才能制動，防止頂部和底部 電源同時開關(guān)導通。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。此時頂部驅(qū)動輸出全部關(guān)斷，底部驅(qū)動全部接通，電機短接產(chǎn)生 EMF。 阻尼式的電機制動功能讓最終產(chǎn)品的設(shè)計增加了新的安全保證。A 電源電流將會啟動頂部和底部驅(qū)動輸出時序。實際上，整流時序被反向，電機改變旋轉(zhuǎn)方向。 正向 /反向輸出 (管腳 3)通過翻轉(zhuǎn)定子繞組上的電壓用來改變電機轉(zhuǎn)向?；?300176。 l20176。 /l20176。輸入與門限典型值為 的 TTL 電平兼容， MC33035 系列被設(shè)計用于控制三相電機，并可在最常見的四種傳感器相位下工作。傳感器輸入被設(shè)計為直接與集電極開路類型霍爾效應(yīng)開關(guān)或者光開天津職業(yè)技術(shù)師范大學 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 （論文） 22 槽耦合器連接。 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。（高電平狀態(tài)）或 120176。 /120176。 19,20,21 CB,BB,AB 這三個圖騰柱式底部驅(qū)動輸出被設(shè)計用于直接驅(qū)動外部底部功率開關(guān)晶體管。 18 底部驅(qū)動輸出的高電平狀態(tài)（ VOH）是表 32 MC33035 管腳功能圖 天津職業(yè)技術(shù)師范大學 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 （論文） 21 VC 由加到該管腳的電壓得到。 17 VCC 此管腳為控制 IC 的正電源。通常此管腳連接至電流檢測電阻下端。 14 錯誤指示輸出 這個集電極開路輸出在下列至少一種條件下顯示低電位：無效的傳感器輸入代碼，輸出使能為邏輯 0，電流檢測輸入大于100mV(管腳 9 對應(yīng)于管腳 15)，欠壓鎖定動作，及熱關(guān)斷。 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。通過長此管腳連接至電流檢測電阻的上端。 8 參考輸出 為振蕩器定時電容 CT提供電源并為誤差放大器提供參考電壓，向傳感器供電。 也可與外部 MOSFET 半橋有效地控制有刷直流電動機 管腳圖排列如圖 39 所示，各管腳功能如表 32 所示。／ 240 186。／ 300 186。 內(nèi)部熱關(guān)斷 逐周限流 完全可訪問的誤差放大器，用于閉環(huán)伺服應(yīng)用 欠壓鎖定功能 主要特點有： /240 186。/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。此器件有一個用于確定換向順序的轉(zhuǎn)子位置譯碼器、可向傳感器供電的溫度補償參考電壓、頻率可調(diào)鋸齒波振蕩器、三個集電極開路高壓側(cè)驅(qū)動器和三個特別適用于驅(qū)動電力MOSFET 的大電流圖騰柱輸出電路低壓側(cè)驅(qū)動器。這樣既能保證系統(tǒng)起動時響應(yīng)速度快 , 整體上又是一個無靜差系統(tǒng) , 能達到很高的控制精度。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。整個控制系統(tǒng)采用閉環(huán)控制。由 MC33035 接收霍爾傳感器的位置信號 , 并對其進行譯碼 , 對應(yīng)的真值見表 31。設(shè)計有轉(zhuǎn)速反饋閉環(huán)控制、正反轉(zhuǎn)、過電流保護等。 控制單元設(shè)計 根據(jù)技術(shù)要求 控制器是以專用芯片 MC33035 和 MC33039 來進行設(shè)計。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。驅(qū)動控制芯片采用 IR2110，電力電子器件采用 IRF540，續(xù)流二極管采用 FER307。 通過分析和計算，本系統(tǒng)采用自舉電路法來實現(xiàn)高端 MOSFET 驅(qū)動，這種電路結(jié)構(gòu)簡單，價格便宜，不需要隔離電源，但分立元件搭建的自舉電路穩(wěn)定性不夠好，所以系統(tǒng)采用 IR 公司生產(chǎn)的集成自舉芯片（圖 36）來完成驅(qū)動電路的設(shè)計。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。當高端功率 MOSFET 導通時，自舉電源將超過直流母線電壓，自舉二極管截止。當高端功率 MOSFET關(guān)斷時，電源 Vcc。 自舉法電路如圖 35d)所示。該驅(qū)動方法對控制信號開關(guān)周期沒有要求，能夠?qū)艠O進行連續(xù)驅(qū)動，成本較低。利用電平控制 MOSFET 的開啟，當 MOSFET被開啟后，以充電泵驅(qū)動柵極來產(chǎn)生過干線電壓。不能對柵極做連續(xù)控制。開關(guān)頻率較高時，由于脈沖變壓器的寄生參數(shù)不能忽視，波形變得不夠理想 。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。一般要求下可天津職業(yè)技術(shù)師范大學 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 （論文） 16 以采用光電隔離器。該驅(qū)動方法對控制信號開關(guān)周期沒有要求，能夠?qū)艠O進行連續(xù)驅(qū)動。 AQ1Q4D2 D4D1 D3+ 24參考點高端柵極 圖 34 高壓浮動 MOSFET 應(yīng)用電路 天津職業(yè)技術(shù)師范大學 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 （論文） 15 AQ1Q4D2 D4D1 D3+ 24參考點高端柵極N P NP N Pvc cRD隔離電源 AQ1Q4D2 D4D1 D3+ 24參考點高端柵極T1T r a ns E q a) 隔離電源法基本電路 b) 脈沖變壓器法基本電路 AQ1Q4D2 D4D1 D3+ 24參考點高端柵極Da Db DcC1 C2振蕩器AQ1Q4D2 D4D1 D3+ 24參考點DCV C CQ2 c) 電荷泵法基本電路 d) 自舉電路法基本電路 圖 35 高壓浮動 MOSFET 驅(qū)動常用技術(shù) 采用隔離電源法對 MOSFET 柵極驅(qū)動的電路如圖 35 a)所示。柵極控制電壓一般以地為參考點，因此柵極電壓必定高于干線電壓，其可能是系統(tǒng)中最高的電壓，控制信號必須轉(zhuǎn)換電平，使其為高壓側(cè)源極電位。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，負載或功率器件接在源極，如圖 12 所示。 本章對加速驅(qū)動電路不做詳細介紹，下面重點介紹高端功率 MOSFET 驅(qū)動電路。所以在選擇功率器 件時應(yīng)考慮選擇合適的電壓等級。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)動器或負的驅(qū)動電壓而得到。另外，一般光電耦合器初次級之間的分布電容藕合到控制回路，造成誤觸發(fā)。采用光電禍合器隔離的驅(qū)動電路是有源驅(qū)動電路，它需要獨立的電源，驅(qū)動電路的時延可以根據(jù)主回路開關(guān)頻率 的要求N P NP N PV C C 1QV C C 2RD天津職業(yè)技術(shù)師范大學 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 （論文） 14 選擇相應(yīng)工作速度的光電藕合器來達到要求，驅(qū)動信號的寬度不受限制。但是，這種隔離方式的最大缺點是驅(qū)動信號的寬度受變壓