直流無刷電機(jī)的電�(jī)本身是機(jī)電能量轉(zhuǎn)換部分,它除了電�(jī)電樞、永磁勵磁兩部分外,還帶�傳感�。電�(jī)本身是直流無刷電�(jī)的核心,它不僅關(guān)系到性能指標(biāo)、噪聲振動、可靠性和使用壽命�,還涉及制造費(fèi)用及�(chǎn)品成本。由于采用永�磁場,使直流無刷電機(jī)擺脫一�直流電機(jī)的傳�(tǒng)�(shè)計和�(jié)�(gòu),滿足各種應(yīng)用市場的要求,并向著省銅節(jié)材、制造簡便的方向�(fā)�。永磁磁場的�(fā)展與永磁材料的應(yīng)用密切相�(guān),第三代永磁材料的應(yīng)用,促使直流無刷電機(jī)向高效率、小型化、節(jié)能方向邁�(jìn)�
直流無刷電機(jī)是同步電�(jī)的一�,也就是說電機(jī)�(zhuǎn)子的�(zhuǎn)速受電機(jī)定子旋轉(zhuǎn)磁場的速度及轉(zhuǎn)子極�(shù)(p)影響:
n=120.f / p。在�(zhuǎn)子極�(shù)固定情況�,改變定子旋轉(zhuǎn)磁場的頻率就可以改變�(zhuǎn)子的�(zhuǎn)�。直流無刷電�(jī)即是將同步電�(jī)加上電子式控�(�(qū)動器),控制定子旋轉(zhuǎn)磁場的頻率并將電�(jī)�(zhuǎn)子的�(zhuǎn)速回授至控制中心反復(fù)校正,以期�(dá)到接近直流電�(jī)特性的方式.也就是說直流無刷電機(jī)能夠在額定負(fù)載范圍內(nèi)�(dāng)�(fù)載變化時仍可以控制電�(jī)�(zhuǎn)子維持一定的�(zhuǎn)速�
直流無刷�(qū)動器包括電源部及控制部如� (1) :電源部提供三相電源給電機(jī),控制部則依需求轉(zhuǎn)換輸入電源頻��
電源部可以直接以直流電輸�(一般為24v)或以交流電輸�(110v/220 v),如果輸入是交流電就得先經(jīng)�(zhuǎn)換器(cONverter)�(zhuǎn)成直�.不論是直流電輸入或交流電輸入要轉(zhuǎn)入電�(jī)線圈前須先將直流電壓由換流器(inverter)�(zhuǎn)�3相電壓來�(qū)動電�(jī)。換流器(inverter)一般由6個功率晶體管(q1~q6)分為上臂(q1、q3、q5)/下臂(q2、q4、q6)連接電機(jī)作為控制流經(jīng)電機(jī)線圈的開�(guān)??刂撇縿t提供pwm(脈沖寬度�(diào)�)決定功率晶體管開�(guān)頻度及換流器(inverter)換相的時�(jī)。直流無刷電�(jī)一般希望使用在�(dāng)�(fù)載變動時速度可以�(wěn)定于�(shè)定值而不會變動太大的速度控制,所以電�(jī)�(nèi)部裝有能感應(yīng)磁場的霍爾傳感器(hall-sensor),做為速度之閉回路控制,同時也做為相序控制的依據(jù).但這只是用來做為速度控制并不能拿來做為定位控��
電機(jī)�(qū)動能效不論提高多少,都會節(jié)省大量的電能,這就是市場對先�(jìn)的電�(jī)控制算法的興趣日濃的部分原因。三相無刷電�(jī)主要指是交流感應(yīng)異步電機(jī)和永磁同步電�(jī)。這些電機(jī)以能效高、可靠性高、維�(hù)成本�、產(chǎn)品成本低和靜音工作而著�。感�(yīng)電機(jī)已在水泵或風(fēng)扇等工業(yè)�(yīng)用中得到廣泛�(yīng)�,并正在與永磁同步電�(jī)一起充斥家�、空�(diào)、汽車或伺服�(qū)動器等市�。推動三相無刷電�(jī)�(fā)展的主要原因有:電子元器件的價格降低,實�(xiàn)�(fù)雜的控制策略以克服本身較差的動態(tài)性能成為可能�
