【正文】 b) 專用驅(qū)動集成芯片 圖 36 MOSFET 專用驅(qū)動集成芯片 天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué) 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 （論文） 17 LO1C O M2V C C3NC4VS5VB6HO7NC8V+9H I N10SD11L I N12V13NC14U?I R 21 10D 1 1C3+ 12C1C2+ 12R1R2AABATQ1Q4D2 D4D1 D3A T 1A B 1+ 24 圖 37 換向電路的一個橋臂及其驅(qū)動電路 逆變電路中其中一個半橋結(jié)構(gòu)原理圖如圖 37 所示，由 2 個功能模塊組成。 （ 1）電力電子器件的驅(qū)動 完成對逆變電路中電力電子器件的驅(qū)動。 （ 2）逆變主回路 該全橋結(jié)構(gòu)包含 6 個功率 MOSFET，為了減小 MOSFET 中寄生二極管的影響每個器件分別串并了一個快速恢復(fù)二極管。位置反饋采用霍爾傳感器。根據(jù)技術(shù)要求 , 以 MC33035 為核心構(gòu)成的控制系統(tǒng)采用 PWM 方式控制電機的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速 , 采用電機內(nèi)置的霍爾傳感器檢測轉(zhuǎn)子位置。 天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué) 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 （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 下橋臂信號輸入 信號輸出 以電機驅(qū)動芯片 MC33039 作為功率變換元件 , 采用三相全橋驅(qū)動?？刂瓶驁D如圖 38 所示。電機剛起動時 , 系統(tǒng)基本上為恒流控制 , 即內(nèi)環(huán)起作用 , 當轉(zhuǎn)速達到一定值后 , 系統(tǒng)基本表現(xiàn)為一個恒轉(zhuǎn)速系統(tǒng)。 圖 38 閉環(huán)控制系統(tǒng)框圖 MC33035 無刷直流電動機控制器集成電路簡介 MC33035 是美國安森美半導(dǎo)體公司的高性能第二代單片無刷直流電動機控制器，包含實現(xiàn)一個全性能三相或四相電動機開環(huán)控制系統(tǒng)所需的全部功能。包括的保護功能有欠壓鎖定、用可選延時鎖存關(guān)斷模式的逐周限流、內(nèi)部過熱關(guān)斷以及獨特的故障輸出，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)動模塊電動機電機電流位置傳感器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) 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 （論文） 19 控制系統(tǒng)接口。還設(shè)計了用于傳感器電氣相位為 60186?；?120186。的無刷直流電動機運行，也可有效地控制有刷直流電動機。 10到 30 伏寬工作電壓 可作為傳感器電源的 伏參考電壓 大電流驅(qū)動器，可控制 3相 MOSFET 橋 帶電流檢測參考的引腳 可選 60186?；?l20 186。傳感器相位 圖 39 MC33035 俯視圖 242322212019181716151413234567891011121ATBTCT正 / 反向SASBSC輸出使能基準電壓輸出電流檢測同向輸入誤差放大同相輸入振蕩器誤差放大反相輸入霍爾輸入誤差放大器輸出錯誤指示電流檢測反向輸入GNDVCCVCABBBCB60 / 120 度選擇制動輸入天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué) 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 （論文） 20 管腳 符號 描述 1,2,24 BT,AT,CT 這三個集電極開路頂端驅(qū)動輸出設(shè)備，用于驅(qū)動外部頂端功率開關(guān)晶體管 3 正向 /反向 正向 /反向輸入用于改變電機轉(zhuǎn)向 4,5,6 SA,SB,SC 這三個傳感器輸入控制整流序列 7 輸出使能 此輸入為邏輯高電平時，電機運轉(zhuǎn)，為低電平時，電機停轉(zhuǎn)。 9 電流檢測同向輸入 在一個給定的振蕩器周期中，一個相對于管腳 15 為 100mV 的信號終止輸出開關(guān)導(dǎo)通。 10 振蕩器 振蕩頻率由 RT 和 CT 選擇的參數(shù)所決定 11 誤差放大器同向輸入 輸入通常情況下連接到速度設(shè)置定位器。 13 誤差放大器輸出 /PWM 輸入 在閉環(huán)應(yīng)用情況下，此管腳用做補償。 15 電流檢測反向輸入 對應(yīng)內(nèi)部 100mV 門限電壓的參考管腳。 16 地 該管腳為控制電路提供一個接地，并可以作為參考返回至電源地。當 VCC 在10V 到 30V 的范圍內(nèi)，控制器均可正常工作。當 VC 在 10V 到30V 的范圍內(nèi)，控制器均可正常工作。 22 60176。選擇 此管腳的電氣狀態(tài)決定控制電路工作在60176。（低電平狀態(tài)）傳感器電氣相位輸入。 圖 310 典型電路框圖 內(nèi)置轉(zhuǎn)子位置譯碼器監(jiān)控三個傳感器輸入 (管腳 4， 5， 6)以提供頂端、底部驅(qū)動輸入的正確時序。包含了內(nèi)置上拉電阻以使所需的外部器件最少。提供的 60176。選擇 (管腳 22)可使 MC33035 很方便地控制具有 60176。 240176。