【正文】 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 功能概述 IR2110驅動器將邏輯輸入信號送到相應的低阻抗輸出。兩路通道均帶有滯后欠壓鎖定功能。采用 CMOS 施密特觸發(fā)輸入 ,以提高電路抗干擾能力。 (2) IR2110 主要功能及技術參數(shù) IR2110 采用 CMOS 工藝制作 ,邏輯電源電壓范圍為 5 V～ 20 V ,適應 TTL 或CMOS 邏輯信號輸入 ,具有獨立的高端和低端 2 個輸出通道。 2 / 301 Idt?? ?? ，通過計算可得 I=， 額定電壓 UH=36V，峰值電壓應有一個百分之 40的余量所以 UM=UH*=36*= 通過以上計算，可得出選擇的 MOSFET峰值電流為 25A,峰值電壓為 50V。 表 31 對 IGBT、 GTR、 GTO 和電力 MOSFET 的優(yōu)缺點的比較 器 件 優(yōu) 點 缺 點 IGBT 開關速度高，開關損耗小，具有耐脈沖電流沖擊的能力，通態(tài)壓降較低，輸入阻抗高，為電壓驅動，驅動功率小 開 關 速 度 低 于 電 力MOSFET,電壓，電流容量不及 GTO GTR 耐壓高，電流大，開關特性好，通流能力強，飽和壓降低 開關速度低，為電流驅動，所需驅動功率大，驅動電路復雜，存在二次 擊穿問題 GTO 電壓、電流容量大，適用于大功率場合，具有電導調制效應，其通流能力很強 電流關斷增益很小，關斷時門極負脈沖電流大，開關速度低，驅動功率大，驅動電路復雜，開關頻率低 電 力 MOSFET 開關速度快，輸入阻抗高，熱穩(wěn)定性好，所需驅動功率小且驅動電路簡單，工作頻率高，不存在二次擊穿問題 電流容量小，耐壓低，一般只適用于功率不超過10kW 的電力電子裝置 通過上述的比較，我選擇 MOSFET。 逆變開關元件選擇和計算 MOSFET在 1960年由貝爾實驗室（ Bell Lab.）的 D. Kahng和 Martin Atalla首次實 驗 成功， 這種元件的操作原理和 1947年蕭克萊（ William Shockley）等人發(fā)明的雙載子晶體管（ Bipolar Junction Transistor, BJT）截然不同，且因為制造成本低廉與使用面積較小、高整合度的優(yōu)勢，在大型積體電路（ LargeScale Integrated Circuits, LSI）或是超大型積體電路（ Very LargeScale Integrated Circuits, VLSI ）的領域里，重要性遠超過 BJT 。與一般逆變器不同，它的輸出頻率不是獨立調節(jié)的，而是受控于轉子位置信號，是一個“自控式逆變器”。 （ 4）周邊輔助、保護電路 主要有電流采樣電路、電壓比較電路、過電流保護電路、調速信號和制動信號等輸入電路。自舉電路由分立器件構成的，也可以采用專門的集成模塊等高性能驅動集成電路。微控制器的另一個重要作用是根據(jù)電壓、電流和轉速等反饋模擬信號，以及隨機發(fā)出的制動信號，經(jīng)過 AD變換和必 要的運算后，借助內置的時鐘信號產生一個帶有上述各種信息的脈寬調制信號。但是由于無位置傳感器控制 方法在低速時無法實現(xiàn)精確的速度調制，所以現(xiàn)階段在電動車領域只是處于研究階段，無法推廣到工業(yè)生產當中。在有位置傳感器的控制方法中，現(xiàn)今，由于霍爾傳感器性價比高，安裝 方便，被廣泛應用作為無刷直流電機的位置傳感器。但是這些專用芯片價格昂貴，外圍電路設計復雜，在廣大的民用市場無法大規(guī)模推廣應用。 