【正文】 器飽和限制。驅動信號的隔離方式有多種，其中最主要的是脈沖變壓器隔離和光電禍合器隔離。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 的開關頻率。隔離驅動分為電磁隔離和光電隔離兩種。 .1 驅動電路分類 按驅動電路與柵極的連接方式可分為 :直接驅動和隔離驅動。 ，功率管極間電容越大，所需電流越大，即帶負載能力越大。 ，關斷時為柵極提供低電阻放電回路，以提高功率MOSFET 的開關速度。由于 本系統(tǒng)采用橋式電路，所以后面將對其做詳細介紹。上橋臂的功率 MOSFET的源極是連接在下橋臂的功率 MOSFET 的漏極上，這樣上橋臂的功率 MOSFET 的驅動電路的“地”就不能連在下橋臂的“地”上。 “地”可浮動的直流電源 柵極驅動電壓是對功率 MOSFET 源極的電壓，而不是對“地”的電壓。在功率 MOSFET 的應用中，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 下常工作在關斷狀態(tài)時的功率 MOSFET誤導通，或使正常工作在導通狀態(tài)的功率 MOSFET 誤關斷。另一方面，如果器件工作在線性模式，柵極驅動電路具有比較大的電流容量將把與“密勒”效應相關的現(xiàn)象減至最小，從而改善本極帶寬和減小協(xié)波失真。理想上，達此目的的最好辦法就是借助一個電壓源，它能在盡可能短的時間內(nèi)提供任何 量值的電流。 根據(jù)以上綜合考慮，一般選擇柵源電壓為 1018V，本文取 15V。但是柵源電壓也不能太低，原因有 2 個 :一是功率 MOSFET 的通態(tài)電阻是柵源電壓的函數(shù)，隨著柵源電壓的下降而增大，通態(tài)電阻的增大使得通態(tài)損耗增大 。通過漏柵自身電容，還能把漏極電路瞬變造成的過電壓藕合過來。由于該氧化層的擊穿是器件失效的最常見原因之一，應該注意使柵源電壓不超過最大額定電壓。本設計選用型號為 RF540 的 MOSFET，耐壓 200V，在保證參數(shù)余量的前提下降低了使用成本。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。 MOSFET 是一種多數(shù)載流子器件，無少數(shù)載流子的存儲效應，因此開關速度快，而且 MOSFET 是一種理想的電壓控制器件，驅動電路較為簡單， MOSFET 沒有二次擊穿現(xiàn)象，工作安全區(qū)大，因此 MOSFET 特別適于高頻變流裝置，只是在高壓大電流的情況下導通電阻較大，器件發(fā)熱稍大。它們在耐壓、容量、開關速度等方面的差 異很大，需要根據(jù)實際情況進行選取。 主電路的設計 主電路主要由逆變電路構成，與電動機的聯(lián)結關系如圖 32 所示，圖中直流無刷電機額定功率為 50W，電樞繞組 Y 連接。模擬量信號被加入到控 制器內(nèi)部的比較器輸入端，當電壓大時，過壓欠壓檢測控制器驅動電路F / V 變換過流檢測霍爾信號調(diào)速 、 正反轉換向開關直流無刷電動機積分電路堵轉檢測天津職業(yè)技術師范大學 20xx 屆本科生畢業(yè)設計 （論文） 11 控制器會減小輸出脈寬，通過減小輸出電流的方式來降低電動機的轉速，從而達到速度閉環(huán)的目的。當堵轉時，電流檢測電路會給檢測電容充電，當堵轉的時間夠長時，封鎖電機轉動開關信號，起到堵轉保護的作用。電壓檢測環(huán)節(jié)主要是實現(xiàn)電機運行時的保護（如過壓、欠壓、以及能量回饋制動方式運行等）。當系統(tǒng)處在運行狀態(tài)時，通過外部輸入設備（如開關、滑動變阻器等）向控制器發(fā)送運行指令（如正轉、反轉、加速等），并且載入運行參數(shù)。各個電路之間的連接關系以及能量和信號的傳輸方向如圖 31 所示 。通過這些為深入學習無刷直流電機的控制奠定一定的基礎。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(chǎn)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。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。 