低電壓大功率直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)器
陳曦1， 隋龍2 (1哈爾濱工程大學(xué)信通學(xué)院，黑龍江哈爾濱150001,2哈爾濱I程大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院，黑龍江哈爾濱150001)
摘要：采用IRF3808場(chǎng)效應(yīng)管作為功率輸出器件，基于直流電機(jī)的H橋脈寬調(diào)制(PWM)控制原理，設(shè)計(jì)了一款專門針對(duì)低電壓大功率贏流電機(jī)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)器。該驅(qū)動(dòng)器提供E區(qū)時(shí)間生成邏輯，僅需一路PWM輸入信號(hào)便可實(shí)現(xiàn)電機(jī)的正、反轉(zhuǎn)及調(diào)速控制。試驗(yàn)測(cè)試表明，該驅(qū)動(dòng)器具有工作電壓低，輸出功率大的特點(diǎn)，且其四個(gè)橋臂通過死區(qū)生成電路可共享一個(gè)PWM輸入信號(hào)，從而能夠簡(jiǎn)化驅(qū)動(dòng)軟件的設(shè)計(jì)。
關(guān)鍵詞：大功率直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)器；lRF3808；H橋
中圖分類號(hào)：TM33文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼lA文章編號(hào)：1673-6540( 2009) 12-0010-04
0 引 言
隨著直流電機(jī)在許多大型機(jī)械系統(tǒng)中的廣泛使用，許多半導(dǎo)體廠商推出了直流電機(jī)專用驅(qū)動(dòng)芯片，如IR公司的IR2112、IR2105等。但是，這些芯片通常都需要lO V左右甚至更高的邏輯工作電壓，使得該類芯片在低邏輯電壓工作場(chǎng)合應(yīng)用時(shí)，如在5v系統(tǒng)中需要配合升壓電路，給系統(tǒng)電源的設(shè)計(jì)增加了負(fù)擔(dān)。
除此之外，為適應(yīng)小型直流電機(jī)的使用需求，許多公司還推出了直流電機(jī)專用集成芯片，如美國國家半導(dǎo)體公司( NS)推出的專用電機(jī)驅(qū)動(dòng)H橋組件LMD18200，其工作電壓高達(dá)55 V，峰值輸出電流高達(dá)6A，連續(xù)輸出電流達(dá)3A。盡管集成芯片的出現(xiàn)使電機(jī)驅(qū)動(dòng)變得簡(jiǎn)單，但專用芯片構(gòu)成的直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)器輸出功率有限，不適合大功率直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)，而市場(chǎng)上僅有的大功率集成驅(qū)動(dòng)一蒼片價(jià)格極高，如SA01 -片驅(qū)動(dòng)芯片的價(jià)格約為3 000元。
在大功率脈寬調(diào)制( PWM)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的設(shè)汁中，由于器件的非對(duì)稱性，使得上下橋臂驅(qū)動(dòng)特性不一致，導(dǎo)致宣通和上橋臂燒毀現(xiàn)象發(fā)生。
綜合以上問題，本文采用N溝道增強(qiáng)型場(chǎng)效應(yīng)管IRF3808構(gòu)建H橋，引入死區(qū)邏輯，設(shè)計(jì)了一種驅(qū)動(dòng)邏輯完全由高硎壓三級(jí)管構(gòu)成的低電壓大功率南流電機(jī)驅(qū)動(dòng)器。其電路的****PWM輸入邏輯高電平為3.3 V，邏輯工作電壓5v，電機(jī)驅(qū)動(dòng)電壓小于75 V，驅(qū)動(dòng)電流由場(chǎng)效應(yīng)管決定。
1 基于PWM的H橋功率驅(qū)動(dòng)原理
在直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)中，使用****泛的就是基于PWM的H型全橋驅(qū)動(dòng)電路“刮。這種驅(qū)動(dòng)電路可以實(shí)現(xiàn)直流電機(jī)的四象限運(yùn)行，完成電機(jī)正、反轉(zhuǎn)控制，通過對(duì)PWM信號(hào)占空比的調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)電機(jī)的調(diào)速。
典型的H型全橋驅(qū)動(dòng)電路及其等效原理圖如圖1所示[2.4]。它由4個(gè)功率管和一個(gè)電機(jī)構(gòu)成。在等效原理圖中，功率管可以等效為開關(guān)和續(xù)流二極管，S1和S4為一組，S3和S2為一組，兩組開關(guān)管狀態(tài)互補(bǔ)，當(dāng)一組導(dǎo)通時(shí)，另一組必須斷開[3]。
要使電機(jī)進(jìn)行正向或逆向旋轉(zhuǎn)，必有一對(duì)位于對(duì)角線位置上的驅(qū)動(dòng)管導(dǎo)通。當(dāng)S1和S4導(dǎo)通時(shí)，S3和S2關(guān)斷，此時(shí)電機(jī)兩端加正向電壓實(shí)現(xiàn)正轉(zhuǎn)（或反轉(zhuǎn)）。續(xù)流二極管為電機(jī)繞組提供續(xù)流網(wǎng)路，當(dāng)電機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，驅(qū)動(dòng)電流通過導(dǎo)通開關(guān)流過電機(jī)；當(dāng)電機(jī)處于制動(dòng)狀態(tài)時(shí)，電機(jī)線圈內(nèi)的感應(yīng)電勢(shì)通過續(xù)流二極管導(dǎo)通，否則會(huì)燒毀場(chǎng)效應(yīng)管。
PWM調(diào)速的基本原理是使丌關(guān)信號(hào)按某一固定頻率接通或斷開，通過調(diào)節(jié)開關(guān)信號(hào)在一個(gè)周期內(nèi)的通斷時(shí)問比（占空比）來調(diào)節(jié)信號(hào)平均電壓.當(dāng)H橋驅(qū)動(dòng)電路采用PWM控制時(shí)．各開關(guān)管會(huì)根據(jù)PWM信號(hào)交替地導(dǎo)通／關(guān)斷，交變的PWM信號(hào)疊加到電機(jī)阿端產(chǎn)生恒定的平均電壓，從而控制電機(jī)轉(zhuǎn)速，而PWM信號(hào)的相位可以控制電機(jī)的轉(zhuǎn)向。當(dāng)驅(qū)動(dòng)信號(hào)的占李比為百分之50時(shí)，正負(fù)脈寬相等，此時(shí)電機(jī)失去驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩而停轉(zhuǎn)。
2 大功率直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)
犬功率直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路分為光電隔離電路、電機(jī)驅(qū)動(dòng)邏輯、上橋臂邏輯電源、H橋功率驅(qū)動(dòng)電路四部分，其功能框圖如圖2所示。
為了給電機(jī)提供大的輸出功率，設(shè)計(jì)中采用IRF3808場(chǎng)效應(yīng)管作為功率輸出器件。該器件輸出功率大，工作穩(wěn)定，呵以為負(fù)載提供****75 V的驅(qū)動(dòng)電壓，****140 A的驅(qū) |