以異步電�(jī)為例。簡單的�(shè)計需要給定子施加三�120°相移的正弦波電壓,這些繞組的排列方式能夠產(chǎn)生一種旋�(zhuǎn)磁通量。利用變壓器效應(yīng),這個磁通量在轉(zhuǎn)子籠�(nèi)感應(yīng)出一股電�,然后產(chǎn)生轉(zhuǎn)子磁通量。就是這兩種磁通量相互作用�(chǎn)生電磁力�,使電機(jī)旋轉(zhuǎn)。在�(zhuǎn)子上感應(yīng)出電流的條件是,確保�(zhuǎn)子的�(zhuǎn)速與定子的磁通量頻率不同;如果相�,轉(zhuǎn)子只�(jīng)歷一個恒定的磁通量,不會有感應(yīng)電流�(chǎn)生(楞次定律�。通電頻率和其�(chǎn)生的�(jī)械頻率之間的微小差異是異步電�(jī)命名的原�。一個三相交流電�(jī)實現(xiàn)�(zhuǎn)速可�(diào)操作的最簡單方式�,實�(xiàn)一個所謂的電壓/頻率控制(或者叫做標(biāo)量控制),其工作原理是在頻率與電�(jī)通電電壓之間保持恒比。這種方法�(chǎn)生一個恒定的定子磁通量,然后在�(zhuǎn)子主軸上得到額定的電�(jī)力矩。對于應(yīng)用負(fù)載特性被大家了解的低成本�(qū)動器,以及控制帶寬要求不是很高的�(qū)動器,如�(shù)量很少的HP泵和�(fēng)扇、洗衣機(jī)�,這是一個很受歡迎的控制方法。一個MIPS不是很高并帶有合理的外設(shè)接口�8位單片機(jī)如ST7MC,即可滿足這種�(yīng)用需�,同時編程也很簡單�
這種方法無法在瞬間工作過程中保證的電�(jī)特性(力矩、能效)。而且為防止電�(jī)出現(xiàn)臨時消磁�(xiàn)�,還必須限制�(qū)動器反作用力的時間。為了克服這些限制條件,考慮到電�(jī)的動�(tài)特性,市場上出�(xiàn)了其他的控制策略。磁場定向控制(也稱矢量控制)是�(yīng)用最廣泛的控制算�,目�(biāo)�(yīng)用包括帶式傳輸機(jī)、大功率水泵、汽車廢氣排�、工廠自動化。這種方法允許用兩個去耦的控制變量(下文簡稱Id和Iq)控制一個交流電�(jī),就像控制分開勵磁的直流電機(jī)一�。勵磁電流Id�(chǎn)生直流主磁通量,而Iq則控制力�,功能與直流電機(jī)中的電樞電流一�。當(dāng)�(fù)載發(fā)生變化時,磁場定向控制能�?qū)D(zhuǎn)速�(jìn)行精確的控制,響�(yīng)速度非常�,甚至在瞬間操作過程中,通過使定子和�(zhuǎn)子的磁通量保持正交,可以優(yōu)化電�(jī)能效。這種方法可實�(xiàn)位置控制方案(通過瞬間力矩控制�,在低速運(yùn)�(zhuǎn)時釋放電�(jī)的全部力��
下面簡要介紹一下磁場定向控制的工作原理。把參考坐�(biāo)系從固定的定子線圈換到運(yùn)動的�(zhuǎn)子磁通量坐標(biāo)�,采用兩個著名的變換�(yùn)算法則:Clarke變換和Park變換。Clarke變換是將120°相移三軸坐標(biāo)�(Ia, Ib, Ic)�(zhuǎn)換成兩軸直角坐標(biāo)�(Ia, Ib);Park變換是將固定� (Ia, Ib)坐標(biāo)系統(tǒng)�(zhuǎn)換成與轉(zhuǎn)子相�(guān)的兩軸旋�(zhuǎn)坐標(biāo)�(Id, Iq)。這兩個數(shù)值是直流或者變化緩慢的�(shù)�,采用簡單的PI控制器方法可以調(diào)整這兩個數(shù)值�,利用逆變�(Park和Clarke逆變�)將其還原到固定的AC三相坐標(biāo)系,如圖1所��
�1 磁場定向控制的工作原�
