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     0  引  言無刷直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速需使用較多的開關(guān)器件。
    本設(shè)計(jì)中開關(guān)電路采用Mosfet作為功率開關(guān)器件，選用的器件為IRF540Ns。在M0s{_et的應(yīng)用中，驅(qū)動(dòng)、保護(hù)和吸收這三個(gè)問題必須全面考慮。本文討論了開關(guān)電路中Mosfett應(yīng)用的若干問題，詳細(xì)介紹了無刷直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)及保護(hù)電路。
    1 Mosfet驅(qū)動(dòng)與du/dt保護(hù)
    1．1 Mosfet驅(qū)動(dòng)功率
     MOsFET的柵源極之間都有數(shù)皮法左右的極間電容。為快速建立驅(qū)動(dòng)電壓，要求驅(qū)動(dòng)電路具有較小的輸出電阻。Mosfet開通的柵源極問的驅(qū)動(dòng)電壓一般為lO V～15 V。雖然柵極電壓為零就可以使Mosfet處于截止?fàn)顟B(tài)，但為了減小關(guān)斷時(shí)間和關(guān)斷損耗，關(guān)斷時(shí)施加一定幅值的負(fù)驅(qū)動(dòng)電壓，一般為一5 V～一15 V。
    為了改善控制脈沖的前后沿陡度和防止振蕩，需要在柵極串人一只低值電阻(數(shù)十歐左右)。該電阻阻值應(yīng)隨驅(qū)動(dòng)器件電流額定值的增大而減小。
    1．2 Mosfet du/dt
     出保護(hù)Mosf；et關(guān)斷或開通時(shí)，由于主回路電流的突變，回路分布電感將產(chǎn)生很高的尖峰電壓加在其兩端，使Mosfet超過安全工作區(qū)而損壞。此外，雖然M0sfet的D、s之間承受的du/dt比較高，但由于Mosfet在柵漏之間、柵源之間存在寄生電容cGC和cGE，在大功率全橋變換器中，過大的du/dt會(huì)通過cGC和cGE耦合到柵極上，產(chǎn)生干擾，使Mosfet誤導(dǎo)通而造成橋臂直接短路。一般加緩沖電路來解決這個(gè)問題。主要有關(guān)斷緩沖電路和尖峰電壓吸收緩沖電路。圖l為關(guān)斷緩沖電路的基本型式。除此以外，還要注意以下兩點(diǎn)：一是在斷態(tài)時(shí)，必須加足夠的負(fù)柵電壓VGEOFF二是要盡可能降低柵極電路引線電感。    2 IR2130驅(qū)動(dòng)芯片特點(diǎn)
     IR2130可用來驅(qū)動(dòng)工作在母電壓不高于600 V電路中的功率MOS門器件。其可輸出的****正向峰值驅(qū)動(dòng)電流為250 mA，而反向峰值驅(qū)動(dòng)電流為500 mA，具有電流放大和過流保護(hù)功能；能自動(dòng)生成上、下側(cè)驅(qū)動(dòng)所必需的死區(qū)時(shí)間(2—2．5 μs)；具有欠壓鎖定功能，且能指示欠壓和過電流狀態(tài)；輸入端有噪聲抑制功能。電路設(shè)計(jì)還保證了內(nèi)部的3個(gè)通道的高壓側(cè)驅(qū)動(dòng)器和低壓側(cè)驅(qū)動(dòng)器單獨(dú)使用，亦可只用其內(nèi)部的3個(gè)低壓側(cè)驅(qū)動(dòng)器，并且輸入信號(hào)與1TL及cOMS電平兼容。
    3驅(qū)動(dòng)及保護(hù)電路
    3．1功率器件驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)。
[R2130芯片自身的特點(diǎn)使得驅(qū)動(dòng)電路非常簡(jiǎn)單，如圖2所示(圖中只畫了一個(gè)橋臂的驅(qū)動(dòng)電路)。VC(：是通過7815穩(wěn)壓器得到的所需15 V電源。c1是自舉電容，為上橋臂功率管驅(qū)動(dòng)的懸浮電源存儲(chǔ)能量。D4的作用防止上橋臂導(dǎo)通時(shí)的直流電壓和母線電壓到IR2130的電源上而使器件損壞，因此D4應(yīng)有足夠的反向耐壓，當(dāng)然由于D4與c1串聯(lián)，為了滿足主電路功率管開關(guān)頻率的要求，D4應(yīng)選快速恢復(fù)二極管。R17和R12是：MOS—FET的柵極電阻，R8，R23是防靜電電阻，以免由于靜電燒毀功率管。IR2130的HINl～HIN3、LINI～LIN3作為功率管的輸入驅(qū)動(dòng)信號(hào)與單片機(jī)連接，由CPIJ控制產(chǎn)生PWM控制信號(hào)的輸入。FAuLT與cPu外部中斷引腳連接，由cPu中斷程序來處理故障。自舉電容的容量取決于被驅(qū)動(dòng)功率MOS門器件的開關(guān)頻率。自舉電容所需的最小電容值可由式(1)計(jì)算。

    式中，Qg為高端器件柵極電荷；f為工作頻率；Iqbs(max)為高端驅(qū)動(dòng)電路****靜態(tài)電流；ICBS(leak)為自舉電容漏電流；Qls為每個(gè)周期內(nèi)電平轉(zhuǎn)換電路中的電荷要求；VCC為芯片供電電壓；Vf為自舉二極管正向壓降；Vls低端器件壓降或高端負(fù)載壓降。

    3．2下管過電流檢測(cè)電路
     當(dāng)下管開通時(shí)，對(duì)下管的VCE進(jìn)行檢測(cè)，MOS管穩(wěn)定導(dǎo)通的柵極電壓為10 V(VREFl的理論值)左右，如圖3所示(圖中只畫出了一個(gè)下管的檢測(cè)電路)。VREFl經(jīng)2個(gè)電阻分壓，與L01比較作為下管開通的標(biāo)志DLOAl(大于VREF1輸出為高，下管開通)。根據(jù)數(shù)據(jù)手冊(cè)可知，所選MOS管****可過電流33 A，導(dǎo)通時(shí)的電阻為44毫歐，則MOS管導(dǎo)通時(shí)的理論****壓降為33×O．044=1．452V。DLOAl的理論****值為MOS管的****壓降加上D7導(dǎo)通時(shí)的壓降再加上R27的壓降總和，計(jì)算得到DLOAlmax=2．6 V(VREF的理論.    值)。設(shè)計(jì)中VREF通過兩個(gè)電阻分壓得到。
    當(dāng)DLOAl高于VREF時(shí)，對(duì)下管進(jìn)行過電流保護(hù)。

    3．3芯片自身保護(hù)功能
    IR2130自身具有強(qiáng)大的保護(hù)功能。
    a．過流保護(hù)。電流檢測(cè)信號(hào)ITRIP’接至過流檢測(cè)輸入端rrRIIF(9腳)。當(dāng)外電路發(fā)生過流或直通，ITRII端電壓高于O．5 V時(shí)，IR2130內(nèi)部保護(hù)電路使其輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)全為低電平，從而使被驅(qū)動(dòng)的MOS器件全部截止，保護(hù)了功率管。同時(shí)，IR2130的FAuLT(引腳8)變?yōu)榈碗娖�，該信�?hào)接CPU故障管腳，進(jìn)行相應(yīng)的故障處理。
    b．欠壓保護(hù)。若[R2130的工作電源欠電壓(即當(dāng)VCC下降到8．9 V)，與過流保護(hù)相似，內(nèi)部的欠壓保護(hù)電路使其輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)全為低電平，同時(shí)從FAult端輸出故障信號(hào)。
    c．邏輯封鎖。當(dāng)前一級(jí)控制電路的脈沖發(fā)生邏輯錯(cuò)誤時(shí)，IR2130接受到功率元件同一橋臂高壓側(cè)和低壓側(cè)兩功率器件的驅(qū)動(dòng)信號(hào)全為高電平時(shí)，內(nèi)部保護(hù)電路可保證該兩路柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)全為低電平，從而防止了驅(qū)動(dòng)信號(hào)有誤而引起的直臂導(dǎo)通現(xiàn)象。
    4測(cè)試結(jié)果
    在實(shí)驗(yàn)室對(duì)設(shè)計(jì)制成的電路板進(jìn)行了測(cè)試。
    測(cè)試條件為：電壓為24 v(Dc)，負(fù)載電機(jī)為5 kW無刷直流電動(dòng)機(jī)，PWM斬波頻率為20 kHz。
    用示波器測(cè)得的IR2130的上下管互補(bǔ)PWM波形如圖4所示。使用示波器測(cè)得[R2130的輸出死區(qū)時(shí)間為2．5μs，如圖5所示。實(shí)驗(yàn)使用示波器測(cè)得下管vcE波形如圖6所示。

    圖6中，1為VSl，測(cè)得****值為27．6 v，2為DL0lAl，測(cè)得****值為1．2 v。使用萬用表測(cè)得vREF=2．3 V�？蛰d時(shí)，電樞電流為零或者忽略不計(jì)，則MOS管的壓降為VREF—DLOAL=2．3—1．2=1．1 V。
    查相應(yīng)所使用的M()sFET數(shù)據(jù)手冊(cè)，MOSI~圈r導(dǎo)通時(shí)的電阻值為44毫歐，則下管MOS可通過的****電流為l_l／n 044=25 A，也即實(shí)際應(yīng)用中當(dāng)下管的電流大于25 A時(shí)，對(duì)下管進(jìn)行過流保護(hù)。
    實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，基于IR2130的集成化驅(qū)動(dòng)電路，電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，波形失真不明顯，控制效果良好，可靠性高。本方案具有很強(qiáng)的實(shí)用價(jià)值，可以為交流調(diào)速系統(tǒng)、直線電機(jī)控制、開關(guān)磁阻電機(jī)控制、usP等的研究提供參考。
    本文用[R2130配合較少的外圍電路實(shí)現(xiàn)了電動(dòng)助力車用無刷電機(jī)控制。由于芯片自身的功率器件驅(qū)動(dòng)及各種保護(hù)功能，在降低成本的同時(shí)，提高了系統(tǒng)的可靠性。
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    電子工業(yè)出版社，2001．作者簡(jiǎn)介：邵瑜(1984一)，女，碩士，研究方向?yàn)殡娮蛹斑\(yùn)動(dòng)控制。
    李聲晉(1964一)，男，教授，博士生導(dǎo)師，研究方向?yàn)殡娏﹄娮�，電力傳�?dòng)及運(yùn)動(dòng)控制。
    蘆剛(1964)，男，教授，碩士生導(dǎo)師，研究方向?yàn)殡娏﹄娮�，及運(yùn)動(dòng)控制。
    彭濤(1982一)，男，碩士，研究方向?yàn)殡娮蛹斑\(yùn)動(dòng)控制。