的傳感器相位的電機，對于三個傳感器輸入，有八種可能的輸入編碼組合，其中六種是有效的轉(zhuǎn)子位置，另外兩種編碼組合無效，通常是由于傳 感器的開路或者短路所致，利用 6個有效輸入編碼，譯碼器可以在使用 60 度電氣相位的窗口內(nèi)分辨出電機轉(zhuǎn)子的位置。當輸入改變了狀態(tài)，一個指定的傳感器輸入編碼從高電平變?yōu)榈碗娖?(例如 100)，具相同字母標識的可用頂部和底部驅(qū)動輸出將互相轉(zhuǎn)換 (AT 變 AB， BT 變 BB， CT變 CB)。 電機通 /斷控制由輸出使能 (管腳 7)實現(xiàn)，當該管腳開路時，內(nèi)部的 25181。接地時，頂端驅(qū)動 輸出關(guān)閉并且底部驅(qū)動強制為低，使電動機停轉(zhuǎn)，錯誤指示產(chǎn)生輸出。當制動輸入 (管腳 23)接高電位時，實施制動。制動輸入較所有的其它輸入具有無條件的優(yōu)先權(quán)。四個輸入或非門電路用于檢測制動輸入及三個頂部驅(qū)動輸出晶體管的輸入。在半波電動機驅(qū)動應(yīng)用中，不需要頂端驅(qū)動輸出，通常情況為令其不連接。 電流檢測模塊設(shè)計 采用分流電阻進行電流檢測的電路示意圖如圖 311 所示。因為比較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 的標準電壓。本設(shè)計中采用康銅絲來代替 , 5R 取值為 Ω /3W。 5R 為分流電阻 。管腳 9 的輸入電壓為過流檢測比較器的正相輸入端 . 這樣 , 通過選擇合適的 6R 、 7R （阻值盡量 大）的值 , 并滿足以上關(guān)系 , 便能起到很好的過流保護作用。這樣 , 可取 6R 為 120 Ω , 9R 為 30 Ω。系統(tǒng)不必使用高價的電磁式或光電測速機 , 就可實現(xiàn)精確調(diào)速 控制。腳 3 接收位置傳感器 3 個信號 , 經(jīng)有滯后的緩沖電路 , 抑制輸入噪聲。再經(jīng)有外接定時元件 CT和 RT 的單穩(wěn)態(tài)電路 , 從腳 5 輸出的 fout 信號的占空比與電動機轉(zhuǎn)速有關(guān) , 其直流分量與轉(zhuǎn)速成正比 , 此信號經(jīng) 5R , 6C , 6R 低通濾波器處理后 , 即可得到與轉(zhuǎn)速成正比的測速電壓 ,送入 MC33035 PWM 輸入端進行閉環(huán)控制。本設(shè)計是按電動機的最高轉(zhuǎn)速來選擇定時元件。此時每秒輸出的脈沖數(shù)是 12 =100 個 , 即頻率為 100 Hz, 周期約為 10 ms。 天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué) 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 （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 速度信號反饋電路 誤差放大器設(shè)計 MC33035 中的誤差放大器外圍電路參數(shù)如圖 313 所示。則為開環(huán)速度控制 , 此時放大器被接成增益為 1 的電壓跟隨器 。則為閉環(huán)速度控制。圖 19 中的電容 C 起平滑濾波作用。 圖 313 誤差放大電路 振蕩器設(shè)計 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?；魻栃盘栞斎攵诉B接直流無數(shù)電動機的霍爾信號數(shù)出端。 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)保護復(fù)位D3R 20霍爾信號輸入上橋臂輸出信號下橋臂輸出信號C 11C2 圖 315 開環(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 天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué) 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 （論文） 26 主功率模塊采用專用高端 MOSFET 驅(qū)動芯片 IR2110 驅(qū)動，其頻率及驅(qū)動能力方面都表現(xiàn)非常出色，尤其適合驅(qū)動 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)動高端 MOSFET。由于 MC33035 的內(nèi)部設(shè)計原因，我們需要對其上臂信號進行電平轉(zhuǎn)換， MC33035內(nèi)部設(shè)計驅(qū)動 P 溝道的 MOSFET，由于我們處于功耗考慮，橋電路均采用 N 溝道管子。 D1D12 主要是用來阻斷內(nèi)部續(xù)流二極管而采用我們外部連接的續(xù)流二極管。系統(tǒng)設(shè)計的主功率電路經(jīng)試驗表面，遠遠優(yōu)越于 MC33035 內(nèi)部集成的驅(qū)動電路。 控制器的閉環(huán)電路設(shè)計 通過理論分析和實驗，確定了以 /FV變換來實現(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，實現(xiàn)速度 閉環(huán)。電路如圖 317 所示。然后針對技術(shù)難點講解了高端 MOSFET 的驅(qū)動方式和方法，以及控制器的外圍電路 （過流檢測、速度閉環(huán)、誤差放大器、振蕩器等）設(shè)計。 天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué) 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 （論文） 28 4 本文總結(jié) 經(jīng)過近半年時間的學(xué)習(xí)和研究，關(guān)于直流電動機專用控制器 MC33035 的控制器的設(shè)計