無刷直流電機的硬件驅(qū)動電路研究

摘 要：電力電子技術(shù)的創(chuàng)新，讓高性能永磁材料迎來了全新的發(fā)展機遇，無刷直流電機開始逐漸在航空、醫(yī)療等眾多自動化領(lǐng)域得到飛速發(fā)展，無刷直流電機的硬件驅(qū)動，需要通過數(shù)字化控制電路的設(shè)計，保證無刷直流電機之間的有效聯(lián)系。本文主要探討了無刷直流電機的硬件驅(qū)動電路，希望能夠保證電機運行的穩(wěn)定性，降低功能消耗和噪聲污染問題的發(fā)生，全面提高驅(qū)動電路的工作效率。

關(guān)鍵詞：無刷直流電機;硬件驅(qū)動;電路研究

采用浮點運算能夠簡化智能控制算法，提高儲存器的儲存容量，運用豐富的外設(shè)資源，完成現(xiàn)代化電力電子技術(shù)的應(yīng)用需求，運用功率電子開關(guān)替代傳統(tǒng)電機中的電刷，通過霍爾位置傳感器替代傳統(tǒng)的換相器，能夠自動接收數(shù)字電路傳輸?shù)目刂菩盘?，保證電流在無刷電機上的合理分配，在設(shè)計方案制定的過程中，需要對不同型號的控制器進行對比分析，全面提高信號處理質(zhì)量。

1 三相逆變功率驅(qū)動電路

三相逆變電路的設(shè)計，最少需要設(shè)置三組六只功率MOSFET，通過時間電角度的測量，尋求恰當(dāng)?shù)膶?dǎo)通MOS管調(diào)整時機，當(dāng)運行一個周期后會形成六種不同的狀態(tài)，每種狀態(tài)下產(chǎn)生兩只MOS管，三相逆變電路設(shè)計需要通過六只MOS管進行通電繞組的切換。選擇科學(xué)的導(dǎo)通形式完成電子換相處理，將得到的直流電轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣麟姡鸬礁鼉?yōu)的BLDCM運行驅(qū)動效果。

在進行子結(jié)構(gòu)定、轉(zhuǎn)組成設(shè)計的過程中，需要明確BLDCM屬于永磁同步電機的一種，無刷直流電機只是常用的技術(shù)名稱，“直流”并不代表沿用直流電，由于直流電在向電機定子電樞繞組輸送的過程中，須要通過串聯(lián)的形式，引導(dǎo)其流經(jīng)特定的MOS管，通過驅(qū)動芯片的控制處理，有規(guī)律的完成導(dǎo)通、關(guān)閉等技術(shù)操作。在這一過程中行使逆變器的功能權(quán)利，當(dāng)直流電變?yōu)榻涣麟姾?，電流會?jīng)過電機的定子繞組，發(fā)生數(shù)值變化，當(dāng)定子繞組中通過直流電時，數(shù)值Fa處于恒定不變的狀態(tài)，無法滿足電能與機械能轉(zhuǎn)化的操作要求，想要保證功率驅(qū)動任務(wù)的順利開展，需要定子三相繞組中兩相按照相應(yīng)的工作程序完成導(dǎo)通，另一相則處于關(guān)閉狀態(tài)。為了保證對整個工作流程的全面管控，需要在電子換相過程中，保證換相操作的準(zhǔn)確性，如果換相處理不及時，會導(dǎo)致電機在運行時出現(xiàn)失去工作規(guī)律、發(fā)出異常噪聲，控制器損壞等問題，嚴(yán)重的甚至造成電機報廢問題的發(fā)生，需要充分發(fā)揮出邏輯性組合電路的運行穩(wěn)定性。在轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一圈后，通過位置傳感器對電機的運行狀態(tài)進行檢測，一直到轉(zhuǎn)子位置為止共發(fā)生六次變化，每產(chǎn)生一次變化，電路會通過自動化控制，完成電機本體的換相操作。

組合邏輯電路能夠自動進行多種信號的接收，通過組合邏輯運算對集成門電路進行系統(tǒng)處理，根據(jù)工作狀態(tài)發(fā)送控制信號，根據(jù)信號指示對逆變橋的六只MOS管進行關(guān)閉和導(dǎo)通控制。MOSFET全控器件的使用，能夠快速完成開關(guān)控制，提高工作頻率，擴展安全的工作區(qū)域，降低二次擊穿問題的發(fā)生幾率，支持高阻抗的輸入，具有良好的熱穩(wěn)定性，起到良好的電路保護作用，有效降低價格成本，滿足電機的工作需求，提高系統(tǒng)運行的可靠性。

2 無刷直流電機保護電路設(shè)計

想要保證BLDCM驅(qū)動電路的穩(wěn)定運行，需要做好硬件渠道電路的保護工作，保護電路的設(shè)計主要分為過流保護、過壓保護、欠壓保護等內(nèi)容，在使用過程中當(dāng)電池的電壓閾值低于標(biāo)準(zhǔn)值時，需要設(shè)計合理的欠壓保護方案，對設(shè)備進行停機處理起到電池保護作用。工作人員進行電壓數(shù)據(jù)的采集工作，對母線電壓數(shù)值進行檢測，當(dāng)超過標(biāo)準(zhǔn)閾值時開展過壓保護工作，由控制器發(fā)送“停止”信號，自動完成停機處理，保護運行設(shè)備的工作狀態(tài)，在進行電流采樣電路、過流保護電路設(shè)計的過程中，需要明確控制系統(tǒng)自動化控制操作的基礎(chǔ)條件。

