一種基于小功率高溫無(wú)刷直流電動(dòng)機驅動(dòng)器設計

　　摘要：設計了一種能夠在高溫環(huán)境下工作的小功率無(wú)刷直流電動(dòng)機驅動(dòng)器。驅動(dòng)器邏輯部分采用高性能的單片機，開(kāi)關(guān)主電路中采用特殊結構，省去了功率器件的驅動(dòng)芯片，整個(gè)驅動(dòng)器只需一個(gè)外部電源。驅動(dòng)器具有開(kāi)環(huán)調速和恒功率運行等控制功能。實(shí)驗結果表明該驅動(dòng)器可在150℃高溫環(huán)境下穩定運行。

　0 引 言

　　高溫電機在石油測井、航天及國防等領(lǐng)域有廣泛的應用，目前一般采用感應電機但感應電機存在功率因數低、損耗大、效率低，溫升高，而且速度和功率控制電路非常復雜。無(wú)刷直流電機轉子為永磁結構，轉子無(wú)電流、效率高、功率密度大、驅動(dòng)電路簡(jiǎn)單、控制方便，因而是替代高溫感應電機的理想產(chǎn)品。驅動(dòng)電路是無(wú)刷直流電機系統適應高溫環(huán)境的關(guān)鍵，必須滿(mǎn)足耐高溫、可靠性高等高溫環(huán)境的要求。本文針對這些要求設計開(kāi)發(fā)了一種能夠在高溫環(huán)境下工作的小功率無(wú)刷直流電動(dòng)機的驅動(dòng)器。該驅動(dòng)器采用了高等級的軍工級器件，可驅動(dòng)額定電壓為12 V、額定電流小于2 A的無(wú)刷直流電機，具有開(kāi)環(huán)速度調節和恒功率運行等控制功能。驅動(dòng)器的邏輯部分采用高性能的單片機；開(kāi)關(guān)主電路中采用了特殊結構，從而省去了功率器件的隔離或懸浮自舉驅動(dòng)芯片，大大簡(jiǎn)化了驅動(dòng)電路的結構；邏輯電路部分的電源由功率電源穩壓得到，從而使整個(gè)驅動(dòng)器只需一個(gè)外部電源。對驅動(dòng)器在150℃的高溫環(huán)境下進(jìn)行的運行實(shí)驗證明了其運行的可靠性。

　　1系統硬件電路設計驅動(dòng)器硬件主要包括單片機電路、開(kāi)關(guān)主電路、限流保護電路等原理圖如圖1所示。

　　l_1單片機部分

　　驅動(dòng)器的邏輯部分采用具有A／D轉換、PwM信號輸出功能的耐高溫單片機芯片。該部分主要完成電機轉子位置信號的采集、電動(dòng)機換相邏輯信號的生成、PwM信號的生成、電機正／反轉控制和起動(dòng)／停止控制等功能。

　　(1)換相邏輯信號產(chǎn)生單片機根據電機轉子位置信號給出換相邏輯信號。圖1中單片機的P1．O、P1．1、P1．2引腳連接電機轉子位置傳感器，采集轉子位置信號。P2．O、P2．1、P2．2、P2．3、P2．4、P2．5引腳為換相邏輯控制信號的輸出端。單片機通過(guò)編程把電機轉子位置信號轉換為對應的換相邏輯。電機運行時(shí)根據采集到的電機轉子位置信號HAl、HA2、HA3通過(guò)向P2口送對應控制字的方式把6路換相邏輯信號送到 P2．0、P2．1、P2．2、P2．3、P2．4、P2．5引腳。

　　(2)PwM信號生成驅動(dòng)器的速度調節采用脈寬調制方法，即通過(guò)改變PWM信號的占空比來(lái)控制電機電樞電壓，從而實(shí)現開(kāi)環(huán)調速。該驅動(dòng)器采用給單片機輸入一個(gè)可調的模擬電壓的方式來(lái)調節PWM信號的占空比。

　　單片機的P2．7引腳為PWM信號輸出端。

　　PwM信號的頻率由單片機內的寄存器PWMl值確定。PWM信號的占空比由寄存器PwM0的值確定。在單片機的一個(gè)A／D轉換輸入端P1．7引腳輸入模擬電壓信號SPCIN。該模擬電壓經(jīng)單片機采樣轉換成的數字量，再送到寄存器PwM0來(lái)改變PWM信號的占空比，實(shí)現速度調節。