無(wú)刷直流電動(dòng)機功率驅動(dòng)電路設計
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0 引 言
無(wú)刷直流電動(dòng)機是隨著(zhù)電力電子技術(shù)和高性能永磁材料而迅速發(fā)展并得到廣泛應用的新機種。無(wú)刷直流電動(dòng)機不僅保持了傳統直流電動(dòng)機良好的動(dòng)、靜態(tài)調速特性，且結構簡(jiǎn)單，運行可靠，易于控制，維護方便，壽命長(cháng)。它的應用從最初的軍事工業(yè)，向航空航天、醫療、信息、家電以及工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域迅速發(fā)展。無(wú)刷直流電動(dòng)機已經(jīng)不是專(zhuān)指具有電子換相的直流電機，而是泛指有刷直流電動(dòng)機外部特性的電子換相電機。
1 無(wú)刷直流電機功率驅動(dòng)電路
無(wú)刷直流電動(dòng)機一般由電子換相電路、轉子位置檢測電路和電動(dòng)機本體3部分組成，電子換相電路一般由控制部分和驅動(dòng)部分組成，而對轉子位置的檢測一般用位置傳感器完成。工作時(shí)，控制器根據位置傳感器測得的電機轉子位置有序地觸發(fā)驅動(dòng)電路中的各個(gè)功率管，進(jìn)行有序換流，以驅動(dòng)直流電動(dòng)機。
無(wú)刷直流電動(dòng)機的功率驅動(dòng)電路采用以IR公司的專(zhuān)用驅動(dòng)芯片IR2130為中心的6個(gè)N溝道的MOS-FET管組成的三相全橋逆變電路，其輸入是以功率地為地的PWM波，送到IR2130的輸入端口，輸出控制N溝道的功率驅動(dòng)管MOSFET，由此驅動(dòng)無(wú)刷直流電動(dòng)機。采用這種驅動(dòng)方式主要是功率驅動(dòng)芯片 IR2130對“自舉”技術(shù)形成懸浮的高壓側電源的巧妙運用，簡(jiǎn)化了整個(gè)驅動(dòng)電路的設計，提高了系統的可靠性，而且IR2130驅動(dòng)芯片內置死區電路，以及過(guò)流保護和欠壓保護等功能，大大降低了電路設計的復雜度，進(jìn)一步提高了系統的可靠性。
2 IR2130驅動(dòng)芯片的特點(diǎn)
IR2130可用來(lái)驅動(dòng)母線(xiàn)電壓不高于600 V電路中的功率MOS門(mén)器件，其可輸出的最大正向峰值驅動(dòng)電流為250 mA，而反向峰值驅動(dòng)電流為500 mA。由于它內部設計有過(guò)流、過(guò)壓及欠壓保護、封鎖和指示網(wǎng)絡(luò )，可使用戶(hù)方便地用來(lái)保護被驅動(dòng)的MOS門(mén)功率管。加之巧妙地運用內部的自舉技術(shù)使其用于高壓系統，還可對同一橋臂上下2個(gè)功率器件的門(mén)極驅動(dòng)信導產(chǎn)生2μs互鎖延時(shí)時(shí)間。由于它自身工作和電源電壓的范圍較寬(3～20 V)，在它的內部還設計有與被驅動(dòng)的功率器件所通過(guò)的電流成線(xiàn)性關(guān)系的電流放大器，電路設計還保證了內部的3個(gè)通道的高壓側驅動(dòng)器與低壓側驅動(dòng)器可單獨使用，亦可只用其內部的3個(gè)低壓側驅動(dòng)器，并 且輸入信號與TTL及COMS電平兼容。
電機控制的驅動(dòng)器采用IR2130芯片。IR2130是一種高電壓、高速度的功率MOSFET和IGBT、驅動(dòng)器，工作電壓為10～20 V，分別有3個(gè)獨立的高端和低端輸出通道。邏輯輸入與CMOS或LSTTL輸出兼容，最小可以達到2．5 V邏輯電壓。外圍電路中的參考地運行放大器，通過(guò)外部的電流檢測電位器來(lái)提供全橋電路電流的模擬反饋值，如果超出設定或調整的參考電流值，則IR2130 驅動(dòng)器的內部電流保護電路就啟動(dòng)關(guān)斷輸出通道，實(shí)現電流保護的作用。IR2130驅動(dòng)器反映高脈沖電流緩沖器的狀態(tài)，傳輸延遲和高頻放大器相匹配，浮動(dòng)通道能夠用來(lái)驅動(dòng)N溝道功率MOSFET和IGBT，最高電壓可達到600 V。
IR2130芯片可同時(shí)控制6個(gè)大功率管的導通和關(guān)斷順序，通過(guò)輸出H01～H03分別控制三相全橋驅動(dòng)電路的上半橋Q1，Q3，Q5導通關(guān)斷；而 IR2130的輸出L01～L03分別控制三相全橋驅動(dòng)電路的下半橋Q4，Q6，Q2導通關(guān)斷，從而達到控制電機轉速和正反轉的目的。IR2130芯片內部有電流比較電路，可以進(jìn)行電機比較電流的設定。設定值可以作為軟件保護電路的參考值，這樣可以使電路能夠適用于對不同功率電機的控制。IR2130的典型電路如圖1所示。
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三相全橋逆變電路選用6個(gè)功率MOSFETRFP40N10、一片IR2130和一些電阻電容而組成。其主要特點(diǎn)為： |
(4)上橋臂高壓側自舉電容的容量取決于被驅動(dòng)的功率MOSFET管開(kāi)關(guān)頻率、導通和關(guān)斷占空比以及柵極充電電流的需要。為了防止自舉電容放電后造成其兩端電壓低于欠壓保護動(dòng)作的門(mén)檻電壓值，使得IR2130關(guān)斷，電容取值應較大，此功率驅動(dòng)電路選擇10μF的電解電容。
(5)功率驅動(dòng)芯片IR2130內部的6個(gè)驅動(dòng)MOS-FET管(RFG40N10)，其輸出阻抗較低，導通輸出電阻rDS(ON)=0．04 Ω，直接驅動(dòng)功率MOSFET器件可能造成器件MOSFET漏一源極之間的振蕩。
這樣會(huì )引起射頻干擾，也有可能造成器件MOS-FET因承受過(guò)高的dv／dt而被擊穿。因此在功率管的柵極與IR2130的輸出之間串聯(lián)一個(gè)阻值為30 Ω的無(wú)感電阻。柵源極間的電阻主要提供放電回路，使自舉電容的電壓快速放掉。
4 結 語(yǔ)
在此介紹的無(wú)刷直流電動(dòng)機功率驅動(dòng)電路是采用IR公司的專(zhuān)用驅動(dòng)芯片IR2130組成的。由于1R2130驅動(dòng)芯片內置了死區電路，具有過(guò)流保護和欠壓保護等功能，大大降低了電路設計的復雜度，簡(jiǎn)化了整個(gè)驅動(dòng)電路的設計，提高了系統的可靠性。
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