防止漏源極間過電壓：漏源擊穿會產(chǎn)生高電壓，為了保證電路的安全性，需要在漏源間進行電路保護措施的開展，避免產(chǎn)生漏極尖峰電壓，對功率管造成破壞，運行過程中形成的過電壓與MOS開關(guān)的頻率之間呈正比，工作人員需要采用RC緩沖電路，或設(shè)置齊納二極管鉗位保證壓力的穩(wěn)定性。在MOS管中分別并聯(lián)連接二極管Q1Q6，發(fā)揮出續(xù)流的功能作用，Q1Q6二極管作為電動機與直流側(cè)之間能量反饋的主要渠道，實現(xiàn)運行信息的準(zhǔn)確傳遞。選擇合適的二極管型號完成續(xù)流操作，能夠更好地滿足系統(tǒng)運行需求，功率管需要具有較高的輸入阻抗，當(dāng)處于靜電較強的工作區(qū)間時，無法充分釋放功率管中的電荷，因此，需要制定科學(xué)的防靜電保護措施，在實際使用過程中保證功率器件處于熱極限內(nèi)。

3 無刷直流電機的硬件驅(qū)動電路的設(shè)計要點

1、組合邏輯電路。采用的IR2136專用柵極集成驅(qū)動電路，能夠完成高電壓母線功率開關(guān)的驅(qū)動工作，自帶高壓側(cè)、低壓側(cè)獨立輸出通道，通過自舉技術(shù)的運用，只需要單一的直流電源，就能夠保證6路功率開關(guān)驅(qū)動脈沖的穩(wěn)定輸出，達到最優(yōu)的驅(qū)動結(jié)果。讓驅(qū)動電路的設(shè)計流程變得更加簡便，驅(qū)動芯片中的死區(qū)電路具有過流和欠壓保護功能，并通過噪聲濾波器的設(shè)置，降低噪聲污染問題的發(fā)生，全面提高無刷直流電機的硬件驅(qū)動電路的設(shè)計效果，保證電機運行的穩(wěn)定性。

2、過流保護設(shè)計。過流保護電路設(shè)計的主要目的是，針對在電機運行過程中出現(xiàn)的過電流，制定出科學(xué)的安全保護措施，驅(qū)動電路的控制系統(tǒng)出現(xiàn)過電流的第一時間，自動關(guān)閉三相逆變橋的功率管，通過系統(tǒng)監(jiān)測采集母線電流的具體數(shù)值。并根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)進行對比分析，運用精密度較高的采樣電阻對母線電流信號進行轉(zhuǎn)換，得到電壓信號SAM，經(jīng)過濾波處理后將數(shù)值發(fā)送到比較器，與標(biāo)準(zhǔn)的預(yù)設(shè)基準(zhǔn)值進行對比分析，將產(chǎn)生的過流信號OC，輸出到組合邏輯電路進行系統(tǒng)運算。當(dāng)電流過大OC信號呈現(xiàn)低電平狀態(tài)，停止電機運行進行數(shù)值調(diào)整。

4 硬件驅(qū)動電路仿真結(jié)果分析

驅(qū)動電路仿真分析主要目的是對驅(qū)動電路的可行性進行分析，按照電路功能模塊的運行順序逐步進行仿真分析，根據(jù)得到的數(shù)據(jù)結(jié)果進行系統(tǒng)可行性結(jié)論，在進行驅(qū)動電路的仿真分析時，需要進行轉(zhuǎn)速調(diào)整，參考電機運行過程中的目標(biāo)轉(zhuǎn)速，按照順時針的方向進行運轉(zhuǎn)，觀察電機運行結(jié)果，并以此作為性能分析的主要依據(jù)。電機啟動后觀察電機轉(zhuǎn)速穩(wěn)定的數(shù)值區(qū)間，采用Proteus仿真軟件分析仿真電機轉(zhuǎn)速，與設(shè)定的轉(zhuǎn)速標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值之間的誤差大小，仿真環(huán)境下無法保證系統(tǒng)數(shù)據(jù)的實時性，系統(tǒng)的運行具有延時性，最終形成誤差，通過驅(qū)動電路仿真分析驗證驅(qū)動電路的可行性。

總結(jié)：傳統(tǒng)電機的控制開關(guān)處于獨立配置電源內(nèi)，無法保證運行的可靠性，因此，需要創(chuàng)新硬件驅(qū)動電路設(shè)計，簡化電路設(shè)計流程，通過性能測試保證設(shè)計結(jié)果的可靠性。在進行無刷直流電機驅(qū)動功率芯片選擇的過程中，需要結(jié)合傳統(tǒng)技術(shù)工藝進行三項全控橋式電路設(shè)計，能夠自動通過DSP接收霍爾位置傳感器傳輸?shù)男畔?nèi)容，并以此作為換相處理的主要依據(jù)，按照一定順序?qū)β书_關(guān)進行關(guān)閉和導(dǎo)通。

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作者簡介：

趙齊，男，1988年8月生，漢族，四川德陽人，學(xué)歷：學(xué)士，職稱：初級工程師，研究方向為電力電子技術(shù) 單位：二重德陽儲能科技有限公司。