在各種矢量控制方法中,我們采用一個間接磁場定向控制方�,測量和處理的電�(jī)模型參數(shù)是轉(zhuǎn)子時間常�(shù)Lr/Rr(在�(zhuǎn)差估算器模塊�(nèi)�。如果電�(jī)是一個永磁同步電�(jī),結(jié)�(gòu)框圖和相�(yīng)的功能將會非常相�,不再需要轉(zhuǎn)差估算器,磁通量命令可以�(shè)定為�(磁鐵自己�(chǎn)生磁通量)。算法只是這項工作的一部分:只要計算出電壓電平,就必須將其�(zhuǎn)換成伏特和安�。像在任何一個現(xiàn)代功率電子系�(tǒng)一樣,這個電�(jī)控制系統(tǒng)由肌肉(功率�(zhuǎn)換器)和大腦(單片機(jī))組�。驅(qū)動功率轉(zhuǎn)換器(俗稱逆變器)是由三個PWM輸出�(qū)�。從�2中不難看�,一個功率強(qiáng)大的三路緩沖器將一�0-5V的邏輯信號,�(zhuǎn)變成一�0-300V的方波信�,施加到電機(jī)端子�。電�(jī)的繞組電感起到一個低通濾波器的作用:去除載波頻率,平滑電流變�,形成一個正弦電流波�,即PWM�(diào)制的波形�
�2 電機(jī)控制系統(tǒng)
讓我們從CPU開始逐個查看一個先�(jìn)的電�(jī)�(qū)動器系統(tǒng)的整體需�。整個矢量控制算法必須連續(xù)反復(fù)計算,計算速度�1~10 kHz之間�1ms一直到100μs閉環(huán)時間,視最終應(yīng)用的帶寬而定�。系�(tǒng)需要大量的�(shù)�(xué)計算(三角函�(shù)、PID�(diào)整器、實時磁通量和基于電�(jī)參數(shù)的力矩估算)。此外,必須給應(yīng)用的其余部分(通信、用戶界面等)的計算留有余地。為了不限制動態(tài)性能,主要控制變量需�16位的精度,中間結(jié)果需�32位計算能力。所有這些因素說明了矢量控制必須使用高�、高性能處理器的原因。市場現(xiàn)有產(chǎn)品包�16位或32位單片機(jī)、混合控制器或數(shù)字信號處理器,這些�(chǎn)品通常與先�(jìn)的電�(jī)控制直接相關(guān),如果你不是刻意追求速度最快的�(shù)字電流控制回路或最精確的曲線控制,一個基于ARM7處理器的解決方案剛好滿足磁通量定向控制的要�。除核心的性能外,若想限度減少外部組件,還需配備合理的外�(shè)接口。這樣�(shè)計可大大簡化�(shè)計過�,確保成本效益和可靠性(因為PCB�(shè)計被簡化)�
在信號生成方�,通用PWM通道是不適合�,必須使用電�(jī)控制專用PWM信號,因此必須采用三對同步互�(bǔ)PWM通道,含有死區(qū)時間插入功能,以防止半橋可能�(fā)生短路故�。為安全起見,當(dāng)功率級出�(xiàn)故障/錯誤(過�、高溫)時,必須同時�(guān)閉�6路PWM通道。安全功能還配備一個專用的緊急故障輸入。定時器的時鐘頻率(典型�>50MHz)和PWM載波頻率的三角波形才是確保正弦波形的高精度和的噪�-開關(guān)損耗比的兩個因�,而非鋸齒波形�
模擬信號采集是MCU的另一個主要負(fù)荷,電機(jī)�(jiān)控必須控制兩類信號:緩慢變化的信號如DC總線電壓(含�100Hz波紋電壓成分)或電位器電�;高動態(tài)的頻率范圍幾赫茲到數(shù)百赫茲的電機(jī)電流,其中含有PWM速率(典型值高�10 kHz)的波紋電流。因此,模數(shù)�(zhuǎn)換器的速度必須很快(低�5μs�,以便在對電�(jī)相位�(jìn)行順序采樣時,減少對不平�(wěn)電流的測�,節(jié)省為等候模�(shù)�(zhuǎn)換結(jié)果而在PWM中斷服務(wù)程序上消耗的時間。在�(zhuǎn)換器精度方面�10位正在成為轉(zhuǎn)換器的標(biāo)�(zhǔn)。雖�8位轉(zhuǎn)換器對大多數(shù)�(yīng)用已�(jīng)夠用,但是電流范圍擴(kuò)大的�(yīng)用需�10位以上的模數(shù)�(zhuǎn)換器,以便在各種�(fù)載條件下保證充足的分辨率。此�,控制精度與模數(shù)�(zhuǎn)換器的質(zhì)量有直接的關(guān)��
,我們還必須處理�(zhuǎn)速和/或位置傳感器。遞增編碼器位置傳感器需要專用的信號�(diào)節(jié)功能,作為一個具有加減計�(shù)功能的外部時�,來處理兩個正交信號輸出。處理這個功能的是一個含有專用編碼器模式的定時器�
