一種基于小功率高溫無刷直流電動機驅(qū)動器設(shè)計

　　摘要：設(shè)計了一種能夠在高溫環(huán)境下工作的小功率無刷直流電動機驅(qū)動器。驅(qū)動器邏輯部分采用高性能的單片機，開關(guān)主電路中采用特殊結(jié)構(gòu)，省去了功率器件的驅(qū)動芯片，整個驅(qū)動器只需一個外部電源。驅(qū)動器具有開環(huán)調(diào)速和恒功率運行等控制功能。實驗結(jié)果表明該驅(qū)動器可在150℃高溫環(huán)境下穩(wěn)定運行。

　0 引 言

　　高溫電機在石油測井、航天及國防等領(lǐng)域有廣泛的應用，目前一般采用感應電機但感應電機存在功率因數(shù)低、損耗大、效率低，溫升高，而且速度和功率控制電路非常復雜。無刷直流電機轉(zhuǎn)子為永磁結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)子無電流、效率高、功率密度大、驅(qū)動電路簡單、控制方便，因而是替代高溫感應電機的理想產(chǎn)品。驅(qū)動電路是無刷直流電機系統(tǒng)適應高溫環(huán)境的關(guān)鍵，必須滿足耐高溫、可靠性高等高溫環(huán)境的要求。本文針對這些要求設(shè)計開發(fā)了一種能夠在高溫環(huán)境下工作的小功率無刷直流電動機的驅(qū)動器。該驅(qū)動器采用了高等級的軍工級器件，可驅(qū)動額定電壓為12 V、額定電流小于2 A的無刷直流電機，具有開環(huán)速度調(diào)節(jié)和恒功率運行等控制功能。驅(qū)動器的邏輯部分采用高性能的單片機；開關(guān)主電路中采用了特殊結(jié)構(gòu)，從而省去了功率器件的隔離或懸浮自舉驅(qū)動芯片，大大簡化了驅(qū)動電路的結(jié)構(gòu)；邏輯電路部分的電源由功率電源穩(wěn)壓得到，從而使整個驅(qū)動器只需一個外部電源。對驅(qū)動器在150℃的高溫環(huán)境下進行的運行實驗證明了其運行的可靠性。

　　1系統(tǒng)硬件電路設(shè)計驅(qū)動器硬件主要包括單片機電路、開關(guān)主電路、限流保護電路等原理圖如圖1所示。

　　l_1單片機部分

　　驅(qū)動器的邏輯部分采用具有A／D轉(zhuǎn)換、PwM信號輸出功能的耐高溫單片機芯片。該部分主要完成電機轉(zhuǎn)子位置信號的采集、電動機換相邏輯信號的生成、PwM信號的生成、電機正／反轉(zhuǎn)控制和起動／停止控制等功能。

　　(1)換相邏輯信號產(chǎn)生單片機根據(jù)電機轉(zhuǎn)子位置信號給出換相邏輯信號。圖1中單片機的P1．O、P1．1、P1．2引腳連接電機轉(zhuǎn)子位置傳感器，采集轉(zhuǎn)子位置信號。P2．O、P2．1、P2．2、P2．3、P2．4、P2．5引腳為換相邏輯控制信號的輸出端。單片機通過編程把電機轉(zhuǎn)子位置信號轉(zhuǎn)換為對應的換相邏輯。電機運行時根據(jù)采集到的電機轉(zhuǎn)子位置信號HAl、HA2、HA3通過向P2口送對應控制字的方式把6路換相邏輯信號送到 P2．0、P2．1、P2．2、P2．3、P2．4、P2．5引腳。

　　(2)PwM信號生成驅(qū)動器的速度調(diào)節(jié)采用脈寬調(diào)制方法，即通過改變PWM信號的占空比來控制電機電樞電壓，從而實現(xiàn)開環(huán)調(diào)速。該驅(qū)動器采用給單片機輸入一個可調(diào)的模擬電壓的方式來調(diào)節(jié)PWM信號的占空比。

　　單片機的P2．7引腳為PWM信號輸出端。

　　PwM信號的頻率由單片機內(nèi)的寄存器PWMl值確定。PWM信號的占空比由寄存器PwM0的值確定。在單片機的一個A／D轉(zhuǎn)換輸入端P1．7引腳輸入模擬電壓信號SPCIN。該模擬電壓經(jīng)單片機采樣轉(zhuǎn)換成的數(shù)字量，再送到寄存器PwM0來改變PWM信號的占空比，實現(xiàn)速度調(diào)節(jié)。