本設計采用單片機作為主控芯片，用編程的方法來模擬無刷電機的控制邏輯，其特點是使用靈活，通過修改程序可適應不同規(guī)格的無刷電機，增加系統(tǒng)功能方便，通常將此類控制器稱為數(shù)字式控制器。 目前，市場上常用的電動自行車無刷直流電機控制器主要采用專用集成電路為主控芯片，像 MOTOLORA公司研制的專用集成電路 MC33035，其針對無刷電機的控制要求，將控制邏輯集成在芯片內，一般該類控制器稱為模擬式控制器，其工作原理是用電子裝置代替電刷控制電機線圈電流換向，根據(jù)電機內的位置傳感器(霍爾傳感器 )信號，決定換相的順 序和時間，從而決定電機的轉向和轉速。 控制 器是電動自行車的驅動系統(tǒng)，它是電動自行車的大腦。產生 PWM脈寬調制信號，實現(xiàn)電機的調速 。這種方案可以編程控制，應用范圍廣，且靈活方便。這種方案可以降低設備投資，提高裝置的可靠性，但不夠靈活。在電機轉速控制方面，絕大多數(shù)場合數(shù)字調速系統(tǒng)已取代模擬調速系統(tǒng)。 （ 4）實現(xiàn)短路、過流、過電壓和欠電壓等故障保護電路。 （ 2）產生 PWM調制信號，使電機的電壓隨給定速度信號而自動變化，實現(xiàn)電機開環(huán)調速。 無機械式位置傳感器轉子位置檢測是通過檢測和計算與轉子位置有關的物理量間接地獲得轉子位置信息，主要有反電動勢檢測法、續(xù)流二極管工作狀態(tài)檢測法、定子三次諧波檢測法和瞬時電壓方程法等。但 是位置傳感器的存在增加了系統(tǒng)的成本和體積，降低了系統(tǒng)可靠性，限制了無刷直流電動機的應用范圍，對電機的制造工藝也帶來了不利的影響。轉子位置傳感器的種類包括磁敏式、電磁式、光電式、接近開關式、正余弦旋轉變壓器式以及編碼器等。位置檢測包括有位置傳感器和無位置傳感器檢測兩種方式。因此，目前 以星形連接三相橋式主電路應用最多。 相數(shù)越多，逆變器電路使用的開關管越多，成本越高。一般相數(shù)越多，轉矩的脈動越??；采用橋式主電路比采用非橋式主電路的轉矩脈動小。 （ 2）轉矩脈動。適當?shù)靥岣呃@組利用率將可以使同時通電的導體數(shù)增加，使電阻下降，效率提高。綜合以下三個指標有助于我們做出正確的選擇： （ 1）繞組利用率。 無刷直流電動機定子繞組的相數(shù)可以有不同的選擇，繞組的連接方式也有星形和角型之分，而逆變器又有半橋型和全橋型兩種。繞組可以接成星形或三角形，并分別與逆變器中的各開關管相連，三相無刷直流電動機最為常見。由于無刷直流電動機的電機本體為永磁電機，所以無刷直流電動機也稱為永磁無刷直流電動機。原直流電動機的電刷和機械換向器被逆變器和轉子位置檢測器所代替。 第 2 章 無刷直流電動機控制系統(tǒng)設計方案 無刷直流電動機系統(tǒng)的組成 無刷直流電動機 (Brushless DC Motor,簡稱 BLDCM)是一種典型的機電一體化產品 ,它是由電動機本體、位置檢測器、逆變器和控制器組成的自同步電動機系統(tǒng)或自控式變頻同步電動機 .位置檢測器檢測轉子磁極的位置信號 ,控制器對轉子位置信號進行邏輯處理并產生相應的開關信號 ,開關信號以一定的順序觸發(fā)逆變器中的功率開關器件 ,將電源功率以一定的邏輯關系分配給電動 機定子各相繞組 ,使電動機產生持續(xù)不斷的轉矩 . 現(xiàn)對無刷直流電動機各部分的基本結構說明如下。其中，模糊控制是把一些具有模糊性的成熟經(jīng)驗和規(guī)則有機地融入到傳動控制策略當中，現(xiàn)已成功地應用到許多方面。 