我們在STR730單片�(jī)上成功地實現(xiàn)了一個帶傳感器的磁場定向控制(基于轉(zhuǎn)速生成器)算�,該單片�(jī)基于ARM7TDMI處理器,工作頻率32MHz,內(nèi)嵌閃存。這個算法完全采用C語言開發(fā),沒有�(jìn)行任何刻意的代碼�(yōu)�。在實際算法�,完成整個控制回路用�55μs,在3kHz采樣速率下CPU�(fù)�17%。當(dāng)核心�(yùn)行在60MHz�,預(yù)計執(zhí)行時間低�20μs。采用ARM7處理器實�(xiàn)的算法具有很多優(yōu)�(diǎn)。首�,ARM�(xiàn)已成為標(biāo)�(zhǔn)核心,其平臺方法和大量的開發(fā)工具是節(jié)省成本的�(guān)鍵所�;其�,假如下一代產(chǎn)品設(shè)計需要更高處理速度(MIPS�,你可以直接升級到基于ARM9的產(chǎn)品。從架構(gòu)的角度看,桶形移位器很有趣,它允許在整個處理流程中�(yōu)化變量分辨率。你可以在一個時鐘周期內(nèi)改變格式以達(dá)到限制處理時間的目的,此�,它允許利用常數(shù)節(jié)省某些乘法運(yùn)算,例如r0=(r1<<4) - r1相當(dāng)于r0=15xr1,甚至速度更快。低成本的DSP�16位固�(diǎn)核心。當(dāng)必須處理PI�(diào)整器的積分項或擴(kuò)展所需的精度范圍時,ARM7�32位數(shù)�(jù)通道能夠避免多�16位負(fù)�。當(dāng)�(jìn)行電�(jī)控制信號處理�,DSP的其他重要功能沒有太大的用�,例�,硬件閉�(huán)和雙尋址模式。這些在某種程度上說明了人�?yōu)槭裁窗袮RM7處理器喻成如此優(yōu)化的架構(gòu)�
�3所示是一個新的STR7�(chǎn)�,為ST的基于ARM7處理器的�(chǎn)品線開發(fā),能夠滿足前文概述的系統(tǒng)需�。主要特性包括:
* SPTimer同步PWM定時器,�(zhí)行高端PWM信號生成功能,基�16位定時器,時間分辨率可降�16.6ns,實�(xiàn)的電壓重��
* 能夠�(chǎn)生居中或邊緣對齊的PWM圖形�
* 逆變器故障處理所需的內(nèi)部可編程死區(qū)時間信號生成器和緊急故障保�(hù)功能�
* 為簡化軟件處理任�(wù),采用多個中斷源、一個可編程重載速率和“禁止吸煙”保�(hù),以防止軟件因為失控而修改系�(tǒng)重要外設(shè)的配置寄存器�
�3 新的STR7�(chǎn)�
這個SPTimer還可作為通用定時�,帶有兩個輸入捕獲引�、兩個輸出比較引�,以及可限度降低軟件開銷的編碼器專用模式。該模式具有x2或x4分辨�、方向自動管理,可以給所選編碼器的線�(shù)編程,因此可從計�(shù)寄存器直接讀取轉(zhuǎn)子角位信�。針對電流測量功�,新�(chǎn)品內(nèi)置一個具有自動掃描功能的3μs 10位模�(shù)�(zhuǎn)換器。主要外�(shè)接口包括多個定時器、通信接口�??紤]到單片機(jī)處理的非電機(jī)控制性任�(wù),我們在電路板上�(shè)計了智能外設(shè),像連接端子、功率因�(shù)校正、耗能制動��
意法半導(dǎo)體集中全力開�(fā)電機(jī)控制市場,是世界僅有的幾家有能力提供完整的電�(jī)控制�(chǎn)品組合的供應(yīng)商之一,產(chǎn)品范圍從快速二極管到處理器,包括高壓柵�(qū)動器和開�(guān)。為滿足更加節(jié)能的“綠色� 電機(jī)和高性能�(qū)動器的需�,我們打造了一個以ARM為核心的完整�(chǎn)品線,幫助設(shè)計人員揭開向量控制算法的神秘面紗。這種控制方法很快就會把今天的主流的DSP式控制淘汰出局。推廣應(yīng)用一個新的控制方法:既然使用以ARM為核心的�(biāo)�(zhǔn)單片�(jī)就能滿足先�(jìn)的電�(jī)控制需�,有誰還肯再花費(fèi)時間在專有的架構(gòu)上實�(xiàn)先�(jìn)的電�(jī)控制呢?
