一種雙供電體制無刷直流電機(jī)控制器設(shè)計(jì)

湯勝林

摘 要：針對(duì)需要在兩種不同供電電壓下工作的油泵電機(jī)控制器，本文從設(shè)計(jì)思想和電路原理上論述了雙供電體制下無刷直流電機(jī)控制器的設(shè)計(jì)，并通過試驗(yàn)驗(yàn)證。

關(guān)鍵詞：雙供電體制 無刷電機(jī)控制器 設(shè)計(jì)

1概述

在野外很多時(shí)候需要有一種能同時(shí)工作在兩種不同直流電壓下的電機(jī)及控制器，如果設(shè)計(jì)成兩種電機(jī)及控制器勢(shì)必造成浪費(fèi)，操作上也會(huì)很麻煩。因此，設(shè)計(jì)一種能同時(shí)工作在兩種不同電壓下的電機(jī)及控制器很有必要。

某野外作業(yè)隊(duì)的工作環(huán)境中同時(shí)存在直流工作電壓12V和24V，要求分別在兩種電壓工作體制下，電機(jī)能以某種恒定的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)油泵工作，提供穩(wěn)定流量的燃油。

2 設(shè)計(jì)思想及原理

針對(duì)上述12V和24V兩種直流電壓體制，電機(jī)以28V的單一電壓體制進(jìn)行設(shè)計(jì)，從電路上實(shí)現(xiàn)將不同電壓的轉(zhuǎn)換為統(tǒng)一的28V電壓體制給電機(jī)供電，從而實(shí)現(xiàn)雙供電體制的電機(jī)控制器設(shè)計(jì)。

首先，采用boost升壓電路將12V或24V直流輸入電壓進(jìn)行升壓，作為直流無刷電機(jī)的母線工作電壓。一方面，通過輸出電壓采樣反饋給控制電路進(jìn)行PI調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)輸出電壓；另一方面，通過采樣電機(jī)的電流反饋給控制電路進(jìn)行PI調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)輸出電壓。通過調(diào)節(jié)母線電壓實(shí)現(xiàn)直流無刷電機(jī)的穩(wěn)速。由專用控制集成電路和高壓集成驅(qū)動(dòng)電路組合完成對(duì)無刷電機(jī)的控制。

3 設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)

3.1 boost升壓電路

該電路將輸入12V/24V直流電壓升壓至28V，實(shí)現(xiàn)兩種供電電壓轉(zhuǎn)換成單一母線電壓輸出，給無刷直流電機(jī)供電。V4、V5防反接，比較器U4D主要功能是實(shí)現(xiàn)12V供電電壓的欠壓保護(hù)，當(dāng)輸入電壓小于11V時(shí)，比較器U4D輸出高電平，PWM發(fā)生器U2輸出關(guān)斷，升壓電路停止工作，此時(shí)輸出電壓與輸入電壓保持一致，母線電壓明顯偏低。此時(shí)電機(jī)轉(zhuǎn)速下降，出油量將明顯減少，提醒操作人員更換供電電源（蓄電池）。

當(dāng)母線電壓為24V時(shí)，U2輸出PWM的占空比為10%左右，當(dāng)母線電壓為12V時(shí)，電路U2輸出PWM的占空比為40%左右。當(dāng)供電電壓為12V低電壓時(shí)，為維持輸出電壓不變，PWM發(fā)生器的PWM占空比增加，此時(shí)升壓電路中的功率管V8導(dǎo)通時(shí)間增加，功率管功耗會(huì)明顯增加，因此，該功率管須采取良好的散熱措施。

3.2 驅(qū)動(dòng)控制電路

由boost升壓電路輸出的28V電壓作為母線電壓給功率驅(qū)動(dòng)電路供電，驅(qū)動(dòng)無刷電機(jī)工作。

由于該電機(jī)的功率約為250W，在12V供電電壓下，工作電流超過20A，因此采用雙N型功率驅(qū)動(dòng)電路?？刂齐娐凡捎秒姍C(jī)控制專用集成電路MC33035和單片驅(qū)動(dòng)集成電路IR2130組成，對(duì)電機(jī)進(jìn)行控制，可實(shí)現(xiàn)電機(jī)正、反轉(zhuǎn)，調(diào)速，過流保護(hù)功能。采用驅(qū)動(dòng)電路IR2130則省去了隔離驅(qū)動(dòng)所需的3路獨(dú)立電源，簡化控制方案及產(chǎn)品的體積。

無刷直流電機(jī)專用控制芯片（MC33035），具有使能控制（啟動(dòng)或停止）、正反轉(zhuǎn)控制和能耗制動(dòng)控制功能，內(nèi)部測(cè)速器構(gòu)成閉環(huán)調(diào)試系統(tǒng)。具有過流保護(hù)、欠壓保護(hù)等功能。

單片驅(qū)動(dòng)集成電路（IR2130），集控制電路、電平轉(zhuǎn)換、低阻抗輸出和識(shí)別保護(hù)等為一體，不僅能承受600V的高壓，而且能允許地線瞬時(shí)達(dá)5V。自舉技術(shù)使該電路能夠懸浮驅(qū)動(dòng)功率場(chǎng)效應(yīng)管，避免采用多路電源轉(zhuǎn)換器的隔離驅(qū)動(dòng)方法，大大減小了產(chǎn)品的體積。

電路IR2130采用了自舉技術(shù)，自舉電容能夠以一定的頻率進(jìn)行沖動(dòng)及放電。而且只有在上橋臂功率管的源極電位低于充電電源電壓時(shí)才能夠進(jìn)行充電。因此，上橋臂功率管采用自舉電路形式驅(qū)動(dòng)時(shí)，應(yīng)采用上橋臂換相邏輯調(diào)試方式。在啟動(dòng)過程中，當(dāng)上橋臂功率管處于關(guān)斷狀態(tài)時(shí)，能形成自舉電容的充電通路，完成啟動(dòng)過程。

電機(jī)工作在油中，壓力信號(hào)從電機(jī)本體部分反饋，用于調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速。當(dāng)電機(jī)電流過大時(shí)，電流采用信號(hào)反饋給升壓電路的控制器調(diào)節(jié)28V母線電壓，也可以調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速。

控制電路使用了IR2130的過流保護(hù)功能，即當(dāng)電機(jī)過流時(shí)，IR2130輸出關(guān)斷，需要重新加電時(shí)才可以工作。電機(jī)電流采樣后的電壓，經(jīng)一級(jí)放大后作為過流保護(hù)輸入信號(hào)，再經(jīng)過一級(jí)放大后作為28V母線電壓的反饋電壓信號(hào)。這兩處的放大參數(shù)需要合理調(diào)整，保證母線電壓的反饋電壓信號(hào)始終作用在過流保護(hù)電壓信號(hào)的前面。過流保護(hù)電路的參數(shù)通過調(diào)試確定，在電機(jī)啟動(dòng)時(shí)電流較大，需保證啟動(dòng)時(shí)不會(huì)因過流保護(hù)而使IR2130輸出關(guān)斷。

電機(jī)在兩種供電電壓體制下的工作電流如下表：

4 結(jié)束語

本文采用boost升壓電路將兩種不同規(guī)格的供電電壓轉(zhuǎn)換為單一的直流電壓給無刷電機(jī)供電并結(jié)合電機(jī)控制電路對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制。對(duì)于需要在兩種供電電壓體制下工作的無刷電機(jī)來說，本文提出了一種較好的解決方案。

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