隨著信息技術和控制理論的發(fā)展，在運動控制領域中，一個新的發(fā)展方向就是先進控制理論，尤其是智能控制理論的應用。減小轉矩脈動是提高無刷直流電動機性能的重要方面。 （ 1）轉矩脈動控 制。 3 續(xù)流二極管電流通路檢測法。 無轉子位置傳感器運行實際上就是要求在不采用機械傳感器的條件下，利用電機的電壓和電流信息獲得轉子磁極的位置 . 目前比較成熟的無轉子位置傳感器運行方式有： 1 反電動勢法 —— 包括直接反電動勢法、間接反電動勢法以及派生出來的反電動勢積分法等。 轉子位置傳感器是整個驅動系統(tǒng)中最為脆弱的部件，不僅增加了系統(tǒng)的成本和復雜性，而 且降低系統(tǒng)的可靠性和抗干擾能力，同時還需要占據(jù)一定的空間位置。目前無刷直流電機的應用范圍已遍及國民經(jīng)濟的各個領域，并日趨廣泛，特別是在家用電器、電動汽車、航空航天等領域已得到大量應用。 無刷直流電機轉子采用永久磁鐵，其產生的氣隙磁通保持為常值，因而特別適用于恒轉矩運行；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也可以獲得弱磁控制的效果。自 20世紀 90年代以來，隨著人們生活 水平的提高和現(xiàn)代化生產、辦公自動化的發(fā)展，家用電器、工業(yè)機器人等設備都越來越趨向于高效率化、小型化及高智能化，作為執(zhí)行元件的重要組成部分，電機必須具有精度高、速度快、效率高等特點，無刷直流電機的應用也因此而迅速增長。 圖 15 工作特性 在輸出額定轉矩時 ,電機效率高、損耗低是無刷直流電動機的重要特點之一。但不能通過調節(jié)勵磁調速，因為永磁體的勵磁磁場不可調。 調節(jié)特性 無刷直流電動機的調節(jié)特性如圖 14所示。在不同的供電電壓驅動下，可以得到如 13圖所示機械特性曲線簇。 本設計選用的是三相無刷永磁直流電動機，其額定電壓 UH=36V,電樞額定電流 IaH=,電樞峰值電流 IaP? 15A,額定轉速 nH=350r/min,額定功率 PH=250W。然而，為了簡化控制電路，每個霍爾傳感器的起始安裝位置在各自相繞組的基準點（ r0=00）上 .那么在 r0=00的控制條件下， A相繞組開始通電的時刻（即該相反電勢相位 30度位置）恰好與 A相位置傳感器輸出信號 A的電平跳變時刻重合，此時應將 T1開關管驅動導通。其他時間段的開關管導通情況與此類似。無刷直流電動機的這種工作方式叫兩相導通星型三相六狀態(tài)，這是無刷直流電動機最常用的一種工作方式。 轉子在空間每轉過 60電角度，定子繞組就進行一次換流，定子合成磁場的磁狀態(tài)就發(fā)生一次躍變。 轉子在空間每轉過 60電角度，逆變器開關就發(fā)生一次切換，功率開關管的導通邏輯為 T T6— T T2— T T2— T T4— T T4— T T6— T T6。 當轉子在空間轉過 60電角度，到達圖 b所示位置時，轉子位置傳感器輸出的信號經(jīng)控制電路邏輯變換后驅動逆變器，使 T T2導通， 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回到電源負極。通過 單片機 輸出一定頻率的 方波 ， 方波 的 占空比 大小絕對平均電壓的大小，也決定了電機的轉速大小 無刷直流電動機的結構及基本工作原理 1．無刷直流電動機轉矩分析 電機本體的電樞繞組為三相星型連接，位置傳感器與電機轉子同軸，控制電路對位置信號進行邏輯變換后產生控制信號，控制動信號經(jīng)驅動電路隔 離放大后控制逆變器的功率開關管，使電