有刷和無刷電�(jī)之間最顯著的區(qū)別是是否配置有常見的電刷-換向�(Brush-Commutator)。過去一個世紀(jì)以來,有刷直流電�(jī)的換向一直是通過石墨電刷與安裝在�(zhuǎn)子上的環(huán)形換向器相接觸來實現(xiàn)��
而無刷電�(jī)則通過霍爾傳感�(Hallsensor)把轉(zhuǎn)子位置反饋回控制電路,使其能夠獲知電�(jī)相位換向(順序)的準(zhǔn)確時�。大多數(shù)無刷電機(jī)生產(chǎn)商生�(chǎn)的電�(jī)都具有三個霍爾效�(yīng)定位傳感�。由于無刷電�(jī)沒有電刷,故也沒有相�(guān)接口,因此更干凈,聲�(xué)噪聲更小,事實上無需維護(hù),壽命更長�
那么,還有什么是有待更�(jìn)一步的�?盡管電機(jī)�(yè)對無刷電�(jī)�(yōu)勢的�(rèn)識日益加�,但迄今工作仍只限于開發(fā)上述的無刷電�(jī)霍爾傳感器控制電子元件�
目前對電�(jī)�(qū)動盒和電�(jī)�(qū)動卡開發(fā)的需求十分急迫,它們能為設(shè)計人員提供微控制器、可編程能力和驅(qū)動器,并把所有這些功能都集成在一個單一封裝�(nèi)。不論是在數(shù)字還是模擬模式下,本�(zhì)上是這種集成方式完成各種電機(jī)�(yīng)用必需的換�。沒有這種集成,無刷電�(jī)就不起作��
在選擇驅(qū)動器時,脈寬�(diào)�(PWM)IC正逐漸作為一種技�(shù)受到�(rèn)�。驅(qū)動器的選擇僅取決于效率。線性電路的缺點(diǎn)在中端開始突�,此時輸出電平為50[%]左右。在這種輸出電平�,旁路元件的阻抗等于�(fù)載阻�,這意味著放大器產(chǎn)生的熱量等于供給�(fù)載的功率!簡言�,當(dāng)以中等功率等級驅(qū)動電阻式�(fù)載時,線性控制電路出�(xiàn)50[%]的效��
相對于有百年歷史的有刷電�(jī)而言,無刷電�(jī)更干�、纖小和輕便,并正在�(wěn)步快速地向前�(fā)�。對于它們穩(wěn)定且不斷增加的受歡迎程度,僅以“是時候了”來概括顯然過于保守�
就在兩年�,無刷電�(jī)還遠(yuǎn)比有刷電�(jī)昂貴。但受惠于設(shè)計技�(shù)和材料技�(shù)的�(jìn)�,其價格急劇降低。如�,兩種電�(jī)技�(shù)之間的成本差異只�10[%]。而最顯著的轉(zhuǎn)變則是設(shè)計人員開始緊密結(jié)合工�(yè)�(yīng)用�(jìn)行工�。傳�(tǒng)�,這被�(rèn)為屬于硬核式有刷電機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)�,因為“干凈”的工作�(huán)境并不是最重要�。但�(xiàn)在,由于成本門檻的降低,無刷電�(jī)不斷獲得新的�(yīng)��
直流無刷電機(jī)廣泛�(yīng)用于計算�(jī)外圍�(shè)�、數(shù)控機(jī)�、機(jī)器人、伺服系�(tǒng)、汽�、家電等�(lǐng)域。本文介紹的電機(jī)�(qū)動電路就是某�(wěn)定平臺的角度伺服控制回路的驅(qū)動部�。本文中�(shè)計的基于CPLD的電�(jī)�(qū)動電�,充分利用cPLD的硬件可編程和實�(xiàn)邏輯�(yùn)算方便的特點(diǎn),用一片CPLD代替原有十幾片邏輯門和一部分模擬電路。采用VHDL語言編程實現(xiàn)相關(guān)邏輯。利用CPLD在線可編程的特點(diǎn),可以很方便的對系統(tǒng)�(jìn)行調(diào)��
