基于IPM的三相無(wú)刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

O 引言
無(wú)刷直流電機(jī)因其體積小，重量輕，維護(hù)方便，高效節(jié)能等一系列優(yōu)點(diǎn)，被廣泛用于各個(gè)領(lǐng)域。尤其隨著高性能的單片機(jī)和專門用途的DSP(Digital Signal Processor)微處理器和集IGBT模塊及其驅(qū)動(dòng)和保護(hù)于一身的智能功率模塊(Intelligent Power Module，IPM)的發(fā)展，使無(wú)刷直流電機(jī)的位置檢測(cè)和換相更加準(zhǔn)確穩(wěn)定。本文以DSP(TMS320LF2407A)作為核心的三相無(wú)刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)為研究對(duì)象，采用雙極性PWM(PulseWidth Modulation)控制技術(shù)，利用智能功率模塊IPM(PM50RSAl20)，設(shè)計(jì)一種電機(jī)控制系統(tǒng)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，系統(tǒng)調(diào)速范圍寬，控制性能良好。

1 三相無(wú)刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)
三相無(wú)刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)框圖如圖1所示，系統(tǒng)主要由DSP控制模塊、智能功率模塊和轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)模塊三大部分構(gòu)成。系統(tǒng)根據(jù)轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)模塊檢測(cè)到的電機(jī)位置信號(hào)，控制DSP輸出正確的6路PWM脈沖信號(hào)，經(jīng)過(guò)驅(qū)動(dòng)電路以控制智能功率模塊中相應(yīng)功率管的通斷，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的正確供電，控制電機(jī)正常運(yùn)行。

2 TMS320LF2407A模塊的介紹
TMS320LF2407A模塊主要由DSP芯片、電源、晶振、外擴(kuò)RAM和輸出引腳組成。TMS320LF2407A有兩個(gè)事件管理器EVA和EVB，每個(gè)模塊包括：兩個(gè)16位的通用定時(shí)器；8個(gè)16位的脈寬調(diào)制通道(PWM)，他們能夠?qū)崿F(xiàn)三相反相器控制，能捕獲位置信號(hào)，可產(chǎn)生可調(diào)死區(qū)的各種PWM波。該模塊在本控制系統(tǒng)中擔(dān)當(dāng)著重要的控制角色。
DSP硬件的調(diào)試不但需要示波器等傳統(tǒng)的儀器，還需要專門的仿真套件，本文使用的是XDS510仿真器，該仿真器包括一個(gè)PC插卡和一個(gè)JTAG接口，通過(guò)該接口可以訪問(wèn)DSP芯片的所有資源，而且同時(shí)可以設(shè)置斷點(diǎn)、單步執(zhí)行等，以檢驗(yàn)和調(diào)試所設(shè)計(jì)的目標(biāo)電路是否正確。

3 基于IPM控制電路的設(shè)計(jì)
智能功率模塊IPM由高速、低功率的IGBT和優(yōu)選的門級(jí)驅(qū)動(dòng)及保護(hù)電路構(gòu)成。雖然IPM雖有諸多優(yōu)點(diǎn)，但其內(nèi)部電路不含有防止干擾的信號(hào)隔離電路、自保護(hù)功能和浪涌吸收電路，為保證IPM安全可靠，需要設(shè)計(jì)這部分電路。
3．1 IPM外部驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)
IPM功率驅(qū)動(dòng)電路如圖2所示。為了保證強(qiáng)電部分和弱電部分電路的電氣隔離，需將控制部分和驅(qū)動(dòng)部分相互隔離。來(lái)自DSP的6路PWM信號(hào)經(jīng)電阻限流后經(jīng)高速光耦隔離并放大后接IPM內(nèi)部驅(qū)動(dòng)電路以控制相應(yīng)開關(guān)管工作。IPM的故障信號(hào)也需隔離之后送到DSP。UFO、VFO、WFO、FO分別為IPM內(nèi)部的上橋臂三路故障輸出信號(hào)和下橋臂一路故障輸出信號(hào)。這些內(nèi)部故障信號(hào)經(jīng)光耦PC817轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的故障輸出信號(hào)F01、F02、F03和F04。