无刷直流电动机功率驱动电路设计_亚博app下载安装

本文摘要:第0章无刷DC电机是随着电力电子技术和高性能永磁材料的广泛应用而迅速发展起来的新型电机。

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第0章无刷DC电机是随着电力电子技术和高性能永磁材料的广泛应用而迅速发展起来的新型电机。无刷DC电机不仅保持了传统DC电机较好的动静态调压特性,而且结构简单、运行可靠、控制方便、使用寿命长。它的应用从最初的军事工业迅速发展到航空航天、医疗、信息、家电和工业自动化领域。

无刷DC电机并没有特指具有电子换向的DC电机,而是泛指具有有刷DC电机外部特性的电子换向电机。1无刷DC电机电源驱动电路无刷DC电机一般由三部分组成:电子开关电路、转子方位检测电路和电机本体。电子开关电路一般由控制部分和驱动部分组成,转子方位的检测一般由方位传感器完成。

在运行过程中,控制器根据方位传感器测得的电机转子方位,依次启动驱动电路中的各功率管,并依次进行换向,驱动DC电机。采用IR公司专用驱动芯片IR2130为核心,由六个N栅金属氧化物半导体场效应管组成的三相全桥DC电源电路作为无刷DC电机的电源驱动电路。

三相全桥DC电源电路的输出是以电源地为地的PWM波,送到IR2130的输出端口,输入控制N栅功率驱动管的MOSFET驱动无刷DC电机。这种驱动方式的使用主要是由于将功率驱动芯片IR2130巧妙的应用到自举技术中,形成一个浮动的高压外部电源,修改了整个驱动电路的设计,提高了系统的可靠性。

此外,IR2130驱动芯片内置面积杀伤电路和过流维护、欠压维护等功能,大大降低了电路设计的复杂度,进一步提高了系统的可靠性。2IR2130驱动芯片IR2130的特性可用于驱动总线电压不低于600伏的电路中的功率金属氧化物半导体栅极器件。输入峰值驱动电流为250毫安,偏移峰值驱动电流为500毫安。

由于它设计有过流、过压和欠压维护、阻塞和命令网络,用户可以方便地使用它来维护驱动的金属氧化物半导体栅极功率晶体管。此外,巧妙地利用内部自举技术可以作为高压系统使用,还可以为同一桥臂上两个功率器件的栅极驱动通道产生2s互锁延迟时间。由于其自身的运行和电源电压范围宽(3 ~ 20 V),还具有一个电流放大器,该电流放大器与流经被驱动功率器件的电流成线性关系。电路设计还保证了三个井下通道的高压外接驱动器可以单独使用,三个内部高压外接驱动器可以同时使用,输出信号兼容TTL和COMS电平。

由电机控制的驱动器采用IR2130芯片。IR2130是一款低压高速功率MOSFET,IGBT和驱动器。其工作电压为10 ~ 20 V,有三个独立国家的高端和低端输入地下通道。

逻辑输出兼容CMOS或LSTTL输入,可以超过2.5V逻辑电压。外围电路中的参考地操作放大器,通过外部电流检测电位器获得全桥电路电流的仿真系统值。如果远远超过原来或调整后的参考电流值,则IR2130驱动器的内部电流维持电路启动变频器输入地下通道,从而构建电流维持的功能。

IR2130驱动器反映了低脉冲电流缓冲器的状态,传输延时与高频放大器匹配。浮动式地下通道需要用来驱动N栅功率MOSFET和IGBT,最小电压可以超过600VIR2130芯片可以同时控制六个大功率管的导通和变频器的顺序,分别通过输入H01~H03控制三相全桥驱动电路的上半桥Q1、Q3、Q5导通口的断开。然而,IR2130的输入L01~L03分别控制三相全桥Q4、Q6和Q2的下半桥的导通端口的断开
一种三相全桥DC电源电路,由六个功率MOSFETRFP40N10、一个IR2130和一些电阻、电容组成。

主要特点如下:(1)驱动芯片IR2130内置死区时间2.5s避免同一桥臂的上下MOSFET同时导通,使电源电压短路,电源不通过电机。这可防止硬件系统通电时电源驱动电路输入错误的IR2130。(2)利用上桥功率MOSFET管扩展PWM调制来控制功率驱动电路。

在调制过程中,自举电容只用于高端器件(上桥MOSFET管)逆变器,当VS的电位冲向电源地时,自举电容只供电池使用。因此,同一桥臂上的下桥臂器件的开通时间(上桥臂器件的逆变时间)不宜过宽,以保证自举电容的电荷充满,当上桥臂通车时,上桥臂应有足够的时间导通。(3)由于功率驱动电路上桥臂的三路高压外栅驱动电源是由自举电容电池获得的,所以与IR2130电源相连的二极管的偏置耐受电压必须小于被驱动功率MOSFET管的峰值母线电压。

为避免自举电容两端静电,二极管应配高频慢全恢复二极管,电源驱动电路应配FR104。其仅次于反向恢复时间为150ns,仅次于偏置电压为400V(4)的桥臂高压外侧自举电容容量随电源频率、导通和变频器频率以及被驱动功率MOSFET管栅极充电电流变化的需要。为了避免自举电容两端电压高于静电后欠压维持动作的阈值电压值,从而使IR2130逆变器的电容不应该给得更小,本功率驱动电路自由选择10F的电解电容。

(5)功率驱动芯片IR2130内部的6个驱动MOS-FET晶体管(RFG40N10)输出阻抗低,导通输出电阻RDS (ON)=0.04。需要驱动功率MOSFET器件,这可能导致MOSFET器件的漏极和源极之间的波动。这样不会造成射频阻塞,也可能因为DV/DT容差低导致MOS-FET穿透。因此,在功率管的栅极和IR2130的输入端之间串联一个电阻为30的无感电阻。

栅极和源极之间的电阻主要获得静电回路,使得自举电容的电压缓慢放电。结论本文介绍的无刷DC电机的电源驱动电路由IR公司的专用驱动芯片IR2130构成。

由于1R2130驱动芯片内置死区电路,具有过流维护和欠压维护功能,大大降低了电路设计的复杂度,修改了整个驱动电路的设计,提高了系统的可靠性。

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