0 引 言
無刷直流電動機是隨著電力電子技術(shù)和高性能永磁材料而迅速發(fā)展并得到廣泛應(yīng)用的新機種,。無刷直流電動機不僅保持了傳統(tǒng)直流電動機良好的動,、靜態(tài)調(diào)速特性，且結(jié)構(gòu)簡單,，運行可靠,，易于控制，維護(hù)方便,，壽命長,。它的應(yīng)用從最初的軍事工業(yè)，向航空航天,、醫(yī)療,、信息、家電以及工業(yè)自動化領(lǐng)域迅速發(fā)展,。無刷直流電動機已經(jīng)不是專指具有電子換相的直流電機,，而是泛指有刷直流電動機外部特性的電子換相電機,。
1 無刷直流電機功率驅(qū)動電路
無刷直流電動機一般由電子換相電路、轉(zhuǎn)子位置檢測電路和電動機本體3部分組成,，電子換相電路一般由控制部分和驅(qū)動部分組成,，而對轉(zhuǎn)子位置的檢測一般用位置傳感器完成。工作時,，控制器根據(jù)位置傳感器測得的電機轉(zhuǎn)子位置有序地觸發(fā)驅(qū)動電路中的各個功率管,，進(jìn)行有序換流，以驅(qū)動直流電動機,。
無刷直流電動機的功率驅(qū)動電路采用以IR公司的專用驅(qū)動芯片IR2130為中心的6個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(qū)動管MOSFET,，由此驅(qū)動無刷直流電動機。采用這種驅(qū)動方式主要是功率驅(qū)動芯片 IR2130對“自舉”技術(shù)形成懸浮的高壓側(cè)電源的巧妙運用,，簡化了整個驅(qū)動電路的設(shè)計,，提高了系統(tǒng)的可靠性，而且IR2130驅(qū)動芯片內(nèi)置死區(qū)電路,，以及過流保護(hù)和欠壓保護(hù)等功能,，大大降低了電路設(shè)計的復(fù)雜度，進(jìn)一步提高了系統(tǒng)的可靠性,。
2 IR2130驅(qū)動芯片的特點
IR2130可用來驅(qū)動母線電壓不高于600 V電路中的功率MOS門器件,，其可輸出的最大正向峰值驅(qū)動電流為250 mA，而反向峰值驅(qū)動電流為500 mA,。由于它內(nèi)部設(shè)計有過流,、過壓及欠壓保護(hù)、封鎖和指示網(wǎng)絡(luò),，可使用戶方便地用來保護(hù)被驅(qū)動的MOS門功率管,。加之巧妙地運用內(nèi)部的自舉技術(shù)使其用于高壓系統(tǒng)，還可對同一橋臂上下2個功率器件的門極驅(qū)動信導(dǎo)產(chǎn)生2μs互鎖延時時間,。由于它自身工作和電源電壓的范圍較寬(3～20 V),，在它的內(nèi)部還設(shè)計有與被驅(qū)動的功率器件所通過的電流成線性關(guān)系的電流放大器，電路設(shè)計還保證了內(nèi)部的3個通道的高壓側(cè)驅(qū)動器與低壓側(cè)驅(qū)動器可單獨使用,，亦可只用其內(nèi)部的3個低壓側(cè)驅(qū)動器,，并且輸入信號與TTL及COMS電平兼容。
電機控制的驅(qū)動器采用IR2130芯片,。IR2130是一種高電壓,、高速度的功率MOSFET和IGBT、驅(qū)動器，工作電壓為10～20 V,，分別有3個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(dá)到2．5 V邏輯電壓,。外圍電路中的參考地運行放大器,，通過外部的電流檢測電位器來提供全橋電路電流的模擬反饋值，如果超出設(shè)定或調(diào)整的參考電流值,，則IR2130 驅(qū)動器的內(nèi)部電流保護(hù)電路就啟動關(guān)斷輸出通道,，實現(xiàn)電流保護(hù)的作用。IR2130驅(qū)動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,，浮動通道能夠用來驅(qū)動N溝道功率MOSFET和IGBT，最高電壓可達(dá)到600 V,。
IR2130芯片可同時控制6個大功率管的導(dǎo)通和關(guān)斷順序,，通過輸出H01～H03分別控制三相全橋驅(qū)動電路的上半橋Q1，Q3,，Q5導(dǎo)通關(guān)斷,；而 IR2130的輸出L01～L03分別控制三相全橋驅(qū)動電路的下半橋Q4，Q6,，Q2導(dǎo)通關(guān)斷,，從而達(dá)到控制電機轉(zhuǎn)速和正反轉(zhuǎn)的目的。IR2130芯片內(nèi)部有電流比較電路,，可以進(jìn)行電機比較電流的設(shè)定,。設(shè)定值可以作為軟件保護(hù)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,。
三相全橋逆變電路選用6個功率MOSFETRFP40N10、一片IR2130和一些電阻電容而組成,。其主要特點為：
(1)驅(qū)動芯片IR2130內(nèi)置了2．5μs的死區(qū)時間,；防止同一橋臂的上下兩個MOSFET同時導(dǎo)通，使電源電壓短路,，電源不通過電動機,。這避免了功率驅(qū)動電路在硬件系統(tǒng)上電瞬間IR2130的誤輸出,。
(2)功率驅(qū)動電路采用上橋臂功率MOSFET管進(jìn)行PWM調(diào)制的方式控制,。
在調(diào)制過程中，自舉電容只有在高端器件(上橋臂MOSFET管)關(guān)斷時,，VS的電位被拉到功率地時自舉電容才被充電,。因此，同一橋臂上的下橋臂器件開通時間(上橋臂器件關(guān)斷時間)應(yīng)足夠長,，以保證自舉電容的電荷被充滿,，當(dāng)上橋臂開通時維持上橋臂有足夠的時間導(dǎo)通,。
(3)由于功率驅(qū)動電路的上橋臂三路高壓側(cè)柵極驅(qū)動電源是通過自舉電容充電來獲得的，因此與IR2130供電電源連接的二極管,，其反向耐壓必須大于被驅(qū)動的功率MOSFET管工作的峰值母線電壓,。為了防止自舉電容兩端的放電，二極管要選用高頻的快恢復(fù)二極管,，功率驅(qū)動電路選用FR104,，它的最大反向恢復(fù)時間為150 ns，最大反向耐壓400 V,。
(4)上橋臂高壓側(cè)自舉電容的容量取決于被驅(qū)動的功率MOSFET管開關(guān)頻率,、導(dǎo)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(hù)動作的門檻電壓值,，使得IR2130關(guān)斷,，電容取值應(yīng)較大，此功率驅(qū)動電路選擇10μF的電解電容,。
(5)功率驅(qū)動芯片IR2130內(nèi)部的6個驅(qū)動MOS-FET管(RFG40N10),，其輸出阻抗較低，導(dǎo)通輸出電阻rDS(ON)=0．04 Ω,，直接驅(qū)動功率MOSFET器件可能造成器件MOSFET漏一源極之間的振蕩,。
這樣會引起射頻干擾，也有可能造成器件MOS-FET因承受過高的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)一個阻值為30 Ω的無感電阻,。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(jié) 語
在此介紹的無刷直流電動機功率驅(qū)動電路是采用IR公司的專用驅(qū)動芯片IR2130組成的,。由于1R2130驅(qū)動芯片內(nèi)置了死區(qū)電路，具有過流保護(hù)和欠壓保護(hù)等功能,，大大降低了電路設(shè)計的復(fù)雜度,，簡化了整個驅(qū)動電路的設(shè)計，提高了系統(tǒng)的可靠性,。