无刷直流电机和它的媳妇儿

2022-08-29 14:34:32 浏览数 (1)

无刷直流电机及其驱动器设计

将这段放在开始,这篇文章并不算作原创,因为从一开始做这个东西包括过程中都是参考了很多其他的专业论文和已经存在的产品。

写这篇文章,只是想把自己所学过的知识和遇到的问题总结出来,分享给大家。如果你有兴趣看完这篇文章,欢迎拍砖或者撒花。

无刷直流电机和它媳妇儿,还真是天造地设的一对。

接下来有请第一位嘉宾,无刷直流电机。什么是无刷直流电机?呐,就是它!

下面,我要脱掉它华丽的外衣,看看它有趣的灵魂。

无刷直流电动机的名字来源于有刷直流电动机。两者的结构区别在于有刷直流电动机通过电刷进行换相,而无刷直流电动机通过电子换相器进行换相。

图1中三根线就是图2中的ABC三根线。该结构为外转子型无刷电机,在运行的过程中电机外侧进行旋转。转子内侧贴有极性分别为N和S的两块磁铁。根据麦克斯韦提出的经典电磁理论,只要ABC三根相线中任意两根线进行导通,就会产生一个与磁铁相互作用的磁场,从而使转子开始转动。在转动的过程中,按照一定顺序(例如AB、AC、BC、BA、CA、CB)进行通电换相,就会使转子持续的运动。

以上关于电机的介绍比较简单,如果需要详细了解可以上网搜索,资料很多。

这么有趣的灵魂,必然吸引更多有趣的肉体。有句话说得好,一个人可以走的很快,但是两个人可以走得更远。接下来就是无刷直流电机的媳妇儿——无刷直流电机驱动器独家专场。他们两个,一个给力,一个持久,可以说是走得又快又远。

下面看看她的大体架构。

先来道开胃菜,稳压以及电压检测。

稳压用常用的稳压芯片实现控制器的3.3V供电就可以。

看下电压检测,这里将电源电压经过R30和R33两个电阻经过分压之后送入控制器进行检测。为啥不直接将这个电压送入控制器呢?因为这里使用的控制器是3.3V供电,内部AD采集模块最大可以采样的电压就是3.3V,超过这个值的电压检测到都是3.3V(超出太多可能会损坏端口)。 VS是范围为8V-12V的电池电压,分压之后为0.73V-1.09V。这个电压,AD用过都说好。

下面就是驱动器最重要的一部分,逆变桥电路。

这个电路的主要部分为6个MOS管,上面从左到右为Q1、Q2、Q3,下面为Q4、Q5、Q6。中心抽头为MOTOR_A、MOTOR_B、MOTOR_C分别接电机的A、B、C三相,前面讲过,要让电机转起来只需要按照一定顺序通电并且换相。如果想要AB相导通,导通Q1和Q5就可以,这时候电流经过Q1到A相线圈再到B相线圈经过Q5回到GND,其他几种类似。看到每个MOS管G极有一个30Ω电阻,这个电阻有什么用呢?主要起保护的作用:第一,可以防止振荡发生。当MOS管关闭或打开时,电压会发生变化。栅极电容可以与杂散电感形成LC振荡。该电阻可以通过增加阻抗来减小振荡。第二,可以降低栅极电荷峰值电流。当栅极电压升高时,栅极电容首先被充电,经过一串联电阻后就可以减慢充电时间并减小充电峰值电流。第三点,是保护MOS管的DS极没有损坏。当MOS关闭时,DS极从ON状态变为OFF状态,漏源电压将快速上升。可能会导致MOS击穿,这个电阻可以使栅极电容缓慢放电。

紧接着,驱动电路。

以A相为例,输入PWM波FET_A_H和FET_A_L,经过驱动器转换为具有很强驱动能力的信号。这个芯片有个重要功能。在逆变桥电路中A相下臂桥可以在 VS电压下导通。但是上臂桥在导通时源极电压Vs≈ VS,栅极最高电压Vg= VS,此时MOS管是无法导通的。该驱动器通过D3和C11组成自举升压电路,使HO的输出电平高于 VS,使MOS正常导通。详细可以查看该芯片的手册。

转子位置检测电路专门用于无刷电机换相,放个图,不做具体介绍了。

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