基于IPM的三相無(wú)刷直流電機控制系統的設計

O 引言
無(wú)刷直流電機因其體積小，重量輕，維護方便，高效節能等一系列優(yōu)點(diǎn)，被廣泛用于各個(gè)領(lǐng)域。尤其隨著(zhù)高性能的單片機和專(zhuān)門(mén)用途的DSP(Digital Signal Processor)微處理器和集IGBT模塊及其驅動(dòng)和保護于一身的智能功率模塊(Intelligent Power Module，IPM)的發(fā)展，使無(wú)刷直流電機的位置檢測和換相更加準確穩定。本文以DSP(TMS320LF2407A)作為核心的三相無(wú)刷直流電機控制系統為研究對象，采用雙極性PWM(PulseWidth Modulation)控制技術(shù)，利用智能功率模塊IPM(PM50RSAl20)，設計一種電機控制系統，實(shí)驗結果表明，系統調速范圍寬，控制性能良好。

1 三相無(wú)刷直流電機控制系統
三相無(wú)刷直流電機控制系統框圖如圖1所示，系統主要由DSP控制模塊、智能功率模塊和轉子位置檢測模塊三大部分構成。系統根據轉子位置檢測模塊檢測到的電機位置信號，控制DSP輸出正確的6路PWM脈沖信號，經(jīng)過(guò)驅動(dòng)電路以控制智能功率模塊中相應功率管的通斷，從而實(shí)現對電機的正確供電，控制電機正常運行。

2 TMS320LF2407A模塊的介紹
TMS320LF2407A模塊主要由DSP芯片、電源、晶振、外擴RAM和輸出引腳組成。TMS320LF2407A有兩個(gè)事件管理器EVA和EVB，每個(gè)模塊包括：兩個(gè)16位的通用定時(shí)器；8個(gè)16位的脈寬調制通道(PWM)，他們能夠實(shí)現三相反相器控制，能捕獲位置信號，可產(chǎn)生可調死區的各種PWM波。該模塊在本控制系統中擔當著(zhù)重要的控制角色。
DSP硬件的調試不但需要示波器等傳統的儀器，還需要專(zhuān)門(mén)的仿真套件，本文使用的是XDS510仿真器，該仿真器包括一個(gè)PC插卡和一個(gè)JTAG接口，通過(guò)該接口可以訪(fǎng)問(wèn)DSP芯片的所有資源，而且同時(shí)可以設置斷點(diǎn)、單步執行等，以檢驗和調試所設計的目標電路是否正確。

3 基于IPM控制電路的設計
智能功率模塊IPM由高速、低功率的IGBT和優(yōu)選的門(mén)級驅動(dòng)及保護電路構成。雖然IPM雖有諸多優(yōu)點(diǎn)，但其內部電路不含有防止干擾的信號隔離電路、自保護功能和浪涌吸收電路，為保證IPM安全可靠，需要設計這部分電路。
3．1 IPM外部驅動(dòng)電路的設計
IPM功率驅動(dòng)電路如圖2所示。為了保證強電部分和弱電部分電路的電氣隔離，需將控制部分和驅動(dòng)部分相互隔離。來(lái)自DSP的6路PWM信號經(jīng)電阻限流后經(jīng)高速光耦隔離并放大后接IPM內部驅動(dòng)電路以控制相應開(kāi)關(guān)管工作。IPM的故障信號也需隔離之后送到DSP。UFO、VFO、WFO、FO分別為IPM內部的上橋臂三路故障輸出信號和下橋臂一路故障輸出信號。這些內部故障信號經(jīng)光耦PC817轉換為相應的故障輸出信號F01、F02、F03和F04。