1 無刷直流電機(jī)的驅(qū)動原�
直流無刷電動�(jī)是由電動�(jī)本體、轉(zhuǎn)子位置傳感器和電子開�(guān)電路組成一個閉�(huán)系統(tǒng)。與一般的有刷電機(jī)不同,他的定子為電樞繞組,轉(zhuǎn)子采用永磁體。本文介紹的電動�(jī)采用�3相Y型聯(lián)�(jié)的全控電路,其基本構(gòu)成如�1所��
其電子開�(guān)電路�6個IGBT組成的三相逆變電路。直流無刷電�(jī)�(qū)動電路的作用就是對來自電�(jī)�(zhuǎn)子位置傳感器的位置信�、來自外部的PWM控制信號以及其他控制信號采樣并�(jìn)行譯�,使A,B,C三相繞組能按要求的順�?qū)�?,實�(xiàn)定子繞組的正確換�,從而使電機(jī)正常�(yùn)�。在實際�(yīng)用中還要對電�(jī)的過壓、欠�、過�、過熱保�(hù)等�(jìn)行設(shè)�。并按要求�(jìn)行光電隔離和基極�(qū)動電路設(shè)��
2 系統(tǒng)總體方案�(shè)�
電動�(jī)�(qū)動電路包�3個部�,即�
(1)CPLD核心控制電路�
(2)�(qū)動及隔離電路�
(3)IPM接口電路;其系統(tǒng)框圖如圖2所��
3 硬件電路�(shè)�
3.1 CPLD控制電路
該部分是電動�(jī)�(qū)動電路的核心部分見圖3,其信號采集、換相譯�、死區(qū)�(fā)生器�(shè)計以及故障處理均由該部分完成。采集的信號有:電機(jī)控制器的PWM信號;正反轉(zhuǎn)控制信號;經(jīng)過整形的電機(jī)的霍爾位置傳感器的位置信�;來自IPM模塊的電�(jī)的欠壓、過�、過流、過熱等故障檢測信號。這些信號輸入到CPLD�,通過CPLD的軟件實�(xiàn)換相譯碼、編程死區(qū)和電�(jī)保護(hù)邏輯,輸出控制信號UP,VP,WP,UN,VN,WN到IPM的三相逆變電路??刂齐姍C(jī)的三相電樞正確換�,從而使電機(jī)正常�(yùn)��
霍爾傳感器信號的整形電路如圖4所示:
采用4路精密電壓比較器LM339完成。對來自霍爾傳感器的信號�(jìn)行整�,并對輸出到CPLD的信號加濾波電容濾波�
3.2 �(qū)動隔離電�
�(qū)動隔離電路包括光電隔離電路和基極�(qū)動電��
光電隔離電路的作用是實現(xiàn)CPLD控制電路與IPM模塊之間的電氣隔�。隔離信號有2部分�
(1)CPLD輸出到IPM模塊的UP等控制信��
(2)IPM反饋給CPLD的電�(jī)故障診斷信號F1,F(xiàn)2,F(xiàn)3,F(xiàn)4�
UP等信號的電氣隔離采用高速光電耦合芯片6N137,該芯片的延遲時間為75 ns。可實現(xiàn)3 000 VDC的高電壓隔離,適合于電氣控制場合。IPM反饋給CPLD信號的電氣隔離由光電耦合芯片4N25完成,如�5所��
基極�(qū)動電路采�9014三極管,并使三極管工作在開關(guān)狀�(tài)。增加控制信號的�(qū)動能力,并最終輸出控制電壓給IPM模塊的三相逆變電路。如�6所示:
3.3 IPM接口電路�(shè)�
IPM(智能功率模塊)將多個IGBT集成到一�,廣泛應(yīng)用于無噪聲逆變�、低噪聲UPS和伺服控制器�。一般含有柵極驅(qū)動、短路保�(hù)、過壓、過流保�(hù)�。本文采用三菱電�(jī)生產(chǎn)的PM75CSA120的IPM模塊實現(xiàn)�(qū)動電�(jī)所需的三相逆變電路。他�(nèi)部集�6只IGBT,每2只對�(yīng)電機(jī)的一�。其額定�(fù)載電流為75 A,額定控制電壓為1 200 V。另外還集成過流、過�、欠壓、短路等故障檢測電路,其示意圖如�7所��
出現(xiàn)故障�,IPM會將檢測信號FO送到CPLD�(jìn)行處�,采取相�(yīng)的措施,提高系統(tǒng)的可靠��
IPM工作需要單�(dú)的電源供�,與控制電路電源�(yán)格分�。其中上橋臂�3個IGBT各自需�1路電源,下橋臂的3個IGBT共用1個電�,這樣就需�4路電源。其電源模塊的電路如�8所��
智能功率模塊將功率電子器件和�(qū)動電路集成到一�,并且內(nèi)藏有故障檢測電路,不僅體積小,而且可靠性高�
4 系統(tǒng)軟件�(shè)�
4.1 軟件�(gòu)架設(shè)�
CPLD的軟件采用VHDL語言編程實現(xiàn)。軟件模塊間的程序并行執(zhí)�,沒有程序流程圖,只能用程序架構(gòu)表示。CPLD的軟件主要有電機(jī)的換相譯�、死區(qū)�(fā)生器�(shè)計、故障處理和PWM與轉(zhuǎn)向控制等功能,其軟件�(gòu)架如�9所示�
4.2 換相譯碼程序�(shè)�
換相譯碼器的作用是根�(jù)�(dāng)前位置信號和PWM控制信號以及�(zhuǎn)向控制信號Q,確定出UP,VP,WP,UN,VN,WN的相�(yīng)�。需要實�(xiàn)的邏輯表�(dá)式為�
4.3 死區(qū)�(fā)生器�(shè)�
為防止三相逆變電路上下橋臂的IGBT�(chǎn)生“共�(tài)�(dǎo)通”的�(xiàn)象,�(dǎo)致短�。需要給IGBT的控制信號的上升沿設(shè)置死區(qū),使其在一段延時之后才真正�(dá)到高電平�
死區(qū)�(fā)生器�(shè)計采用飽和計�(shù)器的方式,類似于電容的充放電過程,需�(chǎn)生如�10所示的時序。其�(guī)則為�
(1)�(dāng)UP[_]IN輸入�0時,如果計數(shù)值T等于0,則計數(shù)值T保持不變,否則作�1計數(shù)�
(2)�(dāng)UP[_]IN輸入�1時,如果計數(shù)值T等于max,則計數(shù)值T保持不變,否則做�1計數(shù)�
(3)�(dāng)輸入�1且死區(qū)計數(shù)器數(shù)值T為MAX�,UP=1對應(yīng)IGBT�(dǎo)��
(4)�(dāng)死區(qū)計數(shù)器數(shù)值在0~MAX之間時,UP=0,對�(yīng)IGBT�(guān)��
下面為死區(qū)時間為N個時鐘周期的VHDL程序,程序的�(yùn)行結(jié)果如下�
4.4 IPM故障處理
在系�(tǒng)中故障檢測信號的處理是把信號引入到CPLD�,然后UP實現(xiàn)的邏輯后輸出,既保證IPM出現(xiàn)故障時,UP無輸�,又保證UP與UN的反邏輯�
5 �(jié) �
介紹一種采用CPLD做核心控制器的無刷直流電動機(jī)的驅(qū)動電路的�(shè)�。實�(xiàn)電機(jī)�(qū)動所需的換相邏輯、電�(jī)�(yùn)行故障處理以及可以靈活設(shè)置死區(qū)時間的死區(qū)�(fā)生器。該電機(jī)�(qū)動電路可以用于高精度的伺服控制系�(tǒng)��
維庫電子通,電子知識,一查百��
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