天津職業(yè)技術師范大學 20xx 屆本科生畢業(yè)設計 （論文） 8 無刷直流電動機的應用與研究動向 現(xiàn)階段，在傳動應用中直流和交流電動 機雖然占的比例比較高，但無刷直流電動機正受到普遍的關注。 工作特性 電樞電流與輸出轉矩的關系、效率輸出轉矩的關系如圖 26所示 。 天津職業(yè)技術師范大學 20xx 屆本科生畢業(yè)設計 （論文） 7 圖 25 調(diào)節(jié)特性 調(diào)節(jié)特性的始動電壓和斜率分別為： 0 2 2e TTrTUUC ???? （ 22） 1eK C ??? （ 23） 從調(diào)節(jié)特性和機械特性可以看出，無刷直流電動機具有良好的調(diào)速控制性能，可以通過調(diào)節(jié)電源電壓實現(xiàn)無級調(diào)速。 圖 24 機械特性曲線簇 當電機的轉速較低、轉矩較大時，流過電樞繞組和開關管的電流很大，這時，管壓降隨著電流增大而增加較快，使在電樞繞組上的電壓有所減小，因而圖所示的機械特性曲線會偏離直線，向下彎曲。 天津職業(yè)技術師范大學 20xx 屆本科生畢業(yè)設計 （論文） 5 圖 22 無刷電動機位置檢測及開關管驅動信號 表 21 無刷電動機直流通電控制方式開關切換表 旋轉方向 位置傳感器 逆變橋開關管驅動信號 A B C T1 T2 T3 T4 T5 T6 正轉 0 0 1 0 0 0 0 1 1 0 1 0 0 0 1 1 0 0 0 1 1 0 0 0 1 1 0 1 0 0 1 1 0 0 0 0 1 0 1 1 0 0 0 0 1 1 1 0 0 1 1 0 0 0 反轉 0 0 1 0 1 1 0 0 0 0 1 0 1 0 0 0 0 1 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 1 1 0 1 0 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 0 0 0 1 1 無刷直流電動機的運行特性 機械特性 無刷直流電動機的機械特性為： 天津職業(yè)技術師范大學 20xx 屆本科生畢業(yè)設計 （論文） 6 22 2 2 2S T a s T ee e e tU U r I U U rnTC C C C? ? ?? ? ?? ? ?? ? ? （ 21） TU 開關器件的管壓降 aI 電樞電流 eC 電機的電動勢常數(shù) ?? 每級磁通量 可見無刷直流電動機的機械特性與一般直流電動機的機械特性表達式相同，機械特性較硬。同理，其他開關管的導通時刻也可以按同樣方法確定。 理論上，只要保證三個位置傳感器在空間上互差 120度，開關管的換流時刻總是可以推算出來的。 2．無刷直流電動機與輸出開關管換流信號 無刷直流電動機的位置一般采用三個在空間上相隔 120 電角度的霍爾位置傳感器進行檢測，當位于霍爾傳感器位置處的磁場極性發(fā)生變化時，傳感器的輸出電平將發(fā)生改變，由于三個霍爾傳感器位檢測元件的位置在空間上各差 120 電角度，因此從 這三個檢測元件輸出端可以獲得三個在時間上互差 120 度、寬度為 180 度的電平信號，分別用 A、 B、 C 來表示，如圖 23 所示，以信號 A 為例， A 相位置寬度為 180電導角：在 060 度， T1 必須導通，故 T1 狀態(tài)為 1，而 C 相還剩下 60 度通電寬度，所以此段時間為 T1 和 T6 等于 1，（此時下部可供導通的管子為 T T6 和 T2，而為避免橋臂直通， T4 不能導通； T2 的導通時間未到，故只能是 T6 導通）；而在 60 度— 120 度，此時只有 A 相通電， B 和 C 相處于非導電期，故導通的開關管為 T1 和 T2（ T1 和 T2 等于 1），其中 T2 是為 B 相導 電作準備；而在 120 度 — 180 度時，由于 每一相只有 120 電導角導電時間，故此時 T1 關斷（ T1=0）， T2 仍然導通（ B 相開始進入導電期），此時可知， T1 關斷， T5 不能開通（防止橋臂直通），則此時只能開通 T3，所以 T3 信號此時間段為 1?？梢?，電機有 6 種磁狀態(tài)，每一狀態(tài)有兩相導通，每相繞組的導通時間對應于轉子旋轉 120 電角度。 在次期間，轉子始終受到順時針方向的電磁轉矩作用，沿順時針方向連續(xù)旋轉。此時定轉子磁場相互作用，使電機的轉子繼續(xù)順時針轉動。 圖 21 無刷直流電動機工作原理示意圖 如圖 21 所示，當轉子旋轉（順時針）到圖 a 所示的位置時，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 T6 導通，即 A、 B 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 B 相繞組流出，經(jīng) T6 回到電源的負極，此時定轉子磁場相互作用，使電機的轉子順時針轉動。 天津職業(yè)技術師范大學 20xx 屆本科生畢業(yè)設計 （論文） 3 2 直流無刷電動機結構特點及基本工作原理 直流無刷電動機的基本結構 直流無刷永磁電動機主要是由電動機本體、電子開關線路和位置傳感器三部分組成。 在直流無刷電機發(fā)展的同時，電子換向電路、驅動電路和轉子位置檢測電路也隨著專用集成電路、微處理器、晶體管、傳感器等電路原器件的發(fā)展而迅速的發(fā)展，而MC33035 就是其專用集成電路中的重要產(chǎn)品，主要的適用于中小功率的無刷電機控制。再后來，人們把無刷直流 電機應用在電子精密設備、工業(yè)自動化設備及汽車設備均取得了巨大的成果。 在永磁材料上，人們采用了釹鐵硼、杉鉆等新型永磁材料。尤其是在 1980 年， 天津職業(yè)技術師范大學 20xx 屆本科生畢業(yè)設計 （論文） 2 等人提出了利用轉子旋轉時定子繞組中產(chǎn)生的感應電動勢進行位置檢測，這種方法又叫“反電動勢法”， 1990 年， 提出了續(xù)流二極管法：它是通過檢測反向并聯(lián)在驅動功率管上的二極管的導通狀態(tài)來得出轉子的位置，以及一些學者于 1994年提出了基于定子磁鏈估計的檢測方法，通過相電壓、線電流信號計算出定子繞組各相的磁鏈，再根據(jù)磁鏈得到轉子位置信號。與此同時，人們又把對直流無刷電機研究的方向轉移到電子換向與智能控制這兩個方面，以求降低產(chǎn)生的轉矩波動。 無刷直流電動機的發(fā)展概況 在國外，直流無刷電機發(fā)展的初始階段，人們主要是通過改變電子器件和材料來達到提高無刷直流電機性能的目的。而 MC33039 是專門設計用于無刷直流電機控制系統(tǒng)的高性能閉環(huán)速度控制適配器 ，可實現(xiàn)精準的速度調(diào)變同時不需要光電測速計。 MC33035 是安森美半導體推出的第二代無 刷直流電機的專用控制器，其中包括了實現(xiàn)全新性能三相或四相電機開環(huán)控制系統(tǒng)所需要的一切功能。近年來，各個國家關于直流無刷電動機的研究都十分活躍。 通過這些年的研究和探索，隨著電子技術的進步和新型材料的出現(xiàn)，無刷直流電動機終于問世了。在直流電機中，機械的電刷和換向器因強迫性接觸，導致其可靠性差、接觸電阻變化、結構復雜、噪聲等問題影響直流電動機 的調(diào)速精度和性能。s Daily life, and the Brushless DC motor, as a new mechanical and electrical integration, is rapidly matured in recent years. The motor consists of the stator, rotor and rotor position detection devices etc. In the absence of excitation device, it takes advantage of high efficiency, simple structure and excellent features, what’s more, it is smaller, more reliable, easier to control and more convenient to maintain and manufacture, and it has more extensive application scope. All the advantages mentioned above