一种无刷直流电动机驱动及保护电路的制作方法

本发明涉及一种无刷直流电动机驱动及保护电路，适用于电动机驱动领域。

背景技术：

无刷直流电动机既具备交流电动机结构简单、运行可靠、维护方便等优点，又具备直流电动机运行效率高、调速性能好等诸多特点，因此非常适合于中小功率的调速场合，在医疗器械、仪器仪表、家用电器等领域都有广泛的应用。对于三相桥式无刷直流电动机，保证其开关电路正常工作是至关重要的。

mosfet用于无刷直流电动机的开关电路时，需要不断地调整开关频率来实现电机的调速，因此，要使电机能够安全可靠地工作，驱动电路相当重要。功率mosfet的栅一源极之间都有数皮法左右的极间电容，为快速建立驱动电压，要求驱动电路具有较小的输出电阻。mosfet开通的栅源极间的驱动电压一般为10v～15v。虽然栅极电压为零就可以使mosfet处于截止状态，但为了减小关断时间和关断损耗，关断时施加一定幅值的负驱动电压，一般为-5v一15v。为了改善控制脉冲的前后沿陡度和防止振荡，需要在栅极串入一只电阻。该电阻阻值太大，将使mos管的通断时间延长，能耗增加；阻值太小，电流冲击较大，产生振荡。

技术实现要素：

本发明提供一种无刷直流电动机驱动及保护电路，用较少的外围电路实现了无刷直流电机的驱动及保护功能。在降低成本的同时，提高了系统的可靠性，可以为交流调速系统、直线电机控制、开关磁阻电机控制、usp等的研究提供参考，具有很强的实用价值。

本发明所采用的技术方案是：无刷直流电动机驱动及保护电路由驱动电路、下管vce检测电路、开关管保护电路组成。

所述电机控制系统主要由电动机、dspic30f4012,ir2130、三相逆变电路4部分组成。dspic30f4012作为主控单元，具有电机控制所需的6路pwm发生器。系统采用pwm调速方式，主功率电路是三相全桥星形电路。电机运行以“两相导通六状态”方式运行。dspic30f4012输出6路pwm波输出至ir2130。ir2130的输出通过三相逆变电路接至无刷直流电动机的三相绕组，系统采用3个霍尔元件作为转子位置传感器。霍尔位置信号经数字端口rb2,rb3,rb4输入到dspic30f4012，电机转速由软件根据位置传感器信号算出，其中母线电压v检测端口an0，母线电流i检测端口an1，速度给定端口an2。

所述驱动电路中，vcc是通过lm7815稳压器得到的+15v电源。c1是自举电容，为上桥臂功率管驱动的悬浮电源存储能量。d4的作用防止上桥臂导通时的直流电压和母线电压到ir2130的电源上而使器件损坏，因此d4应有足够的反向耐压，当然由于d4与c1串联，为了满足主电路功率管开关频率的要求，d4应选快速恢复二极管。r17和r12是mosfet的栅极电阻，r8和r23是防静电电阻，以免由于静电烧毁功率管。ir2130的hin1～hin3,lin1～lin3作为功率管的输入驱动信号与dsp的pwm输出连接。fault与dsp外部中断引脚连接，由dsp中断程序来处理故障。自举电容的容量取决于被驱动功率mos门器件的开关频率。

所述下管vce检测电路由分压电阻r38,k39得到参考电压vref，此电压与l0l比较作为下管开通的标志dloa1(大于vref1输出为高，下管开通)。irf540ns最大可过电流33a，导通时的电阻为44毫欧，则mos管导通时的理论最大压降为1.452v。vref通过两个电阻分压得到。当dloa1高于vref时，对下管进行过电流保护。

所述开关管保护电路采用典型的关断缓冲电路。mosfet关断或开通时，由于电机主回路电流的突变，回路分布电感将产生很高的尖峰电压加在其两端，使mosfet超过安全工作区而损坏。虽然mosfet的源极和漏极之间承受的dv/dt比较高，但由于mosfet在栅极与漏极之间、栅极与源极之间存在寄生电容，在驱动无刷直流电动机的大功率全桥变换器中，过大的dv/dt会通过寄生电容耦合到栅极上产生干扰，使mosfet误导通而造成桥臂直接短路。

本发明的有益效果是：电路结构简单，体积小，工作稳定，适应性好，提高了工作效率，降低成本的同时，提高了系统的可靠性。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明的述电机控制系统。

图2是本发明的驱动电路。

图3是本发明的下管vce检测电路。

图4是本发明的开关管保护电路。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

如图1，电机控制系统主要由电动机、dspic30f4012,ir2130、三相逆变电路4部分组成。dspic30f4012作为主控单元，具有电机控制所需的6路pwm发生器。系统采用pwm调速方式，主功率电路是三相全桥星形电路。电机运行以“两相导通六状态”方式运行。dspic30f4012输出6路pwm波输出至ir2130。ir2130的输出通过三相逆变电路接至无刷直流电动机的三相绕组，系统采用3个霍尔元件作为转子位置传感器。霍尔位置信号经数字端口rb2,rb3,rb4输入到dspic30f4012，电机转速由软件根据位置传感器信号算出，其中母线电压v检测端口an0，母线电流i检测端口an1，速度给定端口an2。

如图2,驱动电路中，vcc是通过lm7815稳压器得到的+15v电源。c1是自举电容，为上桥臂功率管驱动的悬浮电源存储能量。d4的作用防止上桥臂导通时的直流电压和母线电压到ir2130的电源上而使器件损坏，因此d4应有足够的反向耐压，当然由于d4与c1串联，为了满足主电路功率管开关频率的要求，d4应选快速恢复二极管。r17和r12是mosfet的栅极电阻，r8和r23是防静电电阻，以免由于静电烧毁功率管。ir2130的hin1～hin3,lin1～lin3作为功率管的输入驱动信号与dsp的pwm输出连接。fault与dsp外部中断引脚连接，由dsp中断程序来处理故障。自举电容的容量取决于被驱动功率mos门器件的开关频率。

如图3，下管vce检测电路由分压电阻r38,k39得到参考电压vref，此电压与l0l比较作为下管开通的标志dloa1(大于vref1输出为高，下管开通)。irf540ns最大可过电流33a，导通时的电阻为44毫欧，则mos管导通时的理论最大压降为1.452v。vref通过两个电阻分压得到。当dloa1高于vref时，对下管进行过电流保护。

如图4，开关管保护电路采用典型的关断缓冲电路。mosfet关断或开通时，由于电机主回路电流的突变，回路分布电感将产生很高的尖峰电压加在其两端，使mosfet超过安全工作区而损坏。虽然mosfet的源极和漏极之间承受的dv/dt比较高，但由于mosfet在栅极与漏极之间、栅极与源极之间存在寄生电容，在驱动无刷直流电动机的大功率全桥变换器中，过大的dv/dt会通过寄生电容耦合到栅极上产生干扰，使mosfet误导通而造成桥臂直接短路。

技术特征：

技术总结
一种无刷直流电动机驱动及保护电路，适用于电动机驱动领域。路由驱动电路、下管VCE检测电路、开关管保护电路组成。电路用较少的外围电路实现了无刷直流电机的驱动及保护功能，在降低成本的同时，提高了系统的可靠性，可以为交流调速系统、直线电机控制、开关磁阻电机控制、USP等的研究提供参考，具有很强的实用价值。

技术研发人员：李彦松
受保护的技术使用者：李彦松
技术研发日：2016.11.22
技术公